Avaliação da lábil carbono orgânico no solo usando procedimentos seqüenciais Fumigação de incubação

Summary

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.

Abstract

práticas de gestão e mudanças ambientais podem alterar de nutrientes do solo e ciclagem de carbono. Carbono orgânico no solo lábil, uma piscina C facilmente decomposto, é altamente sensível à perturbação. É também o principal substrato para microrganismos do solo, o que é fundamental para o ciclo de nutrientes. Devido a estes atributos, carbono orgânico lábil (LOC) tem sido identificada como um parâmetro indicador para a saúde do solo. Quantificar a taxa de rotatividade do LOC também ajuda na compreensão de mudanças nos processos de ciclagem de nutrientes do solo. Um método de fumigação incubação sequencial foi desenvolvido para estimar LOC solo e taxa de rotatividade C potencial. O método requer a fumigação de amostras de solo e quantificação de CO ₂ -C respirado durante um período de incubação de 10 dias através de uma série de ciclos de incubação-fumigação. C orgânico lábil e taxa de rotatividade potencial C são então extrapolados a partir de CO ₂ acumulado com um modelo exponencial negativo. Procedimentos para a realização deste método são descreverd.

Introduction

Devido às suas funções vitais em carbono (C) e ciclagem de nutrientes e sua sensibilidade às mudanças do solo, LOC solo é um importante parâmetro para medir como um indicador da qualidade da matéria orgânica do solo. Florestas e agroecossistemas para um grande grau dependem da mineralização dos nutrientes em matéria orgânica do solo como fonte de nutrientes. Actividades de gestão pode alterar o tamanho da piscina e taxa de rotatividade do solo C orgânico, resultando em mudanças no fornecimento de nutrientes ^1. C orgânico do solo consiste em duas fracções primárias de C recalcitrantes, que tem taxas de rotatividade de vários milhares de anos, e LOC, que tem taxas de rotatividade de algumas semanas a alguns anos ^2,3,4. Solo lábil C consiste em substratos facilmente degradáveis, tais como biomassa microbiana C, compostos de baixo peso molecular (aminoácidos, carboidratos simples) a partir rizodeposição planta, e subprodutos de decomposição e lixiviados a partir de resíduos vegetais ^1,4,5. Por causa do solo lábil C é facilmente decomposto, éaltamente sensível às práticas de gestão e fenómenos naturais que perturbam ou alteração do solo ^6. Solo lábil C serve como fonte primária de energia para os microrganismos do solo na decomposição da matéria orgânica ^7. Como, impactos LOC ciclismo tais nutrientes a um grau maior do que as formas estáveis de solo orgânico C ^8. Os microorganismos do solo também são responsáveis pela maior parte da respiração heterotrófica que ocorre durante a decomposição da matéria orgânica do solo recalcitrante facilitado pelo efeito de priming LOC ^9,10,11. Esta respiração desempenha um papel substancial em ciclos globais C porque C orgânico do solo é aproximadamente o dobro da C atmosférica ^11.

Como resultado da sua importância nos ecossistemas terrestre, vários métodos têm sido desenvolvidos para estimar LOC solo. Estes métodos podem ser delineados em três classificações gerais: física, química, bioquímica e. métodos de separação densitométricos são meth físicaods que consistem em separar orgânica do solo C em frações pesadas ou leves ou em grosso e partículas finas orgânica C ^12,13,14,15. Métodos de separação são relativamente fáceis de executar, mas não o fazem muitas vezes produzem resultados consistentes porque essas frações depende da sua composição tipo de solo mineral, vegetal tamanho do material e densidade, e agregar consistência do solo ^13,15. Métodos de separação também produzir apenas informação quantitativa sobre LOC ^15.

