Formation of particulate organic carbon from dissolved substrate input enhances soil carbon sequestration
- 1. Institute of Grassland Research
- 2. China Agricultural University
Description
Abstract. Particulate organic carbon (POC) and mineral-associated organic carbon (MAOC), which are two primary components of the soil carbon (C) reservoir, have different physical and chemical properties and biochemical turnover rates. Microbial necromass entombment is a primary mechanism for MAOC formation from fast-decaying plant substrates, whereas POC is typically considered as the product of structural litter via physical fragmentation. However, emerging evidence shows that microbial by-products derived from labile C substrates can enter the POC pool. To date, it is still unclear to what extent labile substrates contribute to the POC formation and the subsequent long-term SOC stock. Our study here, through a 13C-labeling experiment in 10 soils from 5 grassland sites as well as a modeling analysis, showed that up to 12.29 % of isotope-labeled glucose-C (i.e., dissolved C) was detected in POC pool. In addition, the glucose-derived POC was dependent upon 13C-MBC and the fraction of clay and silt, suggesting that the POC formation from newly added labile C is dependent on interactions between soil physical and microbial processes. The modeling analysis showed that ignoring the C flow from MBC to POC significantly underestimated soil C sequestration by 7.79 % – 49.51 % across the 10 soils. The results emphasize that the soil texture-regulated microbial process, besides the plant structural residues, is a significant contributor to POC, acting as a vital component in SOC dynamics.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
ملخص. الكربون العضوي الجسيمي (POC) والكربون العضوي المرتبط بالمعادن (MAOC)، وهما مكونان أساسيان لخزان كربون التربة (C)، لهما خصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة ومعدلات دوران كيميائية حيوية. يعد قبر الجراثيم الميكروبية آلية أساسية لتكوين MAOC من ركائز النبات سريعة التحلل، في حين يعتبر POC عادة نتاج القمامة الهيكلية عن طريق التجزئة المادية. ومع ذلك، تشير الأدلة الناشئة إلى أن المنتجات الثانوية الميكروبية المشتقة من ركائز C العطوبة يمكن أن تدخل بركة نقطة الرعاية. حتى الآن، لا يزال من غير الواضح إلى أي مدى تساهم الركائز القابلة للتغيير في تكوين نقطة الرعاية ومخزون الكربون العضوي في التربة طويل الأجل اللاحق. أظهرت دراستنا هنا، من خلال تجربة وضع العلامات 13C في 10 تربة من 5 مواقع مراعي بالإضافة إلى تحليل النمذجة، أنه تم اكتشاف ما يصل إلى 12.29 ٪ من الجلوكوز C المسمى بالنظائر (أي C المذاب) في تجمع نقطة الرعاية. بالإضافة إلى ذلك، كانت نقطة الرعاية المشتقة من الجلوكوز تعتمد على 13C - MBC وكسر الطين والطمي، مما يشير إلى أن تكوين نقطة الرعاية من العطوب C المضاف حديثًا يعتمد على التفاعلات بين العمليات الفيزيائية والميكروبية للتربة. أظهر تحليل النمذجة أن تجاهل التدفق C من MBC إلى POC قلل بشكل كبير من عزل التربة C بنسبة 7.79 ٪ – 49.51 ٪ عبر التربة العشرة. وتؤكد النتائج على أن العملية الميكروبية المنظمة لنسيج التربة، إلى جانب المخلفات الهيكلية النباتية، هي مساهم كبير في نقطة الاتصال، وتعمل كعنصر حيوي في ديناميات مخزون الكربون العضوي في التربة.Translated Description (French)
Résumé. Le carbone organique particulaire (POC) et le carbone organique associé aux minéraux (MAOC), qui sont deux composants principaux du réservoir de carbone (C) du sol, ont des propriétés physiques et chimiques et des taux de renouvellement biochimiques différents. L'enterrement de la nécromasse microbienne est un mécanisme principal de formation de MAOC à partir de substrats végétaux à décomposition rapide, alors que le POC est généralement considéré comme le produit de la litière structurelle via la fragmentation physique. Cependant, des preuves émergentes montrent que les sous-produits microbiens dérivés de substrats C labiles peuvent entrer dans le pool POC. À ce jour, on ne sait toujours pas dans quelle mesure les substrats labiles contribuent à la formation de POC et au stock de COS à long terme qui en résulte. Notre étude ici, à travers une expérience de marquage au 13C dans 10 sols de 5 sites de prairie ainsi qu'une analyse de modélisation, a montré que jusqu'à 12,29 % de glucose-C marqué par isotope (c.-à-d. C dissous) a été détecté dans le pool de POC. En outre, le POC dérivé du glucose dépendait du 13C-MBC et de la fraction d'argile et de limon, ce qui suggère que la formation du POC à partir du C labile nouvellement ajouté dépend des interactions entre les processus physiques et microbiens du sol. L'analyse de modélisation a montré que le fait d'ignorer le flux de C du MBC au POC sous-estimait significativement la séquestration de C dans le sol de 7,79 % à 49,51 % dans les 10 sols. Les résultats soulignent que le processus microbien régulé par la texture du sol, outre les résidus structurels végétaux, contribue de manière significative au POC, agissant comme un élément essentiel de la dynamique du COS.Translated Description (Spanish)
Resumen. El carbono orgánico particulado (POC) y el carbono orgánico asociado a minerales (Maoc), que son dos componentes principales del reservorio de carbono (C) del suelo, tienen diferentes propiedades físicas y químicas y tasas de rotación bioquímica. El entierro de necromasa microbiana es un mecanismo principal para la formación de Maoc a partir de sustratos vegetales de descomposición rápida, mientras que el POC se considera típicamente como el producto de la basura estructural a través de la fragmentación física. Sin embargo, la evidencia emergente muestra que los subproductos microbianos derivados de sustratos C lábiles pueden ingresar al grupo de POC. Hasta la fecha, aún no está claro en qué medida los sustratos lábiles contribuyen a la formación de POC y al subsiguiente stock de SOC a largo plazo. Nuestro estudio aquí, a través de un experimento de etiquetado de 13C en 10 suelos de 5 sitios de pastizales, así como un análisis de modelado, mostró que se detectó hasta un 12,29 % de glucosa-C marcada con isótopos (es decir, C disuelto) en el grupo de POC. Además, el POC derivado de la glucosa dependía del 13C-MBC y de la fracción de arcilla y limo, lo que sugiere que la formación de POC a partir del C lábil recién añadido depende de las interacciones entre los procesos físicos y microbianos del suelo. El análisis de modelado mostró que ignorar el flujo de C de MBC a POC subestimó significativamente el secuestro de C del suelo en un 7,79 % – 49,51 % en los 10 suelos. Los resultados enfatizan que el proceso microbiano regulado por la textura del suelo, además de los residuos estructurales de la planta, es un contribuyente significativo al POC, actuando como un componente vital en la dinámica del SOC.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تكوين الكربون العضوي الجسيمي من مدخلات الركيزة الذائبة يعزز عزل كربون التربة
- Translated title (French)
- La formation de carbone organique particulaire à partir de l'entrée de substrat dissous améliore la séquestration du carbone dans le sol
- Translated title (Spanish)
- La formación de carbono orgánico particulado a partir de la entrada de sustrato disuelto mejora el secuestro de carbono del suelo
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4385239756
- DOI
- 10.5194/egusphere-2023-1483