Évaluation de labile carbone organique dans le sol Utilisation des procédures séquentielles Fumigation Incubation

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

Les pratiques de gestion et les changements environnementaux peuvent modifier des éléments nutritifs du sol et le cycle du carbone. Carbone organique du sol labile, une piscine facilement décomposable C, est très sensible aux perturbations. Il est également le substrat primaire pour les microorganismes du sol, ce qui est fondamental pour le recyclage des nutriments. En raison de ces caractéristiques, le carbone organique labile (LOC) a été identifié comme un paramètre d'indicateur de la santé du sol. Quantifier le taux de LOC du chiffre d'affaires contribue également à comprendre les changements dans les processus de cycle des éléments nutritifs du sol. Une méthode de fumigation d'incubation séquentielle a été développé pour estimer LOC du sol et taux de rotation du C potentiel. La méthode nécessite fumiger des échantillons de sol et de quantification du CO ₂ -C respirés pendant une période de 10 jours d'incubation , au cours d' une série de cycles de fumigation-incubation. Labile C organique et le taux potentiel de chiffre d' affaires de C sont ensuite extrapolés à partir de CO ₂ accumulé avec un modèle exponentiel négatif. Les procédures pour la réalisation de cette méthode sont décrireré.

Introduction

En raison de ses rôles essentiels dans le carbone (C) et le cycle des éléments nutritifs et de sa sensibilité aux changements du sol, LOC du sol est un paramètre important pour mesurer comme un indicateur de sol organique qualité de la matière. Les forêts et les agroécosystèmes dans une large mesure dépendent de la minéralisation des éléments nutritifs dans le sol de la matière organique en tant que source de nutriments. Les activités de gestion peuvent modifier la taille de la piscine et le taux de rotation du C organique du sol, ce qui entraîne des changements dans les éléments nutritifs alimentation ^1. C organique du sol se compose de deux fractions primaires de C récalcitrante, qui a des taux de plusieurs milliers d' années de chiffre d'affaires, et LOC, qui a le taux de roulement de quelques semaines à quelques années ^2,3,4. Le sol labile C est constitué de substrats facilement décomposables tels que la biomasse microbienne C, composés à faible poids moléculaire (acides aminés, hydrates de carbone simples) de rhizodéposition des plantes et des sous – produits de décomposition et de lixiviats de la litière végétale ^1,4,5. Parce que le sol labile C est facilement décomposable, il esttrès sensible aux pratiques de gestion et les phénomènes naturels qui perturbent ou modifient le sol ^6. Sol labile C sert de source d'énergie primaire pour les microorganismes du sol dans la décomposition de la matière organique ^7. En tant que tel, les impacts LOC cycle des éléments nutritifs à un degré plus élevé que ne le fait des formes stables de C organique des sols ^8. Les microorganismes du sol sont également responsables de la majorité de la respiration hétérotrophe qui se produit lors de la décomposition des sols en matière organique récalcitrante facilitée par l'effet d' amorçage du LOC ^9,10,11. Cette respiration joue un rôle important dans les cycles mondiaux de C parce que le sol C organique est approximativement le double de celle de C atmosphérique ^11.

En raison de son importance dans les écosystèmes terrestres, plusieurs méthodes ont été développées pour estimer LOC du sol. Ces méthodes peuvent être délimitées en trois catégories générales: physique, chimique et biochimique. Les méthodes de séparation densitométriques sont meth physiqueods qui consistent à séparer C organique des sols en fractions lourdes ou légères ou en grossières et fines particules organiques C ^12,13,14,15. Méthodes de séparation sont relativement faciles à réaliser, mais ils ne le font pas souvent produisent des résultats cohérents parce que ces fractions varient avec la composition de type de sol minéral, végétal taille matériau et de la densité, et le sol total cohérence ^13,15. Méthodes de séparation produisent également que des informations quantitatives sur LOC ^15.

Plusieurs méthodes chimiques sont disponibles pour LOC estimation. extraction aqueuse de carbone organique est relativement facile à réaliser, et les méthodes fournissent souvent des résultats facilement reproductibles. Cependant, ces extractions ne concernent pas l'ensemble du spectre des substrats disponibles pour les micro – organismes ^15. Plusieurs procédés d'oxydation pour le fractionnement chimique du C organique du sol ont été développés. méthodes d'oxydation ont l'avantage de caractériser la quantité et la qualité de labile organique C, Bien que certaines méthodes nécessitent un travail avec des produits chimiques dangereux et il y a variabilité entre les méthodes de la reproductibilité des résultats ^15. La méthode d'extraction de l' hydrolyse acide est un autre type de procédé de fractionnement chimique qui peut mesurer la quantité et la qualité du LOC, mais les résultats de cette méthode ne facilite pas l' interprétation de ses propriétés biologiques ^13,15.

méthodes biochimiques pour l'interprétation des LOC du sol ont été développés. C organique labile peut être mesurée sous forme de CO ₂ libérée par les micro – organismes dans des tests respiratoires. Ces essais fournissent des estimations de la vraie matière organique minéralisable, mais en général seulement les composés les plus labiles sont minéralisés pendant les essais ^15. Soil biomasse microbienne C mesurée par fumigation-incubation ¹⁶ et la fumigation-extraction ¹⁷ a été utilisé pour développer des inférences sur LOC. Toutefois, ces procédures fournissent des estimations de C de la biomasse microbienne plutôt que LOProcédures C. Les deux fumigation comprennent la soustraction de valeurs à partir du sol non fumigé pour déterminer la biomasse microbienne C, mais il a été suggéré que les valeurs obtenues sans soustraction du sol non fumigé fournir une mesure de fractions organiques labiles de C en plus de la biomasse microbienne ¹⁸ .

La fumigation séquentielle-incubation (SFI) procédure ¹³ de mesure LOC est une méthode biochimique adapté de la procédure de fumigation-incubation ¹⁶ pour microbienne du sol mesure biomasse C. La méthode SFI a certains avantages par rapport à d'autres méthodes d'estimation LOC. Une base conceptuelle de la méthode est que LOC est le microbiologiquement C dégradable qui régit la croissance microbienne et que LOC est physiquement accessible et chimiquement dégradable par les microorganismes du sol. Dans des conditions sur le terrain, la croissance microbienne est généralement limitée par la disponibilité de carbone, la disponibilité des nutriments, l'espace disponible de pores, et / ou la prédation. Ces facteurs sont presque elimidésigné par fumigation, créant des conditions sans entrave pour la croissance microbienne. Pas d'éléments nutritifs sont éliminés au cours de la période d'incubation de la méthode. Au cours de plusieurs cycles de fumigation et d' incubation, la croissance microbienne devient limitée par C quantité et la qualité (labilité) ^13. Le CO accumulé ₂ respirés pendant les cycles d'incubation est utilisé pour extrapoler LOC avec un simple modèle exponentiel ^11,13,19 négatif. Le taux de rotation du C potentiel peut également être dérivé de la pente du modèle exponentiel, de sorte que la méthode SFI a l'avantage sur la plupart des autres méthodes d'estimation simultanée des concentrations et des taux de rotation du potentiel LOC ¹¹ LOC. Pour les autres méthodes, l' information sur les taux de rotation potentiels du LOC ne peut être assurée que si les traceurs tels que ¹⁴ C sont utilisés ^13. La méthode SFI est donc une technique relativement simple et peu coûteuse pour obtenir des mesures à la fois LOC et ses taux de roulement potentiels.

Protocol

1. Collecter des sols pour obtenir des échantillons représentatifs des conditions dans la zone expérimentale et dans Experimental Unités 20 Identifier les différences dans les propriétés du site, tels que la pente et les propriétés du sol, y compris la texture, la densité apparente, le pH, la profondeur de l'horizon organique, et / ou les concentrations de nutriments. Identifier les différences de type de végétation à l'intérieur des parcelles. Utilisez des estimations connue…

Representative Results

La méthode SFI a été utilisé comme décrit dans le présent document dans une série d'expériences menées dans le sud des États-Unis 24,25,26,27. Ensemble, ces expériences englobaient une variété de types de végétation, y compris le pin à encens (Pinus taeda L.), switchgrass (Panicum virgatum L.), cottonwood (Populus deltoides Bartram ex Marsh.) Et le soja (Glycine max L. Merr.). La méthode était sensible à déterminer le…

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…

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