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Pulp fibre waste as a soil amendment : rates of net carbon mineralization Kranabetter, John Marty 1990

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831-UBC_1990_A6_7 K72.pdf [ 3.62MB ]
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P U L P F I B R E WASTE AS A S O I L AMENDMENT: R A T E S OF N E T CARBON M I N E R A L I Z A T I O N B . S c , T h e U n i v e r s i t y o f S a s k a t c h e w a n , 1987 A T H E S I S S U B M I T T E D I N P A R T I A L F U L F I L L M E N T OF T H E REQUIREMENTS FOR T H E DEGREE OF T H E F A C U L T Y OF GRADUATE S T U D I E S ( D e p a r t m e n t o f S o i l S c i e n c e ) We a c c e p t t h i s t h e s i s a s c o n f o r m i n g t o t h e r e c j u i r e d s t a n d a r d T H E U N I V E R S I T Y OF B R I T I S H COLUMBIA May 1990 (cT)j.M. K r a n a b e t t e r , 1990 B y JOHN MARTY K R A N A B E T T E R MASTER OF S C I E N C E i n In presenting this thesis in partial fulfilment of the requirements for an advanced degree at the University of British Columbia, I agree that the Library shall make it freely available for reference and study. I further agree that permission for extensive copying of this thesis for scholarly purposes may be granted by the head of my department or by his or her representatives. It is understood that copying or publication of this thesis for financial gain shall not be allowed without my written permission. Department of Soil Science The University of British Columbia Vancouver, Canada Date May 31, 1990 DE-6 (2/88) i i A B S T R A C T T h e p o t e n t i a l f o r u s i n g RMP ( r e f i n e r m e c h a n i c a l p r o c e s s ) p u l p m i l l f i b r e w a s t e a s a s o i l amendment was i n v e s t i g a t e d b y d e t e r m i n i n g l e v e l s o f n e t c a r b o n m i n e r a l i z a t i o n . U n d e r o p t i m u m c o n d i t i o n s ( l a b o r a t o r y i n c u b a t i o n s t u d y ) , t h e p u l p f i b r e w a s t e , b e i n g a r e l a t i v e l y h o m o g e n e o u s s u b s t r a t e , was f o u n d t o m i n e r a l i z e a t o n e r a t e o f - 0 . 0 0 7 8 d _ 1 . I n f i e l d a p p l i c a t i o n s t h e r a t e o f n e t m i n e r a l i z a t i o n was s l o w e r , w i t h r a t e s o f - 0 . 0 0 3 4 d - 1 a n d - 0 . 0 0 3 7 d - 1 , a s d e t e r m i n e d b y s o i l r e s p i r a t i o n a n d l i t t e r b a g t r i a l s , r e s p e c t i v e l y . A l o a d i n g e f f e c t was n o t e d f o r t h i s amendment , w h e r e i n c r e a s i n g t h e l e v e l s o f a p p l i c a t i o n was f o u n d t o c a u s e d e c r e a s e s i n t h e m i n e r a l i z a t i o n r a t e . U s i n g p u l p f i b r e w a s t e i n f o r e s t l a n d i n g r e h a b i l i t a t i o n a p p e a r s t o i n c r e a s e t h e l e v e l s o f m i c r o b i a l a c t i v i t y i n t h e s u r f a c e h o r i z o n . T h e h i g h e r l e v e l s o f p r o d u c t i v i t y s h o u l d l e a d t o i m p r o v e m e n t s i n s o i l s t r u c t u r e , a n d w o u l d b e a b e t t e r a l t e r n a t i v e t o o n l y t i l l i n g a n d f e r t i l i z i n g t h e s o i l . i i i T A B L E OF CONTENTS A b s t r a c t i i L i s t o f T a b l e s v L i s t o f F i g u r e s v i I . INTRODUCTION 1 D e g r a d a t i o n o f F o r e s t S o i l s 1 R e h a b i l i t a t i o n o f D e g r a d e d S o i l s 2 R e s e a r c h N e e d s 3 I I . L I T E R A T U R E REVIEW 5 D e g r a d a t i o n o f S o i l t h r o u g h L a n d i n g C o n s t r u c t i o n . . . . 5 I m p a c t o f S o i l C o m p a c t i o n o n B i o l o g i c a l A c t i v i t y . . . . 6 P u l p F i b r e W a s t e A n a l y s i s 8 P u l p F i b r e W a s t e a s a S o i l Amendment 9 I I I . I N C U B A T I O N STUDY OF DECOMPOSITION R A T E 10 I n t r o d u c t i o n 10 D e c o m p o s i t i o n o f O r g a n i c M a t t e r 11 D e t e r m i n a t i o n o f t h e M i n e r a l i z a t i o n R a t e 12 M a t e r i a l s a n d M e t h o d s 13 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n 17 C o n c l u s i o n s 2 6 I V . F I E L D A P P L I C A T I O N OF P U L P F I B R E WASTE 27 I n t r o d u c t i o n 27 M a t e r i a l s a n d M e t h o d s 28 L a n d i n g r e h a b i l i t a t i o n p r o j e c t 28 F i e l d m e t h o d s 3 2 L a b o r a t o r y m e t h o d s 3 4 R e s u l t s a n d D i s c u s s i o n 3 6 S o i l r e s p i r a t i o n o f t h e o f f - l a n d i n g 36 R e s p i r a t i o n o f l a n d i n g c o n t r o l s o i l 38 R e s p i r a t i o n o f t h e amended s o i l 42 D e t e r m i n a t i o n o f k c o n s t a n t s 48 Y e a r l y n e t m i n e r a l i z a t i o n 52 L i t t e r b a g s 54 M i c r o b i a l b i o m a s s 56 C o n c l u s i o n s 58 V . FURTHER CONSIDERATIONS I N T H E U S E OF P U L P F I B R E WASTE I N LANDING R E H A B I L I T A T I O N 60 R e h a b i l i t a t i o n o f F o r e s t L a n d i n g s 60 N u t r i e n t S t a t u s 61 N i t r o g e n 61 M i c r o n u t r i e n t s 63 H e a v y m e t a l c o n t a m i n a t i o n 65 S o i l A e r a t i o n 67 C o n c l u s i o n s 68 i v L I T E R A T U R E C I T E D 69 A P P E N D I C E S 1 . A v e r a g e a i r t e m p e r a t u r e , p r e c i p i t a t i o n 75 2 . A n a l y s i s o f c a n n i s t e r s o i l 76 3 . O r g a n i c m a t t e r c l a s s e s . . . . 7 8 V L I S T OF T A B L E S 3 . 1 C h a r a c t e r i s t i c s o f t h e p u l p f i b r e w a s t e s a m p l e . . . . 15 3 . 2 C a r b o n m i n e r a l i z a t i o n (mg C / h r ) 18 4 . 1 S o i l p a r a m e t e r s f o r l a n d i n g a n d o f f - l a n d i n g 28 4 . 2 S o i l p a r a m e t e r s o f t h e F 1 P 1 a n d F2P2 p l o t s 36 4 . 3 A v e r a g e r e s p i r a t i o n l e v e l s f o r amended l a n d i n g s . . . 4 9 4 . 4 E s t i m a t i o n o f k c o n s t a n t 50 4 . 5 K c o n s t a n t d e t e r m i n a t i o n , o f f - l a n d i n g a n d c o n t r o l . 5 2 4 . 6 Y e a r l y n e t c a r b o n m i n e r a l i z a t i o n 53 4 . 7 M i c r o b i a l b i o m a s s 57 5 . 1 T o t a l a n d a v a i l a b l e n i t r o g e n 62 5 . 2 L o s s e s o f n i t r o g e n a f t e r two y e a r s 62 5 . 3 L o a d i n g o f h e a v y m e t a l s t h r o u g h PFW amendment 66 5 . 4 S t a n d a r d s f o r h e a v y m e t a l s i n c o m p o s t 66 v i L I S T OF F I G U R E S 3 . 1 A p p a r a t u s f o r i n c u b a t i o n j a r 16 3 . 2 P u l p f i b r e d e c o m p o s i t i o n 19 3 . 3 D e t e r m i n a t i o n o f k c o n s t a n t 24 4 . 1 A T u d y a h l a k e c u t b l o c k 3 0 4 . I B P l o t l a y o u t 31 4 . 2 A p p a r a t u s f o r m i c r o b i a l b i o m a s s 35 4 . 3 S o i l r e s p i r a t i o n 1989 37 4 . 4 S o i l r e s p i r a t i o n 1988 40 4 . 5 S o i l r e s p i r a t i o n 1989 ( b a s e d o n %OM) 44 4 . 6 S o i l r e s p i r a t i o n 1989 ( p e r %OM) 46 1 I . I N T R O D U C T I O N D e g r a d a t i o n o f F o r e s t S o i l s M u c h o f t h e c o n c e r n s a b o u t s o i l d e g r a d a t i o n i n f o r e s t r y s t e m s f r o m t h e i m p a c t s o f f o r e s t h a r v e s t i n g , s u c h a s t h e h i g h l e v e l s o f s o i l d i s t u r b a n c e a t t r i b u t e d t o t h e c o n s t r u c t i o n o f f o r e s t r o a d s a n d l a n d i n g s . T h e s e p r a c t i c e s c a n a f f e c t t h e p h y s i c a l , c h e m i c a l a n d b i o l o g i c a l p r o p e r t i e s o f t h e s o i l t o t h e p o i n t o f r e d u c i n g p r o d u c t i v i t y o f t h e f o r e s t . H e a v y c o m p a c t i o n o n s i t e s s u c h a s summer l a n d i n g s may mean a t o t a l l o s s o f c o m m e r c i a l p r o d u c t i o n o f t i m b e r ( C a r r 1 9 8 6 ) . One i n c e n t i v e f o r t h e P r o v i n c e i n r e h a b i l i t a t i n g d e g r a d e d f o r e s t s o i l s i s t h e e c o n o m i c c o s t a s s o c i a t e d w i t h t h i s r e d u c t i o n i n t i m b e r p r o d u c t i v i t y . A c c o r d i n g t o U t z i g a n d W a l m s l e y ( 1 9 8 7 ) , t h e p o t e n t i a l d o l l a r l o s s e s a r e s u b s t a n t i a l . F o r e x a m p l e , i n t h e P r i n c e G e o r g e F o r e s t R e g i o n , w h e r e r e s e a r c h f o r t h i s t h e s i s was u n d e r t a k e n , h a r v e s t i n g u s i n g w i n t e r a n d summer g r o u n d s k i d d i n g o p e r a t i o n s r e s u l t e d i n c o m p a c t i o n a n d / o r d e e p d i s t u r b a n c e o f 17% (89661 ha) o f t h e t o t a l h a r v e s t e d a r e a . I n t e r m s o f d o l l a r s , c o n s e r v a t i v e e s t i m a t e s o f r e v e n u e l o s s e s h a v e p r e d i c t e d a n a n n u a l e c o n o m i c a c t i v i t y l o s s o f 1 5 . 3 m i l l i o n f r o m t h e r e d u c t i o n i n t i m b e r p r o d u c t i v i t y w i t h i n t h e P r i n c e G e o r g e R e g i o n . S i m i l a r e x e r c i s e s f o r t h e o t h e r F o r e s t R e g i o n s o f B . C . p u t e s t i m a t e s o f a n o v e r a l l l o s s a t 8 1 . 1 m i l l i o n p e r y e a r ( U t z i g a n d W a l m s l e y 1 9 8 7 ) . O b v i o u s l y t h e p r o v i n c e a n d t h e f o r e s t i n d u s t r y w o u l d b e n e f i t g r e a t l y f r o m 2 an immediate reduction i n s o i l degrading harvest practices as well as e f f i c i e n t r e h a b i l i t a t i o n of areas already affected. R e h a b i l i t a t i o n o f D e g r a d e d S o i l s Too often i n the past the r e h a b i l i t a t i o n of grossly p h y s i c a l l y disturbed ecosystems has concentrated on the maintenance of vegetation by a large i n i t i a l input of f e r t i l i z e r , seeding, and repeated applications of f e r t i l i z e r following seedling growth (Parkinson 1979). Personnel involved i n reclamation work are now better recognizing the importance of establishing a stable s o i l microbial community. Tate (1984) and Visser (1984) emphasized the need fo r a functional microbial community because of i t s r o l e i n mediating s o i l formation and revegetation through decomposition, nutrient c y c l i n g (mineralization and immobilization), nitrogen f i x a t i o n , and mycorrhizal symbiosis. One of the goals of reclaiming these landings w i l l be to re e s t a b l i s h the natural interactions of the s o i l ecosystem, e s p e c i a l l y the c y c l i n g of carbon and nutrients between the microbial and vegetative components. Successful r e h a b i l i t a t i o n of degraded forest s o i l s w i l l require the a l l e v i a t i o n of s o i l compaction and the reestablishment of organic matter l e v e l s . Preliminary work on correcting s o i l compaction by t i l l i n g has been f a i r l y successful using the winged subsoiler. Carr (1986) reported that s o i l p r o f i l e shatter exceeded 80%, with ripping 3 o c c u r r i n g t o d e p t h s o f 40 t o 50 c m . H o w e v e r , some r e c o n s o l i d a t i o n o f t h e s o i l o c c u r r e d a f t e r t h e i n f i l t r a t i o n o f s n o w m e l t w a t e r a n d r a i n , b e c a u s e o f t h e p o o r s o i l s t r u c t u r e . T h e l a c k o f o r g a n i c m a t t e r i n p u t s h a s p r e v e n t e d t h e m i c r o b i a l p r o c e s s e s c r i t i c a l t o t h e f o r m a t i o n o f s o i l a g g r e g a t e s . T o a l l e v i a t e t h i s w o u l d r e q u i r e a n i n p u t o