| บทคัดย่อ: |
การวิจัยของกลุ่มวิจัยอินทรียวัตถุในดินที่นำเสนอในรายงานนี้ ในส่วนแรกมีวัตถุประสงค์เพื่อ ศึกษาผลของการใส่สารอินทรีย์ต่างคุณภาพ (องค์ประกอบทางเคมี) อย่างต่อเนื่องยาวนาน ต่อ กระบวนการย่อยสลายที่นำไปสู่การเปลี่ยนรูปของสารประกอบอินทรีย์คาร์บอนเป็นอินทรีย์คาร์บอน ส่วนที่ละลายได้ และบทบาทของสัตว์ในดินต่อการย่อยสลายสารอินทรีย์ต่างคุณภาพ การทดลอง ระยะยาวในสถานีทดลองที่ ตำบลท่าพระ จังหวัดขอนแก่น โดยมีกรรมวิธีทดลองได้แก่ สารอินทรีย์ คุณภาพแตกต่างกัน 6 กรรมวิธีทดลองคือ 1) กรรมวิธีควบคุมซึ่งไม่มีการใส่สารอินทรีย์ 2) กรรมวิธีที่ ใส่ซากถั่วลิสง (groundnut stover; GN) ซึ่งจัดว่ามีคุณภาพสูง กล่าวคือมีไนโตรเจนสูง แต่มีลิกนิน และโพลีฟีนอลส์ต่ำ 3) ใบ (+ก้าน)มะขามร่วง (tamarind; TM) จัดว่ามีคุณภาพปานกลาง กล่าวคือมี ไนโตรเจน ลิกนิน และโพลีฟีนอลส์ปานกลาง 4) ใบพลวงร่วง (dipterocarp; DP) จัดว่ามีคุณภาพต่ำ กล่าวคือมีไนโตรเจนต่ำ แต่มีลิกนิน และโพลีฟีนอลส์สูง 5) ฟางข้าว (rice starw; RS) ซึ่งมีคุณภาพที่ แตกต่างออกไป กล่าวคือ มีองค์ประกอบทั้งสามต่ำ แต่มีเซลลูโลสสูงที่สุด โดยใส่ในอัตรา 10 ตัน/ เฮกตาร์ และ 6) ซากถั่วลิสงผสมฟางข้าว (Mix) ในอัตรา10+10 ตัน/เฮกตาร์ ทุกปีๆ ละครั้ง เริ่มมา ตั้งแต่ปี 2538 โดยผลการศึกษาที่รายงานมาจากดินในปีที่ 13 และปีที่ 17-18 พบว่า ในระหว่าง กระบวนการย่อยสลาย การเปลี่ยนรูปของสารประกอบอินทรีย์คาร์บอนในสารอินทรีย์ไปเป็นอินทรีย์ คาร์บอนส่วนที่ละลายได้ (dissolved organic carbon - DOC (ที่สกัดโดย 1 M KC) ในดินที่มีการ ใส่สารอินทรีย์ติดต่อกันปีละครั้งเป็นระยะเวลา 13 ปี DOC ที่แยกส่วนตามน้ำหนักโมเลกุสโดยวิธี ไดอะไลซิส (dialysis) แบ่งออกเป็น 3 ส่วน คือ 10 กิโลดาลตัน (kDa) พบว่าบทบาท ของ DOC ต่อการสะสมอินทรีย์คาร์บอน (soil organic carbon - SOC) ที่มีเสถียรภาพในการดูดยึด และการรวมตัวของเม็ดดิน (aggregation) ที่นำไปสู่การสะสม SOC ในดินเนื้อทรายให้มีความชัดเจน ขึ้น โดยได้ศึกษาที่แปลงทดลองระยะยาวที่มีการใส่สารอินทรีย์ต่างคุณภาพ (ชีวเคมี) (ผลการศึกษานี้ มาจากดินในปีที่ 13) ได้แก่ ฟางข้าวมีไนโตรเจน (N) 5 g kg, ลิกนิน (ignin; L) 29 s kg, โพลีฟีนอลส์ (polyphenols; Pp) 7 g kg และเซลลูโลส (cellulose; CL) 507 g kg , ซากถั่วลิสงมี N 23 gkg,L 68 g kg, Pp 13 g kg และ CL 178 g kg, ใบพลวงร่วงมี N 6 g kg, L 176 gkg, pp 65 g kg และ CL 306 s kg , และใบ(+ก้าน)มะขามร่วงมี N 14 g kg, L88 g kg, Pp 32 g kg และ CL 143 g ke ผลของสารอินทรีย์เหล่านี้ต่อคุณสมบัติโดยทั่วไปของ DOC ที่เกี่ยวข้องกับการ ย่อยสลายโดยจุสินทรีย์ ซึ่งมีบทบาทต่อการทำให้เกิดเสถียรภาพของ SOC ในเม็ดดินขนาดเล็ก (microaggergates) และสารอินทรีย์ต่างคุณภาพนี้ยังมีผลต่อการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งในชั้นดิน (soil profle) ของดินอัลติซอล (Uttisol ในดินเนื้อทรายเขตร้อนของภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ใบ(+ก้าน) มะขามร่วง ซากถั่วลิสง และใบพลวงร่วงมีปริมาณ N และสารต้านทานการย่อยสลาย (L และ Pp) สูง แต่มีปริมาณของ CL ต่ำกว่าฟางข้าวทำให้มี DOC ส่วนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง (high molecular weight; HMW) (> 10 KDa) ในปริมาณสูง ผลการศึกษาทำให้คาดการณ์ได้ว่า DOC ส่วน HMW ที่ ถูกดูดยึดกับอนุภาคดินละเอียด (fine soil particles) เข้าไปมีส่วนร่วมในการเกิดเม็ดดินขนาดเล็ก (microaggregates ในดินชั้นบน (0-15 เซนติเมตร) ที่มีเสถียรภาพ เป็นผลให้เกิดการสะสม SOC สูง ในดินชั้นบนในทุกกรรมวิธีการทดลองยกเว้นกรรมวิธีฟางข้าว ในขณะที่ฟางข้าวมีปริมาณ CL สูงแต่มี ปริมาณสารต้านทานการย่อยสลายต่ำจะสร้าง DOC ส่วนที่มีโมเลกุลต่ำ (low molecular weight; LMW) (< 1 KDa) ในปริมาณสูงในระยะแรกของการย่อยสลาย DOC ส่วน LMW มีความสามารถใน การดูดยึดกับอนุภาคดินละเอียดต่ำจึงถูกซะล้างออกจากดินชั้นบนได้ง่าย ทำให้สูญเสียจากชั้นดินบนสู่ ชั้นดินที่ลึกลงไป ที่ชั้นดินดังกล่าวจะมีการสะสม DOC ส่วน LMW มาก เนื่องจากมีปริมาณอนุภาคดิน เหนียวอยู่สูง จากการศึกษานี้สรุปได้ว่าจะต้องมีการคำนึงถึงคุณสมบัติที่เหมาะสมของสารอินทรีย์ ซึ่ง จะเป็นตัวกำหนดปริมาณและองค์ประกอบของ DOC ดังนั้นจะต้องมีการศึกษาถึงกลไกในเชิงลึกที่ เกี่ยวกับการเกิดเป็นเม็ดดินที่ได้รับอิทธิพลจากคุณภาพทางเคมีและปริมาณของ DOC โดยเนันที่ดิน เนื้อหยาบที่มีอนุภาคดินเหนียวต่ำ ซึ่งจะทำให้เกิดความก้าวหน้า ความเข้าใจ ในประโยชน์ของ DOC ต่อการสร้างเสถียรภาพ C ในดิน ซึ่งจะทำให้เพิ่มขนาดของแหล่งการสะสม (sink) ของ C ให้มากขึ้น การศึกษาอิทธิพลของสิ่งมีชีวิตผู้ทำการย่อยสลาย ได้แก่ สัตว์ในดินขนาดใหญ่ ทำการศึกษา อิทธิพลของสัตว์ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ต่างคุณภาพ (Soil nacro-meso fauna effect) โดยใช้ เทคนิคถุงตาข่าย (litter bag) โดยดำเนินการทดลองที่แปลงทดลองระยะยาวในปีที่ 18 ของการใส่เทคนิคถุงตาข่าย (litter bag)โดยดำเนินการทดลองที่แปลงทดลองระยะยาวในปีที่ 18 ของการใส่ สารอินเรีย์ ในปี 2555 ประกอบด้วย 5 กรรมวิธีทดลอง ที่ไม่รวมกรรมวิธี Mix ฝังถุงตาข่าย (ที่ 15 เซนติเมตร) ที่บรรจุสารอินทรีย์ชนิดต่างๆ ตามกรรมวิธีทดลองในปริมาณ 40 กรัมต่อถุง มีขนาด 20X20 ตารางเซนติเมตร ที่มีขนาดรู 2 ขนาด คือ 20 และ 0.135 มิลลิเมตร สุ่มเก็บตัวอย่างถุงตาข่าย หลังจากที่ฝังถุงตาข่าย 8 ครั้ง ในช่วง 1, 2, 4, 8, 16, 26, 39 และ 52 สัปดาห์หลังใส่สารอินทรีย์ นำมาแยกสัตว์ในดินและสารอินทรีย์ออกจากกัน โดยใช้มือ และใช้วิธีการแยกด้วยความร้อนโดยผ่าน เทคนิคกรวยทัลเกร็นหรือกรวยเบอร์ลีส (Tullgren หรือ Berlese funnel) และความหลากหลายของ สัตว์ในดินในส่วนนี้แบ่งออกเป็น 2 ส่วนได้แก่ การเก็บตัวอย่างสัตว์ในดินก่อนใส่สารอินทรีย์ ปีที่ 18 และเก็บ ตัวอย่างสัตว์ในดินในถุงตาข่ายที่มีรูทั้ง 2 ขนาดที่บรรจุสารอินทรีย์ต่างคุณภาพในปีที่ 18 ส่วนที่ 1 เก็บ ตัวอย่างสัตว์ก่อนใส่สารอินทรีย์ปีที่ 18 โดยในแต่ละแปลงที่ส่สารอินทรีย์แต่ละชนิด ซึ่งจะทำการเก็บ สัตว์ในดินขนาดใหญ่ทันที ในแปลงย่อยขนาด 1x1 เมตร ส่วนสัตว์ในดินขนาดกลางต้องเก็บตัวอย่าง ดินในพื้นที่ 20x20 เซนติเมตร และนำมาแยกสัตว์ออกจากดินด้วยความร้อนของชุดอุปกรณ์ Berlese funnel สำหรับส่วนที่ 2 เก็บตัวอย่างสัตว์ในดินในถุงตาข่ายที่มีรูทั้ง 2 ขนาด โดยทำการเก็บ เช่นเดียวกันกับส่วนที่ 1 คือ เก็บตัวอย่างสัตว์ขนาดใหญ่ทันที