The nitrification inhibitor DMPP preferentially suppresses ammonia-oxidising bacteria and reduces nitric oxide emissions in an archaeal-dominated grassland soil

O solo sob nossos pés é uma fábrica movimentada de química invisível, transformando constantemente os nutrientes que adicionamos aos nossos campos em formas que as plantas possam usar. Um dos processos mais críticos que ocorrem neste mundo subterrâneo é a nitrificação, onde micróbios específicos transformam o amônio, uma forma comum de fertilizante, em nitrato. Embora essa transformação alimente as culturas, ela também tem um efeito colateral: libera gases no ar. Dois desses gases são particularmente importantes. O óxido nitroso é um poderoso gás de efeito estufa que retém calor na atmosfera, enquanto o óxido nítrico desempenha um papel importante na formação de smog e chuva ácida, afetando a qualidade do ar e a saúde humana. Por décadas, cientistas sabem que dois tipos diferentes de vida microscópica — bactérias e arqueias — impulsionam esse processo. Em muitos solos agrícolas modernos, as arqueias são muito mais numerosas, levando pesquisadores a assumir que elas são os principais motores das emissões de gases. No entanto, o papel exato das menos comuns bactérias na liberação desses gases específicos permaneceu um mistério, deixando agricultores e cientistas incertos sobre como melhor interromper essas emissões sem prejudicar o crescimento das culturas.

Para resolver esse quebra-cabeça, uma equipe de pesquisadores voltou sua atenção para um solo de pastagem no Reino Unido, onde as arqueias claramente superam as bactérias em número. Eles montaram um experimento controlado para observar o que acontecia quando adicionavam ureia, um fertilizante nitrogenado padrão, ao solo. Eles queriam ver se as arqueias dominantes ou as raras bactérias eram responsáveis pela liberação de óxido nítrico e óxido nitroso. Para testar isso, introduziram dois inibidores químicos diferentes, substâncias projetadas para retardar o processo de nitrificação. Um desses inibidores, um composto chamado DMPP, é conhecido por ser particularmente eficaz ao visar as bactérias. Ao comparar o solo tratado apenas com fertilizante contra o solo tratado com fertilizante mais o inibidor, a equipe pôde observar quais micróbios estavam fazendo o trabalho pesado no que diz respeito à produção de gases. Eles monitoraram o solo continuamente por vinte e oito dias, medindo o fluxo de gases escapando da superfície e rastreando como as populações dessas comunidades microscópicas mudavam ao longo do tempo.

Os resultados revelaram uma reviravolta surpreendente na história da química do solo. Embora as arqueias compusessem cerca de dois terços da comunidade oxidante de amônia no solo, as bactérias foram as que foram desproporcionalmente responsáveis pela liberação de óxido nítrico. Quando os pesquisadores aplicaram o inibidor DMPP, ele suprimiu com sucesso a população de bactérias, deixando as arqueias amplamente intocadas. Essa ação seletiva levou a uma queda dramática nas emissões de óxido nítrico, que caíram até setenta e cinco por cento em certos pontos durante o experimento. O fato de que interromper as bactérias causou um declínio tão acentuado na produção de gases, apesar de seus pequenos números, sugere que esses micróbios raros são altamente eficientes na produção de óxido nítrico. Parece que as bactérias atuam como uma fonte potente e de alta produção deste gás, enquanto as arqueias mais numerosas contribuem muito menos para essa emissão específica.

A história foi diferente para o óxido nitroso. Embora o inibidor DMPP tenha reduzido a liberação deste gás, o efeito foi muito mais modesto, com reduções variando de quase nada a cerca de vinte e sete por cento. Essa diferença destaca que os dois gases vêm de fontes e caminhos diferentes dentro do solo. O óxido nítrico parece estar intimamente ligado à atividade das bactérias, então, quando as bactérias são retardadas, o gás para. O óxido nitroso, no entanto, é produzido por uma variedade mais ampla de processos, incluindo atividades das arqueias e outros organismos do solo que o inibidor não interrompeu. Como o inibidor visou apenas um grupo específico, os outros caminhos continuaram a liberar óxido nitroso, impedindo uma interrupção total das emissões. Essa descoberta sugere que gerenciar um gás não resolve automaticamente o problema do outro, pois eles são impulsionados por mecanismos biológicos diferentes.

O estudo também confirmou que o inibidor DMPP foi mais eficaz e duradouro do que outro inibidor comum, a dicandiamida. O solo tratado com DMPP reteve mais do nitrogênio do fertilizante em sua forma de amônio por um período mais longo, o que é benéfico para as culturas porque significa que as plantas têm mais tempo para absorver os nutrientes antes que sejam perdidos para o ar ou lavados. Essa retenção melhorada de nitrogênio, combinada com a redução significativa do óxido nítrico, aponta para uma clara vantagem no uso deste inibidor específico na agricultura. A pesquisa demonstra que simplesmente contar quantos de cada micróbio estão presentes no solo não é suficiente para prever quais gases serão liberados. Em vez disso, a atividade funcional das bactérias menos comuns é o principal motor das emissões de óxido nítrico. Esse insight oferece um novo alvo para agricultores e cientistas: ao focar na supressão desses caminhos bacterianos específicos, pode ser possível reduzir drasticamente a poluição por óxido nítrico sem necessariamente afetar os outros gases, levando a um ar mais limpo e ao uso mais eficiente de fertilizantes.