Carbon Balance and Management, 2007; 2: 2-2 (más artículos en esta revista)

Influencia de congelar y descongelar los eventos de emisión de dióxido de carbono de los suelos en diferentes humedad y el uso de la tierra

BioMed Central
Irina Kurganova (ikurg@mail.ru) [1], Robert Teepe (rteepe@gwdg.de) [2], Norman Loftfield (rteepe@gwdg.de) [2]
[1] Instituto de fisicoquímicas y biológicas del suelo en Problemas de Ciencia, Academia Rusa de Ciencias, Pushchino, región de Moscú, 142290, Rusia
[2] Instituto para la Ciencia del Suelo y Nutrición Forestal, Georg-August Universidad de Gotinga; Büsgenweg 2, 37077, Göttingen, Alemania

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Resumen
Fondo

Las reiteradas congelar y descongelar los eventos durante la temporada de frío, la congelación de los suelos en otoño y en primavera descongelación son típicos de la tundra, boreales, templadas y los suelos. La descongelación de los suelos durante el invierno-verano transiciones induce la liberación de decomposable carbono orgánico y la aceleración de la respiración del suelo. El invierno-primavera de flujos de CO 2 de manera permanente y estacionalmente congelados los suelos son parte esencial del presupuesto anual de carbono que varía de 5 a 50%. Los mecanismos de la congelación-deshielo de activación no son absolutamente claras y necesitan clarificación. Se investigaron el efecto de los repetidos de congelación-descongelación eventos en las emisiones de CO 2 intactas de cultivos herbáceos y los suelos forestales (Luvisols, sedimentos limosos; Central de Alemania) en diferentes humedad (65% y el 100% de WHC).

Resultados

Debido a la medición del flujo de CO 2 en intervalos de dos horas, la dinámica de las emisiones de CO 2 durante la congelación-descongelación eventos se describió de manera detallada. En +10 ° C (nivel inicial) en los suelos investigados, las emisiones de dióxido de carbono oscilaron entre 7,4 a 43,8 mg C m -2 h -1 dependiendo de la utilización del suelo y la humedad. De CO 2 de flujo totalmente el suelo congelado nunca llegó a cero y ascendieron a 5 y el 20% del nivel inicial, lo que indica que la comunidad microbiana sigue siendo activa a -5 ° C. Significativo de ruptura de las emisiones de CO 2 (1,2-1,7 veces más dependiendo de la humedad y el uso de la tierra) se observó durante la descongelación. Hubo una estrecha correlación lineal entre las emisiones de CO 2 y la temperatura del suelo (R 2 = 0.86-0.97, p <0,001).

Conclusión

Nuestras investigaciones muestran que la humedad del suelo y el uso de la tierra rige la tasa inicial de la respiración del suelo, la duración de congelación y descongelación del suelo, el patrón de CO 2 y la dinámica extra flujos de CO 2. Por regla general, las emisiones de CO 2 inducida por la congelación-descongelación fueron más significativas en suelos secos y durante la primera congelación-descongelación ciclo (FTC). La aceleración de las emisiones de CO 2 fue causada por diferentes procesos: la liberación de nutrientes en el suelo de congelación, la actividad biológica que ocurre en las películas pero no heladas aguas, y la respiración de frío adaptado microflora.

Fondo

Las reiteradas congelar y descongelar los eventos durante la temporada de frío, la congelación de los suelos en otoño y en primavera descongelación son típicos de la tundra, boreales, templadas y los suelos [1 - 5]. El invierno-primavera de flujos de CO 2 de manera permanente y estacionalmente congelados los suelos son parte esencial del presupuesto anual de carbono que varía de 5 a 50% y que no debería ser ignorado [6 - 16].

