Published May 8, 2015 | Version v1
Publication Open

Effects of Short Term Bioturbation by Common Voles on Biogeochemical Soil Variables

Creators

  • 1. University of Giessen
  • 2. University of Potsdam
  • 3. Karlsruhe Institute of Technology
  • 4. International Livestock Research Institute

Description

Bioturbation contributes to soil formation and ecosystem functioning. With respect to the active transport of matter by voles, bioturbation may be considered as a very dynamic process among those shaping soil formation and biogeochemistry. The present study aimed at characterizing and quantifying the effects of bioturbation by voles on soil water relations and carbon and nitrogen stocks. Bioturbation effects were examined based on a field set up in a luvic arenosol comprising of eight 50 × 50 m enclosures with greatly different numbers of common vole (Microtus arvalis L., ca. 35-150 individuals ha-1 mth-1). Eleven key soil variables were analyzed: bulk density, infiltration rate, saturated hydraulic conductivity, water holding capacity, contents of soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (N), CO2 emission potential, C/N ratio, the stable isotopic signatures of 13C and 15N, and pH. The highest vole densities were hypothesized to cause significant changes in some variables within 21 months. Results showed that land history had still a major influence, as eight key variables displayed an additional or sole influence of topography. However, the δ15N at depths of 10-20 and 20-30 cm decreased and increased with increasing vole numbers, respectively. Also the CO2 emission potential from soil collected at a depth of 15-30 cm decreased and the C/N ratio at 5-10 cm depth narrowed with increasing vole numbers. These variables indicated the first influence of voles on the respective mineralization processes in some soil layers. Tendencies of vole activity homogenizing SOC and N contents across layers were not significant. The results of the other seven key variables did not confirm significant effects of voles. Thus overall, we found mainly a first response of variables that are indicative for changes in biogeochemical dynamics but not yet of those representing changes in pools.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يساهم الاضطراب البيولوجي في تكوين التربة وأداء النظام الإيكولوجي. فيما يتعلق بالنقل النشط للمادة بواسطة الأحجام، يمكن اعتبار التعكر البيولوجي عملية ديناميكية للغاية بين أولئك الذين يشكلون تكوين التربة والكيمياء الجيولوجية الحيوية. تهدف هذه الدراسة إلى توصيف وقياس آثار التعكر البيولوجي بواسطة الأحجام على علاقات التربة بالمياه ومخزونات الكربون والنيتروجين. تم فحص تأثيرات التعكر البيولوجي بناءً على حقل تم إعداده في أرينوسول لوفك يتكون من ثماني حاويات 50 × 50 متر مع أعداد مختلفة إلى حد كبير من الثقب المشترك (Microtus arvalis L.، حوالي 35-150 فردًا هكتار -1 mth -1). تم تحليل أحد عشر متغيرًا رئيسيًا للتربة: الكثافة السائبة، ومعدل التسرب، والموصلية الهيدروليكية المشبعة، والقدرة على الاحتفاظ بالمياه، ومحتويات الكربون العضوي في التربة (SOC) والنيتروجين الكلي (N)، وإمكانات انبعاث ثاني أكسيد الكربون، ونسبة C/N، والتوقيعات النظيرية المستقرة 13C و 15N، ودرجة الحموضة. تم افتراض أن أعلى كثافة للفرج تتسبب في تغييرات كبيرة في بعض المتغيرات في غضون 21 شهرًا. أظهرت النتائج أن تاريخ الأرض لا يزال له تأثير كبير، حيث أظهرت ثمانية متغيرات رئيسية تأثيرًا إضافيًا أو وحيدًا للتضاريس. ومع ذلك، انخفض δ 15 N على أعماق 10-20 و 20-30 سم وزاد مع زيادة أعداد الفئران، على التوالي. كما انخفضت احتمالية انبعاث ثاني أكسيد الكربون من التربة التي تم جمعها على عمق 15-30 سم وتقلصت نسبة C/N على عمق 5-10 سم مع زيادة أعداد الفوهات. أشارت هذه المتغيرات إلى التأثير الأول للفول على عمليات التمعدن المعنية في بعض طبقات التربة. لم تكن اتجاهات نشاط الفأر التي تجانس محتويات مخزون الكربون العضوي في التربة ومحتويات النيتروجين عبر الطبقات كبيرة. لم تؤكد نتائج المتغيرات الرئيسية السبعة الأخرى التأثيرات الكبيرة لـ VOLES. وبالتالي بشكل عام، وجدنا بشكل أساسي استجابة أولى للمتغيرات التي تشير إلى التغيرات في الديناميكيات الجيوكيميائية الحيوية ولكن ليس بعد من تلك التي تمثل التغيرات في البرك.

