Pathways, Mechanisms, and Consequences of Nutrient-Stimulated Plant Litter Decomposition in Streams

Abstract

Excess nitrogen (N) and phosphorus (P) inputs to streams occur globally, and affect not only stream autotrophs, but also heterotrophic microbes and detrital carbon processing. Detrital carbon, such as leaf litter, supports stream food webs and their connectivity via downstream detritus fluxes. Nutrient enrichment increases litter decomposition rates across multiple scales and trophic levels by stimulating activity of microbial decomposers and enhancing interactions among microbial decomposers, detritivores, and physical abrasion. Nutrient effects on microbial and detritivore-mediated decomposition are typically greater for recalcitrant vs. labile litter, especially when coupled to low initial nutrient concentrations. Recent studies and syntheses show that (1) dissolved N and P affect litter by stimulating fungal activity and nutrient immobilization, thus, increasing detrital nutrient content, (2) nutrient effects are greatest with N and P together (vs. individually) and when detritivores are present, and (3) ecosystem-level effects of nutrient enrichment can be predicted from small-scale measurements. Despite extensive studies of leaf litter decomposition, its application as a tool to manage nutrient enrichment issues trails comparable tools for autotrophic (i.e., algal) pathways. Thus, better understanding of the consequences of nutrient enrichment on leaf litter and other detrital carbon is important to predict how nutrients will affect stream ecosystem functioning.

Leaf litter breakdown along an elevational gradient in Australian alpine streams

“…Nutrients, up to a threshold concentration, stimulate microbial activity, making leaf litter more palatable for macroinvertebrates, ultimately stimulating its breakdown (Woodward et al, 2012). This nutrient‐stimulated breakdown becomes more profound in streams below the tree line compared with that above the tree line, where increased allochthonous and autochthonous sources are complementary (Dobson & Hildrew, 1992; Manning et al, 2021; Tilman, 1982). This difference in energy inputs (autochthonous vs. allochthonous) can drive the composition and distribution of macroinvertebrates at the catchment scale (Ligeiro et al, 2010; Vannote et al, 1980; Ward, 1992).…”

Estudio de la degradación de Typha latifolia L. en bañados de desborde fluvial

“…En tal sentido, por ejemplo, el comportamiento de los microorganismos involucrados en la degradación de los materiales vegetales es variable, generando sustratos residuales con propiedades fisicoquímicas particulares, constituyéndose así nuevos hábitats para otros microorganismos que previamente no eran dominantes en la micobiota asociada al material vegetal de partida. Todo esto puede ser a la vez influenciado por los cambios en la concentración de nutrientes y de condiciones redox en el sustrato orgánico a colonizar, que pueden afectar el metabolismo de los microrganismos involucrados y su interacción con otros con los que coexisten (Manning et al, 2021;Lee & Bukaveckas 2002;Pascoal et al, 2004;. Es reportado en la bibliografía que el vertido de efluentes industriales, la actividad urbana y la escorrentía de aguas provenientes de zonas agrícolas suelen transportar metales pesados y pesticidas a diferentes cuerpos de agua, los cuales suelen causar un efecto negativo sobre las respuestas de los microorganismos que colonizan los restos vegetales en descomposición (Artigas et al, 2012;Fernández et al, 2015;Lecerf et al, 2007;Woodward et al, 2012;Rasmussen et al, 2012).…”

“…Es reportado en la bibliografía que el vertido de efluentes industriales, la actividad urbana y la escorrentía de aguas provenientes de zonas agrícolas suelen transportar metales pesados y pesticidas a diferentes cuerpos de agua, los cuales suelen causar un efecto negativo sobre las respuestas de los microorganismos que colonizan los restos vegetales en descomposición (Artigas et al, 2012;Fernández et al, 2015;Lecerf et al, 2007;Woodward et al, 2012;Rasmussen et al, 2012). Por otra parte, también existen evidencias que la disponibilidad de los nutrientes que contienen los sustratos lignocelulósicos expuestos a la acción degradadora de saprótrofos y su movilización en el proceso de descomposición son influenciados por las características físicoquímicas del agua, manifestándose a través de los procesos y/o la actividad catalítica que las enzimas que pueden estar involucradas, incrementando la elución desde el sustrato orgánico y por lo tanto la asimilación de nutrientes que serán aprovechados por los descomponedores (Manning et al, 2021). También la concentración de oxígeno puede afectar la actividad metabólica y reproductiva de los organismos que colonizan la materia orgánica, siendo una respuesta común entre los hongos, lo cual conlleva a cambios en la diversidad y estructura de los ensambles fúngicos (Sigee et al, 2005).…”