Valutazione della Labile carbonio organico nel suolo Uso delle procedure sequenziale fumigazione incubazione
Summary
Labile organic carbon (LOC) and the potential carbon turnover rate are sensitive indicators of changes in soil nutrient cycling processes. Details are provided for a method based on fumigating and incubating soil in a series of cycles and using the CO2 accumulated during the incubation periods to estimate these parameters.
Abstract
pratiche di gestione e cambiamenti ambientali possono alterare nutrienti del suolo e ciclo del carbonio. Terreno labile carbonio organico, un pool C facilmente scomponibile, è molto sensibile al disturbo. E 'anche il substrato primario per i microrganismi del suolo, che è fondamentale per ciclo dei nutrienti. A causa di questi attributi, labile carbonio organico (LOC) è stata identificata come un parametro indicatore salute del suolo. Quantificare il tasso di turnover del LOC aiuta anche a comprendere i cambiamenti nei processi ciclo dei nutrienti del suolo. Un metodo di fumigazione incubazione sequenziale è stato sviluppato per stimare LOC suolo e tasso potenziale di C fatturato. Il metodo richiede fumigazione campioni di suolo e la quantificazione di CO 2 -C respirata nel corso di un periodo di incubazione di 10 giorno per una serie di cicli di fumigazione-incubazione. Labile C organico e il potenziale tasso di turnover C sono poi estrapolati da CO 2 accumulato con un modello esponenziale negativo. Le procedure per lo svolgimento di questo metodo sono descrivered.
Introduction
Grazie alle sue funzioni vitali in carbonio (C) e il ciclo dei nutrienti e la sua sensibilità al cambiamento del suolo, il suolo LOC è un parametro importante per misurare come indicatore di qualità del suolo materia organica. Foreste e agroecosystems in larga misura dipendono dalla mineralizzazione dei nutrienti nel suolo materia organica come fonte di nutrienti. Le attività di gestione in grado di modificare le dimensioni piscina e tasso di turnover del suolo organico C, con conseguente variazioni di apporto di sostanze nutritive 1. Terreno organico C è composto da due frazioni principali di recalcitrante C, che ha tassi di turnover di diverse migliaia di anni, e LOC, che ha tassi di turnover da poche settimane a qualche anno 2,3,4. Terreno labile C si compone di substrati facilmente decomponibili come la biomassa microbica C, composti a basso peso molecolare (aminoacidi, carboidrati semplici) da rizodeposizioni impianto, e sottoprodotti di decomposizione e percolati da lettiera 1,4,5. Poiché terreno labile C è facilmente smontabile, èmolto sensibile alle pratiche di gestione e fenomeni naturali che disturbano o alterano terreno 6. Terreno labile C serve come fonte primaria di energia per i microrganismi del suolo nella decomposizione della materia organica 7. Come tale, l'impatto LOC ciclo dei nutrienti in misura maggiore di quanto non faccia forme stabili di terreno C organico 8. Microrganismi del suolo sono anche responsabili della maggior parte della respirazione eterotrofi che si verifica durante la decomposizione di recalcitrante sostanza organica agevolata dall'effetto innesco di LOC 9,10,11. Questa respirazione svolge un ruolo sostanziale nei cicli C Global causa organica del suolo C è pari a circa il doppio di quello di C atmosferico 11.
Come risultato della sua importanza negli ecosistemi terrestri, diversi metodi sono stati sviluppati per stimare LOC terreno. Questi metodi possono essere delineati in tre classificazioni generali: fisici, chimici e biochimici. metodi di separazione densitometriche sono meth fisicoODS che consistono di separazione organica del suolo C in frazioni pesanti o leggeri o in grossolana e particolato fine organico C 12,13,14,15. Metodi di separazione sono relativamente facili da eseguire, ma non lo fanno spesso producono risultati coerenti, perché queste frazioni variano a seconda del tipo di suolo composizione minerale, pianta di dimensioni materiale e la densità, e del suolo aggregato consistenza 13,15. Metodi di separazione, inoltre, produrre solo informazioni quantitative sui LOC 15.
Diversi metodi chimici sono disponibili per la stima LOC. estrazione acquosa di carbonio organico è relativamente facile da eseguire, e metodi spesso forniscono risultati facilmente riproducibili. Tuttavia, queste estrazioni non comportano l'intera gamma di supporti disponibili per i microrganismi 15. Sono stati sviluppati diversi metodi di ossidazione per frazionamento chimica del terreno organico C. Metodi ossidazione hanno il vantaggio di caratterizzare la quantità e la qualità dei labile organico C, Anche se alcuni metodi richiedono lavoro con sostanze chimiche pericolose e non vi è la variabilità tra i metodi di riproducibilità dei risultati 15. Il metodo di estrazione di idrolisi acida è un altro tipo di procedura di frazionamento chimico che può misurare la quantità e la qualità del LOC, ma i risultati di questo metodo non facilitare l'interpretazione delle sue proprietà biologiche 13,15.
