Bewertung von Labile organischer Kohlenstoff im Boden Mit Sequential Begasung Incubation Procedures
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
Managementpraktiken und Umweltveränderungen können Erdnahrung und Kohlenstoffkreislauf verändern. Boden labilen organischen Kohlenstoff, ein leicht abbaubaren C-Pool, ist sehr empfindlich gegenüber Störungen. Es ist auch das primäre Substrat für Mikroorganismen im Boden, die auf den Nährstoffkreislauf von grundlegender Bedeutung ist. Aufgrund dieser Eigenschaften, labiler organischer Kohlenstoff (LOC) wurde als Indikator Parameter für Bodengesundheit identifiziert. Quantifizieren der Fluktuationsrate von LOC hilft auch beim Verständnis Veränderungen der Bodennährstoffkreislauf-Prozesse. Eine sequentielle Begasung Inkubation Methode wurde entwickelt Boden LOC und potenzielle C Fluktuationsrate zu schätzen. Das Verfahren erfordert Räucherpatronen Bodenproben und Quantifizieren CO 2 -C respired während einer 10 – tägigen Inkubationsperiode über eine Reihe von Begasung-Inkubation Zyklen. Labile organischen C und potenzielle C Fluktuationsrate werden dann von akkumulierten CO 2 mit einem negativen exponentiellen Modell hochgerechnet. Die Verfahren für diese Methode der Durchführung sind beschreibend.
Introduction
Aufgrund seiner lebenswichtige Rollen in Kohlenstoff (C) und den Nährstoffkreislauf und seine Empfindlichkeit gegenüber Bodenveränderung, Boden LOC ist ein wichtiger Parameter als Indikator der organischen Bodensubstanz Qualität zu messen. Wälder und landwirtschaftliche Ökosysteme in hohem Maße abhängig von der Mineralisierung von Nährstoffen in organischen Substanz im Boden als Quelle von Nährstoffen. Management – Aktivitäten können die Poolgröße und Umsatzrate organischer Boden C ändern, was zu Veränderungen der Nährstoffzufuhr 1. Die organische Boden C besteht aus zwei Hauptfraktionen von widerspenstigen C, die Umsatzraten von mehreren tausend Jahren, und LOC, die Umsatzraten von wenigen Wochen bis zu einigen Jahren 2,3,4 hat. Boden labile C besteht aus leicht abbaubaren Substraten wie mikrobielle Biomasse C, Niedermolekulare Verbindungen (Aminosäuren, einfache Kohlenhydrate) aus pflanzlichen Rhizodeposition und Zersetzungsprodukte entstehen und Sickerwasser aus Streu 1,4,5. Da Boden labile C leicht abbaubar ist, ist essehr empfindlich auf Management – Praktiken und natürliche Phänomene , die Erde 6 stören oder zu verändern. Boden labile C dient als primäre Energiequelle für die Mikroorganismen im Boden bei der Zersetzung von organischer Substanz 7. Als solche LOC Auswirkungen Nährstoffkreislauf in einem größeren Ausmaß , als dies stabile Formen der organischen Boden C 8. Bodenmikroorganismen sind auch verantwortlich für die Mehrheit der heterotrophe Atmung, die durch die stimulierende Wirkung von LOC 9,10,11 erleichtert bei der Zersetzung von widerspenstigen organischen Substanz im Boden vorkommt. Diese Atmung spielt eine wesentliche Rolle in der globalen C – Zyklen , da die organische Boden C etwa doppelt so hoch atmosphärischen C 11 ist.
Als Ergebnis seiner Bedeutung in terrestrischen Ökosystemen haben mehrere Verfahren zur Abschätzung Boden LOC entwickelt. Diese Verfahren können in drei allgemeine Klassifikationen abgegrenzt werden: physikalische, chemische und biochemische. Densitometrische Trennverfahren sind physikalische Methods , die zur Trennung der organischen Boden C in schweren oder leichten Fraktionen oder in groben und feinen partikulären organischen C 12,13,14,15 bestehen. Trennverfahren sind relativ einfach durchzuführen, aber sie tun nicht häufig konsistente Ergebnisse , da diese Fraktionen mit Bodenart mineralischen Zusammensetzung, Pflanzenmaterial Größe und Dichte, und Boden – Aggregat Konsistenz 13,15 variieren. Trennverfahren produzieren auch nur quantitative Informationen über LOC 15.
