Proceso de reducción de sulfatos en los humedales

Introducción

Los humedales de agua dulce (a partir de ahora denominados humedales) comprenden diversos hábitats que van desde turberas con y sin permafrost (por ejemplo, pantanos ombrotróficos y pantanos minerótrofos), pantanos de agua dulce (por ejemplo, los Everglades o el delta del Okavango).

Todos los humedales tienen en común que son ambientes de suelo saturados periódica o permanentemente de agua con una vegetación característica y una capa freática en o cerca de la superficie del suelo. Como consecuencia, se caracterizan por gradientes pronunciados en condiciones redox del suelo que sostienen un patrón complejo de ciclo biogeoquímico de los elementos. Los humedales naturales pueden actuar como un sumidero neto de carbono dependiendo del tipo, la edad y la ubicación del humedal, así como de las condiciones climáticas y ambientales imperantes. En los últimos milenios, acumularon hasta un tercio del carbono orgánico terrestre solo considerando las turberas, que representan la mitad del carbono que está en la atmósfera como dióxido de carbono. Al mismo tiempo, los humedales antropogénicos como los arrozales se mantienen para la agricultura para proporcionar alimentos a más del 50% de la población mundial.

La degradación orgánica del carbono en los humedales es catalizada por diferentes gremios funcionales de microorganismos aeróbicos y anaeróbicos, cuya competencia por los donantes de electrones o la cooperación sintrófica determina cuánto de la pérdida de carbono de los humedales procede a través de la emisión de dióxido de carbono o el metano de gases de efecto invernadero más potente. Aunque los humedales naturales y antropogénicos juntos cubren solo el 7% de la superficie terrestre de la Tierra, son responsables del 30-40% de la emisión mundial de metano. Actualmente no está claro cómo cambiará el balance de carbono de los humedales en las próximas décadas o siglos debido al calentamiento global, que está relacionado con el aumento de los niveles de dióxido de carbono atmosférico y los cambios en la cantidad y frecuencia de las precipitaciones. Tales variaciones de las condiciones ambientales a escalas a corto y largo plazo tienen implicaciones importantes para el ciclo biogeoquímico de los elementos en los humedales y rigen las transiciones entre las interacciones tróficas sinérgicas y antagónicas entre los microorganismos de los humedales.

El ciclo del azufre en los humedales se ha estudiado desde la década de 1980, revelando que la reducción de sulfatos opera a velocidades comparables a los sedimentos marinos de superficie, donde este proceso es la vía de degradación anaeróbica más importante para la materia orgánica. Sin embargo, la importancia de la reducción de sulfatos para la biogeoquímica de humedales ha seguido siendo subestimada porque las piscinas permanentes de sulfato suelen estar en el rango micromolar inferior y, por lo tanto, generalmente se interpretaron como demasiado bajas para sostener la reducción de sulfatos durante períodos de tiempo más largos. Esta percepción se perpetuó por el hecho de que los taxones conocidos de microorganismos reductores de sulfato (SRM) generalmente no se detectaban en absoluto o constituían solo una fracción muy pequeña de la microbiota del humedal. Sin embargo, una serie de estudios proporcionaron evidencia acumulativa de un ciclo oculto de azufre que contribuye al reciclaje rápido de sulfuro en sulfato en ambientes bajos en sulfatos y, por lo tanto, mantiene las altas tasas de reducción de sulfato observadas.

Aquí, proporcionamos una visión general del proceso de reducción de sulfatos en los humedales, con un enfoque en las turberas ombrotróficas y minerótrofas, las llanuras aluviales de los ríos y los arrozales. La primera parte de esta revisión destaca la biogeoquímica de la reducción de sulfatos en dichos humedales, con información sobre posibles mecanismos que podrían sostener un rápido ciclo del azufre. La segunda parte resume el conocimiento actual sobre la identidad y la actividad del MUR en los humedales, incluido un metaanálisis de todas las secuencias de los genes marcadores dsrAB que se recuperaron de microorganismos de humedales.

Biogeoquímica de la reducción de sulfatos en humedales de agua dulce

Reducción de sulfato en humedales de agua dulce y su impacto en el ciclo del carbono y la emisión de gases de efecto invernadero

Las concentraciones de sulfato en los humedales naturales y los suelos de los arrozales se encuentran típicamente en el rango micromolar y, por lo tanto, a menudo se considera que son demasiado bajas para sostener la reducción de sulfatos a largo plazo. Sin embargo, los valores de δ 34 S y el hecho de que los humedales pueden funcionar como sumideros de sulfato a pesar de su baja capacidad de intercambio aniónico, indican que la reducción del sulfato está ocurriendo durante largos períodos de tiempo en estos ambientes con bajo contenido de sulfato.

la SRR medida puede variar dramáticamente con el tiempo y el espacio en los humedales de agua dulce, desde no detectable hasta> 100 nmol cm −3 día −1 y en casos extremos alcanzando incluso valores de> 1.000 nmol cm −3 día –

es más probable una subestimación de la SRR en los humedales de agua dulce, especialmente cuando se utilizan tiempos de incubación prolongados (de varias horas a días), debido a:

a re-oxidación de compuestos reducidos de azufre a sulfato en condiciones anóxicas

flujo inverso del trazador de 35 S de sulfuro a sulfato debido a la reversibilidad de las reacciones enzimáticas dentro de la vía de reducción de sulfato

la posible incorporación de especies de azufre reducido y, por tanto, de trazador a la materia orgánica ,que no serían detectados por el ensayo de radiotrazador 35 S estándar

se demostró que los SRM compiten eficazmente con los metanógenos por el hidrógeno y el acetato en las concentraciones bajas de sulfato y sustrato que ocurren naturalmente en diferentes hábitats de agua dulce que van desde la turba y el suelo de los arrozales hasta los sedimentos de los lagos (rango micromolar más bajo de sulfato y acetato y rango nanomolar para hidrógeno).

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