El calentamiento global escenarios predicen un invierno más suave en altas y medias latitudes [17]. Los cambios en el exceso de invierno régimen de temperaturas, incluida la frecuencia de congelación-descongelación y los procesos de deshielo será más pronunciada en sesión pública las tierras de cultivo en comparación con los bosques o pastizales suelos [18 - 20]. La congelación-descongelación de los suelos induce la liberación de carbono orgánico decomposable, afecta a la composición y la función de las comunidades microbianas, y, por tanto, tiene una profunda influencia sobre el funcionamiento global de los ecosistemas [21, 22]. Se encontró que la descomposición de la materia orgánica aumentó 10 veces en el momento de la descongelación los suelos forestales de América del Norte, que se mantuvo congelada la mayor parte del año [23]. En los suelos árticos, las pérdidas de carbono causadas por repetidos FTC ascendió a 20-30 g C m -2 durante las temporada de cultivo [22].

La importante aceleración de la respiración del suelo durante la descongelación es bien sabido [16, 23 - 30]. La explicación más común para el aumento de actividad respiratoria a congelar y descongelar los acontecimientos es que los microorganismos del suelo están muertos, la liberación de nutrientes en el suelo [31 - 33]. Se ha demostrado que una sola FTC puede matar hasta el 50% de la biomasa microbiana [16]. Más tarde Herrmann y Witter [33] informó de que sólo el 5% de la biomasa microbiana es destruido durante la congelación-descongelación, pero esto contribuye el 65% al total de C-ras. El uso de los 14 C el etiquetado y los residuos de la planta de glucosa, Sapronov y Kuzyakov [34] mostró que la parte importante de CO 2 rubor después de la descongelación se originó raíz de la respiración (80% y el 46% del total de CO 2 eflujo de cultivos herbáceos y suelos forestales, respectivamente) , Y la contribución de C de la biomasa microbiana muertos por congelación fue la segunda fuente importante de C-ras. Sustancial exceso de invierno por encima de las pérdidas materiales de diversas capturas y cultivos de cobertura también se han encontrado [30, 35, 36]. El congelar y descongelar-C orgánico en libertad de los microbios y las plantas están disponibles para los microorganismos que viven y pueden desempeñar el papel significativo en congelar y descongelar inducida por N 2 O de emisión [30, 37 - 39]. Algunos modelos matemáticos que se desarrollan para simular la activación de la dinámica observada de las emisiones de gas, que cuenta la explosión de crecimiento microbiano en nutrientes en el suelo liberado de las heladas destruyen las células [11, 40]. Por otra parte, en reciente estudio de Koponen et al. [3] se demostró que la congelación y descongelación de las tierras boreales no tiene un fuerte efecto en la biomasa microbiana y la estructura de la comunidad microbiana. De este modo, los mecanismos de congelar y descongelar la activación no son absolutamente claras y la necesidad futura aclaración.

La humedad del suelo es un factor clave para la regulación de la actividad respiratoria del suelo [41]. El uso de la tierra del suelo tiene un profundo efecto en las emisiones de CO 2 así como la tasa, que regula las principales propiedades del suelo (C y el contenido de N, pH, la actividad microbiana, estructura, etc.) Sin embargo, la influencia de la humedad del suelo y el uso de la tierra sobre la congelación-descongelación inducida por las emisiones de CO 2 es aún poco estudiada. Por ejemplo, Koponen y Martikainen [2] No se encontró la diferencia significativa en congelar y descongelar-CO 2 liberado de la humedad en los suelos correspondientes al 56% y el 85% de agua llena espacio poroso (WFPS). La influencia de la ubicación y el uso de la tierra fueron investigados por Prieme y Christensen [27] y Dorsch et al. [20]. Ellos mostraron que el total de excedentes de emisiones de CO 2 de pastizales y de sitios en barbecho tras la descongelación fue en general superior a la de cultivos herbáceos y sitios de bosques probablemente debido a la descomposición de fuentes de carbono liberado de la base subrayó [27] y la actividad residual en la planta baja temperatura [20] .