f o r g a n i c m a t t e r , p e r h a p s b y u s i n g l e g u m e s a s a g r e e n m a n u r e c r o p o r b y a m e n d i n g w i t h c o m p o s t . A r e c l a m a t i o n s t r a t e g y r e c omme n d e d b y D r . W.W. C a r r was t o i m m e d i a t e l y i n c r e a s e t h e l e v e l o f o r g a n i c m a t t e r b y a m e n d i n g t h e s o i l w i t h t h e f i b r e w a s t e b y p r o d u c t o f p u l p m i l l s . T h i s m a t e r i a l i s q u i t e a b u n d a n t i n t h e P r i n c e G e o r g e a r e a , a s w e l l a s o t h e r p a r t s o f t h e p r o v i n c e w i t h p u l p m i l l s , s o i n u s i n g i t we h o p e t o a c h i e v e two g o a l s : t h e s u c c e s s f u l r e h a b i l i t a t i o n o f t h e d e g r a d e d f o r e s t s o i l s a n d a m o r e c o n s t r u c t i v e a l t e r n a t i v e t o t h e c u r r e n t l a n d f i l l d i s p o s a l o f t h e p u l p f i b r e w a s t e . R e s e a r c h N e e d s T h e c o m p o s i t i o n o f p u l p f i b r e w a s t e i s n e i t h e r c o m p l e t e l y u n d e r s t o o d n o r c o n s i s t e n t f r o m m i l l t o m i l l , a n d a s s u c h c r e a t e s u n c e r t a i n t y a s t o t h e e f f e c t i v e n e s s o f t h i s m a t e r i a l a s a s o i l amendment . T h e l e v e l s o f l i g n i n a n d p h e n o l s a l o n g w i t h t h e a l k a l i n i t y o f t h e p u l p f i b r e w a s t e may mean u n s a t i s f a c t o r y l e v e l s o f d e c o m p o s i t i o n . One o b j e c t i v e o f t h i s r e s e a r c h p r o j e c t i s t o d e t e r m i n e t h e r a t e o f m i n e r a l i z a t i o n f o r t h e p u l p f i b r e w a s t e , u n d e r b o t h o p t i m u m l a b o r a t o r y c o n d i t i o n s a n d i n f i e l d a p p l i c a t i o n s . 4 T h e s e c o n d a r e a o f r e s e a r c h i s a b r o a d e r e x a m i n a t i o n o f t h e m i c r o b i a l r e s p o n s e t o t h e w a s t e amendment i n f i e l d t r i a l s . T h e r e s p o n s e o f t h e m i c r o b i a l c o m m u n i t y , c r i t i c a l t o t h e l o n g t e r m s t a b i l i t y o f t h e e c o s y s t e m , w i l l b e c o m p a r e d t o t h e u n t r e a t e d l a n d i n g a n d t h e r e g e n e r a t i n g f o r e s t . 5 I I . LITERATURE REVIEW Degradation of S o i l through Landing Construct ion H a r v e s t i n g o p e r a t i o n s u s i n g g r o u n d - b a s e d e q u i p m e n t r e q u i r e l e v e l w o r k i n g a r e a s ( l a n d i n g s ) w i t h i n t h e c u t b l o c k f o r t h e s o r t i n g a n d l o a d i n g o f t i m b e r o n t o l o g g i n g t r u c k s . C o n s t r u c t i o n o f l a n d i n g s i s i n i t i a t e d b y t h e S c a l p i n g ' o f s o i l s u r f a c e h o r i z o n s , r e m o v i n g a s much a s 25 cm ( M c L e o d 1 9 8 6 ) . T h e a r e a i s t h e n r e p e a t e d l y w o r k e d u p o n b y h e a v y m a c h i n e r y . T h e i n c r e a s e i n s o i l b u l k d e n s i t y a n d t h e r e m o v a l o f s u r f a c e s o i l h o r i z o n s c o m b i n e t o a d v e r s e l y a f f e c t s i t e p r o d u c t i v i t y . T h e c o m p a r a t i v e l y h i g h e r s o i l b u l k d e n s i t y o n l a n d i n g s i s a r e s u l t o f b o t h c o m p a c t i o n f r o m h e a v y e q u i p m e n t a n d t h e e x p o s u r e o f d e n s e r s u b s o i l s ( C a r r 1 9 8 8 ) . A s t u d y o f l a n d i n g s n e a r F o r t S t . J a m e s b y C a r r (1987) e x a m i n e d i n c r e a s e s i n b u l k d e n s i t i e s f o r b o t h summer a n d w i n t e r l o g g i n g o p e r a t i o n s . I n summer l o g g i n g , t h e b u l k d e n s i t y o f t h e l a n d i n g ( 0 - 3 0 cm) a v e r a g e d 1730 k g / m 3 , a 62% i n c r e a s e c o m p a r e d t o o f f - l a n d i n g s o i l (1100 k g / m ) . C o m p a c t i o n f r o m w i n t e r l o g g i n g was l e s s s e v e r e , w i t h a n a v e r a g e o f 1510 k g / m 3 ( 0 - 3 0 cm) o r 39% i n c r e a s e . B o t h e x c e e d e d 1400 k g / m 3 w h i c h i s t h e l e v e l c o n s i d e r e d t o a d v e r s e l y a f f e c t f o r e s t p r o d u c t i v i t y ( C a r r 1 9 8 7 ) . T h e o p e r a t i o n o f h e a v y e q u i p m e n t o n t h e s e s i t e s s u b s t a n t i a l l y i n c r e a s e s s o i l b u l k d e n s i t y , o n a v e r a g e 20% t o a d e p t h o f a t l e a s t 30 cm. M c L e o d ( 1 9 8 6 ) , i n a s u r v e y o f t h e P r i n c e G e o r g e F o r e s t R e g i o n , f o u n d b u l k d e n s i t i e s o n summer l a n d i n g s >1600 k g / m 3 b e l o w t h e 10 cm 6 d e p t h , w h i l e w i n t e r l a n d i n g s showed r e l a t i v e l y l e s s s e v e r e c o m p a c t i o n , >1400 k g / m 3 b e l o w 10 cm. T h e d i s p l a c e m e n t o f t h e f o r e s t f l o o r a n d s u r f a c e m i n e r a l s o i l r e d u c e s s o i l f e r t i l i t y t h r o u g h t h e l o s s e s o f n i t r o g e n , p h o s p h o r u s , a n d p o t a s s i u m . C a r r (1987) i n t h e s t u d y o f l a n d i n g s n e a r F o r t S t . J a m e s f o u n d t h e s o i l p h o s p h o r u s p o o l u n d e r w e n t t h e l a r g e s t r e d u c t i o n , w i t h a d e c l i n e i n s o i l P c o n t e n t o f 80% f o r s u m m e r - a n d 74% f o r w i n t e r - l o g g e d s t a n d s . S o i l n i t r o g e n c o n c e n t r a t i o n w e n t f r o m 0.060% i n t h e o f f - l a n d i n g a r e a t o 0.037% o n t h e summer l a n d i n g . N i t r o g e n c o n c e n t r a t i o n o f t h e w i n t e r l a n d i n g s was r e d u c e d f r o m 0.078% t o 0.053%. R e d u c t i o n s i n t o t a l p o t a s s i u m l e v e l s w e r e n o t o b s e r v e d , p e r h a p s b e c a u s e w e a t h e r i n g o f t h e e x p o s e d m i n e r a l s u b s o i l r e p l a c e d t h e amount l o s t w i t h t h e s c a l p e d s u r f a c e l a y e r . H o w e v e r , t h e a v a i l a b i l i t y o f p o t a s s i u m , a l o n g w i t h n i t r o g e n , f o r t r e e s e e d l i n g s i s u n c e r t a i n f o r s o i l s o f s u c h h i g h b u l k d e n s i t y . Impact of S o i l Compaction on B i o l o g i c a l A c t i v i t y C o m p a c t i o n d i r e c t l y a f f e c t s s e v e r a l p h y s i c a l s o i l p r o p e r t i e s w h i c h l e a d t o r e d u c e d b i o l o g i c a l a c t i v i t y i n t h e s o i l . B u l k d e n s i t y i n c r e a s e s f r o m c o m p a c t i o n d u e t o t h e c o n v e r s i o n o f m a c r o p o r e s t o m i c r o p o r e s , w h i c h a l t e r s a e r a t i o n , i n f i l t r a t i o n , h y d r a u l i c c o n d u c t i v i t y a n d s o i l t h e r m a l p r o p e r t i e s . D e c r e a s e s i n t o t a l p o r e s p a c e , e s p e c i a l l y m a c r o p o r e s , r e s u l t i n l o w e r g a s d i f f u s i o n r a t e s . C o m p a c t e d s o i l s may a l s o h a v e c o m p a r a t i v e l y h i g h e r v o l u m e t r i c w a t e r c o n t e n t s , w h i c h c o n t r i b u t e s t o t h e l o w e r 7 d i f f u s i o n rates (Grable and Siemer 1968). Cannel l (1977) found gas d i f f u s i o n e f f e c t i v e l y hal ted i n s o i l s when t o t a l a i r - f i l l e d poros i ty dropped below about 10%. Only a few studies have d i r e c t l y examined the e f fec t of s o i l compaction on microb ia l a c t i v i t y . Linn and Doran (1984) found that aerobic microb ia l a c t i v i t y increased i n a s o i l u n t i l the w a t e r - f i l l e d pore space reached 60%, which corresponded to a 25% a i r - f i l l e d p o r o s i t y . A f t e r t h i s point anaerobic processes increased with increases i n w a t e r - f i l l e d pore space, i n d i c a t i n g that oxygen d i f f u s i o n was l i m i t i n g . Bridge and Rixon (1976) showed that optimum a i r - f i l l e d poros i ty v a r i e s with s o i l texture . Maximum oxygen uptake rates v a r i e d between 15 and 30% a i r - f i l l e d poros i ty for s o i l s of three d i f f e r e n t textures . Very l i t t l e f i e l d work has been c a r r i e d out on the impacts of compaction on microb ia l populat ions . Smeltzer et a l . (1986) found s i g n i f i c a n t d i f ferences i n fungal populations between contro l and compacted p l o t s , but no d i f ferences i n t o t a l b a c t e r i a l populat ions . Microorganism populat ion d i f ferences associated with compaction were s t i l l detectable 2 years a f t er i n i t i a t i o n of the treatment, but were n e g l i g i b l e a f t er 5 years . Research has been c a r r i e d out on mining s i t e s , which are comparable to landings i n the s i m i l a r l y high l e v e l of disturbance to the s o i l . V i s s e r et a l . (1983) found s i g n i f i c a n t l y lower l eve l s of s o i l r e s p i r a t i o n , microb ia l biomass C, ATP, actinomycete numbers, hyphal lengths and N2~ 8 f i x i n g p o t e n t i a l i n m i n e d s o i l when c o m p a r e d t o a s h o r t g r a s s p r a i r i e s i t e . B a c t e r i a n u m b e r s w e r e , h o w e v e r , g r e a t e r i n t h e m i n e d s o i l t h a n i n t h e u n m i n e d s o i l . Pulp Fibre Waste Analysis I n B . C . , m o r e t h a n 15 m i l l i o n t o n n e s o f p u l p f i b r e w a s t e (PFW) a r e p r o d u c e d a n n u a l l y ( C r o y a n d R o d e 1988). T h i s w a s t e m a t e r i a l i s p r e d o m i n a t e l y c e l l u l o s e , t h e s t r a n d s o f w h i c h a r e t o o s h o r t f o r p r o d u c t i o n o f h i g h q u a l i t y p a p e r . T y p i c a l l y o t h e r m i l l w a s t e s s u c h a s wood c h i p s , wood a s h a n d s e d i m e n t a r e m i x e d i n t o f o r m t h e p r i m a r y p u l p f i b r e w a s t e . A n a l y s i s o f PFW f o r c h e m i c a l c o n s t i t u e n t s shows a w i d e r a n g e o f v a l u e s b e c a u s e o f d i f f e r e n c e s i n t h e m e t h o d o f p u l p i n g , s y s t e m o f w a s t e d i s p o s a l , s p e c i e s o f wood u s e d a n d t h e q u a l i t y o f p u l p o r p a p e r p r o d u c e d ( M i l l e t t e t a l . 1973). C r o y a n d R o d e (1988) i n a n a n a l y s i s o f PFW f r o m 10 m i l l s i n B . C . f o u n d o r g a n i c m a t t e r l e v e l s w e r e g e n e r a l l y h i g h , w i t h 4 o f t h e 10 m i l l s p r o d u c i n g w a s t e h a v i n g g r e a t e r t h a n 90% OM. L i g n i n c o n t e n t r a n g e d f r o m 2.2 t o 50.7%, w i t h s a m p l e s f r o m 5 m i l l s u n d e r 7%. T h e pH v a l u e s w e r e a t o r n e a r n e u t r a l f o r s i x o f t h e m i l l s a n d g r e a t e r t h a n 9.0 f o r t h e r e m a i n i n g f o u r . T h e b a s i c pH i s a r e s u l t o f a d d i n g c a l c i u m c a r b o n a t e d u r i n g t h e m i l l i n g p r o c e s s . B i l a w c h u k (1989) i n a n a n a l y s i s o f p u l p f i b r e w a s t e f r o m two B . C . m i l l s f o u n d p r o t e i n l e v e l s l o w (0.68% a n d 0.17%) a n d s o l u b l e c a r b o h y d r a t e s l o w (0.59% a n d 0.61%). 