Translated Description (French)

La bioturbation contribue à la formation des sols et au fonctionnement des écosystèmes. En ce qui concerne le transport actif de la matière par les campagnols, la bioturbation peut être considérée comme un processus très dynamique parmi ceux qui façonnent la formation du sol et la biogéochimie. La présente étude visait à caractériser et quantifier les effets de la bioturbation par les campagnols sur les relations sol-eau et les stocks de carbone et d'azote. Les effets de la bioturbation ont été examinés sur la base d'un champ mis en place dans un arénosol luvique comprenant huit enceintes de 50 × 50 m avec des nombres très différents de campagnols communs (Microtus arvalis L., environ 35-150 individus ha-1 mth-1). Onze variables clés du sol ont été analysées : la densité apparente, le taux d'infiltration, la conductivité hydraulique saturée, la capacité de rétention d'eau, les teneurs en carbone organique du sol (COS) et en azote total (N), le potentiel d'émission de CO2, le rapport C/N, les signatures isotopiques stables du 13C et du 15N et le pH. On a émis l'hypothèse que les densités de campagnols les plus élevées provoquaient des changements significatifs dans certaines variables dans les 21 mois. Les résultats ont montré que l'histoire des terres avait encore une influence majeure, car huit variables clés présentaient une influence supplémentaire ou unique de la topographie. Cependant, le δ15N à des profondeurs de 10-20 et 20-30 cm diminuait et augmentait avec l'augmentation du nombre de campagnols, respectivement. De plus, le potentiel d'émission de CO2 du sol collecté à une profondeur de 15-30 cm a diminué et le rapport C/N à une profondeur de 5-10 cm s'est rétréci avec l'augmentation du nombre de campagnols. Ces variables ont indiqué la première influence des campagnols sur les processus de minéralisation respectifs dans certaines couches de sol. Les tendances de l'activité des campagnols à homogénéiser les teneurs en SOC et en N entre les couches n'étaient pas significatives. Les résultats des sept autres variables clés n'ont pas confirmé les effets significatifs des campagnols. Ainsi globalement, nous avons trouvé principalement une première réponse de variables indicatives de changements dans la dynamique biogéochimique mais pas encore de celles représentatives de changements dans les pools.

Translated Description (Spanish)

La bioturbación contribuye a la formación del suelo y al funcionamiento del ecosistema. Con respecto al transporte activo de materia por los ratones de campo, la bioturbación puede considerarse como un proceso muy dinámico entre los que dan forma a la formación del suelo y la biogeoquímica. El presente estudio tuvo como objetivo caracterizar y cuantificar los efectos de la bioturbación por topos en las relaciones entre el agua del suelo y las reservas de carbono y nitrógeno. Los efectos de bioturbación se examinaron en función de un campo configurado en un arenosol lúvico que comprende ocho recintos de 50 × 50 m con un número muy diferente de topos comunes (Microtus arvalis L., aprox. 35-150 individuos ha-1 mth-1). Se analizaron once variables clave del suelo: densidad aparente, tasa de infiltración, conductividad hidráulica saturada, capacidad de retención de agua, contenido de carbono orgánico del suelo (SOC) y nitrógeno total (N), potencial de emisión de CO2, relación C/N, firmas isotópicas estables de 13C y 15N y pH. Se planteó la hipótesis de que las mayores densidades de topos causaban cambios significativos en algunas variables en un plazo de 21 meses. Los resultados mostraron que la historia de la tierra todavía tenía una gran influencia, ya que ocho variables clave mostraban una influencia adicional o única de la topografía. Sin embargo, el δ15N a profundidades de 10-20 y 20-30 cm disminuyó y aumentó con el aumento del número de topillos, respectivamente. Además, el potencial de emisión de CO2 del suelo recogido a una profundidad de 15-30 cm disminuyó y la relación C/N a una profundidad de 5-10 cm se estrechó con el aumento del número de topillos. Estas variables indicaron la primera influencia de los topos en los respectivos procesos de mineralización en algunas capas del suelo. Las tendencias de la actividad de los topos que homogeneizan el contenido de SOC y N en todas las capas no fueron significativas. Los resultados de las otras siete variables clave no confirmaron efectos significativos de los ratones de campo. Por lo tanto, en general, encontramos principalmente una primera respuesta de variables que son indicativas de cambios en la dinámica biogeoquímica, pero aún no de aquellas que representan cambios en los grupos.