En este artículo tratamos de mostrar cómo la humedad del suelo y uso del suelo afectan a la producción de CO 2 durante repetidas FTC. El presente estudio fue dirigido a investigar la dinámica de las emisiones de CO 2 intactas de cultivos herbáceos y los suelos forestales (Luvisols, sedimentos limosos; Baja Sajonia, Alemania) en diferentes contenido de agua durante dos FTC. La "seca" del suelo corresponde al 65% del WHC, y "húmedo" del suelo corresponde al 100% de WHC. Hemos elegido estas contraste los niveles de humedad del suelo para simular las condiciones naturales del suelo durante la estación fría después de la seca y húmeda de otoño.

Resultados
Duración del suelo congelar y descongelar

Nuestra investigación mostró que las características del suelo de congelación y descongelación depende de la humedad del suelo, el uso de la tierra, y la temperatura durante el período de congelación (profundo de las heladas). Así, la duración de la congelación del suelo varió de 1,3 a 2,7 días y el orden de precedencia fue: ADS <FDS <AWS <FWS. También se encontró que el tiempo para descongelar los suelos fue más corto que para congelar y cambiado entre 0.9-1.6 días. Durante el segundo ciclo, la duración de congelación y descongelación fue más corta debido a las heladas más leves (-3 ° C) en comparación con el primero (-5 ° C).

Dinámica de CO 2 durante la congelación-descongelación ciclos

Debido a la medición del flujo de CO 2 en intervalos de dos horas, nos describen la dinámica de las emisiones de CO 2 durante la FTC repetido de manera detallada. Aunque los niveles iniciales de la producción de CO 2 son diferentes en los bosques y los suelos arables, las pautas de emisión de CO 2 fueron generalmente similares para los suelos estudiados durante tanto FTCs (Fig. 1]. Cuando la temperatura del suelo se redujo de +10 a temperaturas negativas durante la congelación, la tasa de respiración del suelo reducido de inmediato. En los suelos arables (H2O pH = 7,9), el evidente aumento de las emisiones de CO 2 (de 1.0-2.8 a 5.6-6.9 mg C m -2 h -1) se han observado poco después de partir de la congelación. Este efecto fue muy débil en el bosque seco del suelo (FDS) y no se observó en el bosque húmedo del suelo (FWS, H2O pH = 4,3-5,6).

El CO 2 de flujo de los suelos totalmente congelado nunca llegó a cero. Durante cada período de deshielo se registró un brusco y dos niveles de aumento de emisiones de CO 2. Comenzó poco después de la descongelación del suelo y se prolongaron durante 1-2 días (Fig. 1]. La emisión de CO 2 tasa aumentó hasta 75 mg C m -2 h -1 en los suelos y los bosques a 28 mg C m -2 h -1 en los suelos cultivables durante el primer deshielo. La aceleración de las emisiones de CO 2 duró alrededor de 1-2 días, la posterior disminución de la respiración del suelo es muy lento. Antes de la segunda FTC, las emisiones de CO 2 a nivel fue superior a la de emisión de CO 2 niveles al inicio del experimento. Hubo una estrecha correlación entre las emisiones de CO 2 y la tasa de la temperatura del suelo durante la congelación y descongelación. Polinomio lineal y modelos describen estas relaciones satisfactorias. La determinación de los coeficientes (R 2) fueron 0.86-0.97 para regresiones lineales (P <0,001) y cambiar entre 0,94 y 0,99 (P <0,001) para modelos polinomiales.