ส่วนที่มีขนาดเล็กและเหลืออยู่ภายใน ซากและไม่สามารถเก็บได้หมด นำมาแยกด้วย Berlese funnel เช่นกัน โดยที่หลังจากที่ทำการแยก สัตว์ในดินออกจากซากพืชที่เหลือในแต่ละช่วงของการย่อยสลายแล้ว สัตว์ที่ถูกแยกออกได้ทั้งหมดจะ ถูกเก็บรักษาสภาพไว้ในแอลกอฮอล์ความเข้มข้น 70% แล้วนำไปทำการนับจำนวนและจำแนกเพื่อ คำนวณหาค่าดัชนีความหลากหลายต่อไป ผลการศึกษาแสดงว่า สิ่งมีชีวิตผู้ทำการย่อยสลาย ที่เป็นสัตว์ขนาดใหญ่ (macrofauna) มีบทบาทสูงในการย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ต้านทานการย่อยสลาย ได้แก่ ใบพลวงร่วง ในช่วงท้ายของการย่อยสลาย ซึ่งสารอินทรีย์ที่มีองค์ประกอบของคาร์บอนมาก ไม่ ว่าจะเป็นองค์ประกอบที่ย่อยยาก เช่น L และ Pp หรือองค์ประกอบคาร์บอนที่ย่อยสลายง่าย เช่น CL รวมทั้งอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจน (C/N ratio) มีสหสัมพันธ์ทางบวกที่สูงและมีนัยสำคัญกับ ความหลากหลายของสัตว์ในดิน (H / ในขณะที่องค์ประกอบของ N ไม่มีสหสัมพันธ์ที่มีนัยสำคัญกับ H เนื่องจากสารประกอบอินทรีย์ไนโตรเจนในซากอินทรีย์บางชนิด เช่น ใบ(+ก้าน)มะขามร่วง มีมีฤทธิ์เป็น สารปฏิปักษ์ (allelochemicals) ที่ยับยั้งการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้ คุณสมบัติของดินที่ เป็นผลมาจากการใส่สารอินทรีย์เหล่านี้ ได้แก่ คุณสมบัติการปลดปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และการ สะสมอินทรีย์คาร์บอน มีสหสัมพันธ์ทางบวกที่สูงต่อความหลากหลายของสัตว์ในดินด้วย สำหรับการ เปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบทางเคมีของสารประกอบคาร์บอน ได้แก่ C, L, CL และ PP ของ สารอินทรีย์ที่กำลังย่อยสลาย ขึ้นอยู่กับสัตว์ที่จะสามารถเข้าทำการย่อยสลาย โดยมีปัจจัยองค์ประกอบ ทางเคมีหรือคุณภาพของสารอินทรีย์มาเป็นปัจจัยกำหนดการเข้าย่อยสลายของสัตว์ขนาดใหญ่ การศึกษาส่วนนี้ขี้ให้เห็นว่าสัตว์ในดินไม่มีอิทธิพลในการสลายตัวและการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทาง คาร์บอนของสารอินทรีย์ทั้งที่สลายตัวง่าย (CL) และต้านทานต่อการสลายตัว (L) ในช่วงต้น (4 สัปดาห์ แรกหลังใส่สารอินทรีย์ลงดิน) ของการย่อยสลาย แต่จะมีอิทธิพลมากขึ้นโดยลำดับจากช่วงกลาง (4 -26 สัปดาห์) ถึงท้าย (26-52 สัปดาห์) ของการย่อยสลาย ยกเว้นแต่องค์ประกอบ Pp ที่มีการเปลี่ยนแปลง ระหว่างการย่อยสลายที่เป็นผลมาจากสัตว์ในดินต่ำกว่าองค์ประกอบคาร์บอนอื่น ๆ ในสารอินทรีย์ทุก ชนิด ยกเว้นใบพลวงร่วงที่ได้รับอิทธิพลจากสัตว์มากกว่าสารอินทรีย์อื่น ๆ การวิจัยส่วนที่สองมีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาอิทธิพลของถ่านต่อการปลดปล่อยก๊าซเรือน กระจก จากถ่านที่ผลิตจากวัตถุดิบเดียวกันแต่ใช้วิธีเผา (pyrolysis) ต่างกันในการเป็นสารปรับปรุงดิน ที่มีเนื้อดินและแร่วิทยาต่างกัน เพื่อลดปริมาณการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก ดินที่ใช้ในการทดลอง เป็นดินคือ ชุดดินโคราช (Typic Kandiustult) เนื้อร่วนทราย จากชอนแก่น และชุดดินวาเฮียวา (Wahiawa soil) (Rhodic Haplustox) เนื้อร่วนเหนียว (sity clay loam) จากรัฐฮาวาย ประเทศ สหรัฐอมริกา ผึ่งดินให้แห้ง แล้วร่อนผ่านตะแกรงขนาด 2 มิลลิเมตร