Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

मृदा इनक्यूबेशन प्रयोग में तापमान का अनुकरण

Published: October 28, 2022 doi: 10.3791/64081
Automatic Translation
1, 1, 1, 1,2, 1
1Department of Agricultural and Environmental Sciences, Tennessee State University, 2Department of Plant Biology and Microbiology, University of Oklahoma, Norman

Summary

प्रयोगशाला मिट्टी वार्मिंग प्रयोग आमतौर पर कई कक्षों में दो या दो से अधिक निरंतर तापमान को नियोजित करते हैं। एक परिष्कृत पर्यावरणीय कक्ष प्रस्तुत करके, हम सीटू मिट्टी के तापमान के परिमाण और आयाम की नकल करने और मिट्टी के इनक्यूबेशन अध्ययन के प्रयोगात्मक डिजाइन में सुधार करने के लिए एक सटीक तापमान नियंत्रण विधि प्रदान करते हैं।

Abstract

मिट्टी पर वार्मिंग प्रभाव के अध्ययन के लिए तापमान के यथार्थवादी और सटीक प्रतिनिधित्व की आवश्यकता होती है। प्रयोगशाला इनक्यूबेशन अध्ययनों में, एक व्यापक रूप से अपनाई गई विधि कई कक्षों में निरंतर तापमान प्रदान करने के लिए, और कम और उच्च तापमान कक्षों के बीच मिट्टी की प्रतिक्रियाओं की तुलना के माध्यम से , मिट्टी के परिवर्तनों पर वार्मिंग प्रभाव प्राप्त करने के लिए है। हालांकि, यह आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली विधि क्षेत्र की स्थितियों में देखे गए वास्तविक तापमान के परिमाण और आयाम दोनों की नकल करने में विफल रही, इस प्रकार संभावित रूप से ऐसे अध्ययनों की वैधता को कम कर दिया। परिष्कृत पर्यावरणीय कक्षों के तेजी से उपलब्ध होने के साथ, मिट्टी इनक्यूबेशन अनुसंधान के लिए तापमान नियंत्रण के वैकल्पिक तरीकों की जांच करना अनिवार्य है। यह प्रोटोकॉल एक अत्याधुनिक पर्यावरण कक्ष पेश करेगा और मिट्टी के इनक्यूबेशन के प्रयोगात्मक डिजाइन में सुधार के लिए तापमान नियंत्रण के पारंपरिक और नए दोनों तरीकों का प्रदर्शन करेगा। प्रोटोकॉल में मुख्य रूप से चार चरण शामिल हैं: तापमान निगरानी और प्रोग्रामिंग, मिट्टी संग्रह, प्रयोगशाला इनक्यूबेशन, और वार्मिंग प्रभाव तुलना। तापमान नियंत्रण के विभिन्न तरीकों और परिणामस्वरूप विपरीत वार्मिंग परिदृश्यों को प्रदर्शित करने के लिए एक उदाहरण प्रस्तुत किया जाएगा; यही है, एक निरंतर तापमान डिजाइन जिसे स्टेपवाइज वार्मिंग (एसडब्ल्यू) के रूप में जाना जाता है और सीटू तापमान डिजाइन में क्रमिक वार्मिंग (जीडब्ल्यू) के रूप में अनुकरण किया जाता है, साथ ही साथ मिट्टी के श्वसन, माइक्रोबियल बायोमास और बाह्य एंजाइम गतिविधियों पर उनके प्रभाव भी। इसके अलावा, हम विशिष्ट जलवायु परिवर्तन अनुसंधान आवश्यकताओं (जैसे, अत्यधिक गर्मी) को पूरा करने के लिए तापमान परिवर्तन परिदृश्यों में विविधता लाने के लिए एक रणनीति प्रस्तुत करते हैं। तापमान नियंत्रण प्रोटोकॉल और अनुशंसित अच्छी तरह से अनुरूप और विविध तापमान परिवर्तन परिदृश्य शोधकर्ताओं को प्रयोगशाला में विश्वसनीय और यथार्थवादी मिट्टी इनक्यूबेशन प्रयोगों को स्थापित करने में सहायता करेंगे।

Introduction

वैश्विक सतह के तापमान में इस सदी में 1.8-6.4 डिग्री सेल्सियस 1,2 की वृद्धि होने की उम्मीद है। ग्लोबल वार्मिंग मिट्टी से वायुमंडल में सीओ2 प्रवाह को बढ़ा सकती है, जिसके परिणामस्वरूप वार्मिंग 3,4,5,6 के साथ सकारात्मक प्रतिक्रिया हो सकती है। चूंकि माइक्रोबियल समुदायवार्मिंग 7,8 के लिए मिट्टी की श्वसन प्रतिक्रियाओं को विनियमित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, माइक्रोबियल श्वसन में परिवर्तन और वार्मिंग के साथ अंतर्निहित माइक्रोबियल तंत्र एक शोध फोकस रहे हैं। हालांकि हीटिंग केबल9 और ओपन टॉप चैंबर10 के माध्यम से खेत की स्थिति में तैनात मिट्टी वार्मिंग प्रयोग, तापमान 11 जैसी प्राकृतिक मिट्टी की विशेषताओं को पकड़ने में फायदेमंद थे, स्थापना और रखरखाव के लिए उनकी उच्च लागत ने उनके आवेदन को सीमित कर दिया है। वैकल्पिक रूप से, विभिन्न तापमानों के अधीन मिट्टी इनक्यूबेशन प्रयोग एक अनुकूल विकल्प हैं। एक प्रयोगशाला में मिट्टी के इनक्यूबेशन का प्राथमिक लाभ यह है कि अच्छी तरह से नियंत्रित पर्यावरणीय स्थितियां (जैसे, तापमान) एक क्षेत्र प्रयोगात्मक सेटिंग12,13 में अन्य भ्रामक कारकों से एक-कारक प्रभाव को अलग करने में सक्षम हैं। विकास कक्ष और क्षेत्र प्रयोगों (जैसे, पौधे की वृद्धि) के बीच अंतर के बावजूद, प्रयोगशाला परिणामों से क्षेत्र में अनुवाद आसानीसे उपलब्ध हैं। एक प्रयोगशाला सेटिंग में मिट्टी के नमूनों को इनक्यूबेट करने से वार्मिंग15 के लिए मिट्टी की प्रतिक्रिया की हमारी यंत्रवत समझ में सुधार करने में मदद मिल सकती है।

