Waiting
Login processing...

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

Environment

הערכת פחמן אורגני יציב בקרקע שימוש סדרתית פומיגציה ונהלי דגירה

Published: October 29, 2016 doi: 10.3791/54614
Automatic Translation
1, 2
1Hill Farm Research Station, Louisiana State University Agricultural Center, 2School of Forestry and Natural Resources, University of Arkansas at Monticello

Abstract

שיטות ניהול ושינויים סביבתיים יכולים לשנות מזין אדמה ורכיבה על אופניים הפחמן. הפחמן בקרקע אורגני יציב, ברכת C פריקים בקלות, רגיש מאוד הפרעה. זהו גם המצע העיקרי מיקרואורגניזמים באדמה, שהנו מרכיב מהותי אופניים מזינים. בשל תכונות אלה, פחמן אורגני יציב (LOC) זוהה כפרמטר אינדיקטור לבריאות אדמה. כימות התחלופה של LOC גם מסייעת בהבנת שינויים בתהליכי אופניים מזינים אדמה. שיטת דגירת עישון רציפה פותחה להעריך LOC אדמת קצב תחלופת C פוטנציאלי. השיטה מחייבת לאוורור דגימות קרקע וכימות CO 2 -C respired במהלך תקופת דגירה 10 יום על שורה של מחזורי עשון הדגירה. C האורגני יציב קצב תחלופת C פוטנציאלי אקסטרפולציה אז מן ושות שנצברו 2 עם מודל מעריכים שלילי. נוהלי ביצוע שיטה זו הם מתאריםד.

Introduction

בשל התפקידים החיוניים שלה בפחמן (C) ורכיבה על אופניים מזינים ורגישותה לשינוי אדמה, LOC האדמה הוא פרמטר חשוב למדוד כאינדיקצית איכות עניין אדמה אורגנית. יערות חקלאיים, אזורי חוף במידה רבה תלויים מינרליזציה של חומרים מזינים בעניין אדמה אורגני כמקור של חומרים מזינים. פעילויות ניהול יכולות לשנות את גודל ברכת קצב תחלופה של C האדמה אורגני, וכתוצאה מכך שינויים בהיצע מזין 1. C אורגני אדמה מורכב משני שברים העיקרי של C הסרבן, אשר יש שיעורי תחלופה של כמה אלפי שנים, LOC, אשר יש שיעורי תחלופה בין מספר שבועות עד מספר שנים 2,3,4. C היציב הקרקע מורכב מצעים פריקים בקלות כגון C ביומסה חיידקים, תרכובות נמוך משקל מולקולרי (חומצות אמינו, פחמימות פשוטות) מצמח rhizodeposition, ומוצרי לוואי פירוק תשטיפים מ 1,4,5 המלטת צמח. כיוון ש C אדמה יציב הוא פריקים בקלות, זהמאוד רגיש שיטות ניהול ותופעות טבע מפריעות או לשנות אדמה 6. קרקע יציב C משמש כמקור האנרגיה העיקרי מיקרואורגניזמים באדמה ב בעת פירוק של חומרים אורגניים 7. כמו רכיבה על אופני מזין כזה, משפיע LOC במידה רבה מאשר צורות יציבות של האדמה האורגני C 8. מיקרואורגניזמים באדמה אחראים גם רוב נשימת heterotrophic המתרחשת במהלך הפירוק של חומר אורגני בקרקע הסרבנית בהנחייתם ההשפעה תחול של LOC 9,10,11. נשימה זו ממלאת תפקיד משמעותי במחזורי C העולמיים כי C האדמה האורגני הוא בערך פי שתיים מזה של אטמוספרי C 11.

כתוצאה חשיבותו במערכות אקולוגיות יבשתי, מספר שיטות פותחו כדי להעריך אדמה LOC. שיטות אלה ניתן שמסומנות לשלושה סיווגים כלליים: פיזי, כימי, ביוכימיים. שיטות פרדת densitometric הן ספיד פיזיods המורכבת של הפרדת האדמה C האורגני לתוך שברים כבדים או קלים או לתוך גס חלקיקים עדינים 12,13,14,15 C אורגני. שיטות הפרדה קלות יחסית לביצוע, אבל הם לא לעתים קרובות לייצר תוצאות עקביות כי שברים אלה משתנים עם רכב מינרלי סוג הקרקע, גודל חומר צמחי וצפיפות, ועקביות המצרפי אדמת 13,15. שיטות הפרדה גם לייצר מידע כמותי רק על LOC 15.