El dióxido de carbono las tasas de emisión en distintos períodos de la FTC

Se calcularon los valores medios de CO 2 y los flujos de CO 2 en relación las tasas de emisión en distintos períodos de congelación-descongelación ciclos (Tabla 1, 2]. La tasa de emisión a +10 ° C se tomó como nivel de control. Emisiones de dióxido de carbono de los suelos a +10 ° C pasó de 7,4 a 43,8 mg C m -2 día -1 y depende de la humedad del suelo y el uso de la tierra. La emisión de CO 2 tipos de los suelos forestales con el mayor contenido de biomasa microbiana, soluble y total de la materia orgánica del suelo (MOS), 2-3 veces superior a la SOM a los pobres los suelos agrícolas. Hemos observado el efecto depresivo de alta la humedad del suelo en la respiración de los suelos arables: CO 2 de flujo húmedo suelo arable (AWS) es dos veces inferior a los cultivos herbáceos de tierra seca (ADS). En las zonas forestales, el efecto depresivo de alta humedad en las emisiones de CO 2 no se observó. Existe una estrecha correlación lineal positiva entre las primeras emisiones de CO 2 y la tasa total de C contenido en el suelo superficial (R 2 = 0,96, P <0,01).

La tasa de respiración de suelo totalmente congelado variado de 0,8 a 4,5 mg C m -2 h -1 y constituye el 5-20% del flujo de CO 2 a +10 ° C. Indica que la comunidad microbiana sigue siendo activa a -5 ° C y, por lo tanto, pruebe la existencia de invierno, los flujos de CO 2 de tundra boreal y los suelos. Durante la congelación y descongelación, cuando la media de la temperatura del suelo fue de alrededor de 0 ° C, las emisiones de CO 2 tipo variaron enormemente y depende de la humedad del suelo y el uso de la tierra. De este modo, los flujos de CO 2 de FDS, FWS y ADS equivale a 18-36% de tasa inicial de la respiración durante la congelación y fueron mayores (35-70%) durante la descongelación (Cuadro 2]. Este patrón se invierte en AWS: tasa de respiración llegó a 63-93% del nivel inicial durante la congelación y constituye 19-35% durante la descongelación. Esta contradicción puede explicarse por descubierto aumento de las emisiones de CO 2 en la tasa de los suelos arables inmediatamente después de comenzar de cero. Los valores medios de emisión de CO 2 después de la primera descongelación se 1.3-1.7 veces más altas que antes de comenzar de congelación (Cuadro 2]. Esta diferencia fue menor después de la segunda y la descongelación no exceda del 30%.

Total extra y los flujos de CO 2 durante FTCs

El total de flujo de CO 2 durante dos FTCs pasó de 3,2 a 14,4 g C m -2, el orden de precedencia fue: AWS <ADS <FDS <FWS. Estos flujos son aproximadamente igual durante la primera y segunda FTCs (Tabla 3]. Existe una estrecha correlación positiva entre el total de CO 2 de flujo valores, el contenido total de C en el suelo superficial (0-4 cm) y WFPS de 0-4 cm y 4-8 cm de capas (R 2 = 0,77 a 0,90, P < 0,01).

La suma adicional de flujos de CO 2 inducida por la congelación-descongelación a través de variados procesos de 0.5-2.2 g C m -2. La mayor cantidad adicional de las emisiones de CO 2 se encontró en la FDS y el más pequeño se observó en la AWS. El FWS y siempre que la ADS aproximadamente igual extra flujos de CO 2: 1,0 y 1,3 g C m -2. El congelar y descongelar inducida por las emisiones de CO 2 de los suelos forestales son 2-3 veces más alto durante el primer FTC que para la segunda. El extra de CO 2 flujos de los suelos arables no difirió significativamente durante 1 ª y 2-d FTC (Tabla 3]. Hemos encontrado la correlación negativa significativa entre el total adicional de CO 2 y los flujos de WFPS por 0-4 y 4-8 cm de capas (R 2 = -0,81, p <0,01). La cuota extra de CO 2 en los flujos totales de CO 2 flujos cambiado de 7,2 a 22,5% (Cuadro 4]. Es muy importante en ADS (más bajo nivel inicial de emisiones de CO 2), y fue menor en FDS (inicial más alta emisión de dióxido de carbono).

Discusión

Los resultados de nuestro experimento y de acuerdo con las observaciones de Willis et al. [42]. También encontró que los suelos secos congelar más rápido y más profundo que húmedo. Las tierras húmedas con el mayor calor específico requiere más consumo de energía para refrigeración y congelación posterior. La conductividad térmica de los suelos minerales ha sido también encontró que aproximadamente un pedido superior a la conductividad térmica de la turba seca [43]. En nuestro experimento, la tasa de congelación de los suelos cultivables con un bajo contenido de C fue también más elevado que en los suelos de los bosques debido a la función aislante de la capa de humus.

Observamos dos fenómenos poco frecuentes en nuestro laboratorio de estudio: (1) el significativo aumento de las emisiones de CO 2 de AWS poco después de partir de la congelación y (2) de dos niveles de pulso de las emisiones de CO 2 durante la descongelación. Suponemos que el primer fenómeno puede ser causada por la mayor disolución de CO 2 en la fase de agua de los cultivos herbáceos débil de suelos alcalinos durante el enfriamiento y su posterior liberación durante la congelación [44]. Este proceso físico-químicas se lleva a cabo sólo en punto muerto y suelos alcalinos: HCO 3 - + OH - ⇔ ↑ CO 2 + H 2 O. La evidente aceleración de las emisiones de CO 2 también se observó inmediatamente después del inicio de congelación en el experimento de laboratorio con suelos esterilizados cultivadas (pH = 6,8-7,2) [45]. Se demostró que la débil esterilizados-alcalino del suelo cultivado emitida 0.22-0.35 mg C-CO 2 por 1 kg de suelo durante el proceso de congelación. Al mismo tiempo en el suelo estéril de bosque, con reacción ácida, la congelación-descongelación eventos no haya influido en la dinámica de la disolución de CO 2 y de emisión. En condiciones de campo, Zimov et al. [7, 8] observó aumento similar de las emisiones de CO 2 durante la tasa de congelación de la tundra húmeda, los suelos debido a la liberación física de CO 2 atrapado de los poros del suelo y agua congelada.

Los dos niveles de emisión de CO 2 picos observados durante la descongelación del suelo puede explicarse por dos procesos diferentes. La primera de CO 2-pulso duró poco tiempo y se rige por la liberación física de CO 2 atrapado. La segunda fue mayor y más largo y fue causado por una aceleración de la actividad microbiana debido al aumento de la temperatura. Este CO 2-pulso posiblemente garantizada de la sustratos orgánicos emisiones causadas por microbios de muerte durante la congelación [21, 27, 30, 32, 46]. De este modo, se constató que la descongelación de los suelos producido un primer pulso (<24 horas) en la respiración microbiana y que la cantidad total de carbono respired en cada período de deshielo fue mayor durante el primer ciclo y una disminución en los sucesivos ciclos de [21, 27] . También se observó disminución similar en los excedentes de emisiones de CO 2 y extra flujos de CO 2 durante el segundo FTC, en comparación con el primero (Cuadro 1 y 3]. Schimel y Clien [21] creen que el total de la respiración durante el primer ciclo parece dominar por la descarga de la biomasa microbiana, mientras que la respiración durante el segundo y el próximo FTC está impulsado por la reducción en el ataque a la materia orgánica del suelo resultante de una reducción microbiana población. Se constató, que la congelación-descongelación induce una mayor desestabilización de las comunidades microbianas y que se necesita más tiempo para restaurar en comparación con el secado de los suelos [46]. La restauración de las heladas dañados por la biomasa microbiana tarda aproximadamente dos semanas.