แล้วเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้อง (ประมาณ25C)ก่อนทำการทดลอง ทำการขนส่งชุดดินโคราชจากมหาวิทยาลัยขอนแก่น ไปยังมหาวิทยาลัยฮาวาย เพื่อทำการทดลองบ่ม ส่วนถ่านทำจากส่วนปลายของไม้ยูคาลิปตัส (Eucalyptus camaldulensis) ที่ เผาด้วยวิธีการที่แตกต่างกันสองวิธี คือ แบบพื้นเมืองของไทย (Thai traditional kiln; TK) ซึ่งเผาที่ อุณหภูมิประมาณ 350 *C และวิธี Flash Carbonization"" (FC ซึ่งเผาโดยใช้อุณหภูมิสูงสุดคือ 800 C การทดลองบ่ม ประกอบด้วย 2 การทดลอง เพื่อประเมินอิทธิพลของถ่านต่อความเข้มข้นของ NHและ NO: (การทดลองบ่มที่ 1) ดำเนินการระหว่างเดือน ตุลาคม - พฤศจิกายน 2554 และต่อ การปลดปล่อยก๊ซเรือนกระจก (การทดลองบ่มที่ 2) ดำเนินการระหว่างเดือนมกราคม - กุมภาพันธ์ 2555 ในดินที่มีเนื้อดินและแร่วิทยาที่แตกต่างกัน ทำการบ่มดินโดยใส่ถ่านในอัตรา 0, 1, 2 และ 4 % โดยน้ำหนัก ลงในดินทั้งสองที่น้ำหนัก 100 กรัม ในการทดลองที่ 1 ได้ทำการเก็บตัวอย่างที่ 30 วัน หลังการใส่ถ่าน เพื่อวิเคราะห์ความเข้มข้นของอนินทรีย์ไนโตรเจน (NH และ NO:)แล้วเก็บ ตัวอย่างดินสดไว้ที่ -13 *C ทันที เพื่อวิเคราะห์หาอนินทรีย์ไนโตรเจนต่อไป ส่วนการทดลองที่ 2 ได้ เก็บตัวอย่างก๊าซที่ 1, 2, 4, 8, 16 และ 32 วันหลังใส่ถ่าน ก่อนเก็บตัวอย่างก๊าซได้ปิดฝาภาชนะ (หน่วยทดลอง) เป็นเวลา 24ชั่วโมง ก่อนเก็บตัวอย่าง เก็บตัวอย่างก๊าซด้วยเข็มฉีดยาขนาด 10 มิลลิลิตร แล้วเก็บตัวอย่างก๊ซไว้ในหลอดแก้วขนาด 10 มิลลิลิตร ทันที เพื่อวิเคราะห์ความเข้มข้น ของก๊าซเรือนกระจก (CO2, CH4 และ N.0) ต่อไป ผลการศึกษาแสดงว่าองค์ประกอบส่วนที่ย่อย สลายง่ายของถ่านซึ่งเป็นของส่วนสารระเหย (volatile matter; VM) มีอิทธิพลต่อการปล่อย CO2, CH4 และ N20 มากกว่าส่วนที่ย่อยสลายยากนั่นคือคาร์บอนเสถียร นอกจากนี้การปลดปล่อย GHG ยังได้รับอิทธิพลจากคุณสมบัติของดินโดยเฉพาะอย่างยิ่งความจุในการต้านทานการเปลี่ยนแปลงทาง เคมีของดิน (buffering capacity) โดยทั่วไปแล้ว VM ของถ่านกระตุ้นการปลดปล่อย CO2, CH4 และ N.O ในทั้งดินที่มีค่า buffering capacity ทั้งสูง (Oxisol) และต่ำ (Ultisol) แต่ส่วนเถ้าของถ่านที่มี บทบาทสำคัญในการเพิ่ม H ของดินนั้นยับยั้งการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก (Greenhouse gas - GHG) เหล่านี้ อย่างไรก็ตาม ถ่านที่มี VM สูง (ถ่านอุณหภูมิต่ำ ในอัตราสูง (49) ยับยั้งการปลดปล่อย CO2 ซึ่งคาดว่าเป็นผลจากสารพิษบางชนิดในถ่านไปยับยั้งการทำงานของจุลินทรีย์ที่สร้าง CO2 ผล จากการศึกษานี้นำไปสู่การเสนอกลไกที่อาจเป็นไปได้ต่อการผลิตและปลดปล่อย GHG ที่ได้รับอิทธิพลจากองค์ประกอบ VM และเถ้าของถ่าน ที่มีต่อการทำงานของจุลินทรีย์ดิน กลไกที่ได้รับอิทธิพลจาก สารประกอบที่เป็นองค์ประกอบของ VM คือ กลไกโดยตรงที่เกี่ยวข้องกับการที่ VM เป็นแหล่งอาหาร หรือในทางตรงข้าม เป็นสารพิษต่อจุลินทรีย์ และกลไกโดยอ้อมคือ การที่ VM สามารถทำปฏิกิริยา เป็นสารประกอบเชิงซ้อนกับธาตุและธาตุที่เป็นพิษบางชนิด ในขณะที่เถ้านั้นเกี่ยวข้องกับการเพิ่ม pH ของดิน ที่จะเพิ่มได้ต่างกันในดินที่มี buffering capacity ต่างกันที่ศึกษา และเถ้ามีอิทธิพลโดยตรงใน การดูดยึด GHG บางซนิด นั่นคือ C02 และ N.0 อย่างไรก็ตาม ในการศึกษานี้ ถ่านไม่มีอิทธิพลต่อ การปลดปล่อย CH4 คาดว่าเนื่องจากสภาพของดินที่มีการถ่ายเทอากาศอย่างเพียงพอ งานวิจัยที่ควร ดำเนินต่อไปคือทดสอบกลไกต่างๆ ที่ได้เสนอไว้ในการศึกษานี้ |