हमारे साहित्य की समीक्षा ने कई तापमान नियंत्रण विधियों की पहचान की और परिणामस्वरूप, पिछले मिट्टी इनक्यूबेशन अध्ययनों में अलग-अलग तापमान परिवर्तन मोड (तालिका 1)। सबसे पहले, तापमान को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण ज्यादातर एक इनक्यूबेटर, विकास कक्ष, पानी के स्नान और एक दुर्लभ मामले में, हीटिंग केबल के माध्यम से होते हैं। इन उपकरणों को देखते हुए, तीन विशिष्ट तापमान परिवर्तन पैटर्न उत्पन्न हुए हैं (चित्रा 1)। इनमें सबसे अधिक कार्यान्वित मोड, निरंतर तापमान (सीटी), गैर-शून्य निरंतर तापमान परिवर्तन दर के साथ रैखिक परिवर्तन (एलसी) और दैनिक प्रकार के तापमान के साथ चित्रित नॉनलाइनियर परिवर्तन (एनसी) शामिल हैं। सीटी पैटर्न के मामले में, तापमान समय के साथ परिमाण में भिन्न हो सकता है, हालांकि इनक्यूबेशन के दौरान एक निश्चित समय अवधि के लिए निरंतर तापमान रहता है (चित्रा 1 बी)। एलसी के लिए, तापमान परिवर्तन की दर परिमाण के दो से अधिक आदेशों पर विभिन्न अध्ययनों में भिन्न हो सकती है (उदाहरण के लिए, 0.1 डिग्री सेल्सियस / दिन बनाम 3.3 डिग्री सेल्सियस / घंटा; तालिका 1); एनसी मामलों के लिए, अधिकांश ने उपयोग किए जाने वाले उपकरणों की आंतरिक क्षमता पर भरोसा किया, इस प्रकार विभिन्न तरीकों की ओर अग्रसर हुए। इसके बावजूद हीटिंग केबल या इनक्यूबेटर16,17 के माध्यम से एक प्रकार के दैनिक तापमान परिवर्तन का दावा किया गया था; हालाँकि, इन प्रयोगों में कक्ष तापमान मान्य नहीं थे। तालिका 1 में अन्य प्रमुख समीक्षा परिणामों में 0-40 डिग्री सेल्सियस के इनक्यूबेशन तापमान की सीमा शामिल है, जिसमें अधिकांश 5-25 डिग्री सेल्सियस के बीच है; प्रयोगों की अवधि कुछ घंटों (<1 दिन) से लेकर लगभग 2 साल (~ 725 दिन) तक थी। इसके अलावा, ऊष्मायन के अधीन मिट्टी को जंगल, घास के मैदान और कृषिभूमि पारिस्थितिक तंत्र से एकत्र किया गया था, जिसमें प्रमुख खनिज क्षितिज, कार्बनिक क्षितिज और यहां तक कि दूषित मिट्टी भी थी, जो ज्यादातर अमेरिका, चीन और यूरोप में स्थित थी (तालिका 1)।

तीन प्रमुख तापमान परिवर्तन मोड को देखते हुए, पिछले अध्ययनों में प्राप्त कई अलग-अलग वार्मिंग परिदृश्यों को तालिका 2 में संक्षेपित किया गया था। इनमें स्टेपवाइज वार्मिंग (एसडब्ल्यू), अलग-अलग परिमाण के साथ एसडब्ल्यू (एसडब्ल्यूवी), क्रमिक वार्मिंग रैखिक (जीडब्ल्यूएल), क्रमिक वार्मिंग नॉनलाइनियरली (जीडब्ल्यूएन), और क्रमिक वार्मिंग दैनिक रूप से (जीडब्ल्यू डी) शामिलहैं।

सारांश में, पिछले मिट्टी ऊष्मायन ने आमतौर पर एक साइट में औसत हवा या मिट्टी के तापमान को कैप्चर किया। कई मामलों में, जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है, इनक्यूबेटर या कक्षों को मैन्युअल रूप से एक निश्चित तापमान पर प्रोग्राम किया गया था, लेकिन वांछित तापमान को स्वचालित रूप से समायोजित करने में असमर्थ थे, समय के साथ तापमान परिवर्तन के मोड और दर को नियंत्रित करने की क्षमता की कमी थी (समीकरण 1), और इस प्रकार स्थानीय मिट्टी के दैनिक तापमान की नकल करने में कठिनाई होती है। दूसरी ओर, हालांकि दोप्रयोगों 16,17 में प्रयास किया गया था, हमने किसी भी अध्ययन की पहचान नहीं की जो स्पष्ट रूप से अपने इनक्यूबेशन प्रयोगों (तालिका 1) में क्रमिक वार्मिंग दैनिक (जीडब्ल्यूडी) की नकल करता था। साहित्य समीक्षा के आधार पर, प्रमुख बाधा खराब प्रयोगात्मक डिजाइन में निहित है, विशेष रूप से एक परिष्कृत उपकरण की कमी है जो दैनिक या अन्य क्रमिक वार्मिंग परिदृश्यों के कार्यान्वयन और सत्यापन को सक्षम बनाता है।

Equation 1(समीकरण 1)

जहां तापमान परिवर्तन की मात्राT है, m तापमान परिवर्तन का तरीका है, r तापमान परिवर्तन की दर है, और t परिवर्तन की अवधि है।

मिट्टी के इनक्यूबेशन में प्रयोगात्मक कठोरता में सुधार करने के लिए, इस अध्ययन में एक सटीक और परिष्कृत तापमान नियंत्रण विधि प्रस्तुत की गई है। तेजी से उपलब्ध और आर्थिक रूप से व्यवहार्य एक अत्याधुनिक पर्यावरण कक्ष को अपनाते हुए, नया डिजाइन न केवल सीटू मिट्टी के तापमान (जैसे, दैनिक पैटर्न) के सटीक अनुकरण को सक्षम करेगा, बल्कि, संभावित तापमान परिवर्तन चरम सीमाओं के लिए लेखांकन करके, वाद्य पूर्वाग्रह की कलाकृतियों को कम करने का एक विश्वसनीय तरीका प्रदान करेगा। वर्तमान मिट्टी इनक्यूबेशन डिजाइन को शोधकर्ताओं को इष्टतम रणनीतियों की पहचान करने में सहायता करनी चाहिए जो उनकी इनक्यूबेशन और अनुसंधान आवश्यकताओं को पूरा करते हैं। इस पद्धति का समग्र लक्ष्य मिट्टी के जैव-रसायनविदों को मिट्टी इनक्यूबेशन डिजाइन में सुधार के लिए अत्यधिक परिचालन दृष्टिकोण के साथ प्रस्तुत करना है।