Nuestra investigación mostró que la tasa de respiración de los suelos completamente congelado nunca llegó a cero indicando que la comunidad microbiana sigue siendo activa a -5 ° C. Estos resultados y de acuerdo con otros estudios de laboratorio. La producción de CO 2 de suelos permanentemente congelados de las regiones septentrionales se ha considerado que siguen siendo positivos y mensurables a -16 ° C y aunque -39 ° C [4, 11]. El invierno las emisiones de CO 2 a la atmósfera se observaba también en una serie de tundra y los ecosistemas forestales en el ámbito condiciones [6 - 16, 47]. El frío de la temporada de emisiones de CO 2 procedentes del norte de los suelos es una importante fuente de CO 2 atmosférico que pueden representar hasta la mitad de las anuales de CO 2 de flujo Ártico y los ecosistemas de bosques boreales. El mecanismo para observar el frío de la temporada de emisiones de CO 2 no es absolutamente clara y, presumiblemente, podrían resultar de gran variedad de procesos [1, 7 - 9, 19, 25, 48]: (1) la liberación física de los gases acumulados de verano, (2 ) La actividad biológica que ocurre en un cálido unthawed capa de suelo; (3) el metabolismo microbiano en películas descongelado agua en la superficie de las partículas del suelo; (4), la respiración de frío-adaptado microbios y las raíces de las plantas dentro de la mayor parte de los suelos congelados.

También puso de manifiesto que la activación respiratoria de los suelos forestales provocados por la congelación-descongelación fue mayor en comparación con los suelos cultivables. Esta respuesta diferente de los cultivos herbáceos y los suelos forestales a los repetidos de congelación-descongelación eventos se rige por las diferencias en la disponibilidad de sustrato, el tamaño de microbios y piscina raíz de masas en los suelos. De este modo, los hongos del suelo que domina en los suelos forestales se han considerado la principal fuente de liberación de CO 2 a bajas temperaturas [1, 4]. Ellos son los tolerantes a frío organismos y mostrar un amplio rango de temperatura de la actividad metabólica de las bacterias [49]. Además, los suelos forestales que figura una cierta cantidad de hojas frescas y raíces (vivos y muertos), mientras que estos materiales estaban ausentes en los suelos cultivables. Por lo tanto, el más importante aceleración de las emisiones de CO 2 en suelos forestales durante la descongelación pueda ser causada por la descomposición de fuentes de carbono liberado de la dañados por las heladas fresca materiales orgánicos [20, 27].

Conclusión

Nuestros resultados muestran la importancia de la humedad del suelo y el uso de la tierra a congelar y descongelar inducida por las emisiones de CO 2. Estos factores rige la tasa inicial de la respiración del suelo, la duración de congelación y descongelación del suelo, el patrón de la dinámica de CO 2, y extra de CO 2 de flujo. Por regla general, la congelación-descongelación inducida por las emisiones de CO 2 fueron más significativas en suelos secos y durante el primer FTC. Los suelos forestales demostrado alta actividad respiratoria a bajas temperaturas y la más importante aceleración de las emisiones de CO 2 durante el deshielo debido al predominio de hongos en la biomasa microbiana y C-liberación de las heladas dañados por la materia orgánica fresca. El frío suelo la respiración y la aceleración de las emisiones de CO 2 durante la congelación-descongelación fue causada por diferentes procesos: la liberación de nutrientes en el suelo de congelación, la actividad biológica que ocurre en las películas pero no heladas aguas, y la respiración de frío adaptado microflora. Desde la estación fría de emisión de CO 2 es causada principalmente por la actividad microbiana (con algunas posible contribución de las raíces), nuestros resultados se pueden utilizar para desarrollar el modelo matemático del futuro invierno las emisiones de CO 2 en virtud de un clima más cálido. Los mecanismos de congelar y descongelar la activación futuro también necesitan aclaración.

