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Micromorphological analysis on the influence of the soil mineral composition on short-term aggregation in semi-arid Mediterranean soils Analisis micromorfológico de la influencia de la composición mineral del suelo sobre la agregación a corto plazo en suelos semiáridos de clima mediterráneo Análise micromorfológica da influencia da composição mineral do solo na agregação a curto prazo em solos semiáridos de clima mediterrânico

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Author(s): Inigo Virto | Oihane Fernández-Ugalde | Pierre Barré | Maria José Imaz | Alberto Enrique | Paloma Bescansa | Rosa María Poch

Journal: Spanish Journal of Soil Science
ISSN 2253-6574

Volume: 3;
Issue: 2;
Date: 2013;
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Keywords: Soil aggregation | soil physics | semi-arid soil | soil carbonates. | Agregación del suelo | física del suelo | suelos semiáridos | carbonatos del suelo. | Agregação do solo | física do solo | solos semiáridos | carbonatos do solo.

ABSTRACT
Aggregation in soils is the result of the interaction of the soil organic components and soil minerals. The reactivity of the mineral phase is acknowledged to interfere with aggregates formation and stabilization, but its influence on aggregation in semi-arid Mediterranean soils remains mostly unknown. In this study, we used micromorphological analysis of aggregates formed in a 28-d incubation in two agricultural soils differing only in the composition of the mineral phase in the upper Ap horizon (a carbonate-depleted Palexeralf with 21.5% clay, and a contiguous carbonate-rich Typic Calcixerept with 20.9% clay before decarbonation which was reduced to 10.4% upon decarbonation). The two soils belong to the same agricultural field and have had similar management for decades. Soil samples were completely disaggregated into their fractions < 250 ?m, and incubated with fresh organic matter to stimulate re-aggregation. Macroaggregates (> 2 mm) formed during the incubation were separated at days 3, 7, 14, 21 and 28 and used to prepare thin sections. Macroaggregates were more abundant at day 3, and then decreased in number in the two soils, which indicates a dependency between organic matter decomposition and stable macroaggregates formation. They contained a greater proportion of smaller aggregates in the decarbonated soil. Micromorphological analysis revealed significant differences in the fabric and physical characteristics of these macroaggregates, in which bonds among primary particles were observed to be led by clays in the Palexeralf while the coarse fraction appeared embedded in a micromass with crystallitic b-fabric corresponding to carbonates in the Calcixerept. This resulted in a more compact fabric and less porosity in macroaggregates in the Calcixerept. Image analysis of thin sections was used to quantify and characterize the pore system of macroaggregates. Porosity (pores > 20 ?m) was more than double (36.9% for 15.6%) within macroaggregates in the decarbonated soil, with more elongated pores. Although in both soils most pores were 20 to 150-?m in equivalent diameter, some porosity > 150 ?m was observed only in macroaggregates from the decarbonated soil. These observations allow hypothesizing that the mechanisms responsible for aggregates stabilization and/or formation are different in the two soils, and that they result in different physical characteristics of soil aggregates. The implications of such differences on air and water flow rates within aggregates, and thus on the soil microbial activity and organic matter decomposition, as well as on soil erodibility, need to be studied and accounted for when evaluating the effect of soil management and other practices on soil quality in semi-arid Mediterranean agrosystems.La formación de agregados en el suelo es el resultado de la interacción entre los componentes orgánicos y minerales del suelo. Sin embargo, aunque es sabido que la naturaleza de la fracción mineral puede interferir en la agregación, su influencia en suelos semiáridos en regiones de clima mediterráneo es aún poco conocida. En este estudio se utilizaron técnicas de análisis micromorfológico para estudiar agregados formados en una incubación de 28 días de muestras del horizonte superficial Ap de dos suelos cultivados contiguos que difieren únicamente en su mineralogía (un Palexeralf descarbonatado con 21,5% de arcilla y un Typic Calcixerept rico en carbonatos con 20,9% de arcilla antes de la descarbonatación, que se reduce a 10,4% tras la eliminación de los carbonatos). Los dos suelos pertenecen al mismo campo de cultivo, por lo que han tenido un manejo similar durante décadas. En los dos suelos, se desagregaron completamente muestras frescas de suelo, para obtener las fracciones < 250 ?m, que fueron incubadas con materia orgánica fresca para estimular la formación de agregados. Los macroagregados (> 2 mm) formados durante la incubación se cuantificaron y separaron los días 3, 7, 14, 21 y 28, y