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4.2: Carbono del Suelo y Respiración

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    Objetivos de aprendizaje

    • Definir la salud del suelo.
    • Describir cómo se utilizan los indicadores de salud del suelo para rastrear los cambios en la salud del suelo en el tiempo
    • Describir cómo se utilizan los indicadores de salud del suelo para comparar dos prácticas de manejo diferentes.
    • Explicar cómo la materia orgánica del suelo influye en la estabilidad del agregado
    • Realizar cálculos del ciclo del carbono para una granja de Kansas.

    La respiración del suelo es la liberación neta de CO 2 de todos los organismos vivos en el suelo, incluyendo bacterias, hongos, protistas, lombrices de tierra, raíces de plantas, etc. La tasa de respiración del suelo tiene muchas aplicaciones diferentes. Se puede utilizar para evaluar la salud del suelo, con mayores tasas de respiración que indican una comunidad microbiana más activa y, por lo tanto, saludable. También se puede utilizar como parte de un balance de C para determinar si el suelo bajo prácticas de manejo particulares es una fuente neta o sumidero de C, que tiene aplicación directa a los créditos de carbono. Las tasas de respiración también pueden estar influenciadas por la calidad del sustrato que consumen los microbios del suelo. En este laboratorio realizarás pruebas para determinar la salud relativa del suelo de dos suelos que han sido manejados de manera diferente durante más de una década. Las pruebas incluyen una ráfaga de CO 2 o una prueba de respiración basal para determinar las tasas de respiración relativas, y una prueba de espigamiento para determinar la estabilidad de los agregados del suelo. También trabajarás con tus compañeros de clase para completar el conjunto de problemas de Carbon Cycling.

    Materiales

    • Dos o más muestras de suelo que han sido secadas al horno a 35-40°C (para la prueba de estallido de CO 2)
    • Dos o más muestras de suelo húmedo que se han recolectado recientemente (para la prueba de respiración basal)
    • Rodillo de suelo
    • Cuchara de suelo de 30 cc (cm 3) y varilla percutora
    • Vaso de plástico
    • Pantalla de malla
    • Pipeta fijada a 9 mL
    • Agua
    • Pala de prueba de explosión Solvita® CO 2
    • Frasco de prueba con tapa
    • Pala de prueba Solvita® baja en CO 2
    • Incubadora (opcional)
    • Lector Digital de Color Solvita® y/o tablas de colores de referencia
    • Dos o más piedales de suelo que son aproximadamente del tamaño de una pelota de golf
    • Malla de alambre grueso o tela de máquina
    • Dos columnas de sedimentación de 1 L
    • Juego de problemas de ciclismo de carbono de suelo

    Lectura y visualización recomendadas

    Asignación Prelab

    Usando la lectura y los videos recomendados y la introducción a este laboratorio, considere las preguntas que se enumeran a continuación. Estas definiciones/preguntas proporcionarán un resumen conciso de los principales conceptos abordados en el laboratorio. También son útiles las notas de estudio para los exámenes.

    1. Definir la salud del suelo
    2. Definir la respiración del suelo
    3. Definir secuestro de carbono.
    4. Nombra tres formas en las que C se pierde del suelo.
    5. ¿Cuál de esas tres pérdidas de C del suelo es la más significativa?
    6. ¿Qué prácticas podrían reducir o incluso revertir esta pérdida en el suelo C, y así mantener o mejorar la salud del suelo?
    7. Describir cómo la materia orgánica del suelo impacta la estabilidad de los agregados del suelo.

    Introducción

    Cálculos de Carbono

    El dióxido de carbono es un producto de la respiración, uno de varios gases de efecto invernadero emitidos por los suelos. Los gases de efecto invernadero adsorben la radiación emitida desde la tierra hacia el espacio, reflejando la radiación hacia la tierra, calentando así la tierra en un efecto comúnmente llamado “efecto invernadero”. Este proceso sí ayuda a mantener el clima del planeta a una temperatura adecuada, pero si la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera es demasiado alta, este proceso se magnifica, atrapando demasiado calor y dando como resultado promedios de temperatura global más cálidos y cambios en los climas locales. Esto puede resultar en cambios significativos que afectan a personas de todo el mundo. Los suelos son importantes para moderar los gases de efecto invernadero y el cambio climático.

    A medida que los microbios en el suelo consumen materia orgánica, liberan dióxido de carbono a través de la respiración, que eventualmente llega a la superficie del suelo y a la atmósfera. Los ecosistemas no perturbados, generalmente muestran un equilibrio de C agregado al suelo y C perdido del suelo a la atmósfera. En algunos casos, el C se acumula en el suelo cuando las adiciones a C superan las pérdidas de C, lo que resulta en características del suelo como un horizonte A oscuro con mucha materia orgánica del suelo. Este incremento neto en materia orgánica del suelo se denomina secuestro de C. En suelos alterados, como suelos labrados y cultivados, la alteración física de la labranza aumenta temporalmente la aireación, resultando en mayores tasas de respiración y más C perdidas en la atmósfera. Con el tiempo, esto provoca una disminución neta en el suelo C y aumentos netos en el C atmosférico.