Protocol

1. तापमान निगरानी और प्रोग्रामिंग

  1. एक शोध प्लॉट के भीतर एक नमूना क्षेत्र की पहचान करें। 10 सेमी गहराई पर मिट्टी में एक या कुछ स्वचालित तापमान जांच स्थापित करें। डेटा ट्रांसमिशन केबल के माध्यम से मौसम स्टेशन को कंप्यूटर से कनेक्ट करें और कंप्यूटर पर सॉफ्टवेयर खोलें।
  2. उपयोग किए जा रहे बाहरी सेंसर के लिए लॉगर को कॉन्फ़िगर करने के लिए लॉन्च / गुण टूलबार बटन पर क्लिक करें।
  3. गुण स्क्रीन पर, लॉगर / स्टेशन नाम (यानी, मृदा इनक्यूबेशन एक्सप्रेस) और डेटा संग्रह अंतराल (यानी, 60 मिनट) सेट करें। फिर, गुण स्क्रीन पर, उपयोग किए जा रहे बाहरी सेंसर पोर्ट पर सक्षम पर क्लिक करें और प्रत्येक सेंसर पोर्ट के लिए ड्रॉपडाउन बटन से सेंसर / यूनिट का चयन करें (यानी, पोर्ट ए; "सक्षम": तापमान डिग्री सेल्सियस)। अंत में, सेटिंग्स को सहेजने के लिए ओके पर क्लिक करें।
  4. खराबी से बचने के लिए साप्ताहिक रूप से जांच के पढ़ने की निगरानी करें और महीने में एक बार डेटासेट डाउनलोड करें। बढ़ते मौसम (यानी, अप्रैल से सितंबर) को कवर करने वाले कई महीनों के लिए एक पूर्ण रिकॉर्ड प्राप्त करें।
  5. तापमान रिकॉर्ड का डेटा विश्लेषण करें। सभी अवलोकनों के औसत से बढ़ते मौसम का औसत प्रति घंटा तापमान प्राप्त करें।
    1. बढ़ते मौसम के दौरान सभी दिनों में एक ही घंटे के औसत तापमान द्वारा दैनिक आधार पर प्रत्येक घंटे का औसत तापमान प्राप्त करें।
  6. परिष्कृत कक्ष में, सॉफ्टवेयर लॉन्च करें और एक नई फ़ाइल बनाने के लिए मुख्य मेनू स्क्रीन पर प्रोफ़ाइल बटन पर क्लिक करें। फ़ाइल नाम इनपुट पंक्ति में, "SW low" दर्ज करें। इंस्टेंट चेंज विकल्प पर क्लिक करके, चरण 1.5 में प्राप्त प्रारंभिक तापमान के रूप में 15.9 डिग्री सेल्सियस दर्ज करें, और 2 मिनट के लिए तापमान बनाए रखने के लिए मिनट पंक्ति पर 2 दर्ज करें और डन बटन पर क्लिक करें। फिर, रैंप टाइम विकल्प के तहत, लक्ष्य सेट बिंदु के रूप में 15.9 डिग्री सेल्सियस दर्ज करें और घंटे की पंक्ति पर तापमान को बनाए रखने के लिए 850 घंटे दर्ज करें। फिनली, डन बटन पर क्लिक करें।
    1. प्रत्येक तापमान नोड में 5 डिग्री सेल्सियस जोड़कर दूसरे कक्ष में उपरोक्त चरण को दोहराएं और एक नया फ़ाइल नाम "एसडब्ल्यू हाई" बनाएं।
    2. चरण 1.5.1 में प्राप्त 23 प्रति घंटा मिट्टी के तापमान के अनुरूप 23 अतिरिक्त चरणों को जोड़कर तीसरे कक्ष में चरण 1.4 को दोहराएं। अंतिम चरण में, जिसे जंप कहा जाता है, 42 दोहराए गए लूप (जंप काउंट 42) सेट करें। यह क्रमिक वार्मिंग या जीडब्ल्यू कम के परिदृश्य की ओर जाता है।
    3. उपरोक्त चरण को चौथे कक्ष में दोहराएं जिसमें प्रत्येक तापमान नोड में 5 डिग्री सेल्सियस जोड़ा गया है। यह उच्च तापमान स्तर (यानी, जीडब्ल्यू उच्च) पर 42 दिनों के लिए अलग-अलग तापमान के सिमुलेशन की अनुमति देगा।
  7. 24 घंटे के लिए एक प्रारंभिक रन आयोजित करें और चार कक्षों द्वारा दर्ज किए गए तापमान का उत्पादन करें। कक्षों द्वारा दर्ज तापमान को प्रोग्राम किए गए तापमान के खिलाफ प्लॉट करें (चित्रा 2 ए-डी)।
    1. यदि कक्ष में प्राप्त तापमान 24 घंटे (चित्रा 2 ए, बी, ई, एफ) के दौरान तापमान अंतर <0.1 डिग्री सेल्सियस द्वारा प्रोग्राम किए गए तापमान से मेल खाते हैं, तो कक्ष मिट्टी इनक्यूबेशन प्रयोग के लिए उपयुक्त हैं।
    2. यदि इनमें से किसी भी कक्ष में मानदंड संतुष्ट नहीं थे, तो एक और 24 घंटे का परीक्षण दोहराएं या एक नया कक्ष लें।

2. मृदा संग्रह और समरूपीकरण

  1. तापमान जांच क्षेत्र के पास, 0-20 सेमी गहराई पर मिट्टी के पांच नमूने एकत्र करें और सतह कूड़े की परत को हटाने के बाद उन्हें एक प्लास्टिक बैग में डालें।
  2. बैग में सामग्री को घुमाकर, दबाकर और मिलाकर नमूने को अच्छी तरह से मिलाएं जब तक कि कोई व्यक्तिगत मिट्टी का नमूना दिखाई न दे।
  3. नमूनों को बर्फ के पैक से भरे कूलर में स्टोर करें और नमूनों को तुरंत प्रयोगशाला में ले जाएं।
  4. प्रत्येक कोर में जड़ों को हटा दें, इसे 2 मिमी की मिट्टी की छलनी के माध्यम से छान लें, और निम्नलिखित विश्लेषण से पहले नमूने को अच्छी तरह से मिलाएं और समरूप करें।

