Evaluación de la lábil de carbono orgánico en el suelo Uso de procedimientos de incubación secuencial Fumigación

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

prácticas de gestión y los cambios ambientales pueden alterar los nutrientes del suelo y el ciclo del carbono. Carbono orgánico del suelo lábil, un grupo C de fácil descomposición, es muy sensible a las perturbaciones. También es el principal sustrato para los microorganismos del suelo, que es fundamental para el ciclo de nutrientes. Debido a estos atributos, el carbono orgánico lábil (LOC) se ha identificado como un parámetro indicador de la salud del suelo. La cuantificación de la tasa de rotación del LOC también ayuda en la comprensión de los cambios en los procesos de reciclaje de nutrientes del suelo. Un método de fumigación de incubación secuencial ha sido desarrollado para estimar LOC suelo y el potencial tasa de rotación C. El método requiere la fumigación de muestras de suelo y la cuantificación de CO ₂ -C respirado durante un período de incubación de 10 días a través de una serie de ciclos de fumigación-incubación. C lábil orgánica y el potencial tasa de rotación C y luego se extrapolan a partir de CO ₂ acumulado con un modelo exponencial negativa. Los procedimientos para la realización de este método son describirre.

Introduction

Debido a sus funciones vitales en carbono (C) y el ciclo de nutrientes y su sensibilidad al cambio del suelo, LOC suelo es un parámetro importante para medir como un indicador de la calidad de la materia orgánica del suelo. Los bosques y los ecosistemas agrícolas, en gran medida dependen de la mineralización de los nutrientes en materia orgánica del suelo como fuente de nutrientes. Las actividades de manejo pueden cambiar el tamaño de la piscina y la tasa de rotación de C orgánico del suelo, lo que resulta en cambios en el suministro de nutrientes ^1. C orgánico del suelo se compone de dos fracciones primarias de C recalcitrantes, que tiene tasas de rotación de varios miles de años, y el COL, que tiene tasas de rotación de unas pocas semanas a unos años ^2,3,4. El suelo lábil C consiste en sustratos de fácil descomposición, como la biomasa microbiana C, compuestos de bajo peso molecular (aminoácidos, hidratos de carbono simples) de rhizodeposition planta y subproductos de descomposición y los lixiviados de ^1,4,5 planta de basura. Debido a que el suelo lábil C es fácilmente descomponible, esmuy sensibles a las prácticas de gestión y los fenómenos naturales que perturban o alteran el suelo ^6. C lábil del suelo sirve como la fuente principal de energía para los microorganismos del suelo en la descomposición de la materia orgánica ^7. Como tal, los impactos LOC ciclo de nutrientes en un grado mayor que hace formas estables de C orgánico del suelo ^8. Los microorganismos del suelo también son responsables de la mayoría de la respiración heterotrófica que se produce durante la descomposición de la materia orgánica del suelo recalcitrante facilitado por el efecto de cebado de LOC ^9,10,11. Esta respiración juega un papel importante en los ciclos globales C porque C orgánico del suelo es aproximadamente el doble que la de C atmosférico ^11.

Como resultado de su importancia en los ecosistemas terrestres, varios métodos se han desarrollado para estimar LOC suelo. Estos métodos pueden ser delineadas en tres clasificaciones generales: física, química, bioquímica y. métodos de separación son densitométricos met físicaSAO que consisten en la separación de C orgánico del suelo en fracciones pesadas o ligeras o en grueso y fino particulado orgánico C ^12,13,14,15. Los métodos de separación son relativamente fáciles de realizar, pero no lo hacen a menudo producen resultados consistentes debido a que estas fracciones varían con la composición del tipo de suelo mineral, el tamaño del material vegetal y la densidad y consistencia del agregado del suelo ^13,15. Los métodos de separación también producen sólo la información cuantitativa sobre LOC ^15.

