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.
الممارسات الإدارية والتغيرات البيئية يمكن أن يغير مغذيات التربة ودورة الكربون. كربون التربة العضوي قابل للتغيير، وحوض C تحلل بسهولة، حساس جدا للاضطراب. بل هو أيضا الركيزة الأساسية للميكروبات التربة، وهو أمر أساسي لتدوير المغذيات. ونظرا لهذه الصفات، تم التعرف الكربون العضوي قابل للتغيير (الكونغرس) كمعلمة مؤشر لصحة التربة. قياس معدل دوران الكونغرس يساعد أيضا في فهم التغيرات في عمليات تدوير المغذيات في التربة. وقد تم تطوير طريقة التبخير حضانة متتابعة لتقدير اللجنة المنظمة التربة والمحتملين معدل دوران C. الطريقة يتطلب تبخير عينات من التربة وقياس CO 2 -C respired خلال فترة الحضانة 10 يوما خلال سلسلة من الدورات التبخير الحضانة. عطوب العضوية C والمحتملين معدل دوران C ثم يتم استقراء من ثاني أكسيد الكربون المتراكمة 2 مع نموذج الأسي السلبي. إجراءات لإجراء هذه الطريقة هي وصفد.
نظرا لدورها الحيوي في الكربون (C) وتدوير المغذيات وحساسيتها لتغير التربة، LOC التربة معيارا هاما لقياس كمؤشر للنوعية التربة بالمواد العضوية. الغابات والنظم الايكولوجية الزراعية إلى حد كبير تعتمد على تمعدن المواد الغذائية في المواد العضوية في التربة كمصدر للمغذيات. ويمكن للأنشطة إدارة تغيير حجم تجمع ومعدل دوران من التربة العضوية C، مما أدى إلى تغييرات في توريد المواد الغذائية 1. التربة العضوية C يتكون من اثنين من كسور الرئيسية للالمتمردة C، التي لديها معدلات دوران من عدة آلاف من السنين، واللجنة المنظمة المحلية، التي لديها معدلات دوران من بضعة أسابيع إلى بضعة سنوات 2،3،4. التربة عطوب C يتكون من ركائز متفسخ بسهولة مثل الجراثيم الكتلة الحيوية C، المركبات منخفضة الوزن الجزيئي (الأحماض الأمينية، الكربوهيدرات البسيطة) من rhizodeposition النبات، وتركات التحلل والمواد المتسربة من مصنع 1،4،5 القمامة. لأن التربة عطوب C هو متفسخ بسهولة، فمنحساسة للغاية لممارسات الإدارة والظواهر الطبيعية التي تعكر صفو أو تغيير التربة 6. يخدم التربة عطوب C كمصدر للطاقة الأولية للميكروبات التربة في تحلل المواد العضوية (7). على هذا النحو، والآثار الكونغرس تدوير المغذيات إلى درجة أكبر مما يفعل أشكال مستقرة من التربة العضوية C 8. الكائنات المجهرية في التربة هي أيضا مسؤولة عن غالبية التنفس غيرية الذي يحدث خلال تحلل المواد العضوية في التربة المتمردة بتسهيل من تأثير فتيلة من الكونغرس 9،10،11. هذا التنفس يلعب دورا كبيرا في دورات C العالمية بسبب التربة العضوية C ما يقرب من ضعف ما كان عليه في الغلاف الجوي C 11.
ونتيجة لأهميتها في النظم الإيكولوجية الأرضية، وقد وضعت عدة طرق لتقدير اللجنة المنظمة التربة. ويمكن تحديد هذه الطرق إلى ثلاثة تصنيفات العامة: المادية والكيميائية والكيمياء الحيوية. طرق الفصل الكثافات هي المنهجيات البدنيالمواد المستنفدة للأوزون التي تتكون من فصل التربة العضوية C إلى كسور الثقيلة أو الخفيفة أو في الخشنة والجسيمات الدقيقة العضوية C 12،13،14،15. طرق الفصل من السهل نسبيا على القيام بها، ولكن لم يفعلوا ذلك في كثير من الأحيان تنتج نتائج متسقة لهذه الكسور تختلف مع نوع التربة التركيب المعدني، مصنع حجم المادي والكثافة، والتربة مجموع الاتساق 13،15. كما تنتج طرق الفصل المعلومات الكمية الوحيدة عن الكونغرس 15.