se utilizaron para la preparación de láminas delgadas. Estos macroagregados fueron, en los dos suelos, más abundantes el día 3 y su número decreció con el tiempo de incubación, lo que indica una dependencia entre su formación y la descomposición de la materia orgánica en los dos suelos. Estos macroagregados presentaron una mayor proporción de agregados estables pequeños en su interior en el suelo sin carbonatos. El análisis micromorfológico de las láminas delgadas reveló diferencias significativas en la fábrica y las características físicas de estos agregados, en los que la unión entre partículas primarias corresponde a la arcilla en el Palexeralf, mientras los elementos gruesos aparecen embebidos en una micromasa con fábrica de birefringencia cristalítica, correspondiente a la presencia de carbonatos en el Calcixerept. Como resultado, los agregados de este último suelo fueron más compactos y con menor porosidad. La cuantificación y caracterización de la porosidad de los agregados se realizó mediante análisis de imagen. La porosidad (> 20 ?m) fue mayor (36.9% frente a 15.6%) en los macroagregados del suelo sin carbonatos, con una proporción mayor de poros elongados. Aunque en los dos suelos, la mayor parte de los poros de los macroagregados presentaron un diámetro medio equivalente entre 20 y 150 ?m, en este suelo se observaron algunos poros mayores de 150 ?m. Estas observaciones permiten suponer que los mecanismos responsables de la formación y/o estabilización de los macroagregados en los dos suelos podrían ser diferentes, resultando en las diferentes características físicas observadas en los agregados. Las consecuencias de estas diferencias en las tasas de flujo de agua y gases dentro de los agregados, y por lo tanto en la actividad biológica y la dinámica de la materia orgánica así como en la erosionabilidad del suelo, necesitan ser estudiadas y consideradas en la evaluación del efecto que el manejo del suelo y otras prácticas pueden tener en su calidad en las regiones semiáridas mediterráneas.A formação de agregados no solo é o resultado da interação entre os componentes minerais e orgânicos do solo. No entanto, embora se saiba que a natureza da fração mineral pode interferir na agregação, a sua influência em solos semiáridos de regiões de clima mediterrânico é ainda pouco conhecida. Neste estudo, utilizaram-se técnicas de análise micromorfológica para estudar os agregados formados, recorrendo a uma incubação de 28 dias de amostras do horizonte superficial Ap de dois solos adjacentes cultivados que diferiam apenas na sua mineralogia (um Palexeralf descarbonatado com 21,5% de argila e um Calcixerept Típico rico em carbonatos com 20,9% de argila antes da descarbonatação, sofrendo uma redução para 10,4% após eliminação dos carbonatos). Os dois solos pertenciam ao mesmo campo de cultivo, pelo que estão sujeitos a uma gestão semelhante há décadas. Para obter as frações < 250 ?m, amostras de solo fresco, foram totalmente desagregadas nos dois solos e incubadas com matéria orgânica fresca para estimular a formação de agregados. Os macroagregados (> 2 mm) formados durante a incubação foram retirados nos dias 3, 7, 14, 21 e 28 e usados para preparar lâminas finas. Os macroagregados predominaram nos dois solos no dia 3 e, em seguida, diminuíram com o tempo de incubação, o que é indicativo da dependência entre a decomposição de matéria orgânica do solo e a formação de macroagregados estáveis. A maior proporção de agregados de menores dimensões surgiu no solo descarbonatado. A análise micromorfológica das lâminas finas revelou diferenças significativas no tecido e características físicas destes macroagregados, sendo que a união entre partículas primárias corresponde à argila no Palexeralf enquanto que a fração de elementos grosseiros surgiu incorporada numa micromassa com malha cristalina correspondendo aos carbonatos no Calcixerept. Como consequência, os agregados deste último solo são mais compactos e apresentam menor porosidade. A quantificação e caracterização da porosidade dos agregados realizaram-se por análise de imagem. A porosidade (> 20 ?m) era maior (36,9% versus 15,6%) nos macroagregados do solo sem carbonatos, com uma maior proporção de poros alongados. Ainda que nos dois solos, a maioria dos poros nos agregados apresentasse um diâmetro médio equivalente entre 20 e 150 ?m, foram observados neste solo alguns poros maiores que 150 ?m. Estas observações sugerem que os mecanismos responsáveis pela formação e/ou estabilização de macroagregados nos dois solos poderá ser diferente, resultando em diferentes características físicas observadas nos agregados. As consequências dessas diferenças nas taxas de fluxo de água e gases dentro dos agregados e, portanto, a atividade biológica e a dinâmica da matéria orgânica, bem como a erodibilidade do solo, necessitam ser estudadas e consideradas na avaliação do efeito que a gestão do solo e outras práticas pode ter na sua qualidade nas regiões semiáridas mediterrânicas.
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