순차 훈증 배양 절차를 사용하여 토양으로 불안정 유기 탄소의 평가
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
경영 환경 변화는 토양의 영양과 탄소 순환을 변경할 수 있습니다. 토양 불안정한 유기 탄소, 용이 분해 C 풀, 교란에 매우 민감하다. 또한 영양소 사이클링 근본적인 토양 미생물에 대한 기본 기판이다. 때문에 이러한 특성으로, 불안정한 유기 탄소 (LOC)은 토양 건강의 지표 매개 변수로 확인되었습니다. LOC의 회전율을 정량화하면 토양 영양 순환 과정의 변화를 이해 돕는다. 순차 훈증 배양 방법은 토양 LOC 및 잠재적 C 전환율을 측정하기 위해 개발되었다. 상기 방법은 토양 시료 훈증 및 훈증 인큐베이션 사이클 일련 통해 10 일간 배양 기간 CO 2 -C 호흡 정량화 필요. 불안정한 유기 탄소 (C)와 잠재적 인 C 회전율은 음의 지수 모델과 축적 된 CO 2에서 추정된다. 이 방법을 수행하기위한 절차에 대해 설명하다디.
Introduction
때문에 탄소 (C)와 영양 순환 및 토양 변화에 감도에서의 중요한 역할, 토양 LOC는 토양 유기물 품질의 지표로 측정하는 중요한 매개 변수입니다. 큰 정도 숲과 agroecosystems은 영양소의 소스로 토양 유기물에서 영양분의 광물에 따라 달라집니다. 관리 활동은 영양 공급 한 변화의 결과로, 토양의 유기 탄소 (C)의 풀 크기와 이직률을 변경할 수 있습니다. 토양 유기 탄소 (C)는 몇 년 2,3,4에 몇 주에서 이직률이 분해성 수천 년의 이직률이 C, 및 LOC의 두 가지 주요 분수로 구성되어 있습니다. 토양 불안정한 C는 식물 쓰레기 1,4,5에서 미생물 바이오 매스 C, 저 분자량 화합물 (아미노산, 단순 탄수화물) 식물 rhizodeposition에서, 분해 부산물 및 침출수로 쉽게 분해 기판으로 구성되어 있습니다. 토양 불안정한 C 용이 분해성 때문입니다방해 또는 토양 6 변경 관리 관행과 자연 현상에 매우 민감. 토양 불안정한 C는 유기 물질 (7)의 분해 토양 미생물의 주 에너지 원으로 기능한다. 토양 유기 탄소 (C) 8의 안정적인 형태보다 더 큰 정도 등, LOC에 미치는 영향 영양 순환으로. 토양 미생물은 LOC 9,10,11의 프라이밍 효과에 의해 촉진 분해성 토양 유기물의 분해시 발생하는 종속 영양 호흡의 대부분에 대한 책임이 있습니다. 토양 유기 탄소 (C)가 약 두 배 대기 C (11)이기 때문에 호흡 글로벌 C 사이클에 상당한 역할을한다.
육상 생태계의 중요성으로 인해, 여러 가지 방법이 토양 LOC를 추정하기 위해 개발되었다. 물리적, 화학적, 생화학 적 :이 방법은 일반적으로 세 가지 분류로 묘사 될 수있다. 농도계 분리 방법은 물리적 메트있다무겁거나 가벼운 분수로 또는 일반 및 미세 입자 유기 탄소 (C) 12,13,14,15로 토양의 유기 탄소 (C)를 분리 구성 ODS. 분리 방법은 수행하기가 비교적 용이하지만, 종종 그렇지 이들 분획 토양 유형 미네랄 조성물, 식물 재료의 크기와 밀도 및 토양 집합체 일관성 (13, 15)에 따라 변화하기 때문에 일관성있는 결과를 생성한다. 분리 방법은 LOC 약 15 만 정량적 인 정보를 생산하고 있습니다.
여러 가지 화학적 방법은 LOC 추정 사용할 수 있습니다. 유기 탄소 수용액으로 추출을 수행하기가 비교적 용이하고, 상기 방법은 종종 쉽게 재현 가능한 결과를 제공한다. 그러나 이러한 추출 미생물 15 수 기판의 전체 스펙트럼을 포함하지 않습니다. 토양 유기 C의 화학적 분류에 대한 여러 가지 산화 방법이 개발되었다. 산화법은 양과 불안정한 유기 C의 품질 특성의 이점을 가지고일부 방법은 유해 화학 물질과 작업을 필요로 및 결과 (15)의 재현성 방법 중 변동성이 있지만. 산 가수 분해 추출법 양과 LOC의 품질을 측정 할 수있는 화학적 분류 절차의 다른 형태이지만,이 방법의 결과는 그 생물학적 특성 (13, 15)의 해석을 용이하게하지 않는다.
토양 LOC 해석의 생화학 적 방법이 개발되었다. CO 2 호흡 분석에서 미생물에 의해 방출으로 불안정한 유기 C가 측정 될 수있다. 이러한 분석은 진정한 mineralizable 유기물의 추정을 제공하지만, 일반적으로는 가장 불안정한 화합물은하기 검정법 중 15 광물이다. 훈증-배양 (16) 및 훈증 추출 (17)에 의해 측정 된 토양 미생물 바이오 매스 C는 LOC에 대한 추론을 개발하는 데 사용되었습니다. 그러나 이러한 절차는 미생물 바이오 매스보다는 LO에서 C의 추정치를 제공C. 두 훈증 절차 미생물 생물량 C를 결정하는 비 훈증 토양의 값의 감산을 포함하지만, 값이 비 훈증 토양 감산없이 수득 제안 미생물 바이오 매스 (18)에 더하여 C의 불안정한 유기 부분의 측정치를 제공 한 .
LOC를 측정하기위한 순차 훈증-배양 (SFI) 프로 시저 (13)는 토양 미생물 바이오 매스 C 측정을위한 훈증-배양 과정 (16)에서 적응 생화학 적 방법이다. SFI 방법은 LOC를 추정하는 다른 방법에 대해 몇 가지 장점을 갖는다. 방법에 대한 개념적 기초 LOC는 미생물의 성장을 지배하는 미생물 분해 C이며, 그 LOC 물리적 접근 및 토양 미생물에 의해 화학적으로 분해 것입니다. 전계 조건에서 미생물의 성장은 일반적으로 탄소 가용성 영양소 가용성 가능한 공극 공간 및 / 또는 포식에 의해 제한된다. 이러한 요소는 거의 elimi 있습니다미생물 성장에 방해받지 않고 조건을 만들어, 훈증에 의해 신도. 어떤 영양분이 방법의 배양 기간 동안 제거되지 않습니다. 여러 훈증 및 배양주기의 과정을 통해, 미생물 성장은 C의 양과 질 (불안정성) (13)에 의해 제한된다. 배양 사이클 동안 축적 된 CO 2 호흡은 단순한 음의 지수 모델 11,13,19와 LOC를 추정하는 데 사용됩니다. SFI 방법 동시에 농도 LOC (11)의 전위 회전율을 추정 대부분 LOC 방법을 통해 장점을 가지고 있으므로 잠재적 C 회전율 또한, 지수 모델의 기울기로부터 유도 될 수있다. 이러한 14 C 등의 추적자 (13)를 사용하는 경우 다른 방법의 경우, LOC의 잠재적 인 이직률에 대한 정보는 확인 할 수 있습니다. SFI 방법 따라서 LOC 및 잠재적 회전율 모두의 측정을 획득하기위한 상대적으로 간단하고 저렴한 기술이다.
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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