Repositorio
Institucional

Merino, Carolina

The dark side of the soil carbon cycle: Hydroxyl radicals and abiotic CO2 production

PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

SOIL BIOLOGY & BIOCHEMISTRY

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Fenton-type reactions without light (Dark-Fenton) in some forest soils generate hydroxyl radicals (center dot OH) from ferrous iron [Fe(II)] and dissolved organic carbon (DOC) under fluctuating anoxic-oxic conditions. We hypothesized that Fe(II) concentrated in micropores (<10 mu m) raises radical production in soil, exceeding electron donation solely by DOC, and that radical-mediated abiotic oxidation releases CO2. Four undisturbed humid forest soils, ranging from sandy loam to silty clay loam with contrasting parent materials, were incubated anoxically (similar to 14 days) and then exposed to oxygen for 24 h in the dark. We introduced hydrogen peroxide (5-300 mu M), and the delta C-13 signature confirmed that the CO2 originated from DOC rather than from bulk soil organic matter (SOM). Soils with higher Fe(II) (similar to 35 mu M) in clay-rich or metamorphic parent materials produced up to similar to 25 nM center dot OH in 24 h and released similar to 20-25 % additional CO2 upon short-term re-oxygenation. Volcanic soils with similar to 15 mu M Fe(II) generated fewer radicals (similar to 5-10 nM) and only 5-10 % extra CO2. Micropores concentrated Fe(II), intensifying center dot OH formation and drove an abiotic CO2 flux that reached 25 % of total soil respiration. We condensed this effect into a single coefficient, ready for implementation in soil carbon models. Concluding, short redox pulses can oxidize 5-20 % of DOC via hydroxyl radicals produced by Fe(II) oxidation, adding a non-microbial (abiotic) flux to the total CO2 released from soil. These results revise the common view that soil CO2 originates exclusively from microbial and root respiration by revealing a sizeable abiotic contribution under fluctuating redox conditions.Las reacciones de tipo Fenton sin luz (Fenton oscuro) en algunos suelos forestales generan radicales hidroxilo (•OH) a partir de hierro ferroso [Fe(II)] y carbono orgánico disuelto (COD) bajo condiciones anóxicas-óxicas fluctuantes. Planteamos la hipótesis de que el Fe(II) concentrado en microporos (<10 μm) aumenta la producción de radicales en el suelo, superando la donación de electrones únicamente por el COD, y que la oxidación abiótica mediada por radicales libera CO2. Cuatro suelos forestales húmedos no perturbados, que varían desde franco arenoso hasta franco arcilloso limoso con materiales parentales contrastantes, se incubaron en condiciones anóxicas (aproximadamente 14 días) y luego se expusieron a oxígeno durante 24 h en la oscuridad. Introdujimos peróxido de hidrógeno (5-300 μM), y la firma delta C-13 confirmó que el CO2 se originó a partir del COD en lugar de la materia orgánica del suelo (MOS). Los suelos con mayor contenido de Fe(II) (aproximadamente 35 μM) en materiales parentales ricos en arcilla o metamórficos produjeron hasta aproximadamente 25 nM de „OH en 24 h y liberaron aproximadamente un 20-25 % de CO2 adicional tras una reoxigenación a corto plazo. Los suelos volcánicos con aproximadamente 15 μM de Fe(II) generaron menos radicales (aproximadamente 5-10 nM) y solo un 5-10 % de CO2 adicional. Los microporos concentraron Fe(II), intensificando la formación de „OH e impulsando un flujo abiótico de CO2 que alcanzó el 25 % de la respiración total del suelo. Condensamos este efecto en un único coeficiente, listo para su implementación en modelos de carbono del suelo. En conclusión, los pulsos redox cortos pueden oxidar entre un 5 y un 20 % del DOC a través de radicales hidroxilo producidos por la oxidación de Fe(II), añadiendo un flujo no microbiano (abiótico) al CO2 total liberado del suelo. Estos resultados revisan la visión común de que el CO2 del suelo se origina exclusivamente a partir de la respiración microbiana y radicular, al revelar una importante contribución abiótica en condiciones redox fluctuantes.

artículo original

Dark Fenton-type reactions

Hydroxyl radicals

Ferrous iron

Dissolved organic carbon

Redox fluctuations

10.1016/j.soilbio.2025.109951

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FLUORESCENCE SPECTROSCOPY

ELECTRON-ACCEPTORS

ORGANIC-MATTER

WATER

INTERFACE

DYNAMICS

STORAGE

ACIDS

IRON

FLUORESCENCE SPECTROSCOPY

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Ciencias del suelo

Geoquímica y Geofísica

Ciencias del Medio Ambiente

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WOS:001562387700001

The dark side of the soil carbon cycle: Hydroxyl radicals and abiotic CO2 production

artículo original

PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD

SOIL BIOLOGY & BIOCHEMISTRY

Soil Science

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0038-0717

CC BY 4.0

Lithuania (LMTLT) under the Program 'University Excellence Initiative' Project 'Development of the Bioeconomy Research Center of Excellence'

Lithuania (LMTLT) under the Program 'University Excellence Initiative' Project 'Development of the Bioeconomy Research Center of Excellence' [S-A-UEI-23-14]

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