בשיטות כימיות קיימות מספר לאמידת LOC. מיצוי מימי של פחמן אורגני הוא יחסית קל לבצע, ואת השיטות לעתים קרובות לספק תוצאות לשחזור בקלות. עם זאת, עקירות אלה אינן כרוכים הספקטרום השלם של מצעים זמינים עבור מיקרואורגניזמים 15. שיטות חמצון כמה עבור חלוקה כימית של C האורגני האדמה פותחו. שיטות חמצון יש את היתרון של המאפיינת את הכמות והאיכות של יציב אורגני C, אם כי שיטות מסוימות דורשות עבודה עם חומרים מסוכנים ישנים שונה בין שיטות שחזור של תוצאות 15. שיטת חילוץ הידרוליזה חומצית היא סוג אחר של הליך חלוק כימי שיכול למדוד את הכמות ואיכות של LOC, אבל תוצאות של שיטה זו לא להקל פרשנות של התכונות הביולוגיות שלה 13,15.

שיטות ביוכימיים לפרשנות של LOC אדמה פותחו. C אורגני יציב שניתן למדוד אותם CO 2 שוחרר על ידי מיקרואורגניזמים מבחני הנשימה. מבחנים אלו מספקים הערכות של חומר אורגני mineralizable נכון, אבל בדרך כלל רק את התרכובות היציבות ביותר הן mineralized במהלך המבחנים 15. C קרקע ביומסה חיידקים נמדדים דגירת עישון 16 ו-מיצוי עישון 17 נעשה שימוש כדי לפתח מסקנות לגבי LOC. עם זאת, נהלים אלה מספקים הערכות של C ביומסה חיידקים ולא LOנהלים ג שניהם עישון כוללים חיסור של ערכים מאדמת הלא חיטוי לקבוע C ביומסה חיידקים, אך הוצע כי ערכים שהתקבלו ללא חיסור של אדמה בלתי חיטוי לספק מידה מסוימת של שברים אורגניים יציבים של C בנוסף ביומסה מיקרוביאלית 18 .

הדגירה-עישון רציף (SFI) נוהל 13 למדידת LOC היא שיטה ביוכימית מותאמת מהליך עישון דגירת 16 למדידת C ביומסה אדמת חיידקים. שיטת SFI יש כמה יתרונות ביחס לשיטות אחרות של אמידת LOC. בסיס רעיוני עבור השיטה הוא LOC היא C מתכלה microbially השולטת התפתחותם של חיידקי LOC נגיש פיזי מתכלה כימי על ידי מיקרואורגניזמים באדמה. בתנאי שדה, התפתחותם של חיידקים מוגבלים בדרך כלל על ידי זמין פחמן, זמינות מזינה, נקבובי זמין, ו / או טריפה. גורמים אלה הם כמעט elimiהנדחה על ידי עישון, יצירת תנאים באין מפריעים במשך התפתחותם של חיידקים. לא מזין יוסרו במהלך תקופת הדגירה של השיטה. במהלך מחזורי עישון ו דגירה מרובים, התפתחותם של חיידקים הופכת מוגבלת על ידי כמות ואיכות C (לביליון) 13. שנצבר CO 2 respired במהלך מחזורי הדגירה משמש לחיץ LOC עם 11,13,19 מודל מעריכים שליליים פשוטים. שיעור תחלופת C הפוטנציאלי יכול גם לנבוע שיפוע מודל המעריכים, ולכן שיטת SFI יש היתרון על פני רוב שיטות LOC האחרות לאמוד בו זמנית ריכוזי קצב תחלופת פוטנציאל של LOC 11. עבור שיטות אחרות, מידע על שיעורי תחלופת הפוטנציאל של LOC ניתן לקביעה רק אם קליעים נותבים כגון 14 C משמשים 13. שיטת SFI היא אפוא טכניקה יחסית פשוטה וזולה עבור קבלת מדידות של שני LOC ושיעורי תחלופת הפוטנציאל שלה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. אסוף קרקע לקבל מדגמים מייצגים של תנאי שבחטיבה הניסיונית ובתוך ניסיוני יחידות 20