    Sin embargo, las mejores prácticas de manejo del suelo como labranza de conservación, labranza cero o el uso de cultivos de cobertura pueden minimizar estas pérdidas de C o incluso aumentar el suelo C. El manejo del suelo para C fue un tema importante en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático 2015 en París. Allí, los científicos reconocieron que la agricultura puede ser tanto una fuente de emisiones de C como una herramienta para combatir el cambio climático a través del secuestro de C al ayudar a limitar el aumento promedio de la temperatura global a 1.5°C. Los créditos de carbono pueden ser utilizados para subsidiar a los agricultores que cambian sus prácticas de manejo para aumentar la cantidad de C secuestrada (almacenada) en el suelo a perpetuidad. Los créditos de carbono funcionan como acuerdos entre un emisor de C y alguien que puede administrar la tierra para que C se elimine de la atmósfera a través del secuestro de C. En la actividad uno, realizarás los cálculos que haría un hipotético productor de maíz Kansas al considerar la oportunidad de secuestrar C a través de cambios en las prácticas de labranza y luego vender créditos C.

    Medición de la respiración del suelo

    La respiración del suelo es una medida de la cantidad de CO 2 que emite el suelo y refleja el CO 2 total emitido por todos los organismos vivos en el suelo, incluyendo bacterias, hongos, lombrices de tierra, protistas, raíces y otros. Las mediciones de respiración del suelo se utilizan para calcular los balances de carbono, y pueden ser utilizadas como un indicador biológico de la salud del suelo. En las Actividades 2 y 3, tu clase trabajará en conjunto para cuantificar las tasas de respiración de muestras de suelo que previamente han sido recolectadas y secadas (Actividad 2) o muestras que han sido recolectadas recientemente y aún están húmedas (Actividad 3). Su clase también investigará la estabilidad agregada de los suelos usando una prueba de espigamiento (Actividad 4).

    Actividad 1: Set de problemas de ciclismo de carbono

    Se le proporcionará un conjunto de problemas de suelo. Utilice su experiencia y conocimientos de actividades previas de laboratorio para completar estos problemas.

    Actividad 2: Respiración del Suelo usando Pruebas Solvita® CO2

    Nota: Este protocolo es una versión abreviada del protocolo que se proporciona con kits de muestreo de Solvita®. Se proporcionará el Solvita® completo a los estudiantes para completar esta actividad.

    Pruebas Basales versus Ráfaga de CO2

    La prueba de estallido de CO 2 se utiliza en regiones donde son comunes periodos prolongados de condiciones secas. La prueba de estallido de CO 2 simula la tasa de respiración después de que se rehumedezca después de un período de secado prolongado, y utiliza suelos que previamente han sido recolectados y secados. Las muestras utilizadas para el método de estallido de CO 2 deben ser rehumedecidas. La prueba basal se utiliza en regiones más húmedas y templadas donde los suelos rara vez experimentan periodos prolongados de condiciones secas. La prueba basal utiliza muestras de suelo que están mínimamente perturbadas y que han sido recolectadas recientemente. No es necesario agregar humedad adicional a los suelos para la prueba basal. Tu instructor te informará cuál de estas dos pruebas estarás realizando.

    Procedimiento

    Para este experimento se utilizarán dos suelos similares preferibles de la misma zona y de la misma serie de suelos. Sin embargo, deben provenir de lugares que hayan sufrido prácticas de manejo de suelos contrastantes. Un ejemplo es un suelo que ha sido labrado anualmente comparado con un suelo que ha estado bajo manejo de labranza cero y/o cobertura cultivada. Otro ejemplo es un campo labrado comparado con un suelo de una fila adyacente de cercas sin labrar.

    1. Recolecta la tierra usando una llana, pala o sonda limpia. Recolecta 12 o más submuestras de un área representativa a la profundidad, luego compone las submuestras en una sola muestra. Si estás realizando la prueba de respiración basal, salta al Paso 4.
    2. Secar las muestras de suelo en un horno a temperaturas de hasta 45° hasta que el suelo alcance una masa en estado estacionario (varios días a una semana)
    3. El suelo debe pasar por un tamiz de 2 mm. Si los agregados son demasiado grandes, enrolle las muestras usando un rodillo de tierra hasta que los agregados se descompongan lo suficiente como para pasar por el tamiz. No use un molinillo de tierra.
    4. Mida un volumen estándar de suelo usando la cucharada de prueba de suelo de 30 cc. Cuchara suficiente tierra para que la tierra quede amontonada en la parte superior de la pala. Luego raspe el exceso de muestra usando la barra percutora, rindiendo exactamente 30 cc de tierra. Vierte la muestra en el vaso de plástico y golpéala suavemente para nivelar la muestra. Si estás realizando la prueba de respiración basal, salta al Paso 6.
    5. Coloca el tamiz de malla sobre la tierra en el vaso de precipitados, luego agrega suavemente 9 mL de agua al suelo usando una pipeta.
    6. Abra la bolsa baja en CO 2 y coloque la paleta de prueba en el suelo con la estaca apuntando hacia abajo y el indicador de color se puede ver en la parte superior de la muestra.
    7. Coloque el vaso de precipitados de plástico que contiene la muestra de tierra y la paleta de prueba en el frasco de prueba, luego cierre firmemente la tapa del frasco. Registre la hora en que se cerró el frasco en la tapa del frasco. Mantenga el frasco en una habitación a 20°C estable durante 24 horas, o coloque el frasco en una incubadora a 20°C durante 24 horas.
    8. Retire la paleta de prueba después de 24 horas y registre el color resultante ya sea comparándolo con una carta de colores, o midiendo el color usando un lector de color digital (DCR). El DCR proporcionará tanto la medición del color como el CO 2 -C ppm interpolado respirado por la muestra. Si usa la carta de colores, registre el número de color en la Tabla 12.1, luego use las “Guías de Rango de Respuesta” del protocolo Solvita® para determinar el CO 2 -C ppm respirado. Registrar los resultados usando un DCR en la Tabla 12.2.

    Tabla 12.1 Resultados de la respiración del suelo usando la tabla de colores

    Suelo Medición de Color CO2-C ppm Respirado Clases de fertilidad biológica del suelo
    A
    B
    C

    Tabla 12.2 Resultados de la respiración del suelo usando un lector digital de color

    Suelo Medición de Color CO2-C ppm Respirado Clases de fertilidad biológica del suelo
    A
    B
    C

    Resumir las prácticas de manejo de los suelos tal y como fueron descritas por el instructor. También se describe brevemente el suelo (series de suelos, el horizonte que se muestreó, la profundidad de muestreo, etc.).

    ¿Qué prueba realizó, la prueba de respiración basal o la prueba de estallido de CO 2?

    ¿Cómo se comparó la respiración de los suelos?

    ¿Qué suelo es “más saludable”? Explicar el impacto de las prácticas de manejo del suelo en la salud de los suelos.

    Actividad 3: Prueba de Slake

    Ahora realizarás una prueba de espigamiento, que es una prueba que se puede realizar tanto en campo como en un laboratorio. La prueba de espigamiento demuestra lo bien que un suelo es capaz de soportar la presión interna que ocurre durante una rehumectación repentina del suelo. Los suelos con agregados más estables serán más capaces de soportar esa presión y exhibirán menos apagados que los suelos con menos agregados de mesa. Utilizarás dos suelos con prácticas de manejo de suelos contrastantes (ver Actividad 3). Para realizar la prueba, haga lo siguiente:

    1. Llene dos columnas de sedimentación de 1 L con agua.
    2. Formar una malla de alambre en una “forma de U” para que los dos bordes sean soportados por el borde de la columna.
    3. Coloque piedales de tierra que sean aproximadamente del tamaño de una pelota de golf en la malla de alambre. Los pedieteros deben estar completamente sumergidos.
    4. Observar los pediatría durante al menos 5 minutos.

    ¿Qué suelo exhibió más apaciguamiento?

    Describir cómo se compara la historia del manejo del suelo para los dos suelos, y explicar cómo las prácticas de manejo del suelo impactaron esta prueba de escama.

    Asignación: Conjunto de problemas

    Se le proporcionará un conjunto de problemas al comienzo de la sesión de laboratorio.

    Configuración de laboratorio posterior

    Algunas actividades requieren más tiempo que un solo periodo de laboratorio. Estas actividades deben ser establecidas con anticipación. Una actividad en los Coloides del Suelo explora las propiedades de encogimiento-oleaje del suelo. Para prepararse para esta actividad, haga lo siguiente:

    • En dos vasos de precipitados de 500 ml, se crean lodos de arcillas de caolinita y bentonita (esto debería ser suficiente para toda la clase). Las suspensiones deben tener aproximadamente la misma consistencia que un batido de leche: ligeramente líquido, pero no tan espeso como un Frosty®.
    • Se le proporcionarán dos placas de Petri. Usando una regla, determine el volumen interior del plato. (Recuerde, volumen de un cilindro = hπr 2, donde h es la altura del cilindro, y r es el radio.)
    • Usando cinta adhesiva, etiquete la parte inferior de las dos placas de Petri con la siguiente información:
      • Tipo coloide (caolinita o bentonita)
      • Día/hora del laboratorio
      • Número de mesa
    • Con una espátula, llene ambas cajas de Petri con la suspensión de arcilla apropiada.
    • Coloque las placas de Petri en el lugar designado por su instructor.

    Solvita® es una marca comercial de Woods End Laboratories, Inc.

    This page titled 4.2: Carbono del Suelo y Respiración is shared under a CC BY license and was authored, remixed, and/or curated by Colby Moorberg & David Crouse (Prairie Press) .