| บทคัดย่อ (EN): |
Results of the research projectpresented in this report was under the Research Group on Soil Organic Matter Management. The first part was aimed at evaluating effects of long-term application of organic materials of different qualities (chemical composition) on their decomposition and transformation of organic carbon compounds to dissolved organic carbon. It was also aimed at studying roles of soil fauna in decomposition of different quality organic residues. The long-term field experiment was conducted in an experimental station at Tha Phra subdistrict, Khon Kaen province. There were 6 treatments of different quality organic residues including 1) control (no residue application), 2) groundnut stover (GN) (high quality residue with high contents of nitrogen (N) but low lignin (L) and polyphenols (Pp)), 3) tamarind leaf (+petiole) litter (TM) (intermediate quality residue with medium contents of N, L, and Pp), dipterocarp leaf litter (DP) (low quality residue with low contents of N but high L and Pp, 5) rice straw (RS) which had different quality, i.e., it had low contents of all the three biochemical components but it had the highest cellulose (CL) content. The rate of residues applied for the first five treatments was 10 t/ha /year. The last treatment was RS mixed with GN (Mix) at the rate 10+10 t/ha/year. Application of these 6 treatments has been performed since 1995 (BE 2538). Results reported herein were obtained from year 13 and years 17 – 18. To study transformation of organic carbon compounds to dissolved organic carbon (DOC), the DOC was extracted with 1 MKCl in soils amended yearly with organic materials of different qualities for 13 years. The DOC was fractionated based on their molecular weights using dialysis method. There were three fractions, i.e., 10 kDa. It was found that DOC played role in accumulation of soil organic carbon (SOC) which was stabilized through adsorption on surfaces of soil particle and occluded in soil aggregates resulting in SOC accumulation in a sandy soil. This study was conducted in the long-term field experiment with the treatments of different quality (biochemical) organic residues (this results were obtained from soil samples at year 13) including RS (5 g N kg-1, 29 g L kg-1, 7 g Pp kg-1, and 507 g CL kg-1), GN (23 g N kg-1, 68 g L kg-1, 13 g Pp kg- 1, and 178 g CL kg-1), DP (6 g N kg-1, 176 g L kg-1, 65 g Pp kg-1, and 306 g CL kg-1), TM (14 g N kg-1, 88 g L kg-1, 32 g Pp kg-1, and 143 g CL kg-1). Effects of