3. प्रयोगशाला इनक्यूबेशन

  1. इनक्यूबेशन से पहले, 10.0 ग्राम ताजा मिट्टी का वजन करें, इसे 105 डिग्री सेल्सियस पर 24 घंटे के लिए ओवन-सुखाएं, और सूखी मिट्टी का वजन करें। ताजा और शुष्क मिट्टी के नमूनों के बीच अंतर प्राप्त करें और स्प्रेडशीट में मिट्टी की नमी सामग्री निर्धारित करने के लिए शुष्क मिट्टी के वजन पर अंतर के अनुपात की गणना करें।
  2. मिट्टी माइक्रोबियल बायोमास कार्बन (एमबीसी), बाह्य एंजाइम गतिविधि (ईईए), और मिट्टी हेटरोट्रोफिक श्वसन की गणना करने के लिए व्युत्पन्न नमी सामग्री का उपयोग करें जैसा कि निम्नलिखित चरणों में वर्णित है। ये डेटा मिट्टी के श्वसन और अंतर्निहित माइक्रोबियल तंत्र पर उपचार प्रभावों को समझने में मदद करेंगे।
  3. इनक्यूबेशन से पहले, खेत नम मिट्टी की मात्रा (10 ग्राम) का वजन करें और क्लोरोफॉर्म फ्यूमिगेशन-के2एसओ4 निष्कर्षण और पोटेशियम परसल्फेटपाचन विधियों द्वारा मिट्टी एमबीसी की मात्रा निर्धारित करें।
  4. इनक्यूबेशन से पहले, खेत नम मिट्टी (1.0 ग्राम) के द्रव्यमान का वजन करें और मिट्टी हाइड्रोलाइटिक और ऑक्सीडेटिव ईईए19 को मापें।
  5. तल पर ग्लास फाइबर पेपर के साथ सील किए गए 16 पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी) कोर (5 सेमी व्यास, 7.5 सेमी लंबा) में 16 क्षेत्र नम मिट्टी के टुकड़े (सूखे वजन के बराबर 15.0 ग्राम) का वजन करें।
  6. पीवीसी कोर को मेसन जार (~ 1 एल) में रखें जो ग्लास मोतियों के बिस्तर के साथ पंक्तिबद्ध है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि कोर नमी को अवशोषित नहीं करते हैं।
  7. चरण 1.4 में वर्णित चार कक्षों में से प्रत्येक में चार जार रखें। कक्षों को चालू करें और चार कक्षों में एक साथ कार्यक्रम लॉन्च करें।
  8. इनक्यूबेशन के दौरान, 2 घंटे, दिन 1, 2, 7, 14, 21, 28, 35 और 42 पर, चार कक्षों में से प्रत्येक में सभी जार लें और प्रत्येक जार के शीर्ष पर विश्लेषकके कॉलर को डालकर मिट्टी श्वसन दर (आर एस) को मापने के लिए एक पोर्टेबल सीओ2 गैस विश्लेषक का उपयोग करें।
  9. विनाशकारी रूप से इनक्यूबेशन के अंत में सभी जार एकत्र करें (यानी, दिन 42) और चरण 3.3 में वर्णित मिट्टी एमबीसी की मात्रा निर्धारित करें।
  10. विनाशकारी रूप से इनक्यूबेशन के अंत में सभी जार एकत्र करें (यानी, दिन 42) और चरण 3.4 में वर्णित मिट्टी एंजाइम गतिविधि की मात्रा निर्धारित करें।

4. वार्मिंग प्रभाव तुलना

  1. लगातार दो संग्रहों के बीच एक स्थिर श्वसन दर (रुपये) मानकर, संचयी श्वसन (आर सी) प्राप्त करने के लिए श्वसन दर का उपयोग अवधि सेदोगुना करें।
  2. आर एस और आर सी पर समय, तापमान (वार्मिंग), और तापमान मोड (वार्मिंग परिदृश्य) के मुख्य और इंटरैक्टिव प्रभावों का परीक्षण करने के लिए विचरण (एनोवा) के तीन-तरफा दोहराए गए उपाय विश्लेषणका संचालनकरें। इसके अलावा, एमबीसी और ईईए पर वार्मिंग और वार्मिंग परिदृश्य प्रभावों का परीक्षण करने के लिए दो-तरफा एनोवा का संचालन करें।

Representative Results

चयनित अत्याधुनिक कक्षों ने उच्च परिशुद्धता (चित्रा 2 ए, बी, ई, एफ) के साथ लक्ष्य तापमान को दोहराया और इनक्यूबेशन प्रयोग की तकनीकी आवश्यकता को पूरा किया। आसान उपयोग और संचालन को देखते हुए, इसने मिट्टी के वार्मिंग अध्ययनों और पौधों के अध्ययन जैसे अन्य अनुप्रयोगों में तापमान सिमुलेशन में सुधार करने के लिए तकनीक का संकेत दिया। प्रक्रिया को मध्य-टेनेसी में स्विचग्रास क्रॉपलैंड के आधार पर हमारे हालिया केस स्टडी में नियोजित किया गया है।

शोध के परिणामों से पता चला है कि नियंत्रण उपचार के सापेक्ष, वार्मिंग ने वार्मिंग परिदृश्यों (एसडब्ल्यू और जीडब्ल्यू) में काफी अधिक श्वसन हानि (आरएस और आरसी) का नेतृत्व किया, और जीडब्ल्यू ने एसडब्ल्यू के सापेक्ष वार्मिंग-प्रेरित श्वसन हानि (आरसी) को दोगुना कर दिया, 81% बनाम 40% (चित्रा 3)। 42 वें दिन, एमबीसी और ईईए भी एसडब्ल्यू और जीडब्ल्यू के बीच काफी भिन्न थे, जैसे कि एमबीसी जीडब्ल्यू की तुलना में एसडब्ल्यू में अधिक था (69% बनाम 38%); चित्र 4) और ग्लाइकोसिडेस और पेरोक्सीडेज (जैसे, एजी, बीजी, बीएक्स, सीबीएच, एनएजी, एपी, एलएपी) एसडब्ल्यू परिदृश्यों की तुलना में जीडब्ल्यू में काफी अधिक थे (चित्रा 5)।

Figure 1
चित्र 1: मृदा तापन प्रयोग में तापमान परिवर्तन मोड का चित्रण जैसा कि तालिका 1 से संकल्पना की गई है। (बी) अलग-अलग परिमाण के साथ निरंतर तापमान (सीटीवी)। (C, D) सकारात्मक और नकारात्मक दरों के साथ रैखिक परिवर्तन (एलसी)। (E, F) अनियमित पैटर्न और दैनिक पैटर्न के साथ नॉनलाइनियर परिवर्तन (एनसी)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 2
चित्र 2: 24 घंटे की परीक्षण अवधि के दौरान प्रोग्रामिंग और कक्ष तापमान के माध्यम से लक्षित तापमान। (ए, बी) लक्ष्य तापमान (ग्रे लाइन) और कक्ष तापमान रिकॉर्ड (डैश्ड लाइन) नियंत्रण में और चरणवार वार्मिंग (एसडब्ल्यू) के वार्मिंग उपचार; (C, D) लक्ष्य तापमान (ग्रे लाइन) और कक्ष तापमान रिकॉर्ड (डैश्ड लाइन) नियंत्रण में और क्रमिक वार्मिंग (जीडब्ल्यू) के वार्मिंग उपचार; (E, F) पैनल C और D में रिकॉर्ड के लिए प्राप्त तापमान अंतर. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्र 3:42-दिवसीय मृदा इनक्यूबेशन प्रयोग में एसडब्ल्यू और जीडब्ल्यू में नियंत्रण (खोखले) और वार्मिंग (अंधेरे) उपचार के तहत औसत (± एसई) संचयी मिट्टी श्वसन दर (आरसी, जी सीओ 2-सीजी मिट्टी -1)। इनसेट संचयी श्वसनका अनुमान लगाने के लिए लागू मिट्टी श्वसन दर (आर एस, जी सीओ2-सीएच -1 जीमिट्टी -1)दिखाते हैं, यह मानते हुए कि निम्नलिखित माप तक आर एस स्थिर था। (ए) स्टेपवाइज वार्मिंग (एसडब्ल्यू) और (बी) क्रमिक वार्मिंग (जीडब्ल्यू)। प्रत्येक संग्रह में N = 4 कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 4
चित्रा 4: 42-दिवसीय मिट्टी इनक्यूबेशन प्रयोग में एसडब्ल्यू और जीडब्ल्यू में नियंत्रण और वार्मिंग उपचार के तहत औसत (± एसई) एमबीसी। एमबीसी = माइक्रोबियल बायोमास कार्बन; प्रत्येक संग्रह में N = 4 एस तीन-तरफा दोहराए गए उपायों के आधार पर पी < 0.05 पर वार्मिंग परिदृश्य (एसडब्ल्यू बनाम जीडब्ल्यू) के महत्वपूर्ण प्रभाव को दर्शाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 5
चित्रा 5: 42-दिवसीय इनक्यूबेशन प्रयोग में एसडब्ल्यू और जीडब्ल्यू में नियंत्रण और वार्मिंग उपचार के तहत औसत (± एसई) ग्लाइकोसिडेस और पेरोक्सीडेज (μmol गतिविधि h-1.gsoil-1)। बीएक्स = β1,4-जाइलोसिडेस; AP = एसिड फॉस्फेट; LAP = ल्यूसीन एमिनोपेप्टिडेस; एनएजी = β-1,4-एन-एसिटाइल-ग्लूकोसामिनिडेस; OX = ऑक्सीडेटिव एंजाइम; पीएचओ = फिनोल ऑक्सीडेज; PER = पेरोक्सीडेज। प्रत्येक संग्रह में N = 4 एस तीन-तरफा दोहराए गए उपायों के आधार पर पी < 0.05 पर वार्मिंग परिदृश्य (एसडब्ल्यू बनाम जीडब्ल्यू) के महत्वपूर्ण प्रभाव को दर्शाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