Métodos
Suelos

Los monolitos de suelo (-15 cm de diámetro, altura de 10-12 cm, 2.5-3.1 kg de peso) fueron adoptadas en octubre de 1999 de un bosque de hayas y los cultivos herbáceos sitio (cebada de invierno), ambos ubicados en la parte central de Alemania (52 ° 30 'N, 9 ° 55'E). El campo de humedad de los suelos corresponde a 44% y el 61% de WHC para los bosques y los suelos arables, respectivamente. El suelo intacto núcleos se ajustaron a dos niveles de contraste de contenido de agua: 65% de su capacidad de retención de agua (WHC) - suelos secos y el 100% de WHC - tierras húmedas. Para alcanzar el 100% de humedad WHC, los monolitos de suelo fueron colocados en el tanque con agua. El nivel de agua en el tanque es igual a la altura de monolitos. Después de 1-2 días, cuando el suelo núcleos estaban completamente saturados de agua, fueron reemplazados en otro tanque para la lenta gravitacional (gratuito) de agua. Para llegar a la humedad del suelo correspondiente al 65% de WHC, evacuación de los impares agua monolitos de suelo en un 100% de WHC por medio de un vacío de bombeo de concebir. Se conecta a la parte inferior de núcleos de suelo y mantenerse constante la presión negativa que corresponde a la humedad del suelo el 65% de WHC. Este procedimiento permitió a húmedo monolitos de manera uniforme. El número de repeticiones fue de cinco por cada una de las cuatro variantes: (1) - Bosque seco del suelo (FDS), (2) - Bosque húmedo del suelo (FWS), (3) - arables del suelo seco (ADS); (4) - arables Suelo húmedo (AWS),

Los bosques y los suelos arables (Luvisols) se caracterizaron por la misma textura (limo limosos). Las propiedades químicas de los suelos depende de la utilización de la tierra (Cuadro 4]. El pH de los bosques y los suelos agrícolas fue de 4,3 y 7,9, respectivamente. La capa de humus de los suelos forestales se ha caracterizado por el aumento del contenido total y disolución de carbono y nitrógeno en comparación con la capa superficial del suelo cultivable. El C y N contenido en la biomasa microbiana también fueron más altos en los suelos forestales.

Las emisiones de CO 2 mediciones

La automatizado los sistemas de cromatografía de gases equipado con un 63 Ni por captura de electrones del detector [50] fue utilizado para las emisiones de CO 2 mediciones. El experimento de laboratorio se llevó a cabo en el microcosmos de sistemas [51] con monolitos de suelo intacto, lo que nos permitió medir los flujos de CO 2 procedentes del suelo cada dos horas.

La congelación-descongelación ciclos

Veinte columnas de suelo fueron colocados en el congelador y se incuban en unos +10 ° C durante 4-5 días hasta la emisión de CO 2 alcanzó el nivel constante y, a continuación, sometido a dos FTC. Para controlar la temperatura en el congelador, los sensores de temperatura automático con registro de datos se instalaron en el suelo monolitos. Hubo 5 sensores de temperatura en cada columna. Ellos fueron insertados en 1, 5 y 10 cm de profundidad en el centro de monolitos, y 1, 5 cm de profundidad, cerca de la parte de monolitos. La temperatura de los suelos se midió a intervalos de una hora con los registradores de datos. Para nuestros cálculos, hemos utilizado los valores medios de temperatura del suelo, desde el 5 de sensores en cada columna similar demostró la temperatura durante la prueba. Para simular la congelación y descongelación eventos en los suelos la temperatura en el congelador se cambió de +10 ° C a -5 ° C durante la primera y la FTC a -3 ° C durante la segunda FTC. El nivel inicial de los flujos de CO 2 a +10 ° C es un control para comprobar el efecto de la FTC sobre las emisiones de CO 2. La duración de cada una de congelación-descongelación ciclo fue de aproximadamente 14 días. Para el futuro cálculo que divide cada FTC en cinco períodos diferentes en función de la temperatura del suelo (ST): (1) - antes de su congelación, ST = +10 ° C, (2) - congelación del suelo, ST pasó de +10 a -5 ° C ; (3) - constante temperatura de congelación, ST = -5 ° C (para 1 ª-FTC) y ST = -3 ° C (2-d FTC); (4) - descongelación del suelo, ST cambiado de -5 a +10 ° C; (5) - Tras la descongelación, ST = +10 ° C.