  1. לזהות את כל הבדלים מאפייני אתר כגון תכונות מדרון ואדמה כולל מרקם, צפיפות בצובר, pH, עומק אופק אורגני, ו / או בריכוזי חומרי הזנה. לזהות את כל ההבדלים סוג הצמחייה בתוך המגרשים. השתמש ידועים או שפורסמו ערכות של מקדמים שונים עבור מאפייני אתר להעריך את מספר הדגימות הנדרשות כדי להשיג שגיאה יחסית שהוגדרה מראש.
  2. קרקע מדגם באמצעות במקדחה או מכשיר איסוף אחר בדפוס מבוסס באתר ותנאי ביחידת ניסויים.
    1. התנאים הומוגנית, להשתמש בדפוס דגימה אקראית בתוך כל יחידה ניסיונית.
      1. הקצאת נקודות המדגם במקומות אקראיים לחלוטין או בתוך היחידה ניסיון או בדפוס זגזג.
      2. קרקע מדגם בכל נקודה אקראית או בנקודות שהוקצו טפיפות זיגזגn. מברישים הצידה חומר אורגני מפני השטח של אדמה מינרליים לפני השימוש במקדחה או מכשיר איסוף אחר לחפור דגימת קרקע.
        הערה: שיטת SFI פותחת באמצעות אופקי קרקע מן Oa ומתחת 13. בדיקה נוספת היא הכרחית, אם אופקים מעל Oa ניתן לבדוק בשיטת SFI.
      3. מערבב את כל הדגימות שנאספו בתוך היחידה הניסיונית לתוך מיכל יחיד ופיסיים לערבב את הדגימות הבודדות בתוך המכל כדי ליצור מדגם מרוכבים עבור כל יחידה ניסיונית.
    2. תנאים הטרוגנית, אשר הם הרבה יותר נפוץ, להשתמש בדפוס דגימה שיטתי בתוך כל יחידה ניסיונית.
      1. קרקעות לדוגמא לאורך החתך במרכז כל יחידה ניסיונית כך המרחק בין נקודות המדגמות בתוך החתך קטן יותר מאשר המרחק הדרוש כדי לייצג השתנות בתוך יחידות ניסיוני.
      2. קרקעות המדגם לאורך חתכים מרובים בתוך כל לשעבריחידת perimental היוצרים דפוס רשת ביחידות ניסיוני גדולות יחסית או יחידות ניסיון עם מקורות מרובים של השתנות.
      3. מערבבים את כל דגימות שנאספו לאורך כל חתך לתוך מיכל יחיד ופיזית לערבב את דגימות בודדות בתוך המיכל כדי ליצור מדגם מרוכבים עבור כל חתך.

2. כן קרקע עבור assay SFI

  1. דגימות מקום בבית-חבילת קרח מלאה קריר מייד לאחר איסוף בתחום.
  2. בהגיעם במתקן שבו דגימות הם יאוחסנו עד לניתוח, דגימות מקום במקרר ב 4 מעלות צלזיוס עד הכנת מדגם ונהלי SFI מתנהלים.
  3. דגימות קרקע מסננות דרך מסננת רשת 6.4 מ"מ x 6.4 מ"מ. נקה את הרשת עם מים בין כל דגימה על מנת למנוע זיהום בין דגימות.
  4. עבור כל דגימה, למדוד שלוש 100 subsamples גרם והמקום subsamples 100 גרם בכוס 250 מ"ל. EAC כיסוימבחנה שעות עם Parafilm ולהשאיר אותם על השיש במשך 10 ימים של 25 מעלות צלזיוס.

3. subsamples קח לקביעת משקל תנור-יבש

  1. בסוף הדגירה-מראש 10 יום של דגימות קרקע, להסיר Parafilm מכל מדגם.
  2. רשום את המשקל של אלומיניום לשקול סירה. קח 1 גרם של אדמה מכל המדגמים ומניח לשקול סירה.
  3. רשום את המשקל של האדמה הלחה ולשקול סירה.
  4. מניחים את לשקול סירות עם אדמה בתנור ב C 105 °. לאחר הדגימות להגיע למשקל קבוע, שהוא בדרך כלל לאחר 48 שעות, משקולות שיא של לשקול סירות ואדמה.
  5. פחת לשקול סירת משקל מהמשקלים הנלקחים של האדמה הלחה אדמה יבשה בתוך הסירה לשקול לקבל משקל באדמה לח ויבש. לגזור את יבש: יחס באדמה לחה על ידי חלוקת משקל אדמה יבשה על ידי משקל באדמה לחה.

