Organic amendments exacerbate the effects of silver nanoparticles on microbial biomass and community composition of a semiarid soil

Abstract

Increased utilization of silver nanoparticles (AgNPs) can result in an accumulation of these particles in the environment. The potential detrimental effects of AgNPs in soil may be associated with the low fertility of soils in semiarid regions that are usually subjected to restoration through the application of organic amendments. Microbial communities are responsible for fundamental processes related to soil fertility, yet the potential impacts of low and realistic AgNPs concentrations on soil microorganisms are still unknown. We studied the effects of realistic citrate-stabilized AgNPs concentrations (0.015 and 1.5 μg kg−1 ) at two exposure times (7 and 30 days) on a sandy clay loam Mediterranean soil unamended (SU) and amended with compost (SA). We assessed soil microbial biomass (microbial fatty acids), soil enzyme activities (urease, β-glucosidase, and alkaline phosphatase), and composition of the microbial community (bacterial 16S rRNA gene and fungal ITS2 sequencing) in a microcosm experiment. In the SA, the two concentrations of AgNPs significantly decreased the bacterial biomass after 7 days of incubation. At 30 days of incubation, only a significant decrease in the Gram+ was observed at the highest AgNPs concentration. In contrast, in the SU, there was a significant increase in bacterial biomass after 30 days of incubation at the lowest AgNPs concentration. Overall, we found that fungal biomass was more resistant to AgNPs than bacterial biomass, in both SA and SU. Further, the AgNPs changed the composition of the soil bacterial community in SA, the relative abundance of some bacterial taxa in SA and SU, and fungal richness in SU at 30 days of incubation. However, AgNPs did not affect the activity of extracellular enzymes. This study demonstrates that the exposure time and organic amendments modulate the effects of realistic concentrations of AgNPs in the biomass and composition of the microbial community of a Mediterranean soil.

La mayor utilización de nanopartículas de plata (AgNP) puede resultar en una acumulación de estas partículas en el medio ambiente. Los posibles efectos perjudiciales de los AgNP en el suelo pueden estar asociados con la baja fertilidad de los suelos en las regiones semiáridas que suelen estar sometidas a restauración mediante la aplicación de enmiendas orgánicas. Las comunidades microbianas son responsables de procesos fundamentales relacionados con la fertilidad del suelo, sin embargo, aún se desconocen los impactos potenciales de concentraciones bajas y realistas de AgNPs en los microorganismos del suelo. Estudiamos los efectos de concentraciones realistas de AgNP estabilizados con citrato (0,015 y 1,5 μg kg − 1) en dos tiempos de exposición (7 y 30 días) en un suelo mediterráneo franco arcilloso arenoso sin enmendar (SU) y enmendado con compost (SA). Evaluamos la biomasa microbiana del suelo (ácidos grasos microbianos), las actividades de las enzimas del suelo (ureasa, β-glucosidasa y fosfatasa alcalina) y la composición de la comunidad microbiana (gen bacteriano del ARNr 16S y secuenciación de ITS2 fúngico) en un experimento de microcosmos. En SA, las dos concentraciones de AgNP disminuyeron significativamente la biomasa bacteriana después de 7 días de incubación. A los 30 días de incubación, solo se observó una disminución significativa en el Gram + a la concentración más alta de AgNPs. En contraste, en la UB, hubo un aumento significativo en la biomasa bacteriana después de 30 días de incubación a la concentración más baja de AgNPs. En general, encontramos que la biomasa fúngica era más resistente a los AgNP que la biomasa bacteriana, tanto en SA como en SU. Además, los AgNP cambiaron la composición de la comunidad bacteriana del suelo en SA, la abundancia relativa de algunos taxones bacterianos en SA y SU, y la riqueza fúngica en SU ​​a los 30 días de incubación. Sin embargo, los AgNP no afectaron la actividad de las enzimas extracelulares. Este estudio demuestra que el tiempo de exposición y las enmiendas orgánicas modulan los efectos de concentraciones realistas de AgNP en la biomasa y composición de la comunidad microbiana de un suelo mediterráneo.