Soil organic matter (SOM) is a key element in soil quality and productivity, and represents the biggest C pool of the terrestrial biosphere. Understanding soil organic carbon (SOC) retention mechanisms is necessary to address their role as potential C sink, and ensure their quality and productivity for future generations. The objective of this research was to examine, under controlled conditions, the stabilization of newly added C and N coming from crop residues in topsoil and subsoil horizons of a heavy clay soil from the St-Lawrence Lowlands. Topsoil (0-20 cm depth, 31.3 g SOC kg-1 soil) and subsoil (30-70 cm depth, 4.5 g SOC kg-1 soil) were incubated (25ºC, -38 kPa, C/N = 10) for 51 d with increasing amounts (from 0 to 40 g C kg-1 soil) of 13C-15N-labelled corn residues. Carbon mineralization was greater in topsoil than subsoil, but comparable amounts of residue-C were retained in both soils, on a whole soil basis. This suggests that the extra C lost from the topsoil came from the mineralization of autochthonous SOC. Preferential retention of residue-derived C and N occurred in large macroaggregates (>1000 µm) in the subsoil, and in small macroaggregates (250-1000 µm) in the topsoil. Macroaggregate enrichment in residue-derived C and N occurred simultaneously through small-scale adsorption (< 50 µm) and large-scale occlusion (>250 µm). Sequential density fractionation of soil coupled with X-ray diffraction mineralogical analysis revealed a greater proportion of autochthonous and residue-derived C and N associated with soil minerals in subsoil than topsoil. Subsoil organo-mineral complexes were enriched in residue-derived N, indicating preferential adsorption of nitrogenous compounds onto unsaturated mineral surfaces in the early stages of organo-mineral complexes formation. In conclusion, topsoil and subsoil horizons of a heavy clay soil from Eastern Canada can accumulate substantial amounts of residue-derived C and N, with greater potential for C and N sequestration in stable organo-mineral complexes in subsoil than topsoil. / La matière organique du sol (MOS) assure la qualité et la productivité du sol et représente le plus grand réservoir de C de la biosphère terrestre. Comprendre les mécanismes de rétention du carbone organique du sol (COS) s'avère essentiel pour évaluer le potentiel des sols à agir comme puits de C et pour assurer leur qualité et leur productivité futures. La présente recherche visait à évaluer, en conditions contrôlées, la stabilisation du C et de l'N provenant de résidus de culture nouvellement incorporés dans les horizons superficiel et profond d'un sol argileux des Basses-Terres du St-Laurent. Des échantillons de sol des horizons superficiel (0-20 cm, 31.3 g COS kg-1 sol) et profond (30-70 cm, 4.5 g COS kg-1 sol) ont été incubés (25ºC, -38 kPa, C/N=10) pendant 51 jours avec des doses croissantes (0 à 40 g C kg-1 sol) de résidus de maïs enrichis en 13C et 15N. La minéralisation du C était plus importante dans l'horizon superficiel que dans l'horizon profond, alors que la quantité de nouveau C retenue dans le sol entier était similaire dans les deux horizons, suggérant ainsi qu'une minéralisation du COS autochtone est survenue. Le C et l'N des résidus ont été retenus préférentiellement dans les grands macroagrégats (>1000 µm) dans l'horizon profond, mais dans les petits macroagrégats (250-1000 µm) dans l'horizon superficiel. L'enrichissement des macroagrégats en C et N nouveaux s'est produit par adsorption à petite échelle (< 50 µm) et par occlusion à grande échelle (>250 µm) simultanément dans le sol. Le fractionnement densimétrique couplé à l'analyse minéralogique du sol a révélé qu'une proportion plus grande du C et de l'N autochtones et provenant des résidus était associée aux phases minérales dans l'horizon profond que dans l'horizon superficiel. Les complexes organo-minéraux de l'horizon profond étaient enrichis en N autochtone et provenant des résidus, ce qui indique une adsorption préférentielle des composés azotés sur les surfaces minérales non saturées lors des premières étapes de formation des complexes organo-minéraux. Ainsi, les horizons superficiel et profond étudiés peuvent tous deux accumuler davantage de C et d'N provenant des résidus, mais le potentiel de séquestration du C et de l'N par association organo-minérale stable s'avère plus important dans l'horizon profond que dans l'horizon superficiel.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.104764 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Poirier, Vincent |
| Contributors | Denis Angers (Supervisor2), Joann Karen Whalen (Supervisor1) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Natural Resource Sciences) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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