9 Pulp F i b r e Waste as a S o i l Amendment T h e d i s p o s a l o f p u l p m i l l s l u d g e o n s o i l s was i n v e s t i g a t e d b y D o l a r e t a l . (1972) i n t e r m s o f i t s e f f e c t s o n o a t y i e l d s . T h e y f o u n d t h a t w i t h t h e p r i m a r y s l u d g e t h e h i g h o r g a n i c C / N r a t i o s ( 1 5 0 : 1 ) n e e d N f e r t i l i z e r t o a l l o w f o r N i m m o b i l i z a t i o n . S e c o n d a r y p u l p m i l l s l u d g e was a l s o t e s t e d . T h i s m a t e r i a l h a d u n d e r g o n e a s e c o n d a r y t r e a t m e n t s t a g e o f c o m p o s t i n g w h i c h c r e a t e s a m a t e r i a l c o n s i s t i n g p r e d o m i n a t e l y o f m i c r o b i a l b i o m a s s , w i t h a C / N r a t i o o f a b o u t 2 0 : 1 . T h e s e c o n d a r y p u l p m i l l s l u d g e c o u l d b e i n c o r p o r a t e d i n s o i l s u p t o a t l e a s t 2.5% b y w e i g h t o f s u r f a c e s o i l ( e q u i v a l e n t t o 56 m e t r i c t o n n e s / h a ) w i t h o u t i m m e d i a t e d e t r i m e n t a l e f f e c t s o n c r o p g r o w t h . T r e a t m e n t w i t h p r i m a r y o r s e c o n d a r y p u l p m i l l s l u d g e was o b s e r v e d t o i n c r e a s e t h e p l a n t t i s s u e c o n c e n t r a t i o n o f C u , A l , F e , Z n , a n d M n , a l t h o u g h n o t t o l e v e l s t o x i c t o p l a n t g r o w t h . S h i e l d s e t a l . (1986) i m p l e m e n t e d a p u l p m i l l s l u d g e a p p l i c a t i o n p r o g r a m i n O r e g o n . Two t y p e s o f s l u d g e s a r e p r o d u c e d a t t h e p l a n t , a p r i m a r y s l u d g e (C:N=213) a n d a w a s t e - a c t i v a t e d s e c o n d a r y s l u d g e ( C : N = 7 . 5 ) . A p p l i c a t i o n o f p r i m a r y s l u d g e ( 2 . 1 M g / h a ) t o c o t t o n w o o d p l o t s i n c r e a s e d h e i g h t g r o w t h 41% o v e r t h e f e r t i l i z e d c o n t r o l p l o t s . M i x e d s l u d g e t r e a t m e n t s ( 2 . 1 M g / h a ) o f t h e p r i m a r y a n d s e c o n d a r y s l u d g e r e s u l t e d i n a 68% h e i g h t g r o w t h i n c r e a s e o v e r t h e c o n t r o l . 10 I I I . I N C U B A T I O N STUDY OF DECOMPOSITION R A T E I n t r o d u c t i o n T h e s u c c e s s o f u s i n g p u l p f i b r e w a s t e (PFW) a s a n amendment f o r i m p r o v i n g s o i l s t r u c t u r e w i l l d e p e n d t o a l a r g e e x t e n t o n how q u i c k l y i t i s b r o k e n down a n d i n c o r p o r a t e d i n t o t h e s o i l o r g a n i c m a t t e r c y c l e . I d e a l l y t h e a d d i t i o n o f p u l p f i b r e w a s t e w o u l d h a v e s i m i l a r b e n e f i c i a l e f f e c t s a s a d d i n g c o m p o s t t o a g a r d e n : r a p i d t r a n s f o r m a t i o n v i a m i c r o b i a l d e g r a d a t i o n i n t o a g g r e g a t e b o n d i n g p o l y m e r s w h i c h w o u l d i m p r o v e s o i l a e r a t i o n a n d d r a i n a g e , a s w e l l a s t h e r e l e a s e o f n u t r i e n t s e s s e n t i a l f o r p l a n t g r o w t h ( n i t r o g e n , p h o s p h o r u s , p o t a s s i u m a n d s u l p h u r ) . H o w e v e r , t h e n a t u r e o f t h i s w a s t e b y p r o d u c t i n t e r m s o f i t s h i g h c e l l u l o s e a n d l o w n i t r o g e n c o n t e n t , d e g r e e o f a l k a l i n i t y a n d p r e s e n c e o f p h e n o l i c c o m p o u n d s may mean l o w l e v e l s o f d e c o m p o s i t i o n a n d c a r b o n t u r n o v e r , r e s u l t i n g i n o n l y s m a l l g a i n s i n t h e i m p r o v e m e n t o f s o i l s t r u c t u r e . T r a c i n g t h e f a t e o f t h e a d d e d c a r b o n i n t h e s o i l c a n b e c o m p l e x , a s t h e r e a r e a number o f p o s s i b l e p a t h w a y s w i t h i n t h e s o i l o r g a n i c m a t t e r c y c l e . E x p e r i m e n t a l r e s e a r c h a t t h i s l e v e l w o u l d r e q u i r e t h e u s e o f c a r b o n 14 t r a c e r s , w h i c h i s e x p e n s i v e a n d t i m e c o n s u m i n g . A s t h i s was a p i l o t s t u d y , a b r o a d e r u n d e r s t a n d i n g o f t h e o v e r a l l t u r n o v e r o f c a r b o n was u n d e r t a k e n . T h e f i r s t s t e p , t h e r e f o r e , i n e x a m i n i n g t h e p o t e n t i a l o f PFW a s a s o i l amendment i s t o d e t e r m i n e i t s m i n e r a l i z a t i o n r a t e . T h e d e c o m p o s i t i o n r a t e , d e t e r m i n e d u n d e r l a b o r a t o r y c o n d i t i o n s , w i l l b e u s e f u l f o r c o m p a r i s o n s 11 w i t h o t h e r o r g a n i c amendments a n d i n p r e d i c t i n g t h e t u r n o v e r o f c a r b o n i n f i e l d a p p l i c a t i o n s . D e c o m p o s i t i o n o f O r g a n i c M a t t e r T h e r a t e o f d e c o m p o s i t i o n o f o r g a n i c m a t t e r i s d e p e n d e n t u p o n t h e n a t u r e o f i t s c a r b o n f r a c t i o n s , w i t h e a c h f r a c t i o n h a v i n g d i f f e r e n t d e g r e e s o f s t a b i l i t y . M o s t o r g a n i c m a t t e r i s made u p o f a b r o a d s p e c t r u m o f c a r b o n s p e c i e s ( i n o r d e r o f d e c r e a s i n g b i o d e g r a d a b i l i t y ) : r e a d i l y o x i d i z a b l e , s o l u b l e o r g a n i c C , p r o t e i n s , h e m i c e l l u l o s e s , c e l l u l o s e , l i p i d s , a n d l i g n i n ( G i l m o u r e t a l . 1 9 7 7 ) . A d i s t i n c t i o n t o b e made i s t h e d i f f e r e n c e i n m e a n i n g b e t w e e n d e c o m p o s i t i o n a n d m i n e r a l i z a t i o n . M i n e r a l i z a t i o n i s a g e n e r a l t e r m f o r t h e o x i d a t i o n o f o r g a n i c c a r b o n t o t h e i n o r g a n i c s t a t e . D e c o m p o s i t i o n i s a b i o c h e m i c a l t y p e o f m i n e r a l i z a t i o n w h i c h c a n b e d e s c r i b e d a s a m i c r o b i a l l y m e d i a t e d s e t o f p a t h w a y s o f c a r b o h y d r a t e c a t a b o l i s m u s i n g s p e c i f i c enzyme s y s t e m s . T h e m o r e c o m p l e x c a r b o n s p e c i e s s u c h a s c e l l u l o s e w o u l d u n d e r g o i n i t i a l d e g r a d a t i o n a n d e v e n t u a l s o l u b i l i z a t i o n b y t h e e x t r a c e l l u l a r e n z y m e s , e . g . c e l l u l a s e s . T h e r e s u l t i n g s o l u b l e c a r b o n s u b s t r a t e s may t h e n e n t e r t h e m i c r o b i a l c e l l a n d b e o x i d i z e d v i a i n t r a c e l l u l a r e n z y m e s t o CO2 o r b e t e m p o r a r i l y i m m o b i l i z e d a s c e l l u l a r m a t e r i a l o f t h e m i c r o b i a l b i o m a s s ( G i l m o u r e t a l . 1 9 7 7 ) . I n t h e e x p e r i m e n t a l w o r k d o n e h e r e , t h e m i n e r a l i z e d CO2 m e a s u r e d e m a n a t i n g f r o m t h e s o i l i s a s s u m e d t o b e s o l e l y f r o m t h e p r o c e s s o f d e c o m p o s i t i o n . T o b e 12 a c c u r a t e h o w e v e r , t h e r e s u l t s a r e r e p o r t e d a s t h e n e t m i n e r a l i z a t i o n o f C O 2 . Determination of the M i n e r a l i z a t i o n Rate T h e o r e t i c a l l y , a h o m o g e n e o u s s u b s t a n c e d e c o m p o s i n g a t c o n s t a n t t e m p e r a t u r e a n d m o i s t u r e p o t e n t i a l w i l l f o l l o w a n e x p o n e n t i a l c u r v e a s a f i r s t - o r d e r r e a c t i o n . T h a t i s , t h e c a r b o n l e v e l w i l l d e c r e a s e i n e a c h t i m e p e r i o d a c o n s t a n t p r o p o r t i o n o f t h e amount p r e s e n t a t t h e s t a r t o f t h e t i m e p e r i o d . T h i s f i r s t - o r d e r k i n e t i c r e a c t i o n c a n b e s t a t e d m a t h e m a t i c a l l y ( O l s o n 1 9 6 3 , H u n t 1 9 7 7 ) : d C / d t = - k C w h e r e d C / d t = l o s s o f c a r b o n w i t h t i m e k = d e c a y r a t e C = amount o f c a r b o n a n d t h e i n t e g r a t e d f o r m (where no i n p u t i s o c c u r i n g ) —let Cfc = C Q e w h e r e C t = c a r b o n a t t i m e t C Q = c a r b o n a t t i m e 0 T h i s m o d e l i s u s e f u l f o r p r e d i c t i v e p u r p o s e s b e c a u s e i t e n a b l e s t h e e s t i m a t i o n o f c a r b o n r e m a i n i n g a f t e r a n y l e n g t h o f t i m e . Some s u b s t r a t e s do n o t f o l l o w t h e e x p o n e n t i a l d e c a y c u r v e b e c a u s e o f t h e i r h e t e r o g e n e o u s n a t u r e , b e i n g made u p o f b o t h l a b i l e a n d r e s i s t a n t f r a c t i o n s . O b s e r v e d r a t e s o f d e c a y a r e i n i t i a l l y o f t e n g r e a t e r t h a n p r e d i c t e d b y t h e m o d e l b e c a u s e o f e a s i l y d e c o m p o s e d f r a c t i o n s . A s t h e s e f r a c t i o n s a r e e l i m i n a t e d , t h e o b s e r v e d r a t e b e c o m e s l e s s t h a n p r e d i c t e d b e c a u s e m o r e r e s i s t a n t c o m p o n e n t s p r e d o m i n a t e ( F l o a t e 1 9 7 0 ) . T h e f r a c t i o n s t h e m s e l v e s , h o w e v e r , w i l l 13 f o l l o w t h e p r e d i c t e d f i r s t - o r d e r k i n e t i c s ( B o y l e a n d P a u l 1 9 8 9 , M o l i n a e t a l . 1 9 8 3 ) . A n i n c u b a t i o n s t u d y was r u n t o a n a l y z e t h e n a t u r e o f t h e p u l p f i b r e w a s t e d e c o m p o s i t i o n . T h e f i r s t o b j e c t i v e o f t h i s e x p e r i m e n t i s t o d e t e r m i n e w h e t h e r t h e amendment o f p u l p f i b r e w a s t e s i g n i f i c a n t l y a f f e c t s m i c r o b i a l r e s p i r a t i o n . T h e h y p o t h e s i s i s t h a t a s a s u b s t r a t e c o m p o s e d a l m o s t e n t i r e l y o f c e l l u l o s e , t h e PFW w i l l p r o v i d e a n a d d i t i o n a l c a r b o n s o u r c e t o t h e m i c r o b i a l c o m m u n i t y a n d t h e r e f o r e r a i s e t h e l e v e l o f c a r b o n m i n e r a l i z a t i o n . T h e s e c o n d o b j e c t i v e i s t o a n a l y s e w h e t h e r t h e p a t t e r n o f m i n e r a l i z a t i o n f o l l o w s f i r s t - o r d e r k i n e t i c s a s e x p e c t e d f o r a h o m o g e n e o u s s u b s t r a t e u n d e r c o n s t a n t t e m p e r a t u r e a n d m o i s t u r e c o n t e n t . T h e t h i r d o b j e c t i v e i s t o d e t e r m i n e t h e k c o n s t a n t f o r t h i s m a t e r i a l b a s e d o n t h e l a b o r a t o r y r e s u l t s , w h i c h c a n t h e n b e u s e d f o r d i s c u s s i o n o f t h e p r e d i c t e d t u r n o v e r o f t h i s amendment . MATERIALS AND METHODS T h e l a b o r a t o r y i n c u b a t i o n e x p e r i m e n t was r u n a t t h e C o l l e g e o f New C a l e d o n i a , P r i n c e G e o r g e , i n J u l y - A u g u s t o f 1 9 8 9 . T h e p u l p f i b r e w a s t e was c o l l e c t e d d i r e c t l y f r o m t h e F i n d l a y F o r e s t I n d u s t r i e s m i l l i n M a c K e n z i e r a t h e r t h a n t h e l a n d f i l l t o a v o i d p r o b l e m s w i t h u s i n g p a r t l y d e c o m p o s e d o r c o n t a m i n a t e d m a t e r i a l . T a b l e 3 . 1 shows t h e a n a l y s i s o f t h e w a s t e , i n c l u d i n g pH ( 0 . 