4. דגימות קרקע לחטא

  1. מניחים מגבת נייר לחה בתחתית לפחות שני (morדואר ייתכן שיהיה צורך בהתאם למספר של דגימות) 10.5 L זכוכית ואקום ייבוש עם צלחות חרסינה.
  2. עבור כל הדגימות, שוקל 30 גרם של אדמה לשלוש צלוחיות זכוכית נפרדות. השתמש צלוחיות גדולות מספיק כדי להכיל 40 גרם של אדמה וצרות מספיק כדי להתאים בתוך פתח 40 מ"מ אם העיצוב מיכל הדגירה בסעיף 5 משמש.
  3. אם באמצעות קלטת תיוג לזהות כל subsample אדמה 30 גרמו, להשתמש בעפרון משום עישון מדרדר דיו.
  4. מניח שני של subsamples השלושה 30 גרם לכל דגימת קרקע לתוך ואקום ייבוש לחיטוי ואת subsample אחד לתוך ייבוש ואקום כי לא ינהל עישון.
  5. בכוס 100 מ"ל, מניחים שכבה של רותחים אבנים מספיק כדי לכסות את החלק התחתון של כוס.
  6. יוצקים 50 מ"ל של כלורופורם אתנול ללא (CHCl 3) לתוך כוס 100 מ"ל עם שכבה של אבנים רותחים. מניחים את כוס 100 מ"ל עם אבנים רותחים CHCl 3 במרכז ייבוש מלא באדמה 30 גרםsubsamples. התנהגות שלב זה מתחת למכסה המנוע קטר.
  7. מתחת למכסה מנוע קטר, להשתמש בשואב אבק כדי להרתיח את CHCl 3 עד לחטא שני סטים של subsamples לדגימת אדמה.
    1. חבר את ואקום ייבוש ואקום עם צינורות ואקום. התחל את החלל ולראות CHCl 3 מתחיל לרתוח.
    2. אפשר CHCl 3 להרתיח במשך 30 שניות ולנתק את צינורות ואקום מתא הייבוש כדי לאפשר לאוויר לזרום בחזרה אל תוך ייבוש. צעד זה מקדם כניסת גז CHCl 3 לתוך דגימות הקרקע. חזור פעמיים.
    3. בצע לרתיחה רביעית והאחרונה של CHCl 3, שמאפשר לו להרתיח במשך 2 דקות.
    4. עם ואקום עדיין פועל, לסגור את החותם על ייבוש הוואקום כך הוואקום בתוך הייבוש נשמר. כבה את הוואקום וניתקת את צינורות ואקום מתא הייבוש.
  8. חותם את הייבוש המכיל דגימות הלא חיטוי על ידי צבת מכסה על הייבוש ואיטום פקק הוואקום. Pתחרת הייבוש (חיטוי והלא-חיטוי) באזור חשוך (כגון ארון) למשך 24 שעות. אל תחזרו על נהלי ואקום סעיף קטן 4.7 על הייבוש המכיל דגימות הלא חיטוי.

5. להרכיב מיכלים דגירת דגימת קרקע

  1. לדחוף מוט זכוכית באורך 15 ס"מ דרך פקק גומי בגודל 10 עם חור קדח במרכז. קוטר המוט צריך להיות מספיק כדי להתאים דרך החור בנוחות.
  2. לייבל 0.5 L שקוף בקבוקי פוליפרופילן פה רחב עם זיהוי שמתאים זיהוי subsample חיטוי והלא-חיטוי.

6. לפנות כלורופורם מן הייבוש תחת פומה הוד

  1. פתח את הפקק על ייבוש ואקום כדי לאפשר זרימת אוויר לתוך תא הייבוש. מסירים את המכסה מתא הייבוש, ולקחת דגימות ואת המגבת הלחה מתוך ייבוש.
  2. להשתמש בשואב אבק כדי לפנות גז 3 CHCl מן דגימות קרקע.
    1. הפעל את משאבת הוואקום ולאפשר משאבה לרוץ במשך חמש דקות. ניתק את צינורות ואקום מתא הייבוש כדי לאפשר זרימת אוויר לתוך תא הייבוש.
    2. חזור על שלב 6.3.2 ארבע פעמים.

