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.
Management praksis og miljømæssige ændringer kan ændre jordens næringsstoffer og kulstof cykling. Jord labil organisk kulstof, et let nedbrydelige C pool, er meget følsomme over for forstyrrelser. Det er også den primære substrat for jordens mikroorganismer, som er grundlæggende for næringsstofkredsløb. På grund af disse egenskaber, er labil organisk kulstof (LOC) blevet identificeret som en indikator parameter for jordbundens sundhedstilstand. Kvantificering omsætningstakten for LOC også hjælper med at forstå ændringer i jordens næringsstofkredsløb processer. En sekventiel gasning inkubation metode er udviklet til at estimere jord LOC og potentiel C omsætningshastighed. Fremgangsmåden kræver gasning jordprøver og kvantificere CO 2 -C indåndes under en 10 dages inkubationsperiode over en række gasning-inkubation cyklusser. Labil organisk C og potentielle C omsætningshastighed derefter ekstrapoleret fra akkumulerede CO 2 med en negativ eksponentiel model. Procedurer for denne metode beskrivesd.
På grund af sin vitale roller i kulstof (C) og næringsstofkredsløb og dens følsomhed over for jordens forandring, jord LOC er en vigtig parameter for at måle som en indikator for organisk stof kvalitet. Skove og agroecosystems i høj grad afhænge af mineralisering af næringsstoffer i jorden organisk materiale som en kilde til næringsstoffer. Management aktiviteter kan ændre pool størrelse og omsætningshastighed af organisk C, hvilket resulterer i ændringer i næringsstof forsyning 1. Jord organisk C består af to primære fraktioner af genstridig C, som har omsætning satserne for flere tusinde år, og LOC, som har omsætningshastigheder fra et par uger til et par år 2,3,4. Jord labil C består af let nedbrydelige substrater såsom mikrobiel biomasse C, lav molekylvægt forbindelser (aminosyrer, simple kulhydrater) fra plante rhizodeposition, og nedbrydning biprodukter og perkolat fra Førne 1,4,5. Fordi jordbunden labil C er let nedbrydeligt, det ermeget følsomme over for ledelsespraksis og naturfænomener, som forstyrrer eller ændrer jord 6. Jord labilt C fungerer som den primære energikilde for jordens mikroorganismer i nedbrydning af organisk stof 7. Som sådan, LOC påvirkninger næringsstofkredsløbet i højere grad end stabile former for organisk C 8. Jord mikroorganismer er også ansvarlige for størstedelen af heterotrofe respiration, der opstår under nedbrydning af genstridig jordens organiske materiale lettes ved priming effekt af LOC 9,10,11. Denne respiration spiller en væsentlig rolle i de globale C cyklusser, fordi jordens indhold af organisk C er ca. det dobbelte af atmosfærisk C 11.
Som et resultat af dens betydning i terrestriske økosystemer, er flere metoder blevet udviklet til at estimere jord LOC. Disse metoder kan afgrænses i tre overordnede klassificeringer: fysiske, kemiske og biokemiske. Densitometriske separationsmetoder er fysisk methODS, der består af at adskille organisk C i tunge eller lette fraktioner eller i grove og fine partikler organisk C 12,13,14,15. Separation metoder er relativt let at udføre, men de gør ikke ofte producerer ensartede resultater, fordi disse fraktioner varierer med jordtype mineralske sammensætning, plantemateriale størrelse og tæthed, og jord samlet konsistens 13,15. Separation metoder producerer også kun kvantitative oplysninger om LOC 15.
Adskillige kemiske fremgangsmåder er tilgængelige for LOC estimation. Vandig ekstraktion af organisk kulstof er forholdsvis let at udføre, og de metoder, ofte giver let reproducerbare resultater. Men disse ekstraktioner ikke inddrage hele spektret af tilgængelige substrater for mikroorganismer 15. Der er udviklet adskillige oxidation metoder til kemisk fraktionering af jordens organiske C. Oxidationsmetoder har den fordel at karakterisere mængden og kvaliteten af labile organiske C, Selv om nogle metoder kræver arbejde med farlige kemikalier, og der er variation blandt metoderne i reproducerbarhed af resultater 15. Den syrehydrolyse ekstraktionsmetode er en anden type af kemisk fraktionering procedure, der kan måle mængden og kvaliteten af LOC, men resultaterne af denne metode ikke lette fortolkningen af sine biologiske egenskaber 13,15.
Der er udviklet biokemiske metoder til fortolkning af jordens LOC. Labile organiske C kan måles som CO 2 frigivet af mikroorganismer i respiration assays. Disse analyser give skøn over sand mineralizable organisk stof, men typisk kun de mest labile forbindelser er mineraliseret under analyserne 15. Mikroorganismernes biomasse C målt ved rygning-inkubering 16 og gasning-ekstraktion 17 er blevet anvendt til at udvikle slutninger om LOC. Dog bestemme, disse procedurer skøn over C i mikrobielle biomasse i stedet for LOC. Både gasning procedurer omfatter subtraktion af værdier fra ikke-ryges jord for at bestemme mikrobiel biomasse C, men det er blevet foreslået, at værdier opnås uden subtraktion af ikke-ryges jord tilvejebringer et mål for labile organiske fraktioner af C foruden mikrobiel biomasse 18 .
Den sekventielle gasning-inkubation (SFI) procedure 13 til måling af LOC er en biokemisk metode tilpasset fra gasning-inkubation procedure 16 for jordens mikrobielle biomasse C måling. Den SFI metode har nogle fordele i forhold til andre metoder til estimering LOC. En begrebsmæssig grundlag for metoden er, at LOC er mikrobielt nedbrydeligt C, som regulerer mikrobiel vækst, og at LOC er fysisk tilgængelige og kemisk nedbrydeligt ved jordens mikroorganismer. Under praktiske forhold, er mikrobiel vækst typisk begrænset af kulstof tilgængelighed, tilgængelighed af næringsstoffer, tilgængelig porevolumen, og / eller prædation. Disse faktorer er næsten elimineret ved rygning, skabe uhindret betingelser for mikrobiel vækst. Ingen næringsstoffer fjernes under inkubationstiden for fremgangsmåden. I løbet af flere gasning og inkubation cyklusser, bliver mikrobiel vækst begrænses af C kvantitet og kvalitet (labilitet) 13. Den akkumulerede CO 2 indåndes under inkubationen cykler bruges til at ekstrapolere LOC med en simpel negativ eksponentiel model 11,13,19. Den potentielle C omsætningshastighed kan også afledes fra hældningen af den eksponentielle model, så den SFI metode har den fordel i forhold til de fleste andre LOC fremgangsmåder til samtidigt at estimere koncentrationerne og potentiale omsætningshastighed af LOC 11. For andre metoder, kun kan konstateres oplysninger om de potentielle omsætning satser for LOC, hvis der anvendes sporstoffer såsom 14 C 13. SFI metode er således en forholdsvis enkel og billig teknik til opnåelse målinger af både LOC og dens potentielle omsætningshastigheder.
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…
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |