Temperatuurrespons van de afbraaksnelheden van organisch materiaal in de bodem: Constructie en toepassingen van een temperatuurgradiëntblok

Ons onderzoek onderzoekt hoe veranderende temperaturen de afbraak van organische stof in de bodem beïnvloeden. En ons doel is om de temperatuurrespons te definiëren en te helpen bij het verbeteren van de voorspellingen van koolstofklimaatfeedback. Recente studies tonen sterk variërende temperatuurreacties voor de afbraak van organisch materiaal in de bodem, maar vereenvoudigde matrixlimietinzichten.

Verbeterde methodologie zal het mogelijk maken gegevens te verzamelen voor een beter mechanistisch begrip. Begin met het plaatsen van het bodemmonster in een metalen blik en meng het grondig tot het homogeen is. Verdeel de gemengde aarde in 22 vooraf gelabelde glazen flesjes van 60 milliliter.

Voeg met weegpapier ongeveer drie gram aarde toe aan elk flesje van 60 milliliter. Met een pipet pas je de grond in elk flesje aan op de gewenste waterhoudcapaciteit op basis van de trechtermethode. Na het aanpassen van de waterinhoud naar het doelgestelde percentage waterhoudcapaciteit, noteer je het exacte gewicht van elk flesje.

Sluit elk flesje af met watten om luchtuitwisseling mogelijk te maken. Voor-incubeer de flesjes in een temperatuurgecontroleerd laboratorium ingesteld op 20 graden Celsius gedurende 10 dagen. Om te beginnen met de voorbereiding op het laden, pas je de waterhoudcapaciteit één uur voor het incubatieproces aan.

Controleer de verwarmingsregeling om te controleren of deze de gewenste temperatuur heeft bereikt 10 minuten voordat je monsters in het blok plaatst. Zet dan de omgevingsgeleider in het laboratorium aan. Sluit het spoelsysteem aan en sluit de gasanalyzer aan op de computer.

Om te beginnen met het verzamelen van blanks, verbind je de spoelleiding met het injectiesysteem van de gasanalyzer en registreer je de kooldioxideconcentratie in delen per miljoen direct vanaf de spoelleiding. Voor een tweede blanco meting, plaats vijf glazen flesjes van 60 milliliter in een lege houder. Steek één spoellijn in elk flesje.

Verwijder een minuut later de spoellijn en sluit elk flesje af. Meet na vier uur het kooldioxide in de flesjes. Open vervolgens het temperatuurgradiëntblok en plaats je de computer en het spoelsysteem bovenop het blokdeksel.

Plaats de proefdozen op een verplaatsbare tafel. Maak een spreadsheet om de sluittijd van elk flesje vast te leggen en visualiseer tegelijkertijd de tijd die op de gasanalyzer wordt weergegeven. Begin monsters in batches van acht in het temperatuurgradiëntblok te laden.

Plaats de monsters zonder dop in het blok, beginnend bij het koelkopstuk. Plaats de spoellijn in de acht buisjes. Verwijder de spoellijn na een minuut en sluit onmiddellijk elk flesje af.

Noteer de exacte sluitingstijd in de spreadsheet. Terwijl de eerste batch spoelt, laad je de volgende batch monsters in het blok en plaats je de spoellijn in deze volgende batch. Herhaal de laad- en spoelprocedure totdat het temperatuurgradiëntblok volledig belast is.

Sluit het temperatuurgradiëntblok en wacht 3,5 uur vanaf het moment dat het laatste flesje gesloten is. Om het kooldioxide te meten, zet je het spoelsysteem aan en plaats je de gasanalyzer op de beweegbare tafel. Na 3,5 uur incubatie begin je met het meten van monsters, te beginnen met die bij de hoogste temperaturen.

Verbind de injectienaald van de analyzer op een spoellijn tussen de monsters. In de gasanalyzersoftware maakt u voor elke meting een unieke en eenvoudige opmerking met behulp van de remark-functie. Steek de naald van de analyzer 20 seconden in een 60 milliliter monsterflesje en haal daarna de naald uit het flesje.

Begin de opmerking op nul seconden. Steek de naald in op de 10e seconde. Verwijder dan de naald op de 30e seconde.

En stop met de opmerking op de 45e seconde. Vervang elke 16 monsters het 0,45 micrometer filter dat op de injectienaald is aangesloten. Om monsters te ontruimen, haal je elk flesje één voor één uit het temperatuurgradiëntblok en plaats je het in een doos terwijl je doorgaat met de metingen van kooldioxide.

De meeste van de acht temperatuursensoren bereiken hun streeftemperatuur binnen een uur na het inschakelen van het koelsysteem en de verwarming en bleven stabiel na een initiële overshoot tijdens de incubatieperiode. Na stabilisatie toonden de temperaturen die door de acht sensoren werden geregistreerd een perfect lineaire verdeling langs de lengte van het aluminium blok. Bodemmonsters die in het gestabiliseerde blok zijn geplaatst, bereikten binnen ongeveer 12 minuten de door de sensoren geregistreerde streeftemperaturen.

Na 12 minuten incubatie vertoonden de bodemtemperaturen een sterke lineaire relatie met de sensortemperaturen over het hele blok. Met een gemiddelde incubatietijd van 3,5 uur resulteerden hogere incubatietemperaturen in een groter vochtverlies in de bodem, ongeacht de bodemtextuur. Er werd een optimale meettijd van 20 seconden vastgesteld, waardoor het kooldioxidesignaal ongeveer vijf seconden in evenwicht kon komen.

Wanneer de gasanalyzer als gesloten systeem werd gebruikt, trad er een drukval op. Bodemademhalingsfrequenties gemeten over 22 afzonderlijke temperaturen leverden consistente temperatuurresponscurves op met kleine standaardafwijkingen. Bodemademhalingsgegevens verzameld met het temperatuurgradiëntblok werden succesvol aangepast met behulp van Arrhenius- en macromoleculaire snelheidstheoriemodellen.

Sommige bodemmonsters vertoonden veranderde ademhalingspatronen die verband houden met schimmelgroei en werden uitgesloten van verdere analyse. Ons protocol gebruikt een geavanceerd temperatuurgradiëntblok dat de bodemademhaling meet bij 22 temperaturen, waardoor gedetailleerde en diverse responscurves voor de afbraaksnelheden van organisch materiaal mogelijk zijn. Deze methode verbetert het mechanistische begrip van de temperatuureffecten op de afbraak van organische stof in de bodem, en onthult de rol van bodemeigenschappen en landbeheer.