7. להזיז כל קרקע subsample לתוך מיכל דגירה (איור 1) לבצע דגירה יום 10

  1. פיפטה 1 מ"ל של מים ללא יונים לתוך המיכל הדגירה. חבר בקבוקון כוס ריק אל מוט הזכוכית המשתרעת הפקק בגודל 10 באמצעות גומייה. את הקצה הפתוח של בקבוקון הזכוכית צריך להתמודד עם הבסיס של הפקק. בקבוקון הזכוכית צריך להיות בגודל מספיק כדי להכיל עד 40 מיליליטר של נוזל.
  2. מניחים בקבוקון המכיל את subsample אדמה 30 גרם לתוך המיכל הדגירה.
  3. הוסף 1 גרם של אדמה לא-חיטוי מן מדגם הקרקע המקורי לכל אחד subsamples המקביל שלה (חיטוי והלא-חיטוי) כמו inoculuM.
  4. פיפטה 1 מ"ל של 2 M NaOH לתוך בקבוקון זכוכית מחובר מוט פקק / זכוכית. דחוף את מוט פקק / זכוכית על גבי החלק העליון של מכל הדגירה. תכסה את חלקו העליון של מכל הדגירה עם Parafilm.
  5. צור מיכל דגירה המכיל לא אדמה. להרכיב מכולות הדגירה 04:57 לא-אדמה.
    ההערה: החומצה המשמשת לכיל דגימות של המכל לא-אדמה והכרחית לקביעתן של מינרליזציה CO 2 במהלך תקופת הדגירה, אשר מתוארת להלן בסעיף קטן 9.3. ככזה, מספר מכולות לא-אדמה ונוצרות מחסום בפני טיפול או טיטרציה נכון של מכל דגירה ללא אדמה ייצור טעות בחישוב מינרליזציה CO 2 עבור כל הדגימות. החומצה משמשת לכיל דגימות מתוך המכולות לא-אדמה צריכה להיות קרוב בערכים; ערך חומצה שונה מאוד בקרב הדגימות מיכל לא-אדמה הוא ככל הנראה התוצאה של טיפול או טיטרציה מדגם שגוי. פעל על פי ההליכים בסעיף 5 להרכיב מכלות דגירה.
  6. פעל על פי ההליכים של 7.1 ו -7.4.
  • מניח את כל מכולות הדגירה במחסן חשוך של 25 מעלות צלזיוס. השאירו את כל מכולות הדגירה באזור האחסון במשך 10 ימים.

    • 8. בצע טיטרציה על כל subsample לכמת CO 2 הופק ע"י מיקרוביאלית נשימה במהלך הדגירה תקופת

    1. הסר את בקבוקון זכוכית המכיל את 2 M NaOH ממיכל הדגירה.
    2. פיפטה 2 מ"ל של 1 M BaCl 2 לתוך בקבוקון זכוכית המכיל 2 M NaOH.
    3. להוסיף טיפה אחת של פנולפתלאין (C 20 H 14 O 4) מן טפטפת או המזלף לתוך בקבוקון זכוכית המכיל תערובת של BaCl 2 ו NaOH. מניחים בר ומערבבים מגנטי בבקבוקון זכוכית ומניחים את בקבוקון זכוכית על צלחת ומערבבים.
    4. עם צלחת ומערבבים מופעל, להוסיף לאט 0.1 N HCl עם ביורטה עד מחדשצבע D של תערובת בקבוקון הזכוכית הופך ברור.
    5. תעד את סכום HCl נדרש לשנות את הצבע של תערובת בקבוקון הזכוכית.

    9. ברר מיקרוביאלית ביומסה C מנתוני במחזור הטיפול הראשון פומיגציה הדגירה 16,21,22

    1. קבע את המשקל היבש של אדמה בכל subsample ידי הכפלת משקל הלח שלה על ידי היבש: יחס המשקל לח שהושג בשלב 3.8.
    2. קבע את הסכום הממוצע של HCl נהג לכייל מכולות הדגירה ללא אדמה.
    3. חישוב CO 2 mineralized במהלך הדגירה 10 יום באמצעות הנוסחה:
      משוואה 1
      שם CO 2 = CO 2 mineralized במהלך הדגירה 10 יום
      NS = חומצה המשמשת לכיל דגימות במכל דגירה לא-אדמה
      S = חומצה המשמשת לכיל דגימות שהכילו אדמה במכל הדגירה
      M = molarity של הדואר HCl
      E = 6, משקל שווה ערך
      משקל W = יבש אדמה הכלול מיכל הדגירה
    4. חישוב C ביומסה חיידקים באמצעות הנוסחה:
      משוואה 2
      שם BioC = חיידקים ביומסה C
      F = CO 2 mineralized מ subsamples אדמה שהיו חיטוי
      NF = CO 2 mineralized מ subsamples אדמה שהיו אי-חיטוי
      K = שבריר mineralized C ביומסה מיקרוביאלי ל- CO 2
      1. לקבוע את הערך עבור K או על ידי מדידה ישירה של מינרליזציה 14 C בבדיקות ראשוניות עם האדמה או ערכים פרסמו 22. ערך של 0.45 משמש בדרך כלל K עבור assay זה 23.
    5. בצע עישון רציף מחזור דגירה על ידי חזרה על סעיפי 4-8 שבע פעמים עבור subsamples האדמה שהיו חיטוי במחזור עישון הדגירה הראשון.