तालिका 1: मिट्टी इनक्यूबेशन अध्ययन में तापमान नियंत्रण विधियों और तापमान परिवर्तन मोड की साहित्य समीक्षा 12,13,16,17,20,21,22,23,24,25,2 6,27,28,29, 30,31,32,
33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50, 51,
52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62।
कुल मिलाकर, समीक्षा में 46 अध्ययनों को शामिल किया गया था। कृपया इस तालिका को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

तालिका 2: साहित्य समीक्षा के आधार पर प्रमुख तापमान परिवर्तन मोड और संबंधित वार्मिंग परिदृश्य (तालिका 1)। संभावित तापमान परिवर्तन और वार्मिंग स्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला का प्रतिनिधित्व करने के लिए पांच मोड और परिदृश्य स्थापित किए गए थे। कृपया इस तालिका को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Discussion

निरंतर तापमान नियंत्रण विधि व्यापक रूप से लागू की गई है (तालिका 1)। हालांकि, इन प्रक्रियाओं में लागू तापमान का परिमाण और अस्थायी पैटर्न खराब रूप से क्षेत्र की स्थिति में देखे गए मिट्टी के तापमान का अनुकरण करता है। अतीत में दैनिक पैटर्न की नकल करने वाले उभरते प्रयासों के बावजूद, ऐसे अध्ययन दुर्लभ थे और उपकरण और प्रक्रिया को स्पष्ट करने में विफल रहे; न ही उन्होंने सटीकता और विश्वसनीयता16,17 के बारे में तापमान सिमुलेशन को मान्य किया। जैसा कि समुदाय ने मिट्टी वार्मिंग प्रतिक्रियाओं की अपनी समझ में सुधार करने का प्रयास किया, यथार्थवादी तापमान और व्यवहार्य नियंत्रण के साथ मिट्टी इनक्यूबेशन प्रक्रिया को अनुकूलित करना अनिवार्य है। फिर भी, इस तरह के नए तरीकों को विकसित नहीं किया गया है, और इस प्रकार, भविष्य के इनक्यूबेशन प्रयोगों के लिए एक मानक विधि अभी भी पहुंच से बाहर है। परिमाण, आयाम, मौसमीता, अवधि और बहिर्वाह में वैश्विक तापमान परिवर्तन की बढ़ती जटिलता के सामने, एक व्यापक प्रक्रिया उच्च मांग में है।

यहां, एक दैनिक तापमान परिवर्तन प्रक्रिया में हेरफेर करने के लिए एक विधि प्रस्तुत की गई थी, परिष्कृत कक्ष पर भरोसा करते हुए, निरंतर, रैखिक और गैर-रेखीय तापमान परिवर्तन स्थापित करने की क्षमता प्रदान करने के लिए और बाद में भविष्य के अनुसंधान आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विभिन्न वार्मिंग परिदृश्य। प्रोटोकॉल के भीतर चार महत्वपूर्ण कदम हैं। पहला खेत की स्थिति में मिट्टी का तापमान निर्धारित करना है। क्योंकि मिट्टी के प्रकार और रुचि की गहराई के साथ-साथ भूमि उपयोग प्रकार एक अध्ययन से दूसरे में भिन्न हो सकते हैं, विशिष्ट अनुसंधान स्थल के लिए आवश्यक तापमान जांच की संख्या को यथासंभव वास्तविक परिस्थितियों को सर्वोत्तम रूप से फिट करने के लिए संशोधित किया जाना चाहिए। सामान्य तौर पर, तापमान जांच के लिए मिट्टी की गहराई 0-20 सेमी पर सबसे अधिक शोध आवश्यकताओं को पूरा करेगी, और मिट्टी के तापमान का प्रतिनिधित्व करने के लिए जांच की संख्या एक से तीन तक सीमित होनी चाहिए। कुंजी कम से कम एक विशिष्ट मिट्टी स्थान में दीर्घकालिक निरंतर और लगातार तापमान रिकॉर्ड प्राप्त करना है।

दूसरा महत्वपूर्ण कदम कक्ष में लक्षित तापमान परिमाण और पैटर्न को प्राप्त करने के लिए कार्यक्रम स्थापित करना है। कक्ष की उच्च संवेदनशीलता और सटीकता के कारण (चित्रा 4), क्षेत्र की स्थिति में देखे गए तापमान के सटीक प्रतिनिधित्व के लिए प्रोग्राम करना संभव है। यद्यपि वर्तमान प्रोटोकॉल ने केवल कक्ष में लक्षित प्रति घंटा तापमान को प्रस्तुत किया, इस प्रक्रिया के माध्यम से 30 मिनट, 15 मिनट या उससे भी कम समय तक मिट्टी के तापमान की निगरानी की जा सकती है। फिर भी, लक्ष्य और कक्ष के तापमान का परीक्षण 24 घंटे से अधिक आयोजित किया जाना चाहिए, और प्रयोग से पहले, परीक्षण के परिणामों को सभी समय बिंदुओं पर लक्ष्य और कक्ष तापमान के बीच 0.1 डिग्री सेल्सियस से कम के मानदंडों को पूरा करना चाहिए। अनुकरण करने के लिए तापमान अवलोकन का जितनी अधिक बार चयन किया जाता है, प्रयोग से पहले कक्ष में कार्यक्रम स्थापित करने के लिए उतने ही अधिक चरणों की आवश्यकता होती है।

