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High microbial diversity promotes soil ecosystem functioning

Authors :
Samuel Dequiedt
Battle Karimi
Jean Lévêque
Amadou Sarr
Julien Guigue
Sébastien Terrat
Abad Chabbi
Laetitia Bernard
Pierre-Alain Maron
Olivier Mathieu
Lionel Ranjard
Aurore Kaisermann
Agroécologie [Dijon]
Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Université de Bourgogne ( UB ) -AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement-Université Bourgogne Franche-Comté ( UBFC )
UMR Eco&Sols;, Montpellier, France
Institut de Recherche Agricole pour le Développement ( IRAD )
Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes ( ECOSYS )
Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -AgroParisTech
Université Paris Saclay
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Bourgogne (UB)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)
Biogéosciences [UMR 6282] [Dijon] (BGS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bourgogne (UB)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement
Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes (ECOSYS)
Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-AgroParisTech
ANR-08-STRA-0006,DIMIMOS,Lien entre la diversité microbienne et le turn-over des matières organiques dans les sols agricoles(2008)
Biogéosciences [Dijon] ( BGS )
Université de Bourgogne ( UB ) -AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes ( Eco&Sols )
Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques ( Montpellier SupAgro ) -Institut National de la Recherche Agronomique ( INRA ) -Institut de Recherche pour le Développement ( IRD ) -Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement ( CIRAD ) -Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier ( Montpellier SupAgro )
ANR-08-STRA-0006,DIMIMOS,Lien entre la diversité microbienne et le turn-over des matières organiques dans les sols agricoles ( 2008 )
Université Paris-Saclay
Université de Bourgogne (UB)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement
Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)
Université de Bourgogne (UB)-AgroSup Dijon - Institut National Supérieur des Sciences Agronomiques, de l'Alimentation et de l'Environnement-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Source :
Applied and Environmental Microbiology, Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, 2018, 84 (9 ), pp.e02738-17. 〈10.1128/AEM.02738-17〉, Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, 2018, 84 (9), pp. e02738-17. ⟨10.1128/AEM.02738-17⟩, Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, 2018, 84 (9), pp. e02738-17. 〈http://aem.asm.org/content/84/9/e02738-17〉. 〈10.1128/AEM.02738-17〉, Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, 2018, 84 (9 ), pp.e02738-17. ⟨10.1128/AEM.02738-17⟩, Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, 2018, 84 (9), pp.e02738-17. ⟨10.1128/AEM.02738-17⟩
Publication Year :
2018
Publisher :
HAL CCSD, 2018.

Abstract

In soil, the link between microbial diversity and carbon transformations is challenged by the concept of functional redundancy. Here, we hypothesized that functional redundancy may decrease with increasing carbon source recalcitrance and that coupling of diversity with C cycling may change accordingly. We manipulated microbial diversity to examine how diversity decrease affects the decomposition of easily degradable (i.e., allochthonous plant residues) versus recalcitrant (i.e., autochthonous organic matter) C sources. We found that a decrease in microbial diversity (i) affected the decomposition of both autochthonous and allochthonous carbon sources, thereby reducing global CO 2 emission by up to 40%, and (ii) shaped the source of CO 2 emission toward preferential decomposition of most degradable C sources. Our results also revealed that the significance of the diversity effect increases with nutrient availability. Altogether, these findings show that C cycling in soil may be more vulnerable to microbial diversity changes than expected from previous studies, particularly in ecosystems exposed to nutrient inputs. Thus, concern about the preservation of microbial diversity may be highly relevant in the current global-change context assumed to impact soil biodiversity and the pulse inputs of plant residues and rhizodeposits into the soil. IMPORTANCE With hundreds of thousands of taxa per gram of soil, microbial diversity dominates soil biodiversity. While numerous studies have established that microbial communities respond rapidly to environmental changes, the relationship between microbial diversity and soil functioning remains controversial. Using a well-controlled laboratory approach, we provide empirical evidence that microbial diversity may be of high significance for organic matter decomposition, a major process on which rely many of the ecosystem services provided by the soil ecosystem. These new findings should be taken into account in future studies aimed at understanding and predicting the functional consequences of changes in microbial diversity on soil ecosystem services and carbon storage in soil.

Details

Language :
English
ISSN :
00992240 and 10985336
Database :
OpenAIRE
Journal :
Applied and Environmental Microbiology, Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, 2018, 84 (9 ), pp.e02738-17. 〈10.1128/AEM.02738-17〉, Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, 2018, 84 (9), pp. e02738-17. ⟨10.1128/AEM.02738-17⟩, Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, 2018, 84 (9), pp. e02738-17. 〈http://aem.asm.org/content/84/9/e02738-17〉. 〈10.1128/AEM.02738-17〉, Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, 2018, 84 (9 ), pp.e02738-17. ⟨10.1128/AEM.02738-17⟩, Applied and Environmental Microbiology, American Society for Microbiology, 2018, 84 (9), pp.e02738-17. ⟨10.1128/AEM.02738-17⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....038b6ccfb9f2a17c1c54ec0a9b661010