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Labile carbon pools and biological activity in volcanic soils of the Canary Islands Fracciones de carbono orgánico lábil y actividad biológica en suelos de origen volcánico de las Islas Canarias Frações de carbono orgânico lábil e actividade biológica em solos de origem vulcânica das Ilhas Canárias

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Author(s): Cecilia María Armas Herrera | Juan Luis Mora Hernández | Carmen Dolores Arbelo Rodríguez | Antonio Rodríguez Rodríguez

Journal: Spanish Journal of Soil Science
ISSN 2253-6574

Volume: 3;
Issue: 1;
Date: 2013;
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Keywords: Andosols | SOC fractionation | mineralisation kinetics | soil enzymatic activity | natural ecosystems | Andosoles | fraccionamiento de SOC | cinética de mineralización | actividad enzimática del suelo | ecosistemas naturales | Andossolos | fraccionamento do SOC | cinética de mineralização | actividade enzimática | ecossistemas naturais

ABSTRACT
It is important to assess the mineralisation of soil organic carbon (SOC) to predict the short-term response of biosphere carbon reservoirs to changing environmental conditions. We investigated the labile (easily-mineralisable) SOC in volcanic soils, where the bioavailability of SOC is typically affected by physico-chemical stabilisation mechanisms that are characteristic of these soils. Ten soils were selected that represent the most typical soil types (mainly Andosols) and natural habitats (xerophytic scrubland, laurel forest and pine forest) in the Canary Islands, a volcanic archipelago. Over two years we measured several physico-chemical SOC fractions with different degrees of bioavailability: water-soluble carbon in fresh soil samples (WSC) and in the saturated extract (WSCse), hot water-extractable carbon (HWC), potassium sulphate-extractable carbon (PSC), microbial biomass carbon (MBC), particulate organic carbon (POC), humic substances carbon (HSC), and total organic carbon (TOC), and performed CO2 emission incubation assays. We related these measurements to the potential C inputs of plant litter and roots and to the activity of certain hydrolytic enzymes (CM-cellulase, ?-D-glucosidase, and dehydrogenase) that are involved in carbon turnover. In vitro carbon mineralisation measurements from short assays (ten days) were fitted with simple first-order kinetics to investigate SOC. This procedure was simple and allowed us to obtain estimates both for potentially mineralisable SOC and for the heterogeneity of the substrates that were consumed during incubation. The investigated volcanic soils had large labile SOC concentrations in which simple carbohydrates predominated and that were mainly derived from roots and aboveground non-woody residues. Among the analysed physico-chemical SOC fractions, HWC (3.1 g kg-1 on average at 0-30 cm depth in Andosols) was the most correlated with C0 (1.2 g kg-1) and therefore best represents potentially mineralisable SOC. PSC (0.77 g kg-1), which represents an SOC pool of low bioavailability, was protected by its adsorption to allophane in silandic Andosols.La medida de la susceptibilidad del carbono orgánico del suelo (SOC) a la mineralización es esencial para predecir la respuesta a corto plazo de los reservorios biosféricos de carbono a los cambios en las condiciones ambientales. En este trabajo abordamos el estudio del SOC lábil (fácilmente mineralizable) en suelos volcánicos, donde la biodisponibilidad del SOC se ve característicamente afectada por mecanismos de estabilización físico-química propios de estos suelos. Con este fin seleccionamos diez suelos representativos (sobre todo Andosoles) de los principales hábitats naturales (matorral xerofítico, monteverde y pinar) en las Islas Canarias, un archipiélago de origen volcánico. Durante dos años medimos diversas fracciones de SOC a las que se atribuye un distinto grado de biodisponibilidad: carbono soluble en agua en muestras frescas de suelo (WSC) y en el extracto saturado (WSCse), carbono extraíble en agua caliente (HWC), carbono extraíble con sulfato potásico (PSC), carbono ligado a la biomasa microbiana (MBC), carbono orgánico particulado (POC), carbono de sustancias húmicas (HSC), y carbono orgánico total (TOC), y realizamos ensayos de incubación de las emisiones de CO2. Relacionamos estas medidas con los posibles aportes de carbono procedentes de la hojarasca y las raíces, y la actividad de enzimas hidrolíticas (CM-celulasa, ?