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.
Методы управления и изменения окружающей среды могут изменить питательных веществ почвы и круговорота углерода. Почва лабильным органического углерода, легко разлагаются C бассейн, очень чувствителен к помехам. Он также является основным субстратом для почвенных микроорганизмов, которая имеет основополагающее значение для круговорота питательных веществ. Из-за этих атрибутов, лабильным органический углерод (LOC) был идентифицирован в качестве параметра индикатора для здоровья почвы. Количественная скорость оборота LOC также помогает в понимании изменений в процессах велосипедного питательных веществ в почве. Последовательный метод фумигации инкубации был разработан для оценки LOC почвы и потенциальную скорость оборота C. Метод требует фумигации проб почвы и количественной оценки CO 2 -С respired в течение инкубационного периода 10 дней в течение ряда циклов фумигации-инкубации. Лабильная органического углерода и потенциальный коэффициент текучести C затем экстраполированы из накопленного СО 2 с отрицательной экспоненциальной модели. Порядок проведения этого метода описываютd.
Из-за его жизненно важную роль в Углерод (С) и круговорот питательных веществ и его чувствительность к изменению почвы, LOC почвы является важным параметром для измерения как показатель качества почвенного органического вещества. Леса и агроэкосистемы в значительной степени зависят от минерализации питательных веществ в почве органического вещества в качестве источника питательных веществ. Деятельность по управлению может изменить размер пула и скорость оборота почвы органического углерода, что приводит к изменениям в поставке питательных веществ 1. Почва органического углерода состоит из двух основных фракций непокорного C, который имеет текучесть кадров в несколько тысяч лет, и LOC, который имеет текучесть кадров от нескольких недель до нескольких лет 2,3,4. Почва лабильным C состоит из легко разлагающихся субстратов , таких как микробной биомассы С, с низким молекулярным весом соединений (аминокислоты, простые углеводы) из растительного rhizodeposition, а также побочных продуктов разложения и выщелачивания из растений помета 1,4,5. Поскольку почва лабильным С легко разлагаются, товысокочувствительными к практике управления и природных явлений , которые нарушают или изменяющих почвы 6. Почва лабильным C служит в качестве основного источника энергии для почвенных микроорганизмов в разложении органического вещества 7. В качестве такого, LOC воздействий круговороте питательных веществ в большей степени , чем устойчивые формы почвенного органического C 8. Почвенные микроорганизмы также ответственны за большинство гетеротрофной дыхания , которое происходит при разложении непокорного органического вещества почвы с помощью облегченного заливной эффекта LOC 9,10,11. Это дыхание играет существенную роль в глобальных циклах C , потому что почва органического углерода примерно вдвое больше , чем в атмосфере C 11.
В результате его важность в наземных экосистемах, несколько методов были разработаны для оценки LOC почвы. Эти методы могут быть разграничены на три общих классификаций: физические, химические и биохимические. Денситометрические методы разделения являются физические метODS , которые состоят из отделения почвы органического углерода в тяжелых или легких фракций или в грубой и тонкой органической частиц C 12,13,14,15. Методы разделения относительно легко выполнить, но они не часто дают стабильные результаты , поскольку эти фракции меняются в зависимости от минерального состава типа почвы, растительного материала размера и плотности, а также почвы совокупной консистенции 13,15. Методы разделения также производят только количественную информацию о LOC 15.
Несколько химических методов доступны для оценки LOC. Водной экстракции из органического углерода относительно легко осуществимо, и методы часто дают легко воспроизводимые результаты. Тем не менее, эти извлечений не связаны весь спектр доступных субстратов для микроорганизмов 15. Существует несколько способов окисления для химического фракционирования почвенного органического углерода были разработаны. Методы окисления имеют преимущество, характеризующие количество и качество лабильного органического углерода, Хотя некоторые методы требуют работы с опасными химическими веществами и существует изменчивость среди методов в воспроизводимости результатов 15. Способ экстракции кислотой гидролиз другой тип химической процедуры фракционирования , который может измерять количество и качество LOC, но результаты этого метода не способствуют интерпретации его биологических свойств 13,15.
Биохимические методы интерпретации LOC почвы были разработаны. Лабильная органического углерода может быть измерена как CO 2 , выброшенного микроорганизмами в дыхательных анализах. Эти анализы дают оценки истинного минерализуемого органического вещества, но , как правило , только самые неустойчивые соединения являются минерализованные в ходе теста 15. Почва микробной биомассы С измеряли фумигации-инкубирования 16 и фумигации-экстракции 17 была использована для разработки выводов о LOC. Тем не менее, эти процедуры дают оценки C в микробной биомассы, а не LOC. Обе процедуры включают окуривание вычитание значений от не-окурены почвы для определения микробной биомассы C, но было высказано предположение , что значения , полученные без вычитания не-фумигации почвы обеспечивают измерение лабильных органических фракций С в дополнение к микробной биомассы 18 ,
Процедура 13 последовательного фумигации-инкубирование (СФИ) для измерения LOC является биохимическим методом адаптировано из процедуры 16 фумигации-инкубационного почвы микробной биомассы измерения C. Метод СФИ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами оценки LOC. Концептуальная основа для метода состоит в том, что LOC является микробиологически разлагаемые C, который регулирует рост микробов и что LOC физически доступным и химически разлагаются почвенными микроорганизмами. В полевых условиях, микробный рост, как правило, ограничивается наличием углерода, наличие питательных веществ, доступных порового пространства, и / или хищничества. Эти факторы являются почти ELIMIтакелажные путем фумигации, создавая беспрепятственные условия для роста микробов. Нет питательных веществ не будут удалены в течение инкубационного периода метода. В течение нескольких фумигации и инкубационных циклов, микробный рост становится ограниченным количеством C и качеством (лабильность) 13. Накопленная CO 2 respired во время циклов инкубации используется экстраполировать LOC с простой отрицательной экспоненциальной модели 11,13,19. Потенциальная скорость оборота C также может быть получен из наклона экспоненциальной модели, поэтому метод СФИ имеет преимущество по сравнению с большинством других методов LOC одновременно оценки концентрации и потенциальную скорость оборота LOC 11. Для других методов, информация о потенциальных темпов оборачиваемости LOC может быть установлено только в том случае индикаторы , такие как 14 C используются 13. Метод СФИ, таким образом, относительно простой и недорогой метод для получения измерения обоих LOC и его потенциальных темпов оборота.
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 |