Published April 4, 2019
| Version v1
Publication
Open
Investigation of the spatial heterogeneity of soil microbial biomass carbon and nitrogen under long-term fertilizations in fluvo-aquic soil
Creators
- 1. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning
- 2. Chinese Academy of Agricultural Sciences
- 3. China Agricultural University
Description
Soils are heterogeneous and microbial spatial distribution can clearly indicate the spatial characteristics of the soil carbon and nitrogen cycle. However, it is not clear how long-term fertilization affects the spatial distribution of microbial biomass in fluvo-aquic soil. We collected fluvo-aquic soil samples (topsoil 0–7.5 cm and sub-topsoil 7.5–20 cm) using a spatially-explicit design within three 40.5 m2 plots in each of four fertilization treatments. Fertilization treatments were: cropping without fertilizer inputs (CK); chemical nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizer (NPK); chemical fertilizer with straw return (NPKS); and chemical fertilizer with animal manure (NPKM). Variables included soil microbial biomass carbon (MBC) and nitrogen (MBN), and MBC/MBN. For both soil layers, we hypothesized that: microbial biomass was lowest in CK but with the largest spatial heterogeneity; and microbial biomass was highest in NPKM and NPKS but with the lowest spatial heterogeneity. Results showed that: (1) Fertilization significantly increased MBC and MBN more in topsoil than sub-topsoil but had no MBC/MBN changes. (2) The coefficient of variation (CV) and Cochran's C showed that variation was largest in CK in topsoil and NPK in sub-topsoil and that variation of topsoil was generally lower than in sub-topsoil. The sample size of the three variables was largest in CK in topsoil but had little variation among the other treatments. (3) The trend-surface model showed that within-plot heterogeneity varied substantially with fertilization (NPKM = NPK > NPKS > CK), but Moran's I and the interpolation map showed that spatial variability with fertilization followed the order NPK > NPKS > CK = NPKM at a fine scale in topsoil. In sub-topsoil, the trend-surface model showed that within-plot heterogeneity followed the order NPKM = CK > NPK > NPKS and that the fine-scale pattern was NPKM>NPK = NPKS>CK. MBC had the highest spatial heterogeneity among the three variables in both soil layers. Our results indicate that the application of organic fertilizer (straw or manure) reduced the variation of MBC and MBN but increased the spatial variability of MBC and MBN. The spatial variation of the three variables was MBC > MBN > MBC/MBN regardless of whether variation was considered at the plot-scale or the fine-scale in both layers.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
التربة غير متجانسة ويمكن أن يشير التوزيع المكاني الميكروبي بوضوح إلى الخصائص المكانية لدورة الكربون والنيتروجين في التربة. ومع ذلك، ليس من الواضح كيف يؤثر الإخصاب طويل الأجل على التوزيع المكاني للكتلة الحيوية الميكروبية في التربة النهرية المائية. جمعنا عينات من التربة المائية الفلورية (التربة السطحية 0–7.5 سم والتربة السطحية الفرعية 7.5–20 سم) باستخدام تصميم واضح مكانيًا ضمن ثلاث قطع أرض مساحتها 40.5 متر مربع في كل من علاجات التسميد الأربعة. كانت معالجات التسميد: المحاصيل بدون مدخلات الأسمدة (CK) ؛ النيتروجين الكيميائي والفوسفور وأسمدة البوتاسيوم (NPK) ؛ الأسمدة الكيميائية مع عودة القش (NPKS) ؛ والأسمدة الكيميائية مع السماد الحيواني (NPKM). تضمنت المتغيرات كربون الكتلة الحيوية الميكروبية للتربة (MBC) والنيتروجين (MBN)، و MBC/MBN. بالنسبة لكلا طبقتي التربة، افترضنا أن: الكتلة الحيوية الميكروبية كانت أقل في CK ولكن مع أكبر عدم تجانس مكاني ؛ وكانت الكتلة الحيوية الميكروبية أعلى في NPKM و NPKS ولكن مع أدنى عدم تجانس مكاني. أظهرت النتائج ما يلي: (1) زاد التخصيب بشكل كبير في التربة السطحية أكثر من التربة السطحية ولكن لم يكن هناك تغييرات في التربة السطحية/التربة السطحية. (2) أظهر معامل التباين (CV) و C لكوكران أن التباين كان أكبر في CK في التربة السطحية و NPK في التربة السطحية وأن تباين التربة السطحية كان أقل بشكل عام منه في التربة السطحية. كان حجم العينة للمتغيرات الثلاثة أكبر في CK في التربة السطحية ولكن كان هناك اختلاف طفيف بين العلاجات الأخرى. (3) أظهر نموذج الاتجاه السطحي أن عدم التجانس داخل المخطط تباين بشكل كبير مع الإخصاب (NPKM = NPK > NPKS > CK)، لكن موران I وخريطة الاستيفاء أظهرت أن التباين المكاني مع الإخصاب اتبع الترتيب NPK > NPKS > CK = NPKM على مقياس دقيق في التربة السطحية. في التربة السطحية، أظهر نموذج الاتجاه السطحي أن عدم التجانس داخل المخطط يتبع الترتيب NPKM = CK > NPK > NPKS وأن النمط الدقيق كان NPKM>NPK = NPKS>CK. كان لدى MBC أعلى عدم تجانس مكاني بين المتغيرات الثلاثة في كل من طبقات التربة. تشير نتائجنا إلى أن استخدام الأسمدة العضوية (القش أو السماد) قلل من تباين MBC و MBN ولكنه زاد من التباين المكاني لـ MBC و MBN. كان التباين المكاني للمتغيرات الثلاثة هو MBC > MBN > MBC/MBN بغض النظر عما إذا كان قد تم النظر في التباين على مقياس الرسم أو المقياس الدقيق في كلتا الطبقتين.Translated Description (French)