तीसरा महत्वपूर्ण कदम इनक्यूबेशन का संचालन करना है। मिट्टी के हेटरोजेनेसिस63 के प्रभाव को कम करने के लिए, मिट्टी के नमूनों को समरूप करना महत्वपूर्ण है, और प्रत्येक उपचार के लिए कम से कम तीन प्रतिकृतियों की सिफारिश की जाती है। इनक्यूबेशन से पहले, एक पूर्व-इनक्यूबेशन उपचार की आवश्यकता होती है, और वर्तमान प्रक्रिया प्रयोग की आधिकारिक शुरुआत से पहले तापमान और अवधि को प्रोग्रामिंग करके पूर्व-उपचार की सुविधा प्रदान कर सकती है। प्रयोगात्मक गड़बड़ी को कम करना और पूरे इनक्यूबेशन को निर्बाध रूप से व्यवस्थित करना फायदेमंद है। अंतिम महत्वपूर्ण कदम निरंतर तापमान और अलग-अलग तापमान उपचार दोनों को शामिल करना है ताकि मिट्टी के वार्मिंग प्रतिक्रियाओं के रूप में तुलना की जा सके।

इस प्रोटोकॉल को आसानी से संशोधित किया जा सकता है ताकि तापमान परिवर्तन के परिमाण, आयाम और अवधि में हेरफेर किया जा सके। उदाहरण के लिए, गर्मियों में गर्मी की लहर के दौरान अत्यधिक तापमान और जलवायु परिवर्तन के कारण शुरुआती वसंत में अचानक ठंढ, इस प्रक्रिया का उपयोग करके दर्शाया जा सकता है, इसके अलावा उनकी अलग-अलग अवधि और तीव्रता के लिए इसकी क्षमता भी है। संयोजन में नियमित और अनियमित तापमान का अनुकरण करने से भविष्य में अनुमानित दीर्घकालिक जटिल तापमान परिवर्तन प्रभावों का अनुकरण करने की अनुमति मिलती है। जैसा कि तालिका 2 में संक्षेप में बताया गया है, उन वार्मिंग परिदृश्यों का अध्ययन कई अलग-अलग अध्ययनों में किया गया है, उन्हें एक अध्ययन में सामूहिक रूप से पूरा किया जा सकता है। इस प्रोटोकॉल से मिट्टी इनक्यूबेशन अध्ययनों में तापमान अनुकरण करने के लिए एक परिष्कृत विधि प्रदान करने की उम्मीद है। एक व्यापक अनुप्रयोग की उम्मीद के साथ, इस प्रोटोकॉल को अपनाने से प्रयोगशाला इनक्यूबेशन के आधार पर भविष्य के मिट्टी वार्मिंग अध्ययनों के लिए अधिक सटीक विधि की पहचान या सत्यापन करने में मदद मिलेगी।

प्रक्रिया की एक महत्वपूर्ण सीमा यह है कि वर्तमान प्रोटोकॉल में उपयोग किए जाने वाले कक्ष में अपेक्षाकृत कम मात्रा है, इस प्रकार प्रत्येक कक्ष में केवल नौ इनक्यूबेशन जार को समायोजित करने में सक्षम है। हालांकि एक छोटा जार कक्ष की क्षमता में वृद्धि करेगा, कक्ष की एक बड़ी मात्रा की सिफारिश की जाती है। एक नया मॉडल (उदाहरण के लिए, टेस्टइक्विटी 1007) आठ गुना अधिक क्षमता प्रदान करेगा और इस प्रकार बड़े पैमाने पर प्रयोगों के लिए अनुशंसित है। मिट्टी के ऊष्मायन में तापमान नियंत्रण प्रक्रिया में सुधार के बावजूद, नमी और मिट्टी के समरूपीकरण के साथ संभावित जटिलताओं को वर्तमान प्रोटोकॉल को अपनाने से राहत नहीं मिलेगी।

हम परिष्कृत तापमान नियंत्रण प्रक्रिया के महत्वपूर्ण फायदे प्रदर्शित करते हैं। यह सटीक तापमान सिमुलेशन प्राप्त करने के लिए एक विश्वसनीय और सस्ती तापमान नियंत्रण रणनीति प्रदान करता है और मिट्टी वार्मिंग प्रतिक्रियाओं की बेहतर समझ के लिए आवश्यक मिट्टी इनक्यूबेशन प्रयोग में सुधार करने का एक व्यवहार्य तरीका प्रदान करता है। यद्यपि निरंतर तापमान नियंत्रण व्यापक रूप से स्वीकार किया जाता है और तार्किक रूप से संचालित करना आसान है, मिट्टी के माइक्रोबियल समुदायों पर दीर्घकालिक निरंतर तापमान की कलाकृतियां वास्तविक मिट्टी प्रतिक्रियाओं को पकड़ने के प्रयासों को मोड़ सकती हैं। अन्य रिपोर्ट किए गए प्रयोगशाला वार्मिंग विधियां काफी हद तक कम नियंत्रणीय और प्रतिकृति हैं। वर्तमान प्रोटोकॉल अपने आसान संचालन, उच्च सटीकता और तापमान सिमुलेशन, स्पष्ट प्रोग्रामिंग और एक ही प्रयोग में विभिन्न तापमान परिवर्तन परिदृश्यों को संयोजित करने की क्षमता के कारण बेहतर है। उच्च सटीकता के साथ तापमान नियंत्रण की व्यवहार्यता शोधकर्ताओं को विभिन्न तापमान परिवर्तन परिदृश्यों का पता लगाने की अनुमति देगी।

Disclosures

लेखक के पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

अनुसंधान का समर्थन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले फंडिंग स्रोतों में यूएस नेशनल साइंस फाउंडेशन (एनएसएफ) एचबीसीयू-ईआईआर (नंबर 1900885), एक अमेरिकी कृषि विभाग (यूएसडीए) कृषि अनुसंधान सेवा (एआरएस) 1890 के संकाय अनुसंधान विश्राम कार्यक्रम (संख्या 58-3098-9-005), यूएसडीए एनआईएफए अनुदान (संख्या 2021-67020-34933) और यूएसडीए इवांस-एलन ग्रांट (नंबर 1017802) शामिल हैं। हम नैशविले, टेनेसी में टीएसयू के मुख्य परिसर कृषि अनुसंधान और विस्तार केंद्र (एआरईसी) में कर्मचारियों के सदस्यों से प्राप्त सहायता का धन्यवाद करते हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
10 mL-Syringe Fisher Scientific 14-826-13 for soil respiration measurement
Composer Software TestEquity Model #107 for incubation temperature setup
Environmental chamber TestEquity Model #107 for soil incubation
Environmental gas analyzer PP Systems EGM5 for soil respiration measurement
Filter paper Fisher Scientific 1005-125 for soil incubation
Mason jar Ball 15381-3 for soil incubation
Oven Fisher Scientific 15-103-0520 for soil moisture measurement
Plastic Zipper Seal Storage Bag Fisher Scientific 09-800-16 for soil collection
Plate reader Molecular devices FilterMax F5 for soil extracellular enzyme analysis
R Software The R Foundation R version 4.1.3 (2022-03-10) For statistical computing
Refrigerator/Freezer Fisher Scientific 13-991-898 for soil storation
Screwdriver Fisher Scientific 19-313-447 for soil collection
Sharpie Fisher Scientific 50-111-3135 for soil collection
Sieve Fisher Scientific 04-881G  for sieving soil sample
Silicone Septa Duran Wheaton kimble 224100-070 for mason jars used for soil incubation
Soil auger AMS 350.05 for soil collection
SpecWare Software Spectrum Technologies WatchDog E2700 (3340WD2) for temperature collection interval setup
Temperature probe Spectrum Technologies WatchDog E2700 (3340WD2) for soil temperature measurements
TOC/TN analyzer Shimadzu TOC-L series for soil microbial biomass analysis