Vários métodos químicos estão disponíveis para a estimativa LOC. extracção aquosa de carbono orgânico é relativamente fácil de realizar, e os métodos geralmente fornecem resultados facilmente reprodutíveis. No entanto, estas extracções não envolvem todo o espectro de substratos disponíveis para os microrganismos ^15. Vários métodos de oxidação para fracionamento químico do solo C orgânico têm sido desenvolvidos. métodos de oxidação têm a vantagem de caracterizar a quantidade e qualidade de lábil C orgânica, Embora alguns métodos requerem trabalho com produtos químicos perigosos, e existe variabilidade entre os métodos na reprodutibilidade dos resultados ^15. O método de extracção por hidrólise ácida é um outro tipo de processo de fraccionamento químico que pode medir a quantidade e qualidade de LOC, mas os resultados deste método não facilitar a interpretação das suas propriedades biológicas ^13,15.

métodos bioquímicos para interpretação do LOC solo têm sido desenvolvidos. Lábil C orgânico pode ser medido como CO ₂ liberado por microorganismos em ensaios de respiração. Estes ensaios fornecer estimativas de matéria orgânica mineralizável verdade, mas normalmente apenas os compostos mais instáveis são mineralizados durante os ensaios ^15. Solo biomassa microbiana C medidos por fumigação-incubação de ¹⁶ e fumigação-extração ¹⁷ foi usado para desenvolver inferências sobre LOC. No entanto, estes procedimentos fornecer estimativas de C da biomassa microbiana em vez de LOC. Ambos fumigação procedimentos incluem a subtracção de valores de solo não fumigado para determinar C da biomassa microbiana, mas tem sido sugerido que os valores obtidos sem subtracção do solo não fumigado fornecer uma medida de fracções orgânicas lábeis de C, além de biomassa microbiana ¹⁸ .

O procedimento seqüencial de fumigação-incubação (SFI) ¹³ para medir LOC é um método bioquímico adaptado do procedimento de fumigação-incubação ¹⁶ para microbiana do solo medição de biomassa C. O método SFI tem algumas vantagens em relação a outros métodos de estimativa LOC. A base conceitual para o método é que LOC é o microbially C degradável que governa o crescimento microbiano e que LOC é fisicamente acessível e quimicamente degradáveis ​​por microrganismos do solo. Em condições de campo, o crescimento microbiano é normalmente limitada pela disponibilidade de carbono, disponibilidade de nutrientes, espaço poroso disponíveis, e / ou predação. Esses fatores são quase eliminado por fumigação, criando condições desimpedidos para o crescimento microbiano. Sem os nutrientes são removidos durante o período de incubação do método. Ao longo de vários ciclos de fumigação e de incubação, o crescimento microbiano torna-se limitada pela quantidade e qualidade C (labilidade) ^13. O CO ₂ acumulado respirado durante os ciclos de incubação é usada para extrapolar LOC com um simples negativa modelo ^11,13,19 exponencial. A taxa de rotação C potencial também pode ser derivado a partir do declive do modelo exponencial, de modo que o método SFI tem a vantagem sobre a maioria dos outros métodos de estimativa LOC simultaneamente as concentrações e taxa de rotação potencial de LOC ^11. Para outros métodos, informações sobre as potenciais taxas de rotatividade de LOC só pode ser verificado se traçadores tais como ¹⁴ C são usados ^13. O método SFI é, portanto, uma técnica relativamente simples e de baixo custo para a obtenção de medidas de ambas as suas taxas de volume de negócios potenciais LOC e.

Protocol

1. Recolha do solo para obter amostras representativas das condições dentro da Área de Experimental e dentro Experimental Unidades 20 Identificar quaisquer diferenças de propriedades do site, tais como propriedades de declive e solo, incluindo textura, densidade, pH, profundidade horizonte orgânico, e / ou concentrações de nutrientes. Identificar as diferenças de tipo de vegetação dentro de parcelas. Use estimativas conhecidas ou publicados de coeficientes de variação para as propriedad…

Representative Results

O método SFI tem sido usado como descrito neste trabalho em uma série de experimentos realizados no sudeste dos Estados Unidos 24,25,26,27. Juntos, esses experimentos englobava uma variedade de tipos de vegetação, incluindo pinheiros loblolly (Pinus taeda L.), switchgrass (Panicum virgatum L.), cottonwood (Populus deltoides Bartram ex Marsh.) E de soja (Glycine max L. Merr.). O método foi sensível a determinar diferenças em LOC e / ou…

Discussion

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…

Materials

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