The research conducted during the three years doctoral activity was focused on the effect of temperature change on chemical and biochemical properties of two different soil components of beech (Fagus sylvatica) forest soils from central Apennines (Italy): i) rhizosphere, which was contrasted with the bulk soil, and ii) organic horizons (OLn, OLv, OH) and the first mineral horizon (A). In the experimental design a small altitudinal transect (800 and 1000 m) with a different mean annual air temperature of 1°C was considered, together with a latitudinal transect with no difference in the mean annual air temperature but different for the summer-winter thermal excursion. The research was preceded by the development of a method to obtain data of total carbon and nitrogen with non-destructive and less time-consuming instruments in order to develop rapid and reliable field analyses (Paper I). Significant results were obtained with the rhizosphere, which showed marked differences with respect to the bulk at 1000 m, particularly for the greater content of total organic carbon (TOC), water extractable organic matter (WEOM), and available P concentration due to rhizodeposition processes. The enriched micro-environment of the rhizosphere also fosters a rapid nutrients' cycle (Paper II). This was confirmed by the higher content of sugars, soluble phenols and tannins in the rhizosphere WEOM at 1000 m (Paper III). Comparing results along the latitudinal transect, in the subsoil only small differences were recorded. Conversely, the topsoil (O+A horizons) showed chemical and biochemical differences ascribable to the summer-winter thermal excursion trend, with different behaviors of the enzymatic activities depending on their role in litter decomposition. However, in both topsoil and subsoil, horizons thickness and the TOC and total nitrogen contents were higher at 1000 than at 800 m, so confirming that an increase of temperature at these altitudes will increase the mineralization rate (Paper IV).

Durante il triennio di dottorato è stato studiato l'effetto del cambio di temperatura sulle proprietà chimiche e biochimiche di due componenti di suoli sotto faggio (Fagus sylvatica) dell'Appennino centrale (Italia): la rizosfera e il topsoil (orizzonti organici e il primo orizzonte minerale). Il disegno sperimentale ha considerato un transetto altitudinale (800 e 1000 m), con una differenza di temperatura media annua dell'aria di 1°C, e un transetto latitudinale, dove non si hanno differenze di temperatura media annua, ma ve ne sono in termini di escursione termica estate-inverno. La ricerca è stata preceduta dalla messa a punto di un metodo strumentale per ottenere più rapidamente dati di carbonio e azoto totali (TN) che siano affidabili e non distruttivi (Paper I). Risultati significativi sono stati ottenuti analizzando la rizosfera che, soprattutto a 1000 m, ha mostrato maggiori contenuti di carbonio organico totale (TOC), di sostanza organica estraibile in acqua (WEOM) e P disponibile del suolo bulk. Con l'aumento di 1°C si potrebbe così verificare un'accelerazione del ciclo dei nutrienti negli ambienti forestali a 1000 m (Paper II). Questo risultato è stato confermato da un maggior contenuto di zuccheri, fenoli solubili e tannini nella WEOM degli stessi suoli (Paper III). Comparando i risultati lungo la latitudine, gli orizzonti minerali sottosuperficiali sono risultati molto simili. Al contrario, il topsoil ha mostrato differenze chimiche e biochimiche attribuibili all’escursione di temperatura estate-inverno, con differenti andamenti delle attività enzimatiche secondo il ruolo degli enzimi nella degradazione della lettiera. In ogni caso, nel topsoil e negli orizzonti sottosuperficiali, l'altitudine è responsabile dell’incremento del TOC, del TN e dello spessore degli orizzonti organici, confermando che l'aumento di temperatura a queste quote potrebbe accelerare la velocità di mineralizzazione della sostanza organica (Paper IV).

Changes occurring in the topsoil and in rhizosphere under fagus sylvatica along a small latitudinal-altitudinal gradient / Cardelli, Valeria. - (2017 Mar 23).