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Chatterjee, D., Saha, S. Response of Soil Properties and Soil Microbial Communities to the Projected Climate Change. Advances in Crop Environment Interaction. Bal, S., Mukherjee, J., Choudhury, B., Dhawan, A. , Springer. Singapore. 87-136 (2018).
  2. Feral, J. Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate. Pachauri, R. K., Meyer, L. A. , IPCC. Geneva, Switzerland. 151 (2014).
  3. Davidson, E. A. Carbon dioxide loss from tropical soils increases on warming. Nature. 584 (7820), 198-199 (2020).
  4. Davidson, E. A., Janssens, I. A. Temperature sensitivity of soil carbon decomposition and feedbacks to climate change. Nature. 440 (7081), 165-173 (2006).
  5. Van Gestel, N., et al. Predicting soil carbon loss with warming. Nature. 554 (7693), 4-5 (2018).
  6. Tarnocai, C., et al. Soil organic carbon pools in the northern circumpolar permafrost region. Global Biogeochemical Cycles. 23 (2), 2023 (2009).
  7. Allison, S. D., Treseder, K. K. Warming and drying suppress microbial activity and carbon cycling in boreal forest soils. Global Change Biology. 14 (12), 2898-2909 (2008).
  8. Allison, S. D., Wallenstein, M. D., Bradford, M. A. Soil-carbon response to warming dependent on microbial physiology. Nature Geoscience. 3 (5), 336-340 (2010).
  9. Melillo, J. M., et al. Soil warming, carbon-nitrogen interactions, and forest carbon budgets. Proceedings of the National Academy of Sciences. 108 (23), 9508-9512 (2011).
  10. Pelini, S. L., et al. Heating up the forest: open-top chamber warming manipulation of arthropod communities at Harvard and Duke Forests. Methods in Ecology and Evolution. 2 (5), 534-540 (2011).
  11. Hamdi, S., Moyano, F., Sall, S., Bernoux, M., Chevallier, T. Synthesis analysis of the temperature sensitivity of soil respiration from laboratory studies in relation to incubation methods and soil conditions. Soil Biology and Biochemistry. 58, 115-126 (2013).
  12. Benton, T. G., Solan, M., Travis, J. M., Sait, S. M. Microcosm experiments can inform global ecological problems. Trends in Ecology & Evolution. 22 (10), 516-521 (2007).
  13. Schädel, C., et al. Decomposability of soil organic matter over time: the Soil Incubation Database (SIDb, version 1.0) and guidance for incubation procedures. Earth System Science Data. 12 (3), 1511-1524 (2020).
  14. Poorter, H., et al. Pampered inside, pestered outside? Differences and similarities between plants growing in controlled conditions and in the field. New Phytologist. 212 (4), 838-855 (2016).
  15. Jian, S., et al. Multi-year incubation experiments boost confidence in model projections of long-term soil carbon dynamics. Nature Communications. 11 (1), 5864 (2020).
  16. Zhu, B., Cheng, W. Constant and diurnally-varying temperature regimes lead to different temperature sensitivities of soil organic carbon decomposition. Soil Biology and Biochemistry. 43 (4), 866-869 (2011).
  17. Whitby, T. G., Madritch, M. D. Native temperature regime influences soil response to simulated warming. Soil Biology and Biochemistry. 60, 202-209 (2013).
  18. Brookes, P. C., Landman, A., Pruden, G., Jenkinson, D. S. Chloroform fumigation and the release of soil nitrogen: A rapid direct extraction method to measure microbial biomass nitrogen in soil. Soil Biology and Biochemistry. 17 (6), 837-842 (1985).
  19. Saiya-Cork, K., Sinsabaugh, R., Zak, D. The effects of long term nitrogen deposition on extracellular enzyme activity in an Acer saccharum forest soil. Soil Biology and Biochemistry. 34 (9), 1309-1315 (2002).
  20. Adekanmbi, A. A., Shu, X., Zhou, Y., Shaw, L. J., Sizmur, T. Legacy effect of constant and diurnally oscillating temperatures on soil respiration and microbial community structure. bioRxiv. , (2021).
  21. Akbari, A., Ghoshal, S. Effects of diurnal temperature variation on microbial community and petroleum hydrocarbon biodegradation in contaminated soils from a sub-Arctic site. Environmental Microbiology. 17 (12), 4916-4928 (2015).
  22. Bai, Z., et al. Shifts in microbial trophic strategy explain different temperature sensitivity of CO2 flux under constant and diurnally varying temperature regimes. FEMS Microbiology Ecology. 93 (5), (2017).
  23. Bao, X., et al. Effects of soil temperature and moisture on soil respiration on the Tibetan plateau. PLoS One. 11 (10), 0165212 (2016).
  24. Chang, X., et al. Temperature and moisture effects on soil respiration in alpine grasslands. Soil science. 177 (9), 554-560 (2012).
  25. Chen, X., et al. Evaluating the impacts of incubation procedures on estimated Q10 values of soil respiration. Soil Biology and Biochemistry. 42 (12), 2282-2288 (2010).
  26. Conant, R. T., Dalla-Betta, P., Klopatek, C. C., Klopatek, J. M. Controls on soil respiration in semiarid soils. Soil Biology and Biochemistry. 36 (6), 945-951 (2004).
  27. Conant, R. T., et al. Sensitivity of organic matter decomposition to warming varies with its quality. Global Change Biology. 14 (4), 868-877 (2008).
  28. Ding, J., et al. Linking temperature sensitivity of soil CO2 release to substrate, environmental, and microbial properties across alpine ecosystems. Global Biogeochemical Cycles. 30 (9), 1310-1323 (2016).
  29. En, C., Al-Kaisi, M. M., Liange, W., Changhuan, D., Deti, X. Soil organic carbon mineralization as affected by cyclical temperature fluctuations in a karst region of southwestern China. Pedosphere. 25 (4), 512-523 (2015).
  30. Fang, C., Moncrieff, J. The dependence of soil CO2 efflux on temperature. Soil Biology and Biochemistry. 33 (2), 155-165 (2001).
  31. Fierer, N., Colman, B. P., Schimel, J. P., Jackson, R. B. Predicting the temperature dependence of microbial respiration in soil: A continental-scale analysis. Global Biogeochemical Cycles. 20 (3), 3026 (2006).
  32. Guntinas, M., Gil-Sotres, F., Leiros, M., Trasar-Cepeda, C. Sensitivity of soil respiration to moisture and temperature. Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 13 (2), 445-461 (2013).
  33. Kittredge, H. A., Cannone, T., Funk, J., Chapman, S. K. Soil respiration and extracellular enzyme production respond differently across seasons to elevated temperatures. Plant and Soil. 425 (1), 351-361 (2018).