    10. Determine יציב C קצב תחלופת פוטנציאל C שימוש CO 2 Mineralized במשך שמונה פומיגציה ו דגירה מחזורים

    1. השתמש בנוסחא הבאה כדי לקבוע בגורם תיקון עבור בידוד האדמה להוסיף דגימות לאחר כל עישון:
      משוואה 3
      איפה IC = מקדם תיקון עבור בידוד
      ג '= כמות ה- CO 2 מן subsample הלא חיטוי במהלך הדגירה 10 יום ראשון
      r = משקל יחס של אדמת בידוד ללכלך חיטוי במחזור דגירת העישון הראשון
      C t = מחזור הדגירה (1, 2 ... 8), כך C t-1 = 0 כאשר t = 1
    2. השתמש בנוסחה הבאה כדי להעריך את CO 2 שוחרר במהלך כל הדגירה לכל subsample:
      משוואה 4
      שם Ct = CO 2 שוחרר במהלך הדגירה
      NS = חומצה המשמשת לכיל דגימותבשום-אדמה מיכל דגירה
      S = חומצה המשמשת לכיל דגימות שהכילו אדמה במכל הדגירה
      IC = מקדם תיקון עבור בידוד (נקבע בשלב 10.1)
      E = 6, משקל שווה ערך
      משקל W = יבש אדמה הכלול מיכל הדגירה
    3. לגזור C אורגני יציב באמצעות רגרסיה ליניארית.
      1. ארגן גיליון אלקטרוני הכולל לכל מזהים מדגם למדגם, מספר מחזור הדגירה (1, 2 ... 8), ו- CO 2 שוחרר במהלך הדגירה (נגזר בשלב 10.2).
      2. באמצעות תוכנה המסוגלת רגרסיה שאינו ליניארי, להתאים את המודל הבא אל בסיס הנתונים:
        משוואה 5
        שם Csum = סכום של CO 2 שוחרר בשמונת מחזורי דגירה
        LOC = אדמה C אורגני יציב
        k = זמן מחזור פוטנציאלי
        t = מחזור הדגירה (1, 2 ... 8)
    4. המרת t מחזור הפוטנציאליIME משלב 10.3.2 לתוך ימים על ידי הכפלת ההופכי של k ב -10 עקב מחזור הדגירה 10 יום.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    שיטת SFI שמשה מתוארת במאמר זה בסדרה של ניסויים שנערכו 24,25,26,27 בדרום מזרח ארה"ב. יחד, הניסויים הללו הקיפו מגוון רחב של סוגי צמחייה, כוללים אורן Loblolly (Pinus taeda L.), וקליפות (Panicum virgatum L.), צפצפה (Populus deltoides ברטראם לשעבר מארש.), סויה (גליצין מקסימום ל Merr.). השיטה הייתה רגישה בקביעת הבדלי LOC ו / או שיעורי תחלופת C פוטנציאל בין הפרית חיתוך טיפולים בפועל בכל המחקרים. היתה חפיפה בטווח של LOC ושיעורי תחלופת פוטנציאל דיווחו בסדרה של מחקרים (איור 2). וריאציות בטווחים של LOC שדווח במחקרים אלה מדגישות את הרגישות של שיטת SFI באיתור הבדלי C היציב מחזור C פוטנציאלי. Loblolly מערכת חיתוך אורן וקליפות הסמטה היה gמגוון של LOC reatest בין סוגי הצמחייה; המחקרים מסוג הצמחייה זו הקיפו את המערך הרחב ביותר של תנאי שימוש באתר ביחס לסוגי הצמחייה האחרים. האתרים מגוונים סוג קרקע וגיל של overstory Loblolly אורן מן לנוער כדי סיבוב מאוחר. Chronosequence של גיל overstory סביר נוצר הווריאציה הגדולה בתשומות חומר אורגניות בין סוגי הצמחייה המוצגים כאן עבור תוצאות נציג. סוג הצמחייה מרעה והקליפות נחקר על המערך הרחב של טקסטורות קרקע, וזה גם הציג שונה גבוה יחסית בערכים מדווחים. סוג צמחיית הסויה היה ערכי LOC גבוהים יחסית בקרב סוגי אתר, אשר היה קשור ככל הנראה עם בתצהיר השנתי של המת למעלה- ומתחת פני הקרקע ביומסה לקרקע במהלך המסיק שלה. מטעי אורן Loblolly, מאופייני המלטת אורן חומצי סרבן יחסית כמקור הדומיננטי של חומר אורגני בקרקע, הציגו את הקצב החילופי C הפוטנציאל הגבוה ביותר amאונג סוגי הצמחייה שנבחרו כאן עבור תוצאות נציג. טווח הערכים המדווחים בסדרה של מחקרים גם בטווח של אלה שנמצאו בטווח של קרקעות המשמשות לפתח את שיטת SFI 13 ובניסויים מאוחר שנערכו עם יערות סובטרופיים בסין על ידי אחד המדענים כי פתח את שיטת SFI 11,28.