-D-glucosidasa, y deshidrogenasa) implicadas en el ciclado del carbono. La medida in vitro de la mineralización en ensayos cortos (10 días) se ajustó a un modelo cinético simple de primer orden, un procedimiento sencillo que nos permitió obtener no sólo una estimación del SOC más inmediatamente mineralizable, sino también de la heterogeneidad de los sustratos consumidos durante la incubación. Los suelos volcánicos investigados mostraron una gran riqueza de SOC lábil, en los que predominaron los carbohidratos simples procedentes principalmente de aportes orgánicos radiculares y de restos vegetales no-leñosos aéreos. Entre las fracciones físico-químicas de SOC analizadas, el HWC (3.1 g kg-1 de promedio a 0-30 cm de profundidad en Andosoles) fue el que mejor se correlacionó con el C0 (1,2 g kg-1) y por tanto el que mejor representó el SOC inmediatamente mineralizable. El PSC (0,77 g kg-1), que representa un reservorio de baja biodisponibilidad, se encuentra protegido de la mineralización por su adsorción a la alófana en Andosoles silándicos.A avaliação da susceptibilidade à mineralização do carbono orgânico do solo (SOC) é essencial para a previsão da resposta a curto prazo dos reservatórios de carbono da biosfera às alterações das condições ambientais. Neste trabalho investigou-se o estudo da fração lábil do SOC (fração facilmente mineralizável) em solos vulcânicos, onde a biodisponibilidade do SOC é afetada de forma típica por mecanismos de estabilidade físico-química carateristícos destes solos. Com este objectivo selecionaram-se dez solos representativos (sobretudo Andossolos) de habitats naturais (vegetação xerofítica e floresta de loureiros e pinheiros) das Ilhas Canárias, um arquipélago vulcânico. Durante dois anos mediram-se diversas frações físico-químicas do SOC com diferentes graus de biodisponibilidade: carbono solúvel em água em amostras frescas de solo (WSC) e no extracto de saturação (WSCse), carbono extraível com água quente (HWC), carbono extraível com sulfato de potássio (PSC), carbono da biomassa microbiana (MBC), carbono orgânico particulado (POC), carbono das substâncias húmicas (HSC), e carbono orgânico total (TOC) e fizeram-se medições das emissões de CO2 com recurso a ensaios de incubação. Estas medições foram relacionadas com os "inputs" de carbono de resíduos vegetais e raízes bem como com a atividade de enzimas hidrolíticas (CM-celulase, ?-D-glucosidase, e deshidrogenases) envolvidas das na ciclagem do carbono. A medição in vitro da mineralização do carbono através de ensaios de curta duração (dez días) foi ajustada a um modelo cinético simples de primeira ordem, que permitiu não só estimar a fração de carbono orgánico mais fácilmente mineralizável, como também a heterogeneidade dos substratos consumidos durante o período de incubação. Os solos vulcánicos estudados apresentaram uma grande riqueza de SOC lábil, em que predominavam hidratos de carbono simples com origem principalmente em resíduos orgánicos radiculares e residuos aéreos vegetais não lenhificados. Entre as frações físico-químicas de SOC analisadas, o HWC (3.1 g kg-1 em média, de a 0-30 cm de profundidade nos Andossolos) foi o que melhor se correlacionou com o C0 (1.2 g kg-1) e como tal o que melhor representa o SOC inmediatamente mineralizável. O PSC (0.77 g kg-1), que representa um reservatório de baixa disponibilidade, encontra-se protegido da mineralização por adsorção à alofana nos Andossolos silândicos.
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