  34. Knorr, W., Prentice, I. C., House, J., Holland, E. Long-term sensitivity of soil carbon turnover to warming. Nature. 433 (7023), 298-301 (2005).
  35. Lefevre, R., et al. Higher temperature sensitivity for stable than for labile soil organic carbon-Evidence from incubations of long-term bare fallow soils. Global Change Biology. 20 (2), 633-640 (2014).
  36. Li, J., et al. Asymmetric responses of soil heterotrophic respiration to rising and decreasing temperatures. Soil Biology and Biochemistry. 106, 18-27 (2017).
  37. Li, J., et al. Biogeographic variation in temperature sensitivity of decomposition in forest soils. Global Change Biology. 26 (3), 1873-1885 (2020).
  38. Li, J., et al. Rising temperature may trigger deep soil carbon loss across forest ecosystems. Advanced Science. 7 (19), 2001242 (2020).
  39. Liang, J., et al. Methods for estimating temperature sensitivity of soil organic matter based on incubation data: A comparative evaluation. Soil Biology and Biochemistry. 80, 127-135 (2015).
  40. Lin, J., Zhu, B., Cheng, W. Decadally cycling soil carbon is more sensitive to warming than faster-cycling soil carbon. Global Change Biology. 21 (12), 4602-4612 (2015).
  41. Liu, H., et al. Differential response of soil respiration to nitrogen and phosphorus addition in a highly phosphorus-limited subtropical forest, China. Forest Ecology and Management. 448, 499-508 (2019).
  42. Liu, H. S., et al. Respiratory substrate availability plays a crucial role in the response of soil respiration to environmental factors. Applied Soil Ecology. 32 (3), 284-292 (2006).
  43. Liu, Y., et al. A new incubation and measurement approach to estimate the temperature response of soil organic matter decomposition. Soil Biology and Biochemistry. 138, 107596 (2019).
  44. Meyer, N., Welp, G., Amelung, W. The temperature sensitivity (Q10) of soil respiration: Controlling factors and spatial prediction at regional scale based on environmental soil classes. Global Biogeochemical Cycles. 32 (2), 306-323 (2018).
  45. Mikan, C. J., Schimel, J. P., Doyle, A. P. Temperature controls of microbial respiration in arctic tundra soils above and below freezing. Soil Biology and Biochemistry. 34 (11), 1785-1795 (2002).
  46. Podrebarac, F. A., Laganière, J., Billings, S. A., Edwards, K. A., Ziegler, S. E. Soils isolated during incubation underestimate temperature sensitivity of respiration and its response to climate history. Soil Biology and Biochemistry. 93, 60-68 (2016).
  47. Quan, Q., et al. type affects the coupled relationships of soil C and N mineralization in the temperate forests of northern China. Scientific Reports. 4 (1), 6584 (2014).
  48. Robinson, J., et al. Rapid laboratory measurement of the temperature dependence of soil respiration and application to changes in three diverse soils through the year. Biogeochemistry. 133 (1), 101-112 (2017).
  49. Sierra, C. A., Trumbore, S. E., Davidson, E. A., Vicca, S., Janssens, I. Sensitivity of decomposition rates of soil organic matter with respect to simultaneous changes in temperature and moisture. Journal of Advances in Modeling Earth Systems. 7 (1), 335-356 (2015).
  50. Sihi, D., Inglett, P. W., Gerber, S., Inglett, K. S. Rate of warming affects temperature sensitivity of anaerobic peat decomposition and greenhouse gas production. Global Change Biology. 24 (1), 259-274 (2018).
  51. Sihi, D., Inglett, P. W., Inglett, K. S. Warming rate drives microbial nutrient demand and enzyme expression during peat decomposition. Geoderma. 336, 12-21 (2019).
  52. Subke, J. -A., Bahn, M. On the 'temperature sensitivity'of soil respiration: can we use the immeasurable to predict the unknown. Soil Biology and Biochemistry. 42 (9), 1653-1656 (2010).
  53. Tucker, C. L., Bell, J., Pendall, E., Ogle, K. Does declining carbon-use efficiency explain thermal acclimation of soil respiration with warming. Global Change Biology. 19 (1), 252-263 (2013).
  54. Wang, J., et al. Temperature sensitivity of soil carbon decomposition due to shifts in soil extracellular enzymes after afforestation. Geoderma. 374, 114426 (2020).
  55. Wang, Q., et al. Important interaction of chemicals, microbial biomass and dissolved substrates in the diel hysteresis loop of soil heterotrophic respiration. Plant and Soil. 428 (1), 279-290 (2018).
  56. Wang, Q., et al. Differences in SOM decomposition and temperature sensitivity among soil aggregate size classes in a temperate grasslands. PLoS One. 10 (2), 0117033 (2015).
  57. Weedon, J. T., et al. Temperature sensitivity of peatland C and N cycling: does substrate supply play a role. Soil Biology and Biochemistry. 61, 109-120 (2013).
  58. Wei, L., et al. Labile carbon matters more than temperature for enzyme activity in paddy soil. Soil Biology and Biochemistry. 135, 134-143 (2019).
  59. Wetterstedt, J. M., Persson, T., Ågren, G. I. Temperature sensitivity and substrate quality in soil organic matter decomposition: results of an incubation study with three substrates. Global Change Biology. 16 (6), 1806-1819 (2010).
  60. Winkler, J. P., Cherry, R. S., Schlesinger, W. H. The Q10 relationship of microbial respiration in a temperate forest soil. Soil Biology and Biochemistry. 28 (8), 1067-1072 (1996).
  61. Yan, D., et al. The temperature sensitivity of soil organic carbon decomposition is greater in subsoil than in topsoil during laboratory incubation. Scientific Reports. 7, 5181 (2017).
  62. Yang, K., et al. Temperature response of soil carbon decomposition depends strongly on forest management practice and soil layer on the eastern Tibetan Plateau. Scientific Reports. 7, 4777 (2017).
  63. Li, J. W. Sampling soils in a heterogeneous research plot. Journal of Visualized Experiments. (143), e58519 (2019).

Tags

पर्यावरण विज्ञान अंक 188
मृदा इनक्यूबेशन प्रयोग में तापमान का अनुकरण
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Li, J., Areeveso, P., Wang, X.,… More

Li, J., Areeveso, P., Wang, X., Jian, S., Gamage, L. Simulating Temperature in a Soil Incubation Experiment. J. Vis. Exp. (188), e64081, doi:10.3791/64081 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter