Published January 11, 2023 | Version v1
Publication Open

Biochemical composition of soil organic matter physical fractions under 32-year fertilization in Ferralic Cambisol

Creators

  • 1. Tianjin Normal University
  • 2. Jiangxi Institute of Red Soil
  • 3. University of Oklahoma
  • 4. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture
  • 5. Chinese Academy of Agricultural Sciences

Description

Abstract Biochemical properties of soil organic matter (SOM) are fundamental for soil fertility and health. However, it is unclear how fertilization regime influences the biochemical compositions and oxidation states of SOM and physical fractions. In this study, this issue was studied under four 32-year amendment regimes: unfertilized control, urea (N), N + calcium dihydrogen phosphate + potassium chloride (NPK), and NPK plus manure (NPKM). Three physical fractions: coarse particulate (> 250 μm, cPOM), fine particulate (53–250 μm, fPOM) and mineral-associated OM (< 53 μm, MAOM) were separated and measured by pyrolysis gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS). Compared with the background in 1986, the SOM increased by 10.6%, 14.2%, 23% and 52% in unfertilized control, N, NPK, and NPKM, respectively. The red soil here had not reached carbon saturation, because of the low conversion efficiency (6.8%) from input-carbon to soil organic carbon (SOC). Physical size but not amendment type primarily regulated the SOM molecular composition, with relative selective retention of aromatics and lignin in both the cPOM and fPOM, whereas N-containing compounds (particularly amino-N) were enriched in MAOM due to their high abilities to adsorb soil minerals. The C oxidation state was also mainly dependent on physical size, with the highest value in fPOM. The sources of SOM and its fractions, dominated by microbial-derived compounds (60–90%), were independent of physical size and fertilization. In conclusion, physical size arrangement (proxy of microbial decomposition degree) played a more important role in regulating the SOM biochemical features than initial quality of various amendments. Graphical Abstract

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

Translated Description (Arabic)

تعتبر الخواص الكيميائية الحيوية المجردة للمادة العضوية في التربة (SOM) أساسية لخصوبة التربة وصحتها. ومع ذلك، فمن غير الواضح كيف يؤثر نظام الإخصاب على التركيبات الكيميائية الحيوية وحالات أكسدة SOM والكسور الفيزيائية. في هذه الدراسة، تمت دراسة هذه المسألة بموجب أربعة أنظمة تعديل مدتها 32 عامًا: التحكم غير المخصب، اليوريا (N)، ن + فوسفات هيدروجين الكالسيوم + كلوريد البوتاسيوم (NPK)، و NPK بالإضافة إلى السماد (NPKM). تم فصل ثلاثة أجزاء فيزيائية: الجسيمات الخشنة (> 250 ميكرومتر، cPOM)، الجسيمات الدقيقة (53–250 ميكرومتر، fPOM) و OM المرتبطة بالمعادن (< 53 ميكرومتر، MAOM) وقياسها بواسطة كروماتوغرافيا غاز الانحلال الحراري/قياس الطيف الكتلي (Py - GC/MS). بالمقارنة مع الخلفية في عام 1986، زادت SOM بنسبة 10.6 ٪ و 14.2 ٪ و 23 ٪ و 52 ٪ في التحكم غير المخصب، N، NPK، و NPKM، على التوالي. لم تصل التربة الحمراء هنا إلى تشبع الكربون، بسبب انخفاض كفاءة التحويل (6.8 ٪) من مدخلات الكربون إلى الكربون العضوي في التربة (SOC). ينظم الحجم المادي ولكن ليس نوع التعديل في المقام الأول التركيب الجزيئي لـ SOM، مع الاحتفاظ الانتقائي النسبي بالمواد العطرية واللجنين في كل من cPOM و fPOM، في حين تم إثراء المركبات المحتوية على N (خاصة الأمينية- N) في MAOM بسبب قدراتها العالية على امتصاص معادن التربة. كانت حالة الأكسدة C تعتمد أيضًا بشكل أساسي على الحجم المادي، مع أعلى قيمة في fPOM. كانت مصادر SOM وكسورها، التي تهيمن عليها المركبات المشتقة من الميكروبات (60-90 ٪)، مستقلة عن الحجم المادي والإخصاب. في الختام، لعب ترتيب الحجم المادي (وكيل درجة التحلل الميكروبي) دورًا أكثر أهمية في تنظيم السمات الكيميائية الحيوية لـ SOM من الجودة الأولية للتعديلات المختلفة. الملخص البياني

Translated Description (French)

Résumé Les propriétés biochimiques de la matière organique du sol (MOS) sont fondamentales pour la fertilité et la santé des sols. Cependant, il n'est pas clair comment le régime de fertilisation influence les compositions biochimiques et les états d'oxydation des SOM et des fractions physiques. Dans cette étude, cette question a été étudiée sous quatre régimes de modification de 32 ans : contrôle non fertilisé, urée (N), N + dihydrogénophosphate de calcium + chlorure de potassium (NPK) et NPK plus fumier (NPKM). Trois fractions physiques : les particules grossières (> 250 μm, cPOM), les particules fines (53-250 μm, fPOM) et les OM associées aux minéraux (< 53 μm, MAOM) ont été séparées et mesurées par chromatographie en phase gazeuse par pyrolyse/spectrométrie de masse (Py-GC/MS). Par rapport au contexte de 1986, le SOM a augmenté de 10,6 %, 14,2 %, 23 % et 52 % chez les témoins non fécondés, N, NPK et NPKM, respectivement. Le sol rouge ici n'avait pas atteint la saturation en carbone, en raison de la faible efficacité de conversion (6,8 %) du carbone d'entrée en carbone organique du sol (COS). La taille physique, mais pas le type d'amendement, a principalement régulé la composition moléculaire de la SOM, avec une rétention sélective relative des aromatiques et de la lignine dans le cPOM et le fPOM, tandis que les composés contenant de l'azote (en particulier l'aminoN) ont été enrichis en MAOM en raison de leur grande capacité à adsorber les minéraux du sol. L'état d'oxydation C était également principalement dépendant de la taille physique, avec la valeur la plus élevée en fPOM. Les sources de SOM et de ses fractions, dominées par les composés d'origine microbienne (60–90%), étaient indépendantes de la taille physique et de la fertilisation. En conclusion, l'agencement de la taille physique (approximation du degré de décomposition microbienne) a joué un rôle plus important dans la régulation des caractéristiques biochimiques de la SOM que la qualité initiale de divers amendements. Résumé graphique

Translated Description (Spanish)

Resumen Las propiedades bioquímicas de la materia orgánica del suelo (SOM) son fundamentales para la fertilidad y la salud del suelo. Sin embargo, no está claro cómo el régimen de fertilización influye en las composiciones bioquímicas y los estados de oxidación de SOM y las fracciones físicas. En este estudio, este tema se estudió bajo cuatro regímenes de enmienda de 32 años: control no fertilizado, urea (N), N + dihidrogenofosfato de calcio + cloruro de potasio (NPK) y NPK más estiércol (NPKM). Se separaron tres fracciones físicas: partículas gruesas (> 250 μm, cPOM), partículas finas (53–250 μm, fPOM) y OM asociado a minerales (< 53 μm, MAOM) y se midieron mediante cromatografía de gases de pirólisis/espectrometría de masas (Py-GC/MS). En comparación con el fondo en 1986, el SOM aumentó en un 10.6%, 14.2%, 23% y 52% en el control no fertilizado, N, NPK y NPKM, respectivamente. El suelo rojo aquí no había alcanzado la saturación de carbono, debido a la baja eficiencia de conversión (6.8%) de carbono de entrada a carbono orgánico del suelo (SOC). El tamaño físico, pero no el tipo de enmienda, reguló principalmente la composición molecular del SOM, con una retención selectiva relativa de aromáticos y lignina tanto en el cPOM como en el fPOM, mientras que los compuestos que contienen N (particularmente amino-N) se enriquecieron en el MAOM debido a su alta capacidad para adsorber minerales del suelo. El estado de oxidación C también dependió principalmente del tamaño físico, con el valor más alto en fPOM. Las fuentes de SOM y sus fracciones, dominadas por compuestos derivados de microbios (60–90%), eran independientes del tamaño físico y la fertilización. En conclusión, la disposición del tamaño físico (proxy del grado de descomposición microbiana) desempeñó un papel más importante en la regulación de las características bioquímicas del SOM que la calidad inicial de varias enmiendas.