Files

journal.pone.0126011&type=printable.pdf

Files (1.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:3aed8c8a26c7ff64ee9430b9382608af
1.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
آثار التعكر البيولوجي قصير الأجل بواسطة الأقطاب المشتركة على متغيرات التربة الكيميائية الحيوية
Translated title (French)
Effets de la bioturbation à court terme par les campagnols communs sur les variables biogéochimiques du sol
Translated title (Spanish)
Efectos de la bioturbación a corto plazo por volos comunes en variables biogeoquímicas del suelo

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2340668841
DOI
10.1371/journal.pone.0126011

Is supplement to
https://openalex.org/W4213180683 (Other)
https://openalex.org/W2920439512 (Other)
https://openalex.org/W2809300361 (Other)
https://openalex.org/W2546315257 (Other)
https://openalex.org/W2079368171 (Other)
https://openalex.org/W2016851283 (Other)
https://openalex.org/W2007185075 (Other)
https://openalex.org/W1996488802 (Other)
https://openalex.org/W1987251248 (Other)
https://openalex.org/W1965954851 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Kenya

References

  • https://openalex.org/W1544768767
  • https://openalex.org/W1548007070
  • https://openalex.org/W1673911344
  • https://openalex.org/W1903029804
  • https://openalex.org/W1905536488
  • https://openalex.org/W1965296274
  • https://openalex.org/W1970010130
  • https://openalex.org/W1971363427
  • https://openalex.org/W1973184911
  • https://openalex.org/W1987322598
  • https://openalex.org/W1988547728
  • https://openalex.org/W1988846913
  • https://openalex.org/W1989329984
  • https://openalex.org/W1990656552
  • https://openalex.org/W1994295524
  • https://openalex.org/W1994649998
  • https://openalex.org/W2000214212
  • https://openalex.org/W2005194993
  • https://openalex.org/W2007533357
  • https://openalex.org/W2014659407
  • https://openalex.org/W2019877944
  • https://openalex.org/W2025578387
  • https://openalex.org/W2028352133
  • https://openalex.org/W2028365708
  • https://openalex.org/W2040662371
  • https://openalex.org/W2043394795
  • https://openalex.org/W2043752240
  • https://openalex.org/W2043853106
  • https://openalex.org/W2050543726
  • https://openalex.org/W2051745750
  • https://openalex.org/W2052314626
  • https://openalex.org/W2057267789
  • https://openalex.org/W2061921731
  • https://openalex.org/W2074837979
  • https://openalex.org/W2074914623
  • https://openalex.org/W2081282200
  • https://openalex.org/W2087187659
  • https://openalex.org/W2091915013
  • https://openalex.org/W2097622229
  • https://openalex.org/W2105720272
  • https://openalex.org/W2106024300
  • https://openalex.org/W2107188047
  • https://openalex.org/W2108640123
  • https://openalex.org/W2127444835
  • https://openalex.org/W2129875888
  • https://openalex.org/W2132008384
  • https://openalex.org/W2132484323
  • https://openalex.org/W2135363959
  • https://openalex.org/W2145972090
  • https://openalex.org/W2146376297
  • https://openalex.org/W2158765373
  • https://openalex.org/W2162013274
  • https://openalex.org/W2166345526
  • https://openalex.org/W2168329396
  • https://openalex.org/W2174069807
  • https://openalex.org/W2314735774
  • https://openalex.org/W2322353878
  • https://openalex.org/W2332997482
  • https://openalex.org/W2477285220
  • https://openalex.org/W4252082941
  • https://openalex.org/W63976935