0 1 M C a C l 2 ) / c a r b o n ( L e c o a n a l y z e r ) , o r g a n i c m a t t e r ( i g n i t i o n a t 4 5 0 ° C ) (UBC S o i l L a b o r a t o r y H a n d b o o k ) , a n d l i g n i n ( K l a s o n l i g n i n a n a l y s i s , UBC Wood 14 C h e m i s t r y ) . T h e p u l p i n g p r o c e s s a t t h e F F I m i l l i s t h e r e f i n e r m e c h a n i c a l p r o c e s s (RMP) ( K n o w l e s , p e r . c o m m . ) . T h i s t y p e o f p r o c e s s u s e s c o u n t e r - r o t a t i n g d i s c s t o s e p a r a t e t h e wood f i b r e s r a t h e r t h a n t h e c h e m i c a l d i g e s t i o n u s e d i n t h e K r a f t p r o c e s s ( S t y a n 1 9 7 7 ) . T h e p u l p w a s t e s a m p l e was u n b l e a c h e d . F o r u s e i n t h e i n c u b a t i o n e x p e r i m e n t t h e s l u d g e was o v e n - d r i e d a t 110 ° C o v e r n i g h t a n d f r a g m e n t e d w i t h a c o f f e e g r i n d e r . S o i l u s e d was t a k e n f r o m t h e 0 -10 cm d e p t h o f t h e l a n d i n g 1 c o n t r o l ( u n t r e a t e d p o r t i o n o f t h e l a n d i n g ) a t t h e T u d y a h L a k e s i t e . A c o m p l e t e d e s c r i p t i o n o f t h e s o i l a n d t h e s i t e i s i n c l u d e d i n C h a p t e r 4 . T h e s o i l was b r o u g h t b a c k e n c l o s e d i n a p l a s t i c b a g a n d u s e d i m m e d i a t e l y . T h e s o i l was s i e v e d t h r o u g h a 2 mm s i e v e t o r e m o v e s t o n e s a n d a n y l a r g e o r g a n i c r e s i d u e s ( c o n i f e r n e e d l e s , b a r k c h i p s ) , a i r - d r i e d a n d m i x e d t h o r o u g h l y . M a s o n j a r s o f 750 m l c a p a c i t y w e r e u s e d f o r t h e i n c u b a t i o n . Two h u n d r e d g r a m s o f t h e a i r - d r i e d s o i l was m i x e d w i t h 2 . 5 g r a m s o f t h e p u l p f i b r e w a s t e f o r t h e t r e a t m e n t j a r s . C o n t r o l j a r s c o n t a i n e d o n l y t h e 200 g o f s o i l . U r e a was a d d e d t o r e d u c e t h e C / N r a t i o ( t o r e f l e c t t h e f i e l d t r i a l c o n d i t i o n s ) a t a r a t e o f 0 . 0 4 1 g p e r j a r ( 0 . 0 1 9 5 g N ) . T h i s amount h a d b e e n c h o s e n o r i g i n a l l y o n t h e a s s u m p t i o n t h a t t h e PFW was o n l y a b o u t 20% c a r b o n . H o w e v e r , c a r b o n a n a l y s i s u s i n g t h e L e c o a n a l y z e r o n f r e s h m i l l w a s t e g a v e a c a r b o n c o n t e n t o f 45%, s o t h e C / N r a t i o o f t h e 15 T A B L E 3 . 1 C H A R A C T E R I S T I C S OF P U L P F I B R E WASTE SAMPLE p H 7 . 5 C 45% OM 100% l i g n i n 6% R e s i n a c i d s * 1.3% P i m a r i c a n d S a n d a r a c o p i m a r i c 5 . 1 g / k g d r y wt I s o p i m a r i c a c i d 5 . 6 g / k g d r y wt D e h y d r o - a b i e t i c a c i d 2 . 2 g / k g d r y wt C h l o r i n a t e d r e s i n a c i d s 0 . 6 g / k g d r y wt P e n o l i c c o m p o u n d s * * P i n o s y l v i n m o n o - m e t h y l e t h e r E l e m e n t a n a l y s i s * ppm a l u m i n u m 1580 b a r i u m 17 b o r o n 3 . 4 c a l c i u m 1878 c h r o m i u m 3 0 . 4 c o p p e r 7 . 3 i r o n 2604 m a g n e s i u m 605 m e r c u r y 0 . 0 9 n i c k e l 6 . 7 p h o s p h o r u s 667 p o t a s s i u m 430 s o d i u m 134 s t r o n t i u m 9 t i t a n i u m 112 v a n a d i u m 3 . 2 z i n c 1 2 . 4 t o t a l N 356 t o t a l S 332 * a s d e t e r m i n e d b y BC R e s e a r c h * * u n p u b . d a t a , M a l c o l m C a m p b e l l , UBC t r e a t m e n t j a r s i s e s t i m a t e d a t 5 8 : 1 . M o i s t u r e c o n t e n t was k e p t a t 11% b y w e i g h t , w h i c h i s t h e f i e l d c a p a c i t y a s d e t e r m i n e d b y p o r o u s p l a t e a n a l y s i s . F i v e r e p l i c a t e s o f t h e t r e a t m e n t a n d c o n t r o l w e r e s e t u p a n d k e p t i n a d a r k g r o w t h c h a m b e r ( t o p r e v e n t a n y p h o t o s y n t h e s i s b y a l g a e , e t c ) a t a c o n s t a n t t e m p e r a t u r e o f 2 5 ° C f o r t h e l e n g t h o f t h e e x p e r i m e n t (32 d a y s ) . T h e r a t e o f c a r b o n m i n e r a l i z a t i o n was d e t e r m i n e d b y m e a s u r i n g t h e e v o l v e d C O 2 f r o m t h e s o i l o f t h e i n c u b a t i n g j a r s w i t h t h e B e c k m a n 214 i n f r a r e d g a s a n a l y z e r . F i g u r e 3 . 1 d e p i c t s t h e a p p a r a t u s . T h e f i r s t s t e p o f t h e p r o c e d u r e i s t o x f l u s h ' t h e j a r w i t h t h e c o m p r e s s e d a i r f o r 15 m i n u t e s t o r e m o v e t h e b u i l d u p o f C O 2 • T h e n t h e c o n c e n t r a t i o n o f C O 2 was m e a s u r e d w i t h t h e g a s a n a l y z e r . T h e l e v e l o f C O 2 ( i n p p m ) , w h e n c o n s t a n t ( g a s e v o l v i n g f r o m t h e s o i l i n a s t e a d y s t a t e ) c a n b e u s e d a l o n g w i t h t h e f l o w r a t e t o c a l c u l a t e a v o l u m e p e r u n i t t i m e r a t e o f m i n e r a l i z a t i o n . A f t e r t a k i n g t h e r e a d i n g t h e j a r s w e r e w e i g h e d a n d , i f n e c e s s a r y , d i s t i l l e d w a t e r was a d d e d t o t a k e t h e m o i s t u r e c o n t e n t b a c k u p t o 11%. S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e r e s u l t s was b y o n e - w a y A V O V A a n d D u n c a n ' s t e s t o f t h e m e a n s u s i n g t h e S A S p r o g r a m . / • F L O W M E T E R KO H S O L ' N I N C U B AT I 0 N J A R D E S I C C A T O R O A S A N A L Y Z E R O A S F I G U R E 3.1 A P P A R A T U S F O R INCUBATION J A R 17 RESULTS AND DISCUSSION O v e r t h e 32 d a y s o f t h e i n c u b a t i o n t h e r e w e r e 9 d a y s o f m e a s u r e m e n t s . T a b l e 3 . 2 shows t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n means a n d t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n s w h i l e F i g u r e 3 . 2 shows t h e c h a n g e i n m i n e r a l i z a t i o n r a t e w i t h t i m e . T h e c o m p l e t e d a t a s e t shows a s i g n i f i c a n t i n t e r a c t i o n b e t w e e n d a y a n d t r e a t m e n t b e c a u s e o f t h e c r o s s o v e r o f t h e c u r v e s i n t h e f i r s t week ( P < 0 . 0 0 1 ) . T h e r e a r e a few p o i n t s t o make p e r t i n e n t t o t h e p o r t i o n o f t h e g r a p h c o v e r i n g d a y s 2 t o 8 . F i r s t o f a l l , i t seems l i k e l y t h a t t h e i n i t i a l h i g h e r r a t e o f CO2 m i n e r a l i z a t i o n i s n o t a r e s u l t o f t h e d e c o m p o s i t i o n o f t h e amendment . T h i s i n i t i a l b u r s t o f r e s p i r a t i o n i s t y p i c a l i n l a b o r a t o r y w o r k w h e r e t h e s o i l i s d i s t u r b e d b y m i x i n g . T h e m i x i n g w i l l e x p o s e r e a d i l y d e c o m p o s a b l e s u b s t r a t e s w h i c h h a d b e e n i n a c c e s s i b l e p r e v i o u s l y ( w i t h i n a n a g g r e g a t e , f o r e x a m p l e ) . M i x i n g t h e s o i l w i l l a l s o c a u s e m o r t a l i t y among t h e m i c r o b i a l b i o m a s s a n d t h u s c r e a t e a n i m m e d i a t e l y a v a i l a b l e s o u r c e o f s u b s t r a t e . S t a n d a r d p r o c e d u r e f o r l a b o r a t o r y a n a l y s i s c o n c e r n i n g m i c r o b i a l p r o c e s s e s i s t o a l l o w 7 - 1 0 d a y s f o r t h e s o i l t o s t a b i l i z e . N o t e t h a t t h e i n i t i a l b u r s t o f CO2 c o u l d b e a t t r i b u t e d t o t h e m i n e r a l i z a t i o n o f r e a d i l y d e c o m p o s a b l e s u b s t r a t e s s u c h a s p r o t e i n s f r o m t h e amendment i f t h e r e h a d b e e n a s i g n i f i c a n t l y h i g h e r r a t e o v e r t h e c o n t r o l s o i l . O t h e r i n v e s t i g a t o r s h a v e f o u n d t h i s t o o c c u r w i t h amendments s u c h a s f r e s h p l a n t m a t e r i a l ( G a l e a n d G i l m o u r 1 9 8 8 ) . 18 T A B L E 3 . 2 CARBON M I N E R A L I Z A T I O N (mg C / h r ) DAY TREATMENT MEAN D I F F E R E N C E * 2 T R E A T E D CONTROL 0 . 9 3 0 1 . 1 1 0 - 0 . 1 8 0 8 T R E A T E D CONTROL 0 . 6 0 9 0 . 6 1 1 - 0 . 0 0 2 12 T R E A T E D CONTROL 0 . 5 1 6 0 . 2 2 6 0 . 2 9 0 ( ± 0 . 2 2 3 ) 14 T R E A T E D CONTROL 0 . 4 7 7 0 . 1 1 9 0 . 3 5 8 ( ± 0 . 2 6 9 ) 18 T R E A T E D CONTROL 0 . 5 6 4 0 . 2 1 4 0 . 3 5 0 ( ± 0 . 2 4 0 ) 22 T R E A T E D CONTROL 0 . 5 1 0 0 . 1 9 7 0 . 3 1 3 ( ± 0 . 1 6 9 ) 24 T R E A T E D CONTROL 0 . 4 5 9 0 . 1 1 0 0 . 3 4 9 ( ± 0 . 1 3 7 ) 28 T R E A T E D CONTROL 0 . 4 5 5 0 . 1 1 6 0 . 339 ( ± 0 . 0 9 7 ) 32 T R E A T E D CONTROL 0 . 4 5 1 0 . 1 2 3 0 . 3 2 8 ( ± 0 . I l l ) T h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e t r e a t e d j a r s a n d t h e c o n t r o l j a r s i s c o n s i d e r e d t h e c a r b o n m i n e r a l i z e d f r o m t h e p u l p f i b r e w a s t e a n d i s u s e d i n t h e d e t e r m i n a t i o n o f t h e k c o n s t a n t . F I G U R E 3 . 2 P U L P F IBRE D E C O M P O S I T I O N (INCUBATION STUDY) 0 5 10 15 20 25 30 D A Y 20 T h e s e c o n d p o i n t i s c o n c e r n e d w i t h t h e i n t e r a c t i o n e f f e c t b e t w e e n d a y a n d t r e a t m e n t a s s e e n b y t h e c r o s s o v e r o f t h e two c u r v e s i n t h e f i r s t week o f t h e i n c u b a t i o n . T h e m a g n i t u d e o f t h i s b u r s t o f m i n e r a l i z a t i o n i s l o w e r f o r t h e amended s o i l t h a n t h e c o n t r o l . One h y p o t h e s i s i s t h a t t h e p h e n o l i c c o m p o u n d p i n o - s y l v i n m o n o - m e t h y l e t h e r , c o n t a i n e d i n t h e p u l p f i b r e w a s t e , i s r e l e a s e d i n t o t h e s o i l a n d i s i n h i b i t i n g m i c r o b i a l a c t i v i t y . H a r t (1981) s h o w e d t h a t p i n o s y l v i n m o n o - m e t h y l e t h e r h a s a n t i f u n g a l p r o p e r t i e s . W h i l e s i g n i f i c a n t l y a f f e c t i n g t h e i n i t i a l r e s p i r a t i o n , t h i s s u p p r e s s i o n i s n o t s t r o n g e n o u g h t o r e d u c e t h e o v e r a l l t r e a t m e n t e f f e c t o v e r t h e c o u r s e o f t h e e x p e r i m e n t . T h e r e i s a l s o a p o s s i b i l i t y t h a t t h e h e a v y m e t a l s o f t h e s l u d g e a r e a f f e c t i n g m i c r o b i a l a c t i v i t y . B r o o k e s a n d M c G r a t h (1984) f o u n d r e d u c t i o n s i n m i c r o b i a l b i o m a s s f o r s ewage s l u d g e amended s o i l s o v e r s o i l s w h i c h r e c e i v e d f a r m y a r d m a n u r e , e v e n 20 y e a r s a f t e r t h e l a s t s l u d g e a p p l i c a t i o n . C o p p e r a n d n i c k e l ( c o n c e n t r a t i o n s r a n g i n g f r o m 40 t o 90 u g / g - 1 a n d 5 t o 10 u g / g - 1 , r e s p e c t i v e l y ) w e r e f e l t t o b e r e s p o n s i b l e , w h i l e z i n c a n d c h r o m i u m h a d no e f f e c t . H o w e v e r , n o t a l l a s p e c t s o f m i c r o b i a l a c t i v i t y w e r e a f f e c t e d a d v e r s e l y . F o r e x a m p l e , p h o s p h a t a s e a c t i v i t y a n d m i n e r a l i z a t i o n o f n a t i v e s o i l o r g a n i c C a n d N w e r e c o m p a r a b l e i n h i g h a n d l o w m e t a l s o i l s ( B r o o k s a n d M c G r a t h 1 9 8 7 ) . M c G r a t h e t a l . ( 1 9 8 8 ) , i n a s t u d y o f h e a v y m e t a l s i n s ewage s l u d g e , f o u n d h e a v y m e t a l s r e d u c e d t h e e f f e c t i v e n e s s o f n i t r o g e n f i x i n g r o o t n o d u l e s . A 50% 21 r e d u c t i o n i n f i x a t i o n o c c u r r e d a t t o t a l m e t a l c o n t e n t o f t h e s o i l (ppm) o f 334 Z n , 99 C u , 27 N i , a n d 10 C d . I t was f e l t t h a t c h r o m i u m a n d l e a d w e r e i n s o l u b l e e n o u g h i n s o i l n o t t o b e a t o x i c f a c t o r . H o w e v e r , t h e l e v e l s o f h e a v y m e t a l s a d d e d t o t h e s o i l b y t h e PFW f o r t h e i n c u b a t i o n e x p e r i m e n t f a l l b e l o w t h e t o x i c c o n c e n t r a t i o n s m e n t i o n e d a b o v e . B a s e d o n t h e a n a l y s i s o f T a b l e 2 . 1 , t h e c o n c e n t r a t i o n s w o u l d b e : C u 0 . 0 9 u g / g - 1 , N i 0 . 0 8 4 u g / g - 1 , a n d Z n 0 . 1 5 5 u g / g - 1 s o i l . I t i s t h e r e f o r e d o u b t f u l t h a t t h e s e e l e m e n t s w e r e r e s t r i c t i n g d e c o m p o s i t i o n o f t h e p u l p f i b r e w a s t e . A f t e r d a y 12 t h e r e i s no s i g n i f i c a n t d e c r e a s e i n r e s p i r a t i o n r a t e w i t h t i m e ( p > 0 . 0 5 ) . I n o t h e r w o r d s , t h e d e c a y p a t t e r n i s n o t f o l l o w i n g t h e e x p o n e n t i a l c u r v e a s e x p e c t e d . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t w h i l e t h e a v e r a g e m i n e r a l i z a t i o n i s d e c r e a s i n g s l o w l y w i t h t i m e , t h e s a m p l e v a r i a n c e s a r e l a r g e e n o u g h t o r e n d e r t h i s i n s i g n i f i c a n t . I t i s d i f f i c u l t t o s t a t e c a t e g o r i c a l l y , b a s e d o n t h e s e r e s u l t s , w h e t h e r t h e p u l p f i b r e w a s t e w i l l d e c o m p o s e f o l l o w i n g f i r s t -o r d e r k i n e t i c s o r n o t . T h e h i g h l e v e l s o f v a r i a t i o n , w h i c h may b e m a s k i n g t h e e x p o n e n t i a l d e c a y , may b e d u e t o h e t e r o g e n i t y i n t h e s o i l u s e d . Some r e s e a r c h e r s , s u c h a s S t r o o e t a l . ( 1 9 8 9 ) , i n s i m i l a r e x p e r i m e n t s h a v e u s e d o n l y s a n d a s t h e m e d i u m , p r o b a b l y t o r e d u c e t h i s s o u r c e o f v a r i a t i o n . K n a p p e t a l . (1982) u s e d s a n d s o a s t o a v o i d e x c h a n g e a n d s t a b i l i z a t i o n o f s u b s t r a t e o r e n d p r o d u c t s b y s o i l c o l l o i d s . S o i l f r o m t h e l a n d i n g was u s e d i n t h i s e x p e r i m e n t b e c a u s e i t was f e l t t h a t c o l o n i z a t i o n b y 22 i n d i g e n o u s m i c r o b e s w o u l d b e t t e r r e f l e c t t h e d e c o m p o s i t i o n p r o c e s s o c c u r i n g i n t h e f i e l d . I n l i e u o f u s i n g s a n d i n c r e a s i n g t h e r e p l i c a t i o n o f t h e e x p e r i m e n t w o u l d h a v e u n d o u b t e d l y i m p r o v e d t h e d e s i g n . A s e c o n d c o n s i d e r a t i o n i s t h e f a c t t h a t o n l y 16% o f t h e t o t a l c a r b o n was m i n e r a l i z e d o v e r t h e 32 d a y i n c u b a t i o n . T h i s r e l a t i v e l y s m a l l r e d u c t i o n i n t o t a l c a r b o n may n o t b e e n o u g h t o c l e a r l y show a n e x p o n e n t i a l d e c a y p a t t e r n . O t h e r r e s u l t s r e p o r t e d i n t h e l i t e r a t u r e u s u a l l y show l o s s e s i n t o t a l c a r b o n o f a r o u n d 50% o v e r t h e d u r a t i o n o f t h e i n c u b a t i o n ( G a l e a n d G i l m o u r 1 9 8 6 ) . I t seems l i k e l y t h a t w i t h a f a i r l y r e s i s t a n t m a t e r i a l s u c h a s c e l l u l o s e some t i m e i s n e e d e d f o r t h e m i c r o b i a l b i o m a s s t o f u l l y e x p l o i t t h e s u b s t r a t e . I n t h e f i r s t 30 d a y s o f t h e i n c u b a t i o n t h e b i o m a s s may b e s t i l l i n c r e a s i n g , t h u s c a n c e l l i n g o u t t h e e f f e c t o f a d e c r e a s i n g l e v e l o f c a r b o n . C l a r k ( 1 9 7 0 , c i t e d i n H u n t 1977) f o u n d a n i n c r e a s e i n t h e r a t e o f d e c o m p o s i t i o n o f c e l l u l o s e o v e r t i m e i n a n i n c u b a t i o n s t u d y . He a l s o s p e c u l a t e d o n t h e t i m e n e e d e d f o r t h e m i c r o b i a l b i o m a s s t o u t i l i z e a s u b s t r a t e a s u n u s u a l a s p u r e c e l l u l o s e . I n a s i m i l a r s t u d y o f c e l l u l o s e d e c o m p o s i t i o n , T r i b e (1961) f o u n d a g e n e r a l m i c r o b i a l s u c c e s s i o n o f f u n g i , b a c t e r i a a n d t h e n p r o t o z o a o n c e l l u l o s e . He h y p o t h e s i z e d t h a t m i n e r a l n i t r o g e n was t a k e n u p b y s o i l o r g a n i s m s u n t i l a m a t u r e p o p u l a t i o n h a d d e v e l o p e d a t a p p r o x i m a t e l y 16 w e e k s a f t e r b u r i a l o f t h e s u b s t r a t e . A n i m p r o v e m e n t t h e n i n t h e 23 e x p e r i m e n t a l d e s i g n may b e t o s i m p l y e x t e n d t h e l e n g t h o f t h e i n c u b a t i o n . I n c o n s i d e r a t i o n o f t h e s e p o i n t s , i t s t i l l seems r e a s o n a b l e t o d e r i v e a k c o n s t a n t b a s e d o n t h e s e m i n e r a l i z a t i o n r e s u l t s . I n o r d e r t o do t h i s a n a s s u m p t i o n h a s t o b e made c o n c e r n i n g t h e o r i g i n a l l e v e l o f c a r b o n . A s was d i s c u s s e d b e f o r e , t h e m i n e r a l i z a t i o n o f CO2 i n t h e f i r s t week o f t h e i n c u b a t i o n was m o s t l i k e l y f r o m i n d i g e n o u s s o u r c e s r a t h e r t h a n f r o m t h e d e c o m p o s i t i o n o f t h e p u l p s l u d g e . F o r t h i s r e a s o n i t was a s s u m e d t h a t t h e l e v e l o f c a r b o n a t d a y 8 i s s t i l l t h e o r i g i n a l i n p u t l e v e l o f 1125 mg. A t t h i s p o i n t t h e m i n e r a l i z a t i o n c u r v e s d i v e r g e , w i t h t h e t r e a t e d j a r s s h o w i n g s i g n i f i c a n t l y h i g h e r l e v e l s . T h e r e f o r e t h e d e r i v a t i o n o f t h e k c o n s t a n t b e g i n s f r o m t h a t p o i n t i n t h e g r a p h o n w a r d s . F i g u r e 3 . 3 shows t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t i m e a n d t h e n a t u r a l l o g o f p e r c e n t c a r b o n r e m a i n i n g . T h e c u r v e i s o f two d i s t i n c t p o r t i o n s , s h o w i n g a s l i g h t l y s l o w e r r a t e a t f i r s t a n d t h e n r e a c h i n g a c o n s t a n t l e v e l f r o m d a y 12 o n . T h e i n i t i a l p o r t i o n o f t h i s c u r v e i s f l a t t e r , d e m o n s t r a t i n g a s l o w e r r a t e o f d e c o m p o s i t i o n a t t h e o u t s e t o f t h e i n c u b a t i o n . A s was a l l u d e d t o b e f o r e , t h e p r o b a b l e r e a s o n f o r t h i s i s t h a t t h e p u l p f i b r e w a s t e , b e i n g s t r a i g h t f r o m t h e p r o c e s s i n g m i l l a n d t h e n o v e n d r i e d , w o u l d h a v e v e r y few r e s i d e n t m i c r o b i a l o r g a n i s m s a b l e t o u t i l i z e t h e c e l l u l o s e . S u b s t r a t e c o l o n i z e r s f r o m t h e s o i l , p r e d o m i n a t e l y f u n g i , w o u l d n e e d t i m e t o g r o w f r o m t h e s p o r e s t a g e . S e c o n d l y , t h e p h e n o l i c FIGURE 3.3 DETERMINATION OF K CONSTANT (PULP FIBRE WASTE) LN % C REMAINING 4.65 i 4 4 i 1 1 1 i i i 5 10 15 20 * 25 30 35 DAY 25 c o m p o u n d i n t h e p u l p i s i n h i b i t i n g f u n g a l g r o w t h t o some d e g r e e . R e s e a r c h e r s i n v e s t i g a t i n g t h e e f f e c t o f t h i s c o m p o u n d o n d e c o m p o s i t i o n h a v e f o u n d a l a g p e r i o d o f 3 t o 10 d a y s d u r i n g w h i c h no g r o w t h o c c u r s ( H a r t , 1 9 8 1 ) . T h e s e c o n d p o r t i o n o f t h e g r a p h h a s a k v a l u e , a s d e t e r m i n e d b y t h e s l o p e o f t h e p l o t , o f - 0 . 0 0 7 8 d " 1 . T h u s t h e s u b s t r a t e i s b e i n g r e d u c e d b y 0.78% e a c h d a y u n d e r o p t i m u m c o n d i t i o n s . I n c o m p a r i s o n w i t h o t h e r s t u d i e s o f a m e n d m e n t s , t h i s k v a l u e w o u l d c l a s s i f y t h e PFW a s a n i n t e r m e d i a t e l y t o s l o w l y d e c o m p o s a b l e s u b s t r a t e . G a l e a n d G i l m o u r (1988) f o u n d a l f a l f a t o h a v e t h r e e r a t e s : 0 . 1 2 3 d - 1 ( r a p i d ) , 0 . 0 5 9 d - 1 ( i n t e r m e d i a t e ) , a n d 0 . 0 0 9 5 d " 1 ( s l o w ) . G i l m o u r e t a l . (1985) e x a m i n e d t h e d e c o m p o s i t i o n o f s ewage s l u d g e . U n d e r s i m i l a r l a b o r a t o r y c o n d i t i o n s , t h e s l u d g e h a d t h r e e r a t e s o f d e c a y : 0 . 0 1 4 d - 1 ( r a p i d ) , 0 . 0 0 3 6 d " 1 ( i n t e r m e d i a t e ) , 0 . 0 0 1 1 d " 1 ( s l o w ) . M o l i n a e t a l (1983) u s e d a k v a l u e o f 0 . 0 2 d - 1 f o r c e l l u l o s e i n a m o d e l o f n i t r o g e n a n d c a r b o n t r a n s f o r m a t i o n s . T h e k v a l u e d e t e r m i n e d f o r t h e r o t a t i o n a l m e c h a n i c a l p r o d u c e d p u l p f i b r e w a s t e shows t h a t t h e p H , l i g n i n c o n t e n t a n d p h e n o l i c c o m p o u n d s o f t h e s u b s t r a t e a r e n o t i n h i b i t i n g d e c o m p o s i t i o n t o a n y l a r g e d e g r e e . H o w e v e r i t i s i m p o r t a n t t o p o i n t o u t t h a t t h e p u l p m i l l w a s t e f r o m m i l l s u s i n g t h e K r a f t p u l p i n g p r o c e s s a r e o f t e n o f h i g h e r pH a n d l i g n i n c o n t e n t ( C r o y a n d Rode 1988) w h i c h may b e m o r e l i m i t i n g t o t h e d e c o m p o s i t i o n r a t e . 26 CONCLUSIONS P u l p f i b r e w a s t e when u s e d a s s o i l amendment u n d e r g o e s r e l a t i v e l y i n t e r m e d i a t e d e c o m p o s i t i o n r e s u l t i n g i n a m i n e r a l i z a t i o n r a t e (k) o f 0 . 0 0 7 8 d - 1 . T h e s u b s t r a t e i s h o m o g e n e o u s e n o u g h t h a t o n l y o n e r a t e o f m i n e r a l i z a t i o n was o b s e r v e d . How c l o s e l y t h e p u l p f i b r e w a s t e f o l l o w s f i r s t -o r d e r k i n e t i c s i n i t s d e c o m p o s i t i o n i s n o t c e r t a i n , b u t t h i s r a t e o f m i n e r a l i z a t i o n seems r e a s o n a b l e e n o u g h t o b e u s e d i n f u r t h e r i n v e s t i g a t i o n s t o w a r d s u n d e r s t a n d i n g t h e g e n e r a l t u r n o v e r o f t h e amended c a r b o n . 27 IV. FIELD APPLICATION OF PULP FIBRE WASTE Introduct ion A p p l i c a t i o n s o f t h e p u l p f i b r e w a s t e w e r e made o n f o r e s t l a n d i n g s i n a p i l o t s t u d y ( u n d e r t h e B r i t i s h C o l u m b i a M i n i s t r y o f F o r e s t s ) t o d e t e r m i n e t h e e f f e c t s o n b u l k d e n s i t y a n d s e e d l i n g g r o w t h . T h e s e f i e l d t r i a l s a l s o p r e s e n t e d a n o p p o r t u n i t y t o d e t e r m i n e w h e t h e r t h e p u l p f i b r e w a s t e w i l l i m p r o v e t h e b i o l o g i c a l a c t i v i t y o f t h e s o i l . I t i s h y p o t h e s i z e d t h a t a d d i n g t h e PFW amendment w i l l o f f e r a i n t e r m e d i a t e l y d e c o m p o s a b l e s u b s t r a t e f o r t h e l a n d i n g s o i l , w h i c h w i l l i n c r e a s e l e v e l s o f m i c r o b i a l b i o m a s s a n d a c t i v i t y . O v e r t i m e , t h i s m o r e p r o d u c t i v e s o i l s h o u l d l e a d t o i m p r o v e m e n t s i n s o i l s t r u c t u r e i n c o m p a r i s o n w i t h t h e u n a m e n d e d l a n d i n g s . F i e l d w o r k was c a r r i e d o u t t o m o n i t o r s o i l r e s p i r a t i o n a n d m i c r o b i a l b i o m a s s o f t h e amended a n d u n a m e n d e d s o i l s . T h e f i r s t o b j e c t i v e o f t h e f i e l d r e s e a r c h i s t o d e t e r m i n e w h e t h e r t h e amendment h a s s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d m i c r o b i a l a c t i v i t y . S e c o n d l y , t h e m i n e r a l i z a t i o n r a t e f o r t h e PFW w i l l b e d e t e r m i n e d (by b o t h s o i l r e s p i r a t i o n a n d l i t t e r b a g t r i a l s ) f o r t h e f i e l d c o n d i t i o n s a n d c o m p a r e d w i t h t h e m i n e r a l i z a t i o n r a t e o f c a r b o n i n t h e c o n t r o l a n d o f f - l a n d i n g p l o t s . T h e t h i r d o b j e c t i v e i s t o c o m p a r e , o n t h e b a s i s o f t h e m i c r o b i a l b i o m a s s a n d i t s a c t i v i t y , t h e b r o a d e r m i c r o b i a l c o m m u n i t y r e s p o n s e t o t h e amendment . 28 M A T E R I A L S AND METHODS 1) L a n d i n g r e h a b i l i t a t i o n p r o j e c t T h e s i t e o f t h e f i e l d t r i a l s i s l o c a t e d n e a r T u d y a h L a k e ( F i g u r e 4 . 1 A ) , a p p r o x i m a t e l y 30 km s o u t h o f M a c K e n z i e , B . C . , a n a r e a s i t u a t e d o n t h e F r a s e r b a s i n o f t h e I n t e r i o r P l a t e a u ( H o l l a n d , 1 9 6 4 ) . S o i l s i n t h i s a r e a a r e G r a y L u v i s o l s w i t h D y s t r i c B r u n i s o l s a n d E l u v i a t e d G l e y s o l s ( K e s e r e t a l . 1 9 7 3 ) . G e n e r a l c l i m a t i c c o n d i t i o n s a r e d e s c r i b e d a s a h u m i d t o s u b h u m i d c o n t i n e n t a l c l i m a t e c h a r a c t e r i z e d b y m o d e r a t e r a i n f a l l , some m o i s t u r e d e f i c i t i n t h e g r o w i n g s e a s o n , a n d a mean a n n u a l t e m p e r a t u r e a b o v e o r s l i g h t l y b e l o w f r e e z i n g . ( K e s e r e t a l . 1 9 7 3 ) . T h e b i o g e o c l i m a t i c z o n e i s S u b -B o r e a l S p r u c e ( K r a j i n a 1 9 6 5 ) . T a b l e 4 . 1 l i s t s some o f t h e s o i l p a r a m e t e r s f o r t h e l a n d i n g a n d o f f - l a n d i n g . T a b l e 4 . 1 S o i l P a r a m e t e r s f o r L a n d i n g a n d O f f - l a n d i n g P a r a m e t e r L a n d i n g O f f - l a n d i n g B u l k d e n s i t y 1 .54 g / c m 3 1 . 3 5 g / c m 3 T e x t u r e G S L - L S G S L - L o a m >2mm 19 NA <2mm 81 NA E f f e c t i v e P o r . 47% NA T o t a l C (%) 0 . 7 0 (min) 3 0 . 3 4 ( l i t t e r ) T o t a l N (%) 0 . 037 1 . 4 5 C / N 1 8 . 9 2 0 . 9 P H ( H 2 0 ) 5 . 5 4 . 7 T h e s e l a n d i n g s w e r e c r e a t e d i n 1982 d u r i n g w i n t e r h a r v e s t i n g o p e r a t i o n s ( K n o w l e s , p e r . c o m m . ) . R e h a b i l i t a t i o n o p e r a t i o n s t o o k p l a c e i n S e p t e m b e r o f 1 9 8 7 . T h e r e h a b i l i t a t i o n p r o c e d u r e i n v o l v e d f i r s t 29 s h a t t e r i n g t h e s o i l p r o f i l e w i t h a w i n g e d s u b s o i l e r , f o l l o w e d b y t h e a p p l i c a t i o n a n d d i s c i n g i n o f t h e p u l p f i b r e w a s t e a n d f e r t i l i z e r s t o a 10 cm d e p t h ( M c L e o d , p e r . c o m m . ) . E a c h l a n d i n g was d i v i d e d i n t o t w o t r e a t m e n t a r e a s a n d o n e c o n t r o l a r e a ( F i g u r e 4 . I B ) . T h e two t r e a t m e n t s r e p r e s e n t two l e v e l s o f p u l p f i b r e w a s t e a p p l i c a t i o n : F 1 P 1 - P u l p f i b r e w a s t e amount e q u a l l i n g 4 . 4 t o n n e s , w h i c h was s p r e a d o v e r a l a n d a r e a o f 777 m 2 f o r a n a p p l i c a t i o n r a t e o f 5 6 . 4 t o n s / h a . A s s u m i n g a b u l k d e n s i t y o f 1200 k g / m , t h i s g i v e s a n o r g a n i c m a t t e r l e v e l o f 4.75% i n t h e t o p 10 cm s o i l h o r i z o n ( M c L e o d , p e r . c o m m . ) . F e r t i l i z e r s w e r e a d d e d a t t h e f o l l o w i n g r a t e s : 0 . 2 7 5 k g 4 6 - 0 - 0 / m 2 (2750 k g / h a , 1265 k g N / h a ) 0 . 0 5 k g 1 1 - 5 1 - 0 / m 2 (500 k g / h a , 218 k g P / h a ) 0 . 2 1 8 k g 0 - 0 - 6 0 / m 2 (2175 k g / h a , 1798 k g K / h a ) W i t h a c a r b o n c o n t e n t o f 45%, t h e C : N r a t i o o f t h e amendment i s 2 0 : 1 . F 2 P 2 - T h i s a p p l i c a t i o n r a t e i s s i m p l y t w i c e t h e a m o u n t o f t h e F 1 P 1 r a t e . I n a d d i t i o n , two o t h e r l a n d i n g s o f t h e same c u t b l o c k w e r e r i p p e d w i t h t h e w i n g e d s u b s o i l e r a n d f e r t i l i z e d , b u t n o p u l p f i b r e w a s t e amendment was a d d e d . T h e amount o f f e r t i l i z e r s ( F l a n d F2) i s t h e same a s f o r t h e amended l a n d i n g s . 30 31 CI F1P1 LANDING 1 F2P2 F2P2 F1P1 C1 LANDING 3 LANDING 2 C1 F1 F2 F1 C1 LANDING 4 F I G U R E 4.1B PLOT LAYOUT S C A L E 20 m 32 T h e c o n t r o l t r e a t m e n t (CI ) r e f e r s t o t h e p o r t i o n o f t h e l a n d i n g n o t r i p p e d o r a m e n d e d , w h i l e t h e o f f l a n d i n g c o n t r o l (C2) i s a n a r e a o f r e g e n e r a t i n g f o r e s t w h i c h h a s n o t u n d e r g o n e t h e c o m p a c t i o n a n d l o s s o f o r g a n i c m a t t e r t h a t t h e l a n d i n g h a s . 2) F i e l d M e t h o d s T h e r e s p i r a t i o n a p p a r a t u s c o n s i s t s o f a 10 cm d i a m e t e r PVC p i p e , 30 cm i n l e n g t h a n d e q u i p p e d w i t h a s n u g f i t t i n g c a p . One e n d o f t h e p i p e was f i l e d t o a s h a r p e d g e t o a l l o w e a s i e r s i n k i n g i n t o t h e g r o u n d . W h i l e o n l y t h e t o p 10 cm o f s o i l i s e x p e c t e d t o b e b i o l o g i c a l l y a c t i v e ( t h e d e p t h o f t h e a m e n d m e n t ) , t h e c a n n i s t e r was b u r i e d t o 20 cm t o a v o i d a n y CO2 g a s e n t e r i n g t h r o u g h t h e b a s e o f t h e t u b e f r o m t h e s u r r o u n d i n g s o i l . T h e c a n n i s t e r s w e r e n o t m o v e d o v e r t h e summer a n d w e r e k e p t u n c o v e r e d d u r i n g t h e t i m e b e t w e e n m e a s u r e m e n t s . S o i l r e s p i r a t i o n was m o n i t o r e d o n t h e f o u r l a n d i n g s o n t h r e e o c c a s i o n s i n 1988 a n d t h e n o n o n l y t h e amended l a n d i n g s e v e r y two weeks o v e r J u n e , J u l y a n d A u g u s t o f 1 9 8 9 . A v i a l o f 0 . 5 N NaOH (50 m l v o l u m e , 4 . 9 c m 2 s u r f a c e a r e a ) was u s e d a s a CO2 t r a p i n e a c h c a n n i s t e r . A f t e r i n t r o d u c i n g t h e t r a p , t h e c a n n i s t e r was c a p p e d f o r 24 h o u r s ( u s u a l l y t h e i n c u b a t i o n b e g a n a t 1 t o 2 p m ) . A s m a l l amount o f v a s e l i n e was s m e a r e d o n t h e i n s i d e o f t h e c a n n i s t e r c a p t o a l l o w e a s i e r r e m o v a l a f t e r t h e i n c u b a t i o n . T h e v i a l s w e r e c a p p e d , a i r - t i g h t , a n d t a k e n 33 b a c k t o t h e l a b t o b e t i t r a t e d w i t h HC1 t o d e t e r m i n e t h e amount o f CO2 a b s o r p t i o n . T h e c o n c e n t r a t i o n o f CO2 f o u n d n a t u r a l l y w i t h i n t h e c a n n i s t e r was s u b t r a c t e d f r o m t h e r e s p i r a t i o n d a t a a s a n e x p e r i m e n t a l c o n t r o l . T h i s amount was d e t e r m i n e d b y t h e a l k a l i t r a p a n d a c a n n i s t e r c a p p e d a t b o t h e n d s . I n t h e 1988 f i e l d s e a s o n e a c h t r e a t m e n t h a d f o u r r a n d o m l y p l a c e d r e p l i c a t e s , w h i c h i n 1989 was i n c r e a s e d t o 6 p e r t r e a t m e n t f o r a t o t a l o f 48 o b s e r v a t i o n s e a c h i n c u b a t i o n . C a l c u l a t i o n o f n e t m i n e r a l i z a t i o n o f CO2 i s a s d e s c r i b e d b y A n d e r s o n ( 1 9 8 2 ) . A i r t e m p e r a t u r e a n d p r e c i p i t a t i o n l e v e l s w e r e m o n i t o r e d t h r o u g h o u t t h e summer o n l a n d i n g 3 ( A p p e n d i x 1) • M i n e r a l i z a t i o n r a t e s w e r e a l s o e x a m i n e d u s i n g mesh l i t t e r b a g s . T h e l i t t e r b a g s , 1 7 . 5 x 11 cm, w e r e c o n s t r u c t e d o f f i b e r g l a s s m e s h , w i t h a p o r e s i z e o f 1 m m 2 . A p p r o x i m a t e l y 25 g o f o v e n - d r i e d PFW was p l a c e d i n t h e b a g , r e w e t t e d a n d t h e n b u r i e d 5 cm d e e p i n t o t h e s o i l . T h e p u l p f i b r e w a s t e was s p r e a d o u t a s t h i n l y a s p o s s i b l e w i t h i n t h e mesh b a g t o m a x i m i z e t h e s u r f a c e c o n t a c t w i t h t h e s o i l . F o u r l i t t e r b a g s w e r e b u r i e d i n e a c h o f t h e a m e n d e d , c o n t r o l , a n d o f f - l a n d i n g p l o t s o n J u l y 1 1 , 1988 a n d r e t r i e v e d A u g u s t 2 2 , 1 9 9 0 . T h e r e m a i n i n g c o n t e n t s w e r e r e m o v e d , o v e n - d r i e d , a n d w e i g h e d t o d e t e r m i n e w e i g h t l o s s e s o v e r t h e y e a r . L i t t e r b a g s f o u n d t o c o n t a i n worm c a s i n g s w e r e n o t u s e d i n t h e 34 a n a l y s i s s i n c e t h e w e i g h t r e d u c t i o n i n t h e s u b s t r a t e was n o t d u e s o l e l y t o m i c r o b i a l d e c o m p o s i t i o n . 3) L a b o r a t o r y M e t h o d s : A t t h e e n d o f t h e 1989 f i e l d s e a s o n t h e t o p 10 cm o f s o i l c o n t a i n e d i n e a c h c a n n i s t e r was c o l l e c t e d f o r f u r t h e r a n a l y s i s . T h e c a n n i s t e r s f r o m t h e 1988 f i e l d s t u d y h a d b e e n r e m o v e d a n d s o c o u l d n o t b e i n c l u d e d i n t h i s a n a l y s i s . T h e s o i l s a m p l e s w e r e s i e v e d t h r o u g h a 1 cm s c r e e n . P a r t o f t h e s a m p l e , a b o u t 300 g , was k e p t m o i s t a n d a t r o o m t e m p e r a t u r e f o r d e t e r m i n a t i o n o f m i c r o b i a l b i o m a s s a n d o r g a n i c m a t t e r . A n o t h e r p o r t i o n o f t h e s o i l s a m p l e was f u r t h e r s c r e e n e d w i t h a 2 mm s i e v e a n d t h e n f r o z e n f o r l a t e r a n a l y s i s o f t o t a l a n d a v a i l a b l e n i t r o g e n . , M i c r o b i a l b i o m a s s a n a l y s i s was u n d e r t a k e n u s i n g t h e A n d e r s o n - D o m s c h m e t h o d o f CO2 r e s p o n s e t o a g l u c o s e a m e n d m e n t . T h e a p p a r a t u s u s e d i n t h i s m e t h o d i s i l l u s t r a t e d i n F i g u r e 4 . 2 . T h e s o i l s a m p l e s w e r e b r o u g h t t o a u n i f o r m m o i s t u r e c o n t e n t o f 10%. F i f t y - f i v e g r a m s (50 g a i r d r y ) o f s o i l was amended w i t h 0 . 2 g o f g l u c o s e a n d 0 . 