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.
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.
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.
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 |