Les sols sont hétérogènes et la distribution spatiale microbienne peut indiquer clairement les caractéristiques spatiales du cycle du carbone et de l'azote du sol. Cependant, il n'est pas clair comment la fertilisation à long terme affecte la distribution spatiale de la biomasse microbienne dans le sol fluvo-aquique. Nous avons recueilli des échantillons de sol fluvo-aquique (sol arable de 0-7,5 cm et sous-sol arable de 7,5-20 cm) en utilisant un plan spatialement explicite dans trois parcelles de 40,5 m2 dans chacun des quatre traitements de fertilisation. Les traitements de fertilisation étaient les suivants : culture sans intrants d'engrais (CK) ; engrais chimique à base d'azote, de phosphore et de potassium (NPK) ; engrais chimique avec retour de paille (NPKS) ; et engrais chimique avec fumier animal (NPKM). Les variables comprenaient le carbone (MBC) et l'azote (MBN) de la biomasse microbienne du sol et le MBC/MBN. Pour les deux couches de sol, nous avons émis l'hypothèse que : la biomasse microbienne était la plus faible dans CK mais avec la plus grande hétérogénéité spatiale ; et la biomasse microbienne était la plus élevée dans NPKM et NPKS mais avec la plus faible hétérogénéité spatiale. Les résultats ont montré que : (1) La fertilisation augmentait significativement le MBC et le MBN plus dans la couche arable que dans le sous-sol, mais n'avait aucun changement de MBC/MBN. (2) Le coefficient de variation (CV) et le C de Cochran ont montré que la variation était la plus importante dans le CK dans la couche arable et le NPK dans le sous-sol et que la variation de la couche arable était généralement plus faible que dans le sous-sol. La taille de l'échantillon des trois variables était la plus grande dans la CK dans la couche arable, mais présentait peu de variation entre les autres traitements. (3) Le modèle tendance-surface a montré que l'hétérogénéité à l'intérieur du tracé variait considérablement avec la fertilisation (NPKM = NPK > NPKS > CK), mais le I de Moran et la carte d'interpolation ont montré que la variabilité spatiale avec la fertilisation suivait l'ordre NPK > NPKS > CK = NPKM à une échelle fine dans la couche arable. Dans le sous-sol, le modèle tendance-surface a montré que l'hétérogénéité à l'intérieur de la parcelle suivait l'ordre NPKM = CK > NPK > NPKS et que le motif à l'échelle fine était NPKM >NPK =NPKS >CK. MBC avait la plus grande hétérogénéité spatiale parmi les trois variables dans les deux couches de sol. Nos résultats indiquent que l'application d'engrais organiques (paille ou fumier) réduit la variation de MBC et MBN mais augmente la variabilité spatiale de MBC et MBN. La variation spatiale des trois variables était MBC > MBN > MBC/MBN, que la variation ait été considérée à l'échelle de la placette ou à l'échelle fine dans les deux couches.Translated Description (Spanish)
Los suelos son heterogéneos y la distribución espacial microbiana puede indicar claramente las características espaciales del ciclo del carbono y el nitrógeno del suelo. Sin embargo, no está claro cómo la fertilización a largo plazo afecta la distribución espacial de la biomasa microbiana en el suelo fluvoacuático. Recolectamos muestras de suelo fluvoacuoso (capa superior del suelo 0–7.5 cm y subsuelo 7.5–20 cm) utilizando un diseño espacialmente explícito dentro de tres parcelas de 40.5 m2 en cada uno de los cuatro tratamientos de fertilización. Los tratamientos de fertilización fueron: cultivo sin insumos de fertilizantes (CK); fertilizante químico de nitrógeno, fósforo y potasio (NPK); fertilizante químico con retorno de paja (NPKS); y fertilizante químico con estiércol animal (NPKM). Las variables incluyeron carbono de biomasa microbiana del suelo (MBC) y nitrógeno (MBN), y MBC/MBN. Para ambas capas de suelo, planteamos la hipótesis de que: la biomasa microbiana fue más baja en CK pero con la mayor heterogeneidad espacial; y la biomasa microbiana fue más alta en NPKM y NPKS pero con la menor heterogeneidad espacial. Los resultados mostraron que: (1) La fertilización aumentó significativamente MBC y MBN más en la capa superior del suelo que en el subsuelo, pero no tuvo cambios en MBC/MBN. (2) El coeficiente de variación (CV) y la C de Cochran mostraron que la