シーケンシャル燻蒸インキュベーション・プロシージャを使用した土壌中の不安定な有機炭素の評価
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
管理慣行と環境変化は、土壌養分と炭素循環を変更することができます。土壌不安定な有機炭素、容易に分解Cプールは、外乱に対して非常に敏感です。また、栄養循環の基本である土壌微生物のための主要な基板です。これらの属性に、不安定な有機炭素（LOC）は、土壌の健康の指標パラメータとして同定されています。 LOCの回転率を定量化することも、土壌の栄養循環プロセスの変化を理解するのに役立ちます。シーケンシャル燻蒸培養方法は、土壌LOCと電位C代謝回転速度を推定するために開発されました。この方法は、土壌サンプルを燻蒸や燻蒸インキュベーション一連のサイクルで10日間のインキュベーション期間中にCO 2 -Cの呼吸を定量化する必要があります。不安定な有機Cおよび潜在的なCの離職率は負の指数モデルで蓄積されたCO 2から推定されています。この方法を実施するための手順を説明していますD。
Introduction
炭素（C）と栄養循環や土壌の変化に対する感度におけるその重要な役割に、土壌のLOCは、土壌有機物の質の指標として測定するための重要なパラメータです。大規模な程度に森林や農業生態系は、栄養源として土壌有機物中の栄養素の鉱化作用に依存します。管理活動は、栄養供給1の変更を伴う、土壌有機Cのプールサイズと離職率を変更することができます。土壌有機Cは数年2,3,4に数週間から離職率を持って反抗数千年の離職率を持つC、およびLOC、2つの主要画分で構成されています。土壌に不安定なCは、このような植物リター1,4,5から微生物バイオマスC、低分子量化合物（アミノ酸、単純な炭水化物）植物rhizodepositionから、分解副生成物や浸出水として容易に分解性の基材で構成されています。土壌に不安定なCは、容易に分解可能であるため、それがあります邪魔や土壌6を変える経営慣行や自然現象に非常に敏感。土壌不安定なCは、有機物7の分解における土壌微生物のための一次エネルギー源として機能します。土壌有機C 8の安定な形態の場合よりも大きい程度に、このような、LOCの影響栄養素サイクリングなど。土壌微生物はまた、LOC 9,10,11のプライミング効果によって容易に反抗土壌有機物の分解時に発生する従属栄養呼吸の大部分を担っています。土壌有機Cは約2倍、その大気のC 11のであるため、この呼吸は、グローバルCサイクルにおける実質的な役割を果たしています。
陸上生態系におけるその重要性の結果として、いくつかの方法は、土壌LOCを推定するために開発されてきました。物理的、化学的、および生化学的なこれらの方法は、3つの一般的な分類に描写することができます。デンシトメトリーの分離方法は、物理メタあります重鎖または軽画分にまたは粗微粒子有機C 12,13,14,15に土壌有機C分離で構成されてODS。分離方法は、実行するのが比較的容易であるが、これらの画分は、土壌型鉱物組成に応じて変化するので、それらは多くの場合、植物材料の大きさと密度、土壌凝集一貫13,15、一貫した結果を生じません。分離方法はまた、LOC 15についてのみ定量的情報を生成します。
いくつかの化学的方法は、LOC推定のために用意されています。有機炭素の水性抽出を実行するのが比較的容易であり、方法は、多くの場合、容易に再現可能な結果を提供します。しかし、これらの抽出物は、微生物15のために利用可能な基板の全体のスペクトルを伴いません。土壌有機Cの化学的分別のためのいくつかの酸化方法が開発されています。酸化方法は、不安定な有機Cの量と質を特徴付けるという利点を有します、いくつかの方法が有害化学物質との仕事を必要とし、結果15の再現性の方法のうちのばらつきはあるものの。酸加水分解の抽出方法は、LOCの量および質を測定することができる化学的分画手順の別のタイプであるが、この方法の結果は、その生物学的特性13,15の解釈を容易にしません。
土壌LOCの解釈のための生化学的方法が開発されています。 CO 2は、呼吸アッセイにおいて微生物によって放出されるように不安定な有機Cを測定することができます。これらのアッセイは、真の無機化有機物質の推定値を提供するが、典型的には、唯一の最も不安定な化合物は、アッセイ15中に鉱化されています。燻蒸インキュベーション16及び燻蒸抽出17によって測定された土壌微生物バイオマスCはLOCに関する推論を開発するために使用されてきました。しかし、これらの手順は、微生物バイオマスはなく、LOにCの推定値を提供しますC.燻蒸両方の手順は、微生物バイオマスCを決定するために、非燻蒸土壌からの値の減算を含むが、非燻蒸土壌を減算せずに得られた値は、微生物バイオマス18に加えて、Cの不安定な有機画分の測定値を与えることが示唆されています。
LOCを測定するためのシーケンシャル燻蒸インキュベーション（SFI）の手順13土壌微生物バイオマスC測定のための燻蒸インキュベーション手順16から適応生化学的な方法です。 SFI方法はLOCを推定する他の方法に比べいくつかの利点を有します。この方法のための概念的基礎は、LOCは、微生物の成長を支配する微生物分解性Cであり、そのLOCが物理的にアクセス可能と土壌微生物による化学的に分解可能であるということです。フィールド条件下で、微生物の増殖は、典型的には、炭素の可用性、栄養素利用可能性、利用可能な孔空間、及び/又は捕食によって制限されます。これらの要因は、ほぼelimiあります微生物の増殖のために妨げられない条件を作成し、燻蒸によっていますか。いいえ栄養素がメソッドのインキュベーション期間の間に除去されていません。複数の燻蒸およびインキュベーションのサイクルの間に、微生物の増殖は、C量と質（不安定性）13によって制限されるようになります。インキュベーションのサイクル中に蓄積CO 2呼吸は、単純な負の指数モデル11,13,19とのLOCを推定するために使用されます。潜在的なCの代謝回転速度はまた、指数モデルの傾きから得ることができるので、SFI法が同時に濃度およびLOC 11の潜在的な代謝回転速度を推定する他のほとんどのLOC方法に優る利点を有します。このような14 Cなどのトレーサーは13を使用している場合は他の方法については、LOCの潜在的な離職率に関する情報のみを確認することができます。 SFI方法は、このようにLOCとその潜在的な離職率の両方の測定値を得るために、比較的簡単で安価な手法です。
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…
Divulgazioni
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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