Microhabitat heterogeneity associated with Vanilla spp. and its influences on the microbial community of leaf litter and soil

Abstract

The impact of forest microhabitats on physiochemical properties of the soil and that of microbial communities on tropical soils remain poorly understood. To elucidate the effect of tropical forest stand on leaf litter and soil microbial communities, we studied enzyme activities, microbial biomass, and diversity in three distinct microhabitats in terms of plant richness, diameter at breast height (DBH), and physiochemical properties of soil and litter, each associated with a different Vanilla sp. In the soil, positive correlations were found between electrical conductivity (EC) and total organic carbon (TOC) with phosphatase activity, and between nitrogen (N) and water-soluble carbon (WSC) content with urease activity (UA). In the litter, the water content was positively correlated with bacterial and fungal biomass, and N and WSC contents were positively correlated with fungal biomass. Positive correlations were found between plant richness and UA in the soil, plant richness and fungal biomass in the soil and litter, and DBH and fungal biomass in the litter. Amplicon sequencing revealed differences between microhabitats in the relative abundance of some fungal and bacterial taxa and in the bacterial community composition of both litter and soil. Bacterial richness and diversity were different between microhabitats, and, in litter samples, they were negatively correlated with DBH and plant richness, respectively. By contrast, none of the soil and litter physiochemical properties were significantly correlated with microbial diversity. Our results show that significant shifts in enzyme activity, microbial biomass, and diversity in the microhabitats were driven by key abiotic and biotic factors depending on the soil or litter sample type.

El impacto de los microhábitats forestales sobre las propiedades fisicoquímicas del suelo y el de las comunidades microbianas en los suelos tropicales sigue siendo poco conocido. Para dilucidar el efecto del rodal del bosque tropical sobre la hojarasca y las comunidades microbianas del suelo, estudiamos las actividades enzimáticas, la biomasa microbiana y la diversidad en tres microhábitats distintos en términos de riqueza de plantas, diámetro a la altura del pecho (DAP) y propiedades fisicoquímicas del suelo y basura, cada uno asociado con una Vanilla sp. En el suelo, se encontraron correlaciones positivas entre la conductividad eléctrica (CE) y el carbono orgánico total (TOC) con la actividad de la fosfatasa, y entre el contenido de nitrógeno (N) y carbono soluble en agua (WSC) con la actividad de la ureasa (UA). En la hojarasca, el contenido de agua se correlacionó positivamente con la biomasa bacteriana y fúngica, y los contenidos de N y WSC se correlacionaron positivamente con la biomasa fúngica. Se encontraron correlaciones positivas entre la riqueza vegetal y la AU en el suelo, la riqueza vegetal y la biomasa fúngica en el suelo y la hojarasca, y el DAP y la biomasa fúngica en la hojarasca. La secuenciación de amplicones reveló diferencias entre microhábitats en la abundancia relativa de algunos taxones de hongos y bacterias y en la composición de la comunidad bacteriana de la hojarasca y el suelo. La riqueza y diversidad de bacterias fueron diferentes entre los microhábitats y, en las muestras de hojarasca, se correlacionaron negativamente con el DAP y la riqueza de plantas, respectivamente. Por el contrario, ninguna de las propiedades fisicoquímicas del suelo y la hojarasca se correlacionó significativamente con la diversidad microbiana. Nuestros resultados muestran que los cambios significativos en la actividad enzimática, la biomasa microbiana y la diversidad en los microhábitats fueron impulsados ​​por factores abióticos y bióticos clave según el tipo de muestra de suelo o hojarasca.