    איור 1
    איור 1. מיכל דגירה לביצוע הליך דגירת עישון רציף עבור C היציב אורגני ונחישות שיעור C מחזור פוטנציאלית. משמאל בקבוק Nalgene, בקבוקון תלוי על מוט פקק להכיל NaOH, ואת בקבוקון המכיל 30 גרם של אדמה הראה מופרדים למטרות הדגמה. המיכל בצד ימין יש את האדמה ואת מוט פקק ממוקם בתוך בקבוק Nalgene עם Parafilm לאורך החלק העליון כמו ייעשה במהלך הדגירה.אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

    איור 2
    טווח איור 2. C היציב האורגני קצב תחלופת C פוטנציאל כפי שנמדדו באמצעות שיטת דגירת עישון הרציפה בתנאי אדמה וצמחייה שונים בדרום מזרח ארצות הברית. טווחי דיווח מותאמים חלק ממחקרים קודמים 24,25,26,27. סוגי צמחייה הם: (1) Loblolly מטע אורן, (2) Loblolly מרע אורן bahiagrass, (3) Loblolly מערכת חיתוך אורן וקליפות סמטה, (4) וקליפות מרעות, (5) סויה, ו (6) מטע צפצפה. ברים מייצגים סטיית התקן. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של ההוא דמות.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    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