تتوفر لتقدير اللجنة المنظمة العديد من الطرق الكيميائية. استخراج مائي من الكربون العضوي من السهل نسبيا على القيام بها، والطرق وكثيرا ما توفر نتائج استنساخه بسهولة. ومع ذلك، هذه الاستخراج لا تنطوي على مجموعة كاملة من ركائز المتاحة للكائنات الدقيقة 15. وقد وضعت عدة طرق الأكسدة للتجزئة الكيميائية للتربة العضوية مئوية. طرق الأكسدة لديها ميزة تميز كمية ونوعية عطوب العضوية C، على الرغم من أن بعض الأساليب تتطلب العمل مع المواد الكيميائية الخطرة وهناك تباين الأساليب في استنساخ نتائج 15. طريقة استخراج حمض المائي هو نوع آخر من إجراءات تجزئة المواد الكيميائية التي يمكن قياس كمية ونوعية من الكونغرس، ولكن نتائج هذه الطريقة لا تسهل تفسير خصائصه البيولوجية 13،15.
وقد تم تطوير أساليب الكيمياء الحيوية لتفسير الكونغرس التربة. ويمكن قياس عطوب C العضوي كما CO 2 صدر عن الكائنات الحية الدقيقة في فحوصات التنفس. وتوفر هذه المقايسات تقديرات المواد العضوية mineralizable الحقيقية، ولكن عادة فقط أكثر المركبات عطوب والمعادن خلال فحوصات 15. وقد استخدمت التربة الكتلة الحيوية الميكروبية C تقاس التبخير الحضانة 16 و التبخير استخراج 17 إلى تطوير استنتاجات حول الكونغرس. ومع ذلك، فإن هذه الإجراءات تقديرات C في الكتلة الحيوية الميكروبية بدلا من LOوتشمل جيم كل التبخير إجراءات الطرح القيم من التربة غير المدخنة لتحديد الميكروبي الكتلة الحيوية C، ولكن قيل إن القيم التي تم الحصول عليها دون الطرح من غير المدخنة التربة وتوفر قدرا من كسور العضوية عطوب من C بالإضافة إلى الكتلة الحيوية الميكروبية 18 .
ومتتابعة التبخير الحضانة (SFI) إجراء 13 لقياس الكونغرس هو أسلوب الكيمياء الحيوية مقتبسة من إجراء التبخير الحضانة 16 لميكروبات التربة قياس الكتلة الحيوية مئوية. طريقة SFI لديه بعض المزايا النسبية إلى أساليب أخرى لتقدير اللجنة المنظمة المحلية. والأساس النظري لهذه الطريقة أن الكونغرس هو بالميكروبات تحلل C الذي يحكم نمو الجراثيم وأن الكونغرس يمكن الوصول إليه جسديا وتحلل كيميائيا بواسطة الكائنات المجهرية في التربة. في ظل الظروف الميدانية، ونمو الميكروبات تقتصر عادة عن طريق توافر الكربون، وتوافر المواد الغذائية، ومساحة المسام المتاحة، و / أو الافتراس. هذه العوامل هي elimi تقريباnated من التبخير، وتهيئة الظروف دون عوائق للنمو الميكروبي. تتم إزالة أي المواد الغذائية خلال فترة الحضانة هذه الطريقة. وعلى مدار عدة التبخير وحضانة دورات، يصبح نمو الجراثيم محدودة C كمية ونوعية (تقلقل) 13. يستخدم المتراكمة CO 2 respired خلال دورات حضانة لاستقراء الكونغرس مع بسيطة سلبية على 11،13،19 نموذج الأسي. ويمكن أيضا أن تستمد معدل دوران C المحتملين من المنحدر من طراز الأسي، وبالتالي فإن طريقة SFI لديه ميزة على معظم وسائل LOC أخرى من تقدير وقت واحد تركيزات ومعدل دوران المحتملين من الكونغرس 11. لأساليب أخرى، لا يمكن إلا أن التأكد من المعلومات حول معدلات دوران المحتملة من الكونغرس إذا تم استخدام استشفاف مثل 14 C 13. طريقة SFI وبالتالي تقنية بسيطة نسبيا وغير مكلفة للحصول على قياسات كل من الكونغرس ومعدلات دوران المحتملة.
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 |