5 g t a l c a n d m i x e d t h o r o u g h l y . T h e amount o f g l u c o s e u s e d was t h e m i n i m a l amount n e e d e d f o r t h e maximum i n i t i a l r e s p i r a t i o n f l u s h , a s o u t l i n e d i n t h e A n d e r s o n - D o r a s c h p r o c e d u r e ( P a r k i n s o n a n d P a u l 1 9 8 2 ) . T h e g l u c o s e - s o i l m i x t u r e was p l a c e d i n a p l a s t i c t u b e (370 m l v o l u m e ) a n d l e f t t o i n c u b a t e a t 2 2 ° C f o r 1 h o u r . T h e t u b e was t h e n a t t a c h e d t o t h e g a s a p p a r a t u s w h e r e a l o w 35 f l o w o f a i r f l u s h e d o u t t h e b u i l t u p g a s e s . A f t e r 10 m i n u t e s t h e a i r f l o w was c o n n e c t e d t o t h e g a s a n a l y z e r t o d e t e r m i n e t h e CO2 e v o l u t i o n r a t e . R e s u l t s w e r e c o n v e r t e d t o mL C O 2 h r - 1 ( 1 0 0 g s o i l ) - 1 a n d u s e d i n a r e g r e s s i o n e q u a t i o n t o c a l c u l a t e g b i o m a s s c a r b o n ( A n d e r s o n a n d D o m s c h 1 9 7 8 ) : x = 4 0 . 0 4 y + 0 . 3 7 w h e r e x=mg C p e r u n i t s o i l y = p e a k mL CO2 r e s p i r e d p e r u n i t s o i l T h e o r g a n i c m a t t e r c o n t e n t was d e t e r m i n e d b y m a s s l o s s d u e t o i g n i t i o n . A p p r o x i m a t e l y 10 g o v e n d r i e d s o i l was p l a c e d i n t o a c r u c i b l e a n d k e p t a t 4 5 0 ° C f o r 3 h o u r s . A v a i l a b l e N was d e t e r m i n e d u s i n g 2M K C 1 e x t r a c t i o n w i t h t h e a u t o a n a l y z e r , w h i l e t h e t o t a l N was d e t e r m i n e d b y K j e l d a h l d i g e s t i o n ( B r e m n e r a n d M u l v a n e y 1 9 8 2 ) . R e s u l t s f r o m t h e f i e l d r e s p i r a t i o n t r i a l s w e r e a n a l y s e d w i t h t h e ANOVA p r o c e d u r e a n d c o m p a r i s o n b e t w e e n m e a n s b y t h e S c h e f f e p r o c e d u r e u s i n g SAS s o f t w a r e . ULns F L O W K O H 0 * 8 M E T E R S O L ' N S O I L S A M P L E D E S I C C A T O R 0 A S A N A LY Z E R F I G U R E 4.2 A P P A R A T U S F O R M I C R O B I A L B I O M A S S 36 R E S U L T S AND D I S C U S S I O N T h e s o i l p a r a m e t e r s f o r t h e amended p l o t s , a s o f S e p t e m b e r , 1 9 8 9 , a r e shown i n T a b l e 4 . 2 . T A B L E 4 . 2 S o i l P a r a m e t e r s o f t h e F 1 P 1 a n d F2P2 P l o t s T r e a t OM % T o t a l N (%) p H ( H 2 0 ) L l F 1 P 1 3 . 1 7 ± 0 . 8 7 0 . 0 5 3 5 . 0 - 5 . 5 L l F2P2 7 . 9 5 ± 4 . 5 0 . 0 6 7 5 . 0 - 5 . 5 L3 F 1 P 1 7 . 2 0 ± 8 . 7 4 0 . 0 5 2 6 . 0 - 6 . 2 L3 F2P2 3 . 7 4 ± 3 . 2 4 0 . 0 3 9 5 . 5 - 6 . 0 1) S o i l r e s p i r a t i o n o f t h e o f f - l a n d i n g T h e mean l e v e l s o f s o i l r e s p i r a t i o n f o r t h e f o u r t r e a t m e n t s o f t h e f i e l d t r i a l s a r e shown i n F i g u r e 4 . 3 . On a v e r a g e t h e n e t m i n e r a l i z a t i o n o f t h e r e g e n e r a t i n g f o r e s t ( o f f l a n d i n g c o n t r o l ) was 345 ( ± 5 2 ) mg C 0 2 m ~ 2 h r _ 1 w h i c h c o m p a r e s w e l l w i t h s i m i l a r w o r k i n t h e l i t e r a t u r e . W a l t e r a n d H a b e r ( 1 9 5 7 , a s c i t e d i n S i n g h a n d G u p t a 1 9 7 7 ) , u s i n g a l k a l i t r a p s , f o u n d r e s p i r a t i o n r a t e s o f 2 4 0 , 2 2 8 , a n d 431 mg C C ^ m ^ h r - 1 i n o a k , s p r u c e a n d f i r f o r e s t s , r e s p e c t i v e l y , o f G e r m a n y . W i t k a m p (1966) r e c o r d e d r a t e s o f 1 5 6 - 1 8 3 mg C02m " h r i n p i n e f o r e s t s o f T e n n e s s e e . A r e g e n e r a t i n g f o r e s t , w i t h i t s o p e n c a n o p y , i s e x p o s e d t o m o r e s o l a r r a d i a t i o n t h a n w o u l d b e t h e f o r e s t s m e n t i o n e d i n t h e l i t e r a t u r e . T h e r e f o r e c o m p a r i s o n s o f s o i l r e s p i r a t i o n w i t h g r a s s l a n d e c o s y s t e m s may a l s o b e v a l i d . W i l d u n g e t a l . ( 1 9 7 5 ) , i n a s t u d y o f t h e P a c i f i c N o r t h w e s t b u n c h g r a s s c o m m u n i t y ( A g r o p y r o n ) o f FIGURE 4.3 SOIL RESPIRATION 1989 TREATMENT A V E R A G E S MG C 0 2 / M 2 / H R 1500 1000 500 - * -F1P1 F2P2 — C O N T R O L O F F L A N D 0 150 170 190 210 JULIAN DAY 230 38 W a s h i n g t o n , f o u n d r e s p i r a t i o n r a t e s f r o m 30 t o 200 mg C02m * h r o v e r t h e y e a r . C o l e m a n (1973) f o u n d r a t e s o f 47 t o 332 mg C C ^ m ^ h r " " 1 i n a A n d r o p o c r o n g r a s s l a n d o f S o u t h C a r o l i n a , U S A . L e v e l s o f s o i l r e s p i r a t i o n a r e l o w e r o f f t h e l a n d i n g p r o b a b l y b e c a u s e o f much l o w e r a m o u n t s o f f r e s h o r g a n i c m a t e r i a l a s c o m p a r e d t o t h e amended l a n d i n g s . 2) R e s p i r a t i o n o f l a n d i n g c o n t r o l s o i l A s shown i n F i g u r e 4 . 3 , t h e l a n d i n g c o n t r o l s h o w e d h i g h e r l e v e l s o f s o i l r e s p i r a t i o n t h a n was e x p e c t e d , g i v e n t h a t t h e s o i l i s h i g h l y c o m p a c t e d a n d l o w i n o r g a n i c m a t t e r . T h e s o u r c e o f t h i s CO2 i s m o s t l i k e l y t h e l a y e r o f s l a s h m a t e r i a l , p r e d o m i n a t e l y c o n i f e r n e e d l e s a n d b a r k c h i p s , o n t h e s u r f a c e o f t h e l a n d i n g . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t t h i s l a y e r o f s l a s h made u p a p p r o x i m a t e l y o n l y t h e t o p c e n t i m e t e r o f t h e h o r i z o n w h i l e t h e r e s t o f t h e p r o f i l e was m i n e r a l m a t t e r . T h e r e f o r e t h e c o n t r i b u t i o n o f t h i s o r g a n i c m a t t e r t o t h e i m p r o v e m e n t o f s o i l s t r u c t u r e w i t h i n t h e s u r f a c e h o r i z o n w o u l d b e m i n i m a l . No s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e was f o u n d b e t w e e n r a t e s o f s o i l r e s p i r a t i o n f o r t h e c o n t r o l a n d PFW amended p l o t s ( p > 0 . 0 5 ) . E v i d e n t l y t h e n t h e a d d i t i o n o f PFW h a s n o t r e s u l t e d i n a h i g h e r a c t i v i t y ( r e s p i r a t i o n ) l e v e l , i n c o n t r a s t t o t h e r e s u l t s f o u n d i n t h e l a b o r a t o r y s t u d y . T h e p r e s e n c e o f t h e s l a s h m a t e r i a l i s o n e r e a s o n f o r t h i s . I n t h e i n c u b a t i o n s t u d y t h e s o i l was s i e v e d t o r e m o v e t h e l a r g e r 39 o r g a n i c d e b r i s a n d s u b s e q u e n t l y t h e r e s p i r a t i o n o f t h e c o n t r o l j a r s was v e r y l o w . On t h e l a n d i n g t h i s m a t e r i a l r e m a i n s , a n d i t s c o n t r i b u t i o n t o t h e o r g a n i c m a t t e r l e v e l o f t h e s o i l i s h i g h : t h e c o n t r o l c a n n i s t e r s h a d a mean OM c o n t e n t o f 4.96%. T h i s may e x p l a i n t h e r e l a t i v e l y h i g h r a t e s o f s o i l r e s p i r a t i o n f o r t h e l a n d i n g c o n t r o l . T h e q u e s t i o n r e m a i n s a s t o why t h e amended l a n d i n g s w e r e n o t t h e n p r o p o r t i o n a l l y h i g h e r i n r e s p i r a t i o n c o m p a r e d t o t h e c o n t r o l , s i n c e a s i m i l a r amount o f s l a s h m a t e r i a l a l o n g w i t h t h e PFW w e r e p r e s e n t i n t h e s o i l . T h e a n s w e r t o t h i s may b e e v i d e n t f r o m t h e 1988 r e s p i r a t i o n d a t a ( F i g u r e 4 . 4 ) when t h e r e s p i r a t i o n r e s p o n s e o f t h e r i p p e d a n d f e r t i l i z e d s o i l s o f l a n d i n g s 2 a n d 4 w e r e m o n i t o r e d . D i s c i n g t h e s l a s h m a t e r i a l i n t o t h e s u r f a c e s o i l c a u s e d a s i g n i f i c a n t r e d u c t i o n i n t h e r a t e o f d e c o m p o s i t i o n a s c o m p a r e d t o t h e l a n d i n g c o n t r o l ( p < 0 . 0 5 ) . T h e s e r e s u l t s c o n f l i c t w i t h t h o s e f o u n d b y B r o w n a n d D i c k e y (1970) w h e r e b u r i e d w h e a t s t r a w (12 cm d e e p ) was 93 t o 98% m i n e r a l i z e d a f t e r 18 m o n t h s c o m p a r e d t o 31 t o 40% o f t h e s t r a w a t t h e s u r f a c e . I t was e x p e c t e d t h e n t h a t d i s c i n g t h e s l a s h i n w o u l d i n c r e a s e i t s r a t e o f m i n e r a l i z a t i o n . V i s u a l e x a m i n a t i o n o f t h e F l a n d F2 p l o t s i n J u n e o f 1988 s h o w e d v e r y l i t t l e o r g a n i c m a t t e r i n t h e s u r f a c e h o r i z o n ( a p p r o x i m a t e l y 15 cm d e e p ) . P e r h a p s w h a t h a s h a p p e n e d i s t h a t much o f s l a s h r e s i d u e was d e e p l y b u r i e d when t h e p r o f i l e was s h a t t e r e d w i t h t h e w i n g e d s u b s o i l e r . FIGURE 4.4 SOIL RESPIRATION 1988 TREATMENT AVERAGES MG CO,/M 2 /HR 1500 1200 900 600 300 0 150 170 190 JULIAN DAY 210 F1P1 F2P2 C O N T R O L O F F L A N D F2 F1 230 o 41 T h e amount o f o r g a n i c m a t t e r may n o t h a v e c h a n g e d b u t i t s d i s t r i b u t i o n w i t h i n t h e p r o f i l e i s s u c h t h a t t h e r a t e o f m i n e r a l i z a t i o n h a s d e c r e a s e d . T h i s may b e a r e s u l t o f t h e p o o r g a s e x c h a n g e i n t h e t i l l e d s o i l a s r e s e t t l i n g o c c u r s , w h i c h w o u l d r e d u c e t h e l e v e l o f d e c o m p o s i t i o n w i t h i n c r e a s i n g d e p t h . A s e c o n d f a c t o r i s t h e l o w e r s o i l t e m p e r a t u r e s w i t h i n t h e p r o f i l e a s c o m p a r e d t o t h o s e a t t h e s u r f a c e , w h i c h a g a i n w i l l l o w e r t h e d e c o m p o s i t i o n r a t e . U n f o r t u n a t e l y t h e r e s u l t s f r o m F l a n d F2 o f l a n d i n g s 2 a n d 4 c a n n o t b e i n c o r p o r a t e d i n t o t h e a n a l y s i s o f t h e amended l a n d i n g s s i n c e t h e y a r e o n s e p a r a t e b l o c k s . H o w e v e r s i n c e ANOVA a n a l y s i s f o u n d n o s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s i n r e s p i r a t i o n b e t w e e n t h e f o u r l a n d i n g c o n t r o l s i n 1 9 8 8 , I w o u l d e x p e c t t h a t i f t h e s e t r e a t m e n t s ( t i l l i n g a n d f e r t i l i z i n g ) h a d b e e n i m p l e m e n t e d o n l a n d i n g s l a n d 3 t h e y w o u l d h a v e y i e l d e d s i m i l a r r e s u l t s . On a v e r a g e , t h e l e v e l o f r e s p i r a t i o n o f F l a n d F2 was 1 .7 ( ± 0 . 9 ) mg Cm d a y w h i c h r e p r e s e n t s t h e e x p e c t e d amount o f b a c k g r o u n d r e s p i r a t i o n o n t h e amended l a n d i n g s . W h i l e t h i s a s s u m p t i o n i s n o t c o m p l e t e l y j u s t i f i a b l e b e c a u s e t h e d a t a a r e f r o m s e p a r a t e l a n d i n g s , i t w i l l b e n e c e s s a r y t o make some a l l o w a n c e f o r ^ b a c k g r o u n d r e s p i r a t i o n 7 i n t h e a n a l y s i s o f t h e amended l a n d i n g s . One o t h e r r e a s o n f o r t h e l a c k o f s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s b e t w e e n r e s p i r a t i o n o f t h e c o n t r o l a n d amended s o i l s may b e d u e t o some p r o b l e m s w i t h t h e CO2 42 t r a p s . A n d e r s o n (1982) recommends u s i n g NaOH w i t h a h i g h e n o u g h m o l a r i t y o r v o l u m e t o e n s u r e t h a t 80% o f t h e a l k a l i i s u n r e a c t e d . M o s t o f t h e t i m e t h i s was t h e c a s e , e s p e c i a l l y w i t h t h e c o n t r o l a n d o f f - l a n d i n g t r i a l s , b u t o c c a s i o n a l l y t h e amended t r i a l s h a d v i a l s w h i c h w e r e m o r e t h a n h a l f r e a c t e d . T h e s e v i a l s may b e u n d e r e s t i m a t i n g t h e r e s p i r a t i o n r a t e t o some d e g r e e . 