Environmentally relevant concentrations of silver nanoparticles diminish soil microbial biomass but do not alter enzyme activities or microbial diversity

Abstract

The increasing use of silver nanoparticles (AgNPs) due to their well-known antimicrobial activity, has led to their accumulation in soil ecosystems. However, the impact of environmental realistic concentrations of AgNPs on the soil microbial community has been scarcely studied. In this work, we have assessed the impact of AgNPs, that mimic real concentrations in nature, on tropical soils cultivated with Coffea arabica under conventional and organic management systems. We evaluated the biomass, extracellular enzyme activities, and diversity of the soil microbial community, in a microcosm experiment as a function of time. After seven days of incubation, we found an increase in microbial biomass in an AgNPs-concentration-independent manner. In contrast, after 60-day-incubation, there was a decrease in Gram+ and actinobacterial biomass, in both soils and all AgNPs concentrations. Soil physico-chemical properties and enzyme activities were not affected overall by AgNPs. Regarding the microbial community composition, only some differences in the relative abundance at phylum and genus level in the fungal community were observed. Our results suggest that environmental concentrations of AgNPs affected microbial biomass but had little impact on microbial diversity and may have little effects on the soil biogeochemical cycles mediated by extracellular enzyme activities.

El uso cada vez mayor de nanopartículas de plata (AgNP) debido a su conocida actividad antimicrobiana, ha provocado su acumulación en los ecosistemas del suelo. Sin embargo, el impacto de las concentraciones ambientales realistas de AgNP en la comunidad microbiana del suelo ha sido escasamente estudiado. En este trabajo, hemos evaluado el impacto de los AgNP, que imitan concentraciones reales en la naturaleza, en suelos tropicales cultivados con Coffea arabica bajo sistemas de manejo convencionales y orgánicos. Evaluamos la biomasa, las actividades de las enzimas extracelulares y la diversidad de la comunidad microbiana del suelo, en un experimento de microcosmos en función del tiempo. Después de siete días de incubación, encontramos un aumento en la biomasa microbiana de una manera independiente de la concentración de AgNP. Por el contrario, después de 60 días de incubación, hubo una disminución en la biomasa Gram + y actinobacteriana, tanto en los suelos como en todas las concentraciones de AgNP. Las propiedades físico-químicas del suelo y las actividades enzimáticas no se vieron afectadas en general por los AgNP. Con respecto a la composición de la comunidad microbiana, solo se observaron algunas diferencias en la abundancia relativa a nivel de filo y género en la comunidad fúngica. Nuestros resultados sugieren que las concentraciones ambientales de AgNP afectaron la biomasa microbiana, pero tuvieron poco impacto en la diversidad microbiana y pueden tener pocos efectos en los ciclos biogeoquímicos del suelo mediados por actividades de enzimas extracelulares.