Files

s44246-022-00034-0.pdf.pdf

Files (4.1 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
md5:39f753e12e7e585e19a1266da6c3387c
4.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التركيب الكيميائي الحيوي للمواد العضوية في التربة الكسور الفيزيائية تحت الإخصاب لمدة 32 عامًا في Ferralic Cambisol
Translated title (French)
Composition biochimique des fractions physiques de la matière organique du sol sous fertilisation de 32 ans dans le Ferralic Cambisol
Translated title (Spanish)
Composición bioquímica de fracciones físicas de materia orgánica del suelo bajo fertilización de 32 años en Ferralic Cambisol

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4315568113
DOI
10.1007/s44246-022-00034-0

Is supplement to
https://openalex.org/W3148566912 (Other)
https://openalex.org/W3113158877 (Other)
https://openalex.org/W3032025681 (Other)
https://openalex.org/W2970044205 (Other)
https://openalex.org/W2382936267 (Other)
https://openalex.org/W2327940826 (Other)
https://openalex.org/W2260888373 (Other)
https://openalex.org/W2041462295 (Other)
https://openalex.org/W2033879528 (Other)
https://openalex.org/W1995320090 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1993660211
  • https://openalex.org/W1997008943
  • https://openalex.org/W2006088326
  • https://openalex.org/W2008962657
  • https://openalex.org/W2019199623
  • https://openalex.org/W2022531869
  • https://openalex.org/W2041383474
  • https://openalex.org/W2041483208
  • https://openalex.org/W2043604882
  • https://openalex.org/W2045760167
  • https://openalex.org/W2053549162
  • https://openalex.org/W2061914708
  • https://openalex.org/W2074782014
  • https://openalex.org/W2086884119
  • https://openalex.org/W2123981120
  • https://openalex.org/W2128817158
  • https://openalex.org/W2132484323
  • https://openalex.org/W2154648013
  • https://openalex.org/W2155299527
  • https://openalex.org/W2161259067
  • https://openalex.org/W2163103579
  • https://openalex.org/W2166730883
  • https://openalex.org/W2200817828
  • https://openalex.org/W2257420581
  • https://openalex.org/W2339547151
  • https://openalex.org/W2513202895
  • https://openalex.org/W2515304725
  • https://openalex.org/W2557800876
  • https://openalex.org/W2568760982
  • https://openalex.org/W2576478325
  • https://openalex.org/W2594348352
  • https://openalex.org/W2736456658
  • https://openalex.org/W2742336425
  • https://openalex.org/W2766795230
  • https://openalex.org/W2777084884
  • https://openalex.org/W2883864511
  • https://openalex.org/W2901015627
  • https://openalex.org/W2905539081
  • https://openalex.org/W2937191043
  • https://openalex.org/W2944233551
  • https://openalex.org/W2952081370
  • https://openalex.org/W2953310095
  • https://openalex.org/W2972873168
  • https://openalex.org/W2977539872
  • https://openalex.org/W3028337244
  • https://openalex.org/W3092111186
  • https://openalex.org/W3104873626
  • https://openalex.org/W3105259940
  • https://openalex.org/W3107533241
  • https://openalex.org/W3119419377
  • https://openalex.org/W3119849144
  • https://openalex.org/W3135555326
  • https://openalex.org/W3163050210
  • https://openalex.org/W3199635374
  • https://openalex.org/W3204887036
  • https://openalex.org/W4283066839
  • https://openalex.org/W4283073497
  • https://openalex.org/W4285588461
  • https://openalex.org/W72751723