Varios métodos químicos están disponibles para la estimación de LOC. extracción acuosa de carbono orgánico es relativamente fácil de realizar, y los métodos a menudo proporcionan resultados fácilmente reproducibles. Sin embargo, estas extracciones no involucran todo el espectro de sustratos disponibles para los microorganismos ^15. Se han desarrollado varios métodos de oxidación para el fraccionamiento químico de C orgánico del suelo. métodos de oxidación tienen la ventaja de la caracterización de la cantidad y calidad de lábil orgánico C, Aunque algunos métodos requieren el trabajo con productos químicos peligrosos y hay variabilidad entre los métodos en la reproducibilidad de los resultados ^15. El método de extracción de hidrólisis ácida es otro tipo de procedimiento de fraccionamiento químico que puede medir la cantidad y calidad de la LOC, pero los resultados de este método no facilitar la interpretación de sus propiedades biológicas ^13,15.

Se han desarrollado métodos bioquímicos para la interpretación de LOC suelo. Lábil C orgánico se puede medir como CO ₂ liberado por los microorganismos en ensayos de respiración. Estos ensayos proporcionan estimaciones de la verdadera materia orgánica mineralizable, pero por lo general sólo los compuestos más lábiles son mineralizado durante los ensayos ^15. Biomasa microbiana del suelo C medida por la fumigación-incubación de ¹⁶ y fumigación-extracción ¹⁷ ha sido utilizado para desarrollar inferencias sobre LOC. Sin embargo, estos procedimientos proporcionan estimaciones de C en la biomasa microbiana en lugar de LOC. Tanto fumigación procedimientos incluyen la resta de los valores de suelo no fumigado para determinar la biomasa microbiana C, pero se ha sugerido que los valores obtenidos sin sustracción de suelo no fumigado proporcionar una medida de fracciones orgánicas lábiles de C además de la biomasa microbiana ¹⁸ .

El procedimiento secuencial ¹³ de fumigación-incubación (SFI) para medir LOC es un método bioquímico adaptado del método de fumigación-incubación ¹⁶ para la medición de biomasa microbiana del suelo C. El método de SFI tiene algunas ventajas en relación con otros métodos de estimación de LOC. Una base conceptual de este método es que el LOC es microbiológicamente C degradable que gobierna el crecimiento microbiano y que LOC es accesible físicamente y químicamente degradables por los microorganismos del suelo. En condiciones de campo, el crecimiento microbiano es típicamente limitada por la disponibilidad de carbono, la disponibilidad de nutrientes, el espacio de poro disponible, y / o la depredación. Estos factores son casi eliminados por la fumigación, la creación de condiciones sin obstáculos para el crecimiento microbiano. No hay nutrientes se eliminan durante el periodo de incubación del método. A lo largo de múltiples ciclos de fumigación y la incubación, el crecimiento microbiano se ve limitada por la cantidad C y la calidad (labilidad) ^13. El acumulado _{de CO2} respirado durante los ciclos de incubación se utiliza para extrapolar LOC con un sencillo modelo ^11,13,19 exponencial negativa. La tasa de rotación C potencial también puede ser derivado de la pendiente del modelo exponencial, por lo que el método de SFI tiene la ventaja sobre la mayoría de los otros métodos de estimación de LOC simultáneamente las concentraciones y el potencial tasa de rotación de ¹¹ LOC. Para otros métodos, la información sobre las posibles tasas de rotación de LOC sólo puede determinarse si se utilizan trazadores tales como ¹⁴ C ^13. El método de SFI tanto, es una técnica relativamente simple y barato para la obtención de mediciones tanto de sus tasas de rotación posibles LOC y.

Protocol

1. Recoger del suelo para obtener muestras representativas de las condiciones dentro de la Zona Experimental Experimental y dentro de 20 Unidades Identificar cualquier diferencia en las propiedades del sitio, tales como propiedades de pendiente y de suelo, incluyendo la textura, densidad aparente, pH, profundidad horizonte orgánico, y / o la concentración de nutrientes. Identificar cualquier diferencia en el tipo de vegetación dentro de las parcelas. Utilizar estimaciones conocidas o publicadas …

Representative Results

El método de SFI se ha utilizado como se describe en este documento en una serie de experimentos llevados a cabo en el sureste de los Estados Unidos 24,25,26,27. En conjunto, estos experimentos abarcaron una variedad de tipos de vegetación, incluyendo el pino de incienso (Pinus taeda L.), pasto varilla (Panicum virgatum L.), álamo (Populus deltoides Marsh Bartram ex.), Y la soja (Glycine max L. Merr.). El método fue sensible a la determi…

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