sono stati sviluppati metodi biochimici per l'interpretazione della LOC suolo. Labile C organico può essere misurata come CO 2 rilasciato da microrganismi in saggi di respirazione. Questi test forniscono stime di vera sostanza organica mineralizzabile, ma in genere solo i composti più labili sono mineralizzati durante i test 15. Terreno biomassa microbica C misurata mediante fumigazione-incubazione 16 e fumigazione-estrazione 17 è stato utilizzato per sviluppare inferenze circa LOC. Tuttavia, queste procedure prevedono stime di C nella biomassa microbica, piuttosto che LOProcedure C. Entrambi fumigazione includono sottrazione di valori da terreni non fumigati per determinare la biomassa microbica C, ma è stato suggerito che i valori ottenuti senza sottrazione di non fumigati terreno fornire una misura di frazioni organiche labili di C, oltre a biomassa microbica 18 .
La procedura sequenziale di fumigazione-incubazione (SFI) 13 per la misurazione della LOC è un metodo biochimico adattato dalla procedura di fumigazione-incubazione 16 per la misurazione microbica del suolo biomassa C. Il metodo SFI presenta alcuni vantaggi rispetto ad altri metodi di stima LOC. Una base concettuale per il metodo è che LOC è il microbiologicamente C degradabile che governa la crescita microbica e che LOC è fisicamente accessibile e chimicamente degradabile dai microrganismi del suolo. In condizioni di campo, la crescita microbica è in genere limitata dalla disponibilità di carbonio, disponibilità di nutrienti, spazio poroso a disposizione, e / o di predazione. Questi fattori sono quasi Elimignato da fumigazione, creando le condizioni senza ostacoli per la crescita microbica. Non nutrienti vengono rimossi durante il periodo di incubazione del metodo. Nel corso di più cicli di fumigazione e di incubazione, la crescita microbica viene limitata dalla quantità e qualità C (labilità) 13. La CO 2 accumulata respirata durante i cicli di incubazione viene utilizzato per estrapolare LOC con un semplice modello di negativo 11,13,19 esponenziale. Il tasso potenziale di C fatturato può anche essere derivato dalla pendenza del modello esponenziale, in modo che il metodo di SFI ha il vantaggio rispetto la maggior parte degli altri metodi di stima LOC contemporaneamente le concentrazioni e le potenzialità tasso di rotazione del LOC 11. Per altri metodi, le informazioni sui potenziali tassi di turnover del LOC può essere accertata solo se si utilizzano traccianti, come 14 C 13. Il metodo SFI è quindi una tecnica relativamente semplice e poco costoso per ottenere misurazioni di entrambi LOC e dei suoi tassi di turnover potenziali.
Protocol
Representative Results
Discussion
The SFI method is an effective protocol for detecting differences in soil LOC and potential C turnover rates over a range of management practices (such as fertilization, tillage, vegetation control, and harvest practices) and soil conditions. Soil LOC content and C turnover rate can be used to understand alterations of nutrient cycles. The SFI method also provides measurement of microbial biomass C from the first fumigation-incubation event. The ability to measure soil LOC, C turnover, and microbial biomass C concurrentl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors gratefully acknowledge Michelle Gonzales, Kenny Kidd, Brad Osbon, and all other personnel that conducted the laboratory procedures for these data. The authors are thankful for assistance from Andrew Scott in developing software coding to conduct model-fitting procedures. The authors also appreciate the funding from the U.S. Department of Agriculture National Institute of Food and Agriculture, Sustainable Agriculture and Research & Education, Sun Grant South Central region, and the National Council of Air and Stream Improvement that made possible the studies from which representative results provided in this paper were drawn.
Materials
| Soil auger sampling kit | JMC | PN039 | Several other manufacturers of punch augers are available |
| Parafilm | Curwood | PM999 | |
| Aluminum weighing boats | Fisherbrand | 08-732-103 | |
| General purpose drying oven | Fisher Scientific | 15-103-0511 | Many other manufacturers of general purpose laboratory ovens are available |
| 10.5 L vacuum desiccator | Corning | 3121-250 | |
| Glass scintillation vial | Wheaton | 968560 | |
| Glass threaded vials, 41 mL | Fisherbrand | 03-339-21N | |
| Chloroform, stabilized with amylenes | Sigma-Aldrich | 67-66-3 | |
| Boiling chips | Fisher Scientific | S25201 | |
| Glass rod | Fisherbrand | S63449 | |
| Size 10 rubber stopper | Fisherbrand | 14-130P | Rubber stoppers can be purchased as solid and drilled in center to install glass rod or bought with a hole to insert glass rod |
| Wide-mouth PPCO bottle, 0.5 L | ThermoScientific | 3121050016 | |
| Sodium hydroxide, reagent grade | Sigma-Aldrich | S5881 | |
| Barium chloride | Sigma-Aldrich | 202738 | |
| Phenolphthalein indicator | Fisher Scientific | S25466 | |
| Hydrochloric acid solution, 0.1 N | Fisher Scientific | SA54-4 |
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