different quality organic materials on DOC properties resulting from microbial decomposition played an important role in SOC stabilization in soil microaggregates. In addition, these organic materials had influence on vertical movement in soil profile of their derived organic compounds in the tropical course-textured Ultisol in Northeast Thailand. TM, GN, and DP with higher contents of N and recalcitrant substances but lower content of CL than RS, generated high contents of high molecular weight (HMW) fraction DOC (> 10 kDa). This is an important advancement to the existing knowledge that HMW fraction DOC is stabilized through adsorption onto fine soil particles to form microaggregates in topsoils (0 – 15 cm). This resulted in SOC accumulation in topsoils in all treatments with the exception of RS. The RS which had high content of CL but low recalcitrant compounds produced low molecular weight (LMW) fraction DOC (< 1 kDa) in the earlier stage of decomposition. LMW fraction DOC, with low affinity for adsorption, was easily leached leading to its loss from the topsoils to subsoils where, it was accumulated due to high clay content. It can be concluded from this study that appropriate quality organic residues must be considered as a determinant of DOC content and composition. In this respect, more in-depth investigation on mechanisms pertaining to aggregate formation as influenced by quality and quantity of DOC needs to be undertaken with emphasis on coarse-textured soils with low clay contents. This will advance the understanding on how DOC contributes to C stabilization in soils which will lead to the increases of their C sink size. The study of effects of soil macro and mesofauna on decomposition of different quality residues employed the litter bag technique. This study was conducted at the long-term field experiment in year 18 (BE 2555). There were five treatments excluding the Mix treatment. Litter bags of size 20 x 20 cm2 containing 40 g of residues of each treatment were buried into the soil at 15 cm depth. There were two mesh sizes of the litter bag, i.e., 20 and 0.135 mm. Litter bags were retrieved at eight time intervals, i.e., 1, 2, 4, 16, 26, 39, and 52 weeks after litter bag bury. Soil fauna was extracted from the organic residues by hand picking and the Tullgren/Berlese funnel technique. Study of soil fauna diversity was divided into two parts, i.e., before and after residue application of year 18. As for Part1, soil fauna was extracted before residue application of year 18. Macro faunas was immediately extracted in a subplot of the size of 1 x 1 m2. Meanwhile, mesofauna was extracted from soil in an area of 20 x 20 cm2, employing the Berlese funnel