variación fue mayor en CK en la capa superior del suelo y NPK en el subsuelo y que la variación de la capa superior del suelo fue generalmente menor que en el subsuelo. El tamaño de la muestra de las tres variables fue mayor en CK en la capa superior del suelo, pero tuvo poca variación entre los otros tratamientos. (3) El modelo de tendencia-superficie mostró que la heterogeneidad dentro de la parcela variaba sustancialmente con la fertilización (NPKM = NPK > NPKS > CK), pero la I de Moran y el mapa de interpolación mostraron que la variabilidad espacial con la fertilización seguía el orden NPK > NPKS > CK = NPKM a escala fina en la capa superior del suelo. En el subsuelo, el modelo de tendencia-superficie mostró que la heterogeneidad dentro de la parcela siguió el orden NPKM = CK > NPK > NPKS y que el patrón de escala fina fue NPKM >NPK = NPKS>CK. MBC tuvo la mayor heterogeneidad espacial entre las tres variables en ambas capas de suelo. Nuestros resultados indican que la aplicación de fertilizante orgánico (paja o estiércol) redujo la variación de MBC y MBN pero aumentó la variabilidad espacial de MBC y MBN. La variación espacial de las tres variables fue MBC > MBN > MBC/MBN independientemente de si se consideró la variación a escala de parcela o a escala fina en ambas capas.Files
journal.pone.0209635&type=printable.pdf
Files
(2.5 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:67fe62a0dc0c8081291e7cf6f23cdf06
|
2.5 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التحقيق في عدم التجانس المكاني للكتلة الحيوية الميكروبية للتربة الكربون والنيتروجين تحت الإخصاب طويل الأجل في التربة النهرية المائية
- Translated title (French)
- Étude de l'hétérogénéité spatiale du carbone et de l'azote de la biomasse microbienne du sol lors de fertilisations à long terme dans un sol fluvo-aquatique
- Translated title (Spanish)
- Investigación de la heterogeneidad espacial de la biomasa microbiana del suelo carbono y nitrógeno bajo fertilizaciones a largo plazo en suelo fluvoacuático
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2950106148
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0209635
References
- https://openalex.org/W142191749
- https://openalex.org/W1488652766
- https://openalex.org/W1491350976
- https://openalex.org/W1956839991
- https://openalex.org/W1964632297
- https://openalex.org/W1967137980
- https://openalex.org/W1970125341
- https://openalex.org/W1975928170
- https://openalex.org/W1976895907
- https://openalex.org/W1979426608
- https://openalex.org/W1982237843
- https://openalex.org/W1983404146
- https://openalex.org/W1984412649
- https://openalex.org/W1985772484
- https://openalex.org/W1986068177
- https://openalex.org/W1986655175
- https://openalex.org/W1989866028
- https://openalex.org/W1995433975
- https://openalex.org/W1995620160
- https://openalex.org/W2007029741
- https://openalex.org/W2012210698
- https://openalex.org/W2014458679
- https://openalex.org/W2015675873
- https://openalex.org/W2020951327
- https://openalex.org/W2025206478
- https://openalex.org/W2027478374
- https://openalex.org/W2033657643
- https://openalex.org/W2033721274
- https://openalex.org/W2034982077
- https://openalex.org/W2035216794
- https://openalex.org/W2039593856
- https://openalex.org/W2046803815
- https://openalex.org/W2047526774
- https://openalex.org/W2048048372
- https://openalex.org/W2048732522
- https://openalex.org/W2054513651
- https://openalex.org/W2056963682
- https://openalex.org/W2057046990
- https://openalex.org/W2059142200
- https://openalex.org/W2064265294
- https://openalex.org/W2069854684
- https://openalex.org/W2078125346
- https://openalex.org/W2086219210
- https://openalex.org/W2086525717
- https://openalex.org/W2087737602
- https://openalex.org/W2112080333
- https://openalex.org/W2125951941
- https://openalex.org/W2131873925
- https://openalex.org/W2132612352
- https://openalex.org/W2135544869
- https://openalex.org/W2137987180
- https://openalex.org/W2141614064
- https://openalex.org/W2142526048
- https://openalex.org/W2146628089
- https://openalex.org/W2150193197
- https://openalex.org/W2150759117
- https://openalex.org/W2169192768
- https://openalex.org/W2169359815
- https://openalex.org/W2195421593
- https://openalex.org/W2318437189
- https://openalex.org/W2333574983
- https://openalex.org/W2409495266
- https://openalex.org/W2787072986
- https://openalex.org/W2793464331
- https://openalex.org/W2808582166
- https://openalex.org/W3140095155
- https://openalex.org/W318293062
- https://openalex.org/W4251162218
- https://openalex.org/W53068803
- https://openalex.org/W767452344