Changes occurring in the topsoil and in rhizosphere under fagus sylvatica along a small latitudinal-altitudinal gradient

CARDELLI, VALERIA
2017-03-23

Abstract

The research conducted during the three years doctoral activity was focused on the effect of temperature change on chemical and biochemical properties of two different soil components of beech (Fagus sylvatica) forest soils from central Apennines (Italy): i) rhizosphere, which was contrasted with the bulk soil, and ii) organic horizons (OLn, OLv, OH) and the first mineral horizon (A). In the experimental design a small altitudinal transect (800 and 1000 m) with a different mean annual air temperature of 1°C was considered, together with a latitudinal transect with no difference in the mean annual air temperature but different for the summer-winter thermal excursion. The research was preceded by the development of a method to obtain data of total carbon and nitrogen with non-destructive and less time-consuming instruments in order to develop rapid and reliable field analyses (Paper I). Significant results were obtained with the rhizosphere, which showed marked differences with respect to the bulk at 1000 m, particularly for the greater content of total organic carbon (TOC), water extractable organic matter (WEOM), and available P concentration due to rhizodeposition processes. The enriched micro-environment of the rhizosphere also fosters a rapid nutrients' cycle (Paper II). This was confirmed by the higher content of sugars, soluble phenols and tannins in the rhizosphere WEOM at 1000 m (Paper III). Comparing results along the latitudinal transect, in the subsoil only small differences were recorded. Conversely, the topsoil (O+A horizons) showed chemical and biochemical differences ascribable to the summer-winter thermal excursion trend, with different behaviors of the enzymatic activities depending on their role in litter decomposition. However, in both topsoil and subsoil, horizons thickness and the TOC and total nitrogen contents were higher at 1000 than at 800 m, so confirming that an increase of temperature at these altitudes will increase the mineralization rate (Paper IV).
23-mar-2017
Durante il triennio di dottorato è stato studiato l'effetto del cambio di temperatura sulle proprietà chimiche e biochimiche di due componenti di suoli sotto faggio (Fagus sylvatica) dell'Appennino centrale (Italia): la rizosfera e il topsoil (orizzonti organici e il primo orizzonte minerale). Il disegno sperimentale ha considerato un transetto altitudinale (800 e 1000 m), con una differenza di temperatura media annua dell'aria di 1°C, e un transetto latitudinale, dove non si hanno differenze di temperatura media annua, ma ve ne sono in termini di escursione termica estate-inverno. La ricerca è stata preceduta dalla messa a punto di un metodo strumentale per ottenere più rapidamente dati di carbonio e azoto totali (TN) che siano affidabili e non distruttivi (Paper I). Risultati significativi sono stati ottenuti analizzando la rizosfera che, soprattutto a 1000 m, ha mostrato maggiori contenuti di carbonio organico totale (TOC), di sostanza organica estraibile in acqua (WEOM) e P disponibile del suolo bulk. Con l'aumento di 1°C si potrebbe così verificare un'accelerazione del ciclo dei nutrienti negli ambienti forestali a 1000 m (Paper II). Questo risultato è stato confermato da un maggior contenuto di zuccheri, fenoli solubili e tannini nella WEOM degli stessi suoli (Paper III). Comparando i risultati lungo la latitudine, gli orizzonti minerali sottosuperficiali sono risultati molto simili. Al contrario, il topsoil ha mostrato differenze chimiche e biochimiche attribuibili all’escursione di temperatura estate-inverno, con differenti andamenti delle attività enzimatiche secondo il ruolo degli enzimi nella degradazione della lettiera. In ogni caso, nel topsoil e negli orizzonti sottosuperficiali, l'altitudine è responsabile dell’incremento del TOC, del TN e dello spessore degli orizzonti organici, confermando che l'aumento di temperatura a queste quote potrebbe accelerare la velocità di mineralizzazione della sostanza organica (Paper IV).
soil; rhizosphere; bulk soil; temperature changes; enzymatic activities; biochemical soil properties; chemical soil properties; Fagus sylvatica; beech; organic horizon
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Descrizione: tesi_cardelli
Tipologia: Tesi di dottorato
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11566/245508
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