technique. Meanwhile for Part2 of the study, soil fauna was extracted from the two mesh sized litter bag. The methods used for the extraction were similar to those in Part1, i.e., macrofauna was immediately collected by hand, while the smaller sizedfaunain the residue wereextracted by the Berlese funnel technique. After the extraction, soil faunas was stored in 70% alcohol for later quantity and taxonomic classification to determine their diversity. Results indicated that soil macrofauna as had a dominant role in decomposition of recalcitrant organic material, i.e., DP, in the later stage of decomposition. Organic materials possessing high contents of C including recalcitrant C compounds, e.g., L and Pp, and labile C compounds, e.g., CL, as well as high C/N ratio, had significant positive correlation with soil fauna diversity (H’). Meanwhile, N content was not significantly correlated with H’. This was likely due tonegative effect of allelochemicals in the form of N compounds in the residue, e.g., TM, on growth of soil fauna. In addition, soil properties influenced by organic residue application, i.e., CO2 emission and organic C accumulation, had high positive correlation with soil fauna diversity. Changes in chemical composition of C compounds, i.e., C, L, CL, and Pp, of decomposing organic materials depended upon types of decomposers soil macrofauna which were, in turn, determined by chemical composition or quality of organic residues. Results of this study indicated that soil fauna did not influence decomposition and changes in chemical composition of C compounds of both labile (CL) and recalcitrant (L) compounds in the earlier stage of decomposition (the first 4 weeks after residue application). Nevertheless, they had more pronounced effect in the middle (4 -26 weeks) and later (26 – 52 weeks) stages. This was with the exception of Pp which changes were lower than the other compounds in all organic materials with the exception of DP which was more highly affected by soil fauna than other residues. The second part of the research was aimed at studying effects of biochars on greenhouse gas emissions from soils treated with biochars produced from the same feedstock but different pyrolysis techniques to reduce greenhouse gas emissions. Soils used in this study were the Khorat soil (Typic Kandiustult) having sandy loam texture obtained from Khon Kaen, Thailand, and the Wahiawa soil (Rhodic Haplustox) possessing silty clay loam texture from Hawaii, USA. Soils were air-dried and screened to pass through a 2 mm sieve and stored at room temperature (approx. 