Temperaturreaktion der Zersetzungsraten organischer Substanz im Boden: Bau und Anwendung eines Temperaturgradientenblocks

Unsere Forschung untersucht, wie sich ändernde Temperaturen auf die Zersetzung organischer Substanz im Boden auswirken. Unser Ziel ist es, die Temperaturantwort zu definieren und die CO2-Klimarückkopplungsvorhersagen zu verbessern. Jüngste Studien zeigen stark unterschiedliche Temperaturreaktionen bei der Zersetzung organischer Substanz im Boden, aber zu vereinfachte Matrixgrenzen-Einsichten.

Eine verbesserte Methodik ermöglicht die Datenerhebung für ein besseres mechanistisches Verständnis. Zu Beginn legen Sie die Bodenprobe in eine Metalldose und mischen Sie sie gründlich, bis sie homogen ist. Verteilt die gemischte Erde in 22 vorbeschriftete 60-Milliliter-Glasphiole.

Mit Wiegepapier geben Sie etwa drei Gramm Erde in jedes 60-Milliliter-Fläschchen. Mit einer Pipette stellt man den Boden in jedem Fläschchen entsprechend der Trichtermethode auf die gewünschte Wasserspeicherkapazität ein. Nachdem Sie den Wassergehalt auf die angestrebte prozentuale Wasserspeicherkapazität angepasst haben, notieren Sie das genaue Gewicht jedes Fläschchens.

Decken Sie jedes Fläschchen mit Watte, um einen Luftaustausch zu ermöglichen. Die Phiolen in einem temperaturkontrollierten Labor mit 20 Grad Celsius für 10 Tage vorinkubieren. Um mit den Vorbereitungen für das Beladen zu beginnen, passen Sie die Wasserspeicherkapazität eine Stunde vor Beginn der Inkubation an.

Überprüfen Sie die Heizungssteuerung 10 Minuten vor dem Einlegen der Proben in den Block, um sicherzustellen, dass sie die gewünschte Temperatur erreicht hat. Dann schalten Sie den Umgebungsleiter ein, der sich im Labor befindet. Schließen Sie das Spülsystem an und verbinden Sie den Gasanalysator mit dem Computer.

Um mit der Sammlung von Rohlings zu beginnen, verbinden Sie die Spülleitung mit dem Einspritzsystem des Gasanalysators und erfassen Sie die Kohlendioxidkonzentration in Teilen pro Million direkt von der Spülleitung. Für eine zweite Leermaßung setzen Sie fünf 60-Milliliter-Glasphiolen in einen leeren Behälter. Führen Sie eine Spülleitung in jedes Fläschchen.

Eine Minute später entfernen Sie die Spülleitung und schließen Sie jedes Fläschchen ab. Missen Sie nach vier Stunden das Kohlendioxid in den Fläschchen. Öffne als Nächstes den Temperaturgradientenblock und stelle den Computer und das Spülsystem auf den Blockdeckel.

Stellen Sie die Probenboxen auf einen beweglichen Tisch. Bereite eine Tabelle vor, um die Schließungszeit jeder Phiole zu dokumentieren und gleichzeitig die auf dem Gasanalysator angezeigte Zeit zu visualisieren. Beginnen Sie, Proben in Chargen zu je acht in den Temperaturgradientenblock zu laden.

Lege unbedeckte Proben in den Block, beginnend am kühleren Ende. Führen Sie die Spülleitung in die acht Phiolen ein. Entfernen Sie die Spülleitung nach einer Minute und verschließen Sie sofort jedes Fläschchen.

Notieren Sie die genaue Abschlusszeit in der Tabelle. Während die erste Charge spült, laden Sie die nächste Probencharge in den Block und legen Sie die Spülleitung in diese nächste Charge ein. Wiederholen Sie das Lade- und Spülverfahren, bis der Temperaturgradientenblock vollständig belastet ist.

Schließe den Temperaturgradientenblock und warte 3,5 Stunden ab dem Moment, in dem das letzte Fläschchen geschlossen wurde. Um das Kohlendioxid zu messen, schalten Sie das Spülsystem ein und legen Sie den Gasanalysator auf den beweglichen Tisch. Nach 3,5 Stunden Inkubation beginnen Sie mit der Messung der Proben, beginnend mit denen bei den höchsten Temperaturen.

Verbinden Sie die Injektionsnadel des Analysators mit einer Spülleitung zwischen den Proben. In der Gasanalysator-Software erstellen Sie vor jeder Messung mit der Bemerkungsfunktion eine eindeutige und einfache Bemerkung. Führen Sie die Analysnadel für 20 Sekunden in eine 60-Milliliter-Probeample ein und nehmen Sie dann die Nadel aus dem Fläschchen.

Beginne die Bemerkung bei null Sekunden. Führe die Nadel in der 10. Sekunde ein. Dann entferne die Nadel in der 30. Sekunde.

Und hören Sie mit der Bemerkung in der 45. Sekunde auf. Ersetzen Sie alle 16 Proben den 0,45-Mikrometer-Filter, der an die Injektionsnadel angeschlossen ist. Um die Proben zu entladen, nehmen Sie jedes Fläschchen einzeln aus dem Temperaturgradientenblock und geben Sie es in eine Kiste, während die Kohlendioxidmessungen fortgesetzt werden.

Die meisten der acht Temperatursensoren erreichen ihre Zieltemperatur innerhalb einer Stunde nach Einschalten des Kühlsystems und der Heizung und blieben nach einer anfänglichen Überschläge während der Inkubationszeit stabil. Nach der Stabilisierung zeigten die von den acht Sensoren aufgezeichneten Temperaturen eine perfekt lineare Verteilung entlang der Länge des Aluminiumblocks. Die im stabilisierten Block platzierten Bodenproben erreichten die von den Sensoren erfassten Zieltemperaturen innerhalb von etwa 12 Minuten.

Nach 12 Minuten Inkubation zeigten die Bodentemperaturen eine starke lineare Beziehung zu den Sensortemperaturen über den gesamten Block. Mit einer durchschnittlichen Inkubationszeit von 3,5 Stunden führten höhere Bruttemperaturen zu einem größeren Feuchtigkeitsverlust im Boden, unabhängig von der Bodentextur. Eine optimale Messzeit von 20 Sekunden wurde festgelegt, sodass das Kohlendioxidsignal für etwa fünf Sekunden ein Gleichgewicht erreichen konnte.

Wenn der Gasanalysator als geschlossenes System verwendet wurde, trat ein Druckabfall auf. Die Bodenatmungsraten, gemessen über 22 diskrete Temperaturen, erzeugten konsistente Temperaturansprechkurven mit kleinen Standardabweichungen. Mit dem Temperaturgradientenblock erhobene Bodenatmungsdaten wurden erfolgreich mit Arrhenius- und makromolekularen Ratentheoriemodellen angepasst.

Einige Bodenproben wiesen veränderte Atmungsmuster auf, die mit dem Pilzwachstum in Verbindung stehen, und wurden von weiteren Analysen ausgeschlossen. Unser Protokoll verwendet einen fortschrittlichen Temperaturgradientenblock, der die Bodenatmung bei 22 Temperaturen misst und so detaillierte, vielfältige Antwortkurven für die Zersetzungsraten organischer Bodensubstanz ermöglicht. Diese Methode verbessert das mechanistische Verständnis der Temperaturauswirkungen auf die Zersetzung organischer Substanz im Boden und zeigt die Rolle von Bodeneigenschaften und Landmanagement auf.