Mehrere chemische Verfahren sind für LOC Schätzung zur Verfügung. Wässrige Extraktion von organischem Kohlenstoff ist relativ einfach durchzuführen, und die Methoden bieten oft leicht reproduzierbare Ergebnisse. Allerdings sind diese Extraktionen betreffen nicht das gesamte Spektrum der verfügbaren Substrate für Mikroorganismen 15. Mehrere Oxidationsverfahren für die chemische Fraktionierung der organischen Boden C entwickelt wurden. Oxidationsverfahren haben den Vorteil, die Charakterisierung der Quantität und Qualität der labilen organischen C, Obwohl einige Methoden erfordern Arbeit mit gefährlichen Chemikalien und es gibt Variabilität unter den Methoden der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse 15. Die Säurehydrolyse Extraktionsmethode ist eine andere Art von chemischer Fraktionierung Prozedur, die die Quantität und Qualität der LOC messen kann, aber die Ergebnisse dieser Methode erleichtern nicht Auslegung ihrer biologischen Eigenschaften 13,15.
Biochemische Verfahren zur Interpretation von Boden LOC entwickelt. Labile organischen C gemessen werden als CO 2 durch Mikroorganismen in der Atmung Tests freigegeben. Diese Tests stellen Schätzungen der wahren mineralisierbaren organischer Substanz, aber in der Regel nur die labilen Verbindungen sind mineralisierten während der Tests 15. Boden mikrobielle Biomasse C , gemessen durch Begasung-Inkubation 16 und Begasung-Extraktion 17 verwendet worden ist Rückschlüsse auf LOC zu entwickeln. Jedoch liefern diese Verfahren Schätzungen von C in der mikrobiellen Biomasse statt LOC. Beide Verfahren umfassen die Begasung Subtraktion von Werten von nicht-begaste Erde mikrobiellen Biomasse C , um zu bestimmen, aber es wurde vorgeschlagen , dass erhaltenen Werte ohne Abzug von nicht-begaste Erde ein Maß für labile organische Fraktionen von C zusätzlich zu mikrobieller Biomasse 18 bereitzustellen .
Die sequentielle Begasung-Inkubation (SFI) Verfahren 13 für LOC Messung ist ein biochemischer Verfahren von dem Verfahren der Begasung-Inkubation angepasst 16 für mikrobiellen Biomasse C – Messung. Die SFI-Verfahren hat einige Vorteile gegenüber anderen Methoden der LOC Abschätzen. Eine konzeptionelle Grundlage für das Verfahren ist, dass LOC ist die mikrobiell abbaubare C, das mikrobielle Wachstum und das LOC regelt, ist physisch zugänglich und chemisch abbaubar durch Mikroorganismen im Boden. Unter Feldbedingungen ist das mikrobielle Wachstum typischerweise durch Kohlenstoff Verfügbarkeit, Nährstoffverfügbarkeit, verfügbar Porenraum und / oder das Verdrängen begrenzt. Diese Faktoren sind fast eliminiert durch Begasung, ungehinderten Bedingungen für das mikrobielle Wachstum zu schaffen. Keine Nährstoffe werden während der Inkubationszeit des Verfahrens entfernt wird. Im Laufe mehrerer Begasung und Inkubation Zyklen wird durch C Menge und Qualität (Labilität) 13 mikrobielles Wachstum begrenzt. Die akkumulierte CO 2 veratmet während der Inkubation Zyklen verwendet LOC mit einem einfachen negativen exponentiellen Modell 11,13,19 zu extrapolieren. Das Potential C Fluktuationsrate kann auch von der Steigung des exponentiellen Modell abgeleitet werden, so dass die SFI – Methode den Vorteil gegenüber den meisten anderen LOC Methoden der gleichzeitig die Konzentrationen und mögliche Fluktuationsrate von LOC 11 Schätzen hat. Für andere Methoden, Informationen über die potenziellen Umsatzraten von LOC kann nur ermittelt werden , wenn Tracer wie 14 C 13 verwendet werden. Die SFI-Verfahren ist somit eine relativ einfache und kostengünstige Technik für Messungen von sowohl LOC und seine möglichen Umsatzraten zu erhalten.
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…
Offenlegungen
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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