Repositorio
Institucional

Matus, Francisco

Ferrous wheel hypothesis II: Abiotic incorporation of mineral nitrogen into organic pools in volcanic soils of temperate forest ecosystems

ACADEMIC PRESS LTD- ELSEVIER SCIENCE LTD

JOURNAL OF ENVIRONMENTAL MANAGEMENT

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Understanding the pathways of nitrogen (N) retention in pristine forest soils is essential for effective ecosystem management and nutrient conservation. The incorporation of nitrate (NO3- ) and nitrite (NO2- ) into organic N in soils without microbiological contribution remains a very intriguing question. This study explores the abiotic incorporation of nitrate (NO3- ) and nitrite (NO2- ) into organic N of volcanic soil under sterilized and anoxic conditions, providing insights into mineral N losses occurring as dissolved organic N (DON) rather than the commonly accepted nitrate leaching. We evaluated the hypothesis that nitrate (NO3- ) can be reduced to nitrite (NO2- ), which subsequently reacts with organic matter through nitration and nitrosation, leading to the formation of organic nitrogen. This mechanism, which is of great ecological significance, supports the Ferrous Wheel Hypothesis (FWH). The FWH proposes that ferrous iron, Fe(II), reduces NO3 - to NO2 - within anaerobic microsites, and that Fe(II) is then re-oxidised to ferric iron, Fe(III), contributing to the formation of dissolved organic N (DON). Both NO3 -and NO2 - declined rapidly by 51 and 94 %, while labelled organic N increased by 20-38 % for NO3 -and 42-44 % for NO2 - within seconds. The incorporation of 15N into organic forms was confirmed using ATR-FTIR and benzene:isopropanol extraction, with the lowest and highest accumulation observed at 5 and 15 mg NO3- kg-1, respectively. These results demonstrate that NO3 -incorporation into organic N can occur primarily through abiotic processes, supporting the FWH, as both DON and solid-phase organic N were measured. These findings highlight the natural resilience of volcanic soils in unpolluted old-growth temperate rainforests to N loss and provide new insights into long-term ecosystem stability and nutrient cycling. Further research should investigate the interplay between abiotic and biotic N transformations under field conditions and across diverse forest ecosystems.Comprender las vías de retención de nitrógeno (N) en suelos forestales prístinos es esencial para una gestión eficaz de los ecosistemas y la conservación de nutrientes. La incorporación de nitrato (NO3-) y nitrito (NO2-) al N orgánico en suelos sin contribución microbiológica sigue siendo una cuestión muy interesante. Este estudio explora la incorporación abiótica de nitrato (NO3-) y nitrito (NO2-) al N orgánico de suelo volcánico en condiciones esterilizadas y anóxicas, proporcionando información sobre las pérdidas de N mineral que ocurren como N orgánico disuelto (NOD) en lugar de la lixiviación de nitrato comúnmente aceptada. Evaluamos la hipótesis de que el nitrato (NO3-) puede reducirse a nitrito (NO2-), que posteriormente reacciona con la materia orgánica a través de la nitración y la nitrosación, dando lugar a la formación de nitrógeno orgánico. Este mecanismo, que tiene gran importancia ecológica, respalda la Hipótesis de la Rueda Ferrosa (HVF). La hipótesis FWH propone que el hierro ferroso, Fe(II), reduce el NO3- a NO2- dentro de micrositios anaeróbicos, y que el Fe(II) se reoxida a hierro férrico, Fe(III), contribuyendo a la formación de nitrógeno orgánico disuelto (NOD). Tanto el NO3- como el NO2- disminuyeron rápidamente en un 51 % y un 94 %, respectivamente, mientras que el nitrógeno orgánico marcado aumentó entre un 20-38 % para el NO3- y entre un 42-44 % para el NO2- en cuestión de segundos. La incorporación de 15N en formas orgánicas se confirmó mediante ATR-FTIR y extracción con benceno:isopropanol, observándose la menor y la mayor acumulación a 5 y 15 mg NO3- kg-1, respectivamente. Estos resultados demuestran que la incorporación de NO3- al nitrógeno orgánico puede ocurrir principalmente a través de procesos abióticos, lo que respalda la hipótesis FWH, ya que se midieron tanto el NOD como el nitrógeno orgánico en fase sólida. Estos hallazgos resaltan la resiliencia natural de los suelos volcánicos en bosques templados primarios no contaminados frente a la pérdida de nitrógeno y aportan nuevas perspectivas sobre la estabilidad del ecosistema a largo plazo y el ciclo de nutrientes. Se recomienda realizar investigaciones adicionales para estudiar la interacción entre las transformaciones abióticas y bióticas del nitrógeno en condiciones de campo y en diversos ecosistemas forestales.

artículo original

Abiotic N reaction

Soil organic N

Dissolved organic N

Pristine rainforest

Volcanic soils

10.1016/j.jenvman.2025.126311

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NITRATE REDUCTION

RAIN-FOREST

SPECTROPHOTOMETRIC DETERMINATION

NITRITE

IMMOBILIZATION

RETENTION

MATTER

TRANSFORMATIONS

STERILIZATION

MECHANISMS

NITRATE REDUCTION

RAIN-FOREST

SPECTROPHOTOMETRIC DETERMINATION

NITRITE

IMMOBILIZATION

RETENTION

MATTER

TRANSFORMATIONS

STERILIZATION

MECHANISMS

Ciencias del suelo

Ecología

Geoquímica y Geofísica

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WOS:001525910100003

Ferrous wheel hypothesis II: Abiotic incorporation of mineral nitrogen into organic pools in volcanic soils of temperate forest ecosystems

artículo original

ACADEMIC PRESS LTD- ELSEVIER SCIENCE LTD

JOURNAL OF ENVIRONMENTAL MANAGEMENT

Environmental Sciences

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0301-4797

National Agency for Research and Development (ANID)

National Agency for Research and Development (ANID) [1220786]

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