25oC) for a later incubation experiment. The Khorat soil was shipped from Khon Kaen University to the Univ. of Hawaii for the incubation experiment. Biochars were produced from the upper part of eucalyptus tree (Eucalyptus camaldulensis) undergoing two pyrolysis techniques, i.e., Thai traditional kiln (TK) (approx. 350oC) and Flash CarbonizationTM (FC) (up to 800oC). There were two incubation experiments aiming at evaluation of biochar effects on NH4+ and NO3- concentrations (incubation experiment 1 performed during October – November 2011), and on greenhouse gas emissions (incubation experiment 2performed during January – February 2012) in soils contrasting in texture and mineralogy. Each biochar at the rates of 0, 2, 4% w/w was thoroughly mixed and incubated with a 100 g soil. In incubation experiment 1, soil samples were collected at 30 days after biochar incorporation and subsequently stored in -13oC for further determination of mineral N (NH4+ and NO3-) concentrations. Meanwhile in incubation experiment 2, gas was sampled at the time intervals of 1, 2, 4, 8, 16, and 32 days after biochar incorporation. Gas was sampled from a sealed container (experimental unit) after it was capped for 24 h with a 10 ml syringe and immediately stored in 10 ml glass bottle for further determination of greenhouse gases (CO2, CH4, and N2O). Results showed that volatile matter (VM)-derived labile fractions of biochars had higher effects on emissions of CO2, CH4, and N2O than their recalcitrant constituents counterpart. In addition, GHG emissions were also affected by soil properties, particularly soil buffering capacity. In general, biochar VM stimulated emissions of CO2, CH4, and N2O in both high (the Oxisol) and low (the Ultisol) buffering capacity soils. Meanwhile, biochar ash, through increasing soil pH, suppressed these GHGs. However, high rate (4%) of high VM low temperature biochar suppressed CO2 emission. There may have been some VM-derived toxic substances inhibiting CO2 producer microorganisms. Possible mechanisms were proposed on production and emission of GHGs as affected by VM and ash through their effects on microbial activity. Mechanisms pertaining to effects of VM derived organic compounds on GHG emission are direct mechanisms involving VM acting as a C source for microorganisms and as microbial toxic substances. In addition, an indirect mechanism pertaining to VM through its forming complexation with microbial toxic elements. Meanwhile, ash caused increases in soil pH. However, the increase was different in soils of different texture and mineralogy. In addition, ash could have a direct effect through adsorption of CO2 and N2O. However, CH4 emission was not affected by biochars due to aerobic conditions of this study. Further research is required to test the proposed mechanisms. |