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Blair, G., et al. Soil carbon fractions based on their degree of oxidation, and the development of a carbon management index for agricultural systems. Aust. J. Agric. Res. 46, 1459-1466 (1995).
    2. Schimel, D. S., et al. Soil organic matter dynamics in paired rangeland and cropland toposequences in North Dakota. Geoderma. 36, 201-214 (1985).
    3. Parton, W. J., et al. Analysis of factors controlling soil organic matter levels in great-plains grasslands. Soil Sci. Soc. Am. J. 51, 1173-1179 (1987).
    4. Wu, H., et al. Labile organic C and N mineralization of soil aggregate size classes in semiarid grasslands as affected by grazing management. Biol. Fertil. Soils. 48, 305-313 (2011).
    5. Jones, D. L., et al. Plant and mycorrhizal regulation of rhizodeposition. New Phytol. 163, 459-480 (2004).
    6. Harrison, K. G., et al. The effect of changing land use of soil radiocarbon. Science. 262, 725-726 (1993).
    7. Jinbo, Z., et al. Land use effects on the distribution of labile organic carbon fractions through soil profiles. Soil Sci Soc. Am. J. 70, 660-667 (2006).
    8. Whalen, J. K., et al. Carbon and nitrogen mineralization from light- and heavy-fraction additions to soil. Soil Biol Biochem. 32, 1345-1352 (2000).
    9. Gregorich, E. G., et al. Towards a minimum data set to assess soil organic matter quality in agricultural soils. Can. J. Soil Sci. 74, 367-385 (1994).
    10. Hamer, U., et al. Priming effects in different soil types induced by fructose, alanine, oxalic acid and catechol additions. Soil Biol. Biochem. 37, 445-454 (2005).
    11. Feng, W., et al. Shifting sources of soil labile organic carbon after termination of plant carbon inputs in a subtropical moist forest of southwest China. Ecol. Res. 26, 437-444 (2011).
    12. Tisdall, J. M. Formation of soil aggregates and accumulation of soil organic matter. Structure and Organic Matter Storage in Agricultural Soils. Carter, M. R., Stewart, B. A. , Lewis Publishers. 57-96 (1996).
    13. Zou, X. M., et al. Estimating soil labile organic carbon and potential turnover rates using a sequential fumigation-incubation procedure. Soil Biol. Biochem. 37, 1923-1928 (2005).
    14. Cambardella, C. A., Elliott, E. T. Particulate soil organic matter changes across a grassland cultivation sequence. Soil Sci. Soc. Am. J. 56, 777-783 (1992).
    15. Strosser, E. Methods for determination of labile soil organic matter: an overview. J. Agrobiol. 27, 49-60 (2010).
    16. Jenkinson, D. A., Powlson, D. S. The effects of biocidal treatment on metabolism in soil V: a method for measuring soil biomass. Soil Biol. Biochem. 8, 209-213 (1976).
    17. Vance, E. D., et al. An extraction method for measuring soil microbial biomass C. Soil Biol. Biochem. 19, 703-707 (1987).
    18. De-Polli, H., et al. Chloroform fumigation-extraction labile C pool (microbial biomass C "plus") shows high correlation to microbial biomass C in Argentinian and Brazilian soils. Cienc. Suelo. 25, 15-22 (2007).
    19. Olson, J. S. Energy storage and the balance of producers and decomposers in ecological systems. Ecology. 44, 322-331 (1963).
    20. Pennock, D., et al. Chapter 1, Unit 1, Soil sampling designs. Soil Sampling and Methods of Analysis. Carter, M. R., Gregorich, E. G. , CRC Press, Taylor & Francis Group, LLC. (2008).
    21. Luizao, R. C. C., et al. Seasonal variation of soil microbial biomass: the effects of clearfelling a tropical rainforest and establishment of pasture in the central Amazon. Soil Biol. Biochem. 24, 805-813 (1992).
    22. Horwath, W. R., Paul, E. A., et al. Microbial biomass. Methods of soil analysis part 2: microbiological and biochemical properties. Weaver, R. W. , Soil Science Society of America, Inc. 753-773 (1994).
    23. Jenkinson, D. S., Ladd, J. N. Microbial biomass in soil: measurement and turnover. Soil Biochemistry. Paul, E. A., Ladd, J. N. , Marcel Dekker. 415-471 (1981).
    24. Blazier, M. A., et al. Poultry litter fertilization impacts on soil, plant, and water characteristics in loblolly pine (Pinus taeda L.) plantations and silvopastures in the mid-South USA. Principles, application, and assessment in soil science. Gungor, E. B. O. , InTech, Inc. 43-74 (2011).
    25. Blazier, M. A., et al. Straw harvesting, fertilization, and fertilizer type alter soil biophysical properties in a loblolly pine plantation in the mid-South USA. Biol. Fertil. Soils. 45, 145-153 (2008).
    26. Blazier, M. A., et al. Loblolly pine age and density affects switchgrass growth and soil carbon in an agroforestry system. For. Sci. 58, 485-496 (2012).
    27. Blazier, M. A., et al. Nitrogen and carbon of switchgrass, loblolly pine, and cottonwood biofuel production systems in the Southeast United States. For. Sci. 61, 522-534 (2015).
    28. Zhang, M., et al. Decomposition differences of labile carbon from litter to soil in a tropical rain forest and rubber plantation of Xishuagbanna, southwest China. Eur. J. Soil Biol. 55, 55-61 (2013).
    29. Nelson, D. W., Sommers, L. E. Total carbon, organic carbon, and organic matter. Methods of soil analysis. Part 3: chemical methods. Sparks, D., et al. , Soil Science Society of America, Inc. 961-1090 (1996).
    30. Huang, L., et al. Correlation among soil microorganisms, soil enzyme activities, and removal rates of pollutants in three constructed wetlands purifying micro-polluted river water. Soil Biol. Biochem. 70, 221-228 (2012).
    31. Kong, L., et al. Enzyme and root activities in surface-flow constructed wetlands. Chemosphere. 76, 601-608 (2009).
    32. Cui, L., et al. Evaluation of nutrient removal efficiency and microbial enzyme activity in a baffled subsurface-flow constructed wetland system. Bioresour. Technol. 146, 656-662 (2013).
    33. Jenkinson, D. S. Determination of microbial biomass carbon and nitrogen in soil. Advances in nitrogen cycling in agricultural ecosystems. Wilson, J. R. , CAB International. 368-386 (1988).
    34. Sparling, G. P., et al. Interference from plant roots in the estimation of soil microbial ATP, C, N, and P. Soil Biol. Biochem. 17, 275-278 (1985).
    35. Christie, P., Beatte, J. A. M. Significance of sample size in measurement of soil microbial biomass by the chloroform fumigation-incubation method. Soil Biol. Biochem. 19, 149-152 (1987).
    36. McLaughlin, K. K., Hobbie, S. E. Comparison of labile soil organic matter fractionation techniques. Soil Sci. Soc. Am. J. 68, 1616-1625 (2004).
    37. Xia, X., et al. Variation of soil labile organic carbon pools along an elevational gradient in the Wuyi Mountains, China. J. Resour. Ecol. 1, 368-374 (2010).

    Tags

    במדעי הסביבה גיליון 116 מצע מיקרוביאלית פחמן מיקרוביאלי תחלופת פחמן פוטנציאל ברכות הפחמן בקרקע דגימת חיידקים בקרקע רכיבה על אופניים הפחמן בקרקע
    הערכת פחמן אורגני יציב בקרקע שימוש סדרתית פומיגציה ונהלי דגירה
    Play Video
    PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

    Cite this Article

    Blazier, M. A., Liechty, H. O.… More

    Blazier, M. A., Liechty, H. O. Assessment of Labile Organic Carbon in Soil Using Sequential Fumigation Incubation Procedures. J. Vis. Exp. (116), e54614, doi:10.3791/54614 (2016).

    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