Químicos y microbiológicos de análisis de los suelos

Al final de cada experimento monolito de suelo forestal se dividió en dos capas: 0-4 cm (humus) y de 4-8 cm (mineral). La hojarasca del bosque se analizaron por separado. Arables fueron divididos núcleos idénticos. La humedad del suelo, WHC y WFPS se determinaron por los métodos convencionales de la física del suelo. El contenido total de C y N se determinaron utilizando CN-analizador. Solubles en agua de carbono orgánico, NO 3 - y NH 4 + se midieron las concentraciones de colorimetrically en 0,5 MK 2 SO 4 extractos (TRAACS 800 auto-analizador). Microbiana y C N se determinó por la fumigación-método de extracción y calculado como la diferencia entre C y N contenido en 0,5 MK 2 SO 4 extractos antes y después del procedimiento de fumigación. Para estimar la cantidad de C inmovilizados en la biomasa microbiana del suelo, hemos utilizado CE k = 0,51 y k = 0,42 CE para los bosques y los suelos arables, respectivamente [52]. Para calcular la cantidad de N inmovilizado en la biomasa microbiana del suelo, hemos utilizado ES k = 0,54, tanto para los bosques y los suelos cultivables [53]. No hemos determinar microbiana C y N en la hojarasca del bosque desde la fumigación-método de extracción no se aplica para la determinación de la biomasa microbiana en los materiales orgánicos frescos [54].

Análisis de datos y estadísticas

La media de emisión de CO 2 tipos (por hora) y los flujos (por período) se calcularon para diferentes períodos de 5 de cada FTC. El extra flujos de CO 2 (CO 2 inducida por los flujos de congelación-descongelación) se calcula para cada período de la FTC de acuerdo con las siguientes ecuaciones:

EFI = (Fi - Para) Di * (1)

EFI donde se extra de CO 2 de flujo para i-período de la FTC (mg C m -2 período -1); Fi es decir el flujo de CO 2 durante el período i-de la FTC (mg C m -2 día -1); es significa flujo de CO 2 a +10 ° C (antes de su congelación, en mg C m -2 día -1); Di es la duración del período i-, los días.

Los resultados presentados son media aritmética y desviación estándar (STD). El análisis de correlación se llevó a cabo utilizando la función de regresión lineal. Diferencias estadísticamente significativas entre los tratamientos fueron probados por la t de Student prueba.

Lista de abreviaturas utilizadas

FTC - congelación-descongelación ciclo

WHC - capacidad de retención de agua

WFPS - lleno de agua espacio poroso

ST - la temperatura del suelo

SOM - la materia orgánica del suelo

EF - extra de CO 2 de flujo

TEF - un total adicional de CO 2 de flujo

FWS - Bosque húmedo suelo

FDS - Bosque seco del suelo

AWS - húmedo suelo agrícola

ADS - seco suelo agrícola

Autores de las contribuciones

CI concebido del estudio, llevado a cabo la congelación-descongelación experimentos, hizo la química y los análisis microbiológicos de los suelos, y escribió el manuscrito. RT concebido del estudio, y participó en su diseño, la coordinación y la interpretación de los resultados. LN realizado el apoyo técnico del equipo, llevó a cabo la congelación-descongelación experimentos, y participó en los resultados de la interpretación. Todos los autores leído y aprobado el manuscrito final.

Agradecimientos

Este estudio fue apoyado por la Alemania de la Fundación Academia de Intercambio (DAAD) y la Fundación Rusa para Investigación Básica. Nos gustaría dar las gracias al doctor Heiner Flessa (Instituto de las Ciencias del Suelo Forestal y Nutrición, Universidad de Goettingen, Alemania) por su participación en el diseño de este estudio y discusión de resultados. Estamos agradecidos al Dr T. Khomutova (Instituto de fisicoquímicas y biológicas del suelo en Problemas de Ciencia, Academia Rusa de Ciencias) para la edición del manuscrito. Estamos elegante thahk los encuestados por sus comentarios.