3) R e s p i r a t i o n o f t h e Amended S o i l ANOVA a n a l y s i s f o u n d no s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s i n r e s p i r a t i o n b e t w e e n t h e two l e v e l s o f amendment ( F 1 P 1 a n d F 2 P 2 ) , w h i c h d e f e a t s t h e h y p o t h e s i s t h a t a d d i n g m o r e amendment w o u l d i n c r e a s e m i c r o b i a l a c t i v i t y . H o w e v e r , t h i s c o n c l u s i o n i s c l o u d e d b y t h e w i d e r a n g e o f o r g a n i c m a t t e r c o n t e n t a n d n i t r o g e n l e v e l s p r e s e n t i n t h e s o i l o f t h e e x p e r i m e n t a l p l o t s . A s i s e v i d e n t f r o m A p p e n d i x 2 , t h e o r g a n i c m a t t e r l e v e l s r a n g e f r o m 1 . 7 7 t o 22.31% w h i l e t o t a l N r a n g e s f r o m 0 . 0 2 1 t o 0.092%. I n f a c t , t h e r a n g e o f o r g a n i c m a t t e r c o n t e n t s a r o u n d t h e mean f o r F 1 P 1 a n d F2P2 w e r e f o u n d t o o v e r l a p ( T a b l e 4 . 2 ) , r e s u l t i n g i n a n e x p e r i m e n t a l d e s i g n w h e r e t h e t r e a t m e n t s a r e n o t d i s t i n c t l y d i f f e r e n t . U n f o r t u n a t e l y , a s o f t e n h a p p e n s i n o p e r a t i o n a l r e s e a r c h s u c h a s t h i s , n o t e n o u g h c a r e was t a k e n i n c r e a t i n g h o m o g e n e o u s e x p e r i m e n t a l p l o t s . When t h i s l i m i t a t i o n became a p p a r e n t a d i f f e r e n t a n a l y s i s was a t t e m p t e d . T h e t r e a t m e n t r e p l i c a t e s , r e g a r d l e s s o f l a n d i n g (no b l o c k e f f e c t h a d b e e n f o u n d i n p r e l i m i n a r y a n a l y s i s ) , w e r e r e g r o u p e d i n t o two c l a s s e s 43 (<5% a n d >5%) o n t h e b a s i s o f o r g a n i c m a t t e r c o n t e n t ( A p p e n d i x 3 ) . T h i s r e d i s t r i b u t i o n g i v e s two s e p a r a t e t r e a t m e n t s c l a s s e s w i t h a v e r a g e o r g a n i c m a t t e r l e v e l s o f 3.22% a n d 10.1%. I n e f f e c t , t h e e x p e r i m e n t a l d e s i g n h a s c h a n g e d f r o m a n e x p e r i m e n t a l o n e (where t r e a t m e n t s a r e f i x e d a n d c o n t r o l l e d ) t o a s a m p l i n g p r o c e d u r e , w i t h s t r a t i f i c a t i o n o c c u r r i n g a f t e r s a m p l i n g . T h e a v e r a g e r e s p i r a t i o n l e v e l s f o r t h e s e two c l a s s e s o f o r g a n i c m a t t e r o v e r t h e 1989 summer a r e shown i n F i g u r e 4 . 5 . ANOVA a n a l y s i s ( u s i n g t h e GLM p r o c e d u r e f o r u n e v e n s a m p l e s i z e s ) a g a i n s h o w e d no d i f f e r e n c e s i n n e t c a r b o n m i n e r a l i z a t i o n b e t w e e n t h e t r e a t m e n t s o r t h e l a n d i n g c o n t r o l p l o t s (p>0 .05 ) T h a t t h e r e i s no d i f f e r e n c e i n t h e amount o f CO2 b e i n g r e s p i r e d i n t h e s e amended s o i l s i s somewhat s u r p r i s i n g i n l i g h t o f p r e v i o u s d i s c u s s i o n ( C h a p t e r 3) c o n c e r n i n g f i r s t - o r d e r d e c a y f u n c t i o n s . One h y p o t h e s i s s t a t e d p r e v i o u s l y i s t h a t t h e r a t e o f m i n e r a l i z a t i o n r e m a i n s c o n s t a n t d e s p i t e t h e amount o f o r g a n i c m a t t e r p r e s e n t . I t was e x p e c t e d t h e n t h a t t h e amount o f CO2 r e s p i r e d w o u l d b e i n p r o p o r t i o n t o t h e amount o f c a r b o n u n d e r g o i n g d e c o m p o s i t i o n . T h i s was n o t o b s e r v e d i n t h e f i e l d t r i a l s . A new h y p o t h e s i s t o e x a m i n e i s t h a t t h e r e i s a l o a d i n g e f f e c t w i t h t h e p u l p f i b r e w a s t e , w h e r e t h e r a t e o f d e c o m p o s i t i o n d e c r e a s e s w i t h i n c r e a s e s i n o r g a n i c m a t t e r . T o show t h e r e l a t i v e d e c o m p o s i t i o n r a t e s b e t w e e n FIGURE 4.5 SOIL RESPIRATION 1989 (BASED ON %OM) 45 o r g a n i c m a t t e r c l a s s e s t h e a v e r a g e r e s p i r a t i o n amount p e r c l a s s , a s shown i n F i g u r e 4 . 6 , h a v e b e e n d i v i d e d b y i t s a v e r a g e o r g a n i c m a t t e r c o n t e n t . N o t e t h a t a s t h e o r g a n i c m a t t e r c o n t e n t i n c r e a s e s t h e r e l a t i v e amount o f CO2 e v o l v e d f r o m t h e s o i l d e c r e a s e s . ANOVA a n a l y s i s , c a r r i e d o u t t o c o m p a r e t h e s e r e l a t i v e r e s p i r a t i o n l e v e l s f o r e a c h o f t h e s i x t e s t d a y s , f o u n d s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s b e t w e e n t h e two c u r v e s ( p < 0 . 0 5 ) . T h e r e i s t h e r e f o r e a l o a d i n g e f f e c t w i t h t h e h i g h e r l e v e l s o f PFW a p p l i c a t i o n . O t h e r s i n t h e l i t e r a t u r e h a v e a l s o r e p o r t e d a l o a d i n g e f f e c t . C l a r k ( 1 9 6 7 ) , i n i n v e s t i g a t i n g t h e r a t e o f d e c o m p o s i t i o n o f a l f a l f a , n o t e d t h a t t h e h i g h e r t h e r a t e o f r e s i d u e a d d i t i o n , t h e l o n g e r t h e t i m e r e q u i r e d t o a c c o m p l i s h a g i v e n p e r c e n t a g e o f d e c o m p o s i t i o n . H a l l a m a n d B a r t h o l o m e w (1953) i n l a b o r a t o r y s t u d i e s f o u n d t h e p e r c e n t a g e d e c o m p o s i t i o n o f o r g a n i c r e s i d u e s a d d e d t o s o i l was i n v e r s e l y r e l a t e d t o t h e r a t e o f r e s i d u e a d d e d . T h e r e a s o n t h e d e c o m p o s i t i o n r a t e i s d e c r e a s i n g w i t h i n c r e a s i n g l e v e l s o f o r g a n i c m a t t e r may b e t w o f o l d . F i r s t , t h e s u r f a c e a r e a e x p o s e d t o m i c r o b i a l a t t a c k may b e l i m i t e d d u e t o t h e s t r u c t u r e o f t h e p u l p f i b r e w a s t e . T h e amendment was o b s e r v e d t o b e u s u a l l y d i s t r i b u t e d i n a g g r e g a t e s r a n g i n g i n s i z e f r o m 0 . 5 t o 2 c m . M u c h o f t h e c a r b o n i n s i d e e a c h a g g r e g a t e may t h e r e f o r e b e x l o c k e d a w a y ' a n d s l o w l y e x p o s e d o v e r t i m e a f t e r f r e e z e - t h a w FIGURE 4.6 SOIL RESPIRATION 1989 (PER %OM) 47 c y c l e s o r c o n t i n u o u s . r e m o v a l o f t h e o u t e r s u r f a c e t h r o u g h d e c o m p o s i t i o n . T h e s e c o n d r e a s o n i s r e l a t e d t o t h e f i r s t o n e i n t h a t t h e w a s t e a g g r e g a t e , b e i n g s o e f f e c t i v e i n r e t a i n i n g m o i s t u r e , may r e d u c e g a s d i f f u s i o n t o t h e p o i n t o f c r e a t i n g a n a n a e r o b i c z o n e w i t h i n i t . M i c r o b i a l d e c o m p o s i t i o n u n d e r a n a e r o b i c c o n d i t i o n s w i l l p r o c e e d a t a s l o w e r r a t e ( G a l e a n d G i l m o u r 1 9 8 8 ) . T h e r e f o r e t h e m i c r o b e s w i t h i n t h e a g g r e g a t e u n d e r a n a e r o b i c c o n d i t i o n s w i l l b e r e s p i r i n g a t a l o w e r r a t e t h a n w o u l d b e m i c r o b e s i n a e r o b i c c o n d i t i o n s . T h i s h y p o t h e s i s i s s u p p o r t e d t o some e x t e n t b y t h e f a c t t h a t r e s p i r a t i o n a t t h e h i g h e r l e v e l s o f o r g a n i c m a t t e r ( F i g u r e 4 . 6 ) show l e s s f l u c t u a t i o n w i t h c h a n g e s i n a i r t e m p e r a t u r e , p e r h a p s d u e t o t h e m o d e r a t i n g i n f l u e n c e o f t h e h i g h w a t e r c o n t e n t . B o d d y ( 1 9 8 3 ) , i n a s t u d y o f t h e d e c o m p o s i t i o n o f b e e c h b r a n c h e s , f o u n d d e c o m p o s i t i o n d e c r e a s e d a s t h e l e n g t h o f t h e b r a n c h i n c r e a s e d . I t was s p e c u l a t e d t h a t g a s d i f f u s i o n t h r o u g h t h e s a t u r a t e d wood was m o r e o f a l i m i t i n g f a c t o r t h a n m i c r o b i a l a c c e s s . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f t h e f l u c t u a t i o n i n s o i l r e s p i r a t i o n f o r e a c h o r g a n i c m a t t e r c l a s s o v e r t h e f i e l d s e a s o n f o u n d n o s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s b e t w e e n d a y s ( p > 0 . 0 5 ) . W h i l e e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s s u c h a s s o i l t e m p e r a t u r e a n d s o i l m o i s t u r e w i l l c e r t a i n l y a f f e c t t h e r a t e o f d e c o m p o s i t i o n ( H u n t 1 9 7 7 , G i l m o u r a n d G i l m o u r 1 9 8 0 ) , t h e l e v e l o f v a r i a t i o n w i t h i n t h e t r e a t m e n t i s 48 h i g h e n o u g h t o mask t h e s e e f f e c t s . S i m i l a r l y , t h e w i d e r a n g e o f v a l u e s f o u n d f o r r e s p i r a t i o n w i t h i n t h e two s e l e c t e d o r g a n i c m a t t e r c l a s s e s i s p r o b a b l y m a s k i n g t h e e x p e c t e d i n c r e a s e i n m i c r o b i a l a c t i v i t y o v e r t h e c o n t r o l p l o t s . T h e h i g h l e v e l s o f v a r i a t i o n o c c u r r i n g may b e d u e t o n u m b e r o f f a c t o r s . T h e f i r s t r e a s o n may b e s i m p l y t h a t a b i o l o g i c a l p a r a m e t e r s u c h a s m i c r o b i a l r e s p i r a t i o n i s s o i n h e r e n t l y v a r i a b l e t h a t a l a r g e s a m p l e s i z e i s n e c e s s a r y t o o v e r c o m e t h e s e n a t u r a l f l u c t u a t i o n s . A s e c o n d f a c t o r may b e t h a t t h e r e p l i c a t e s a r e s t i l l n o t s u f f i c i e n t l y h o m o g e n e o u s , e v e n a f t e r r e g r o u p i n g i n t o o r g a n i c m a t t e r c l a s s e s . T h i s may b e b e c a u s e o f d i f f e r e n c e s i n a g g r e g a t e s h a p e , w h i c h may t h e n a f f e c t t h e i r d e c o m p o s i t i o n . A n o t h e r p r o b l e m i s t h e * c o n t a m i n a t i o n ' b y s l a s h r e s i d u e o f t h e amended s o i l p l o t s , w h i c h l e a d s t o u n c e r t a i n t y o n t h e s o u r c e o f CO2 • A n i m p r o v e m e n t i n t h e e x p e r i m e n t a l d e s i g n w o u l d h a v e b e e n t o r e m o v e t h e s l a s h m a t e r i a l f r o m t h e s u r f a c e o f t h e l a n d i n g b e f o r e t i l l i n g a n d a m e n d i n g . L a s t l y , t h e l e v e l o f t o t a l a n d a v a i l a b l e n i t r o g e n was f o u n d t o v a r y w i d e l y b e t w e e n t h e r e p l i c a t e s b e c a u s e o f t h e i n c o n s i s t e n t a p p l i c a t i o n o f f e r t i l i z e r , w h i c h may b e a f f e c t i n g t h e d e c o m p o s i t i o n p r o c e s s . 4) D e t e r m i n a t i o n o f k c o n s t a n t s D e s c r i b i n g t h e r a t e o f b r e a k d o w n o f t h e p u l p f i b r e w a s t e amendment o n t h e l a n d i n g i s made s i m p l e r b y t h e f a c t t h a t t h e r e a r e no a d d i t i o n a l i n p u t s o f c a r b o n t o t h e 49 s y s t e m . T h e a v e r a g e r e s p i r a t i o n r a t e s ( T a b l e 4 . 3 ) c a n b e u s e d t o d e t e r m i n e t h e v a l u e o f t h e f i r s t - o r d e r d e c a y f u n c t i o n f o r t h e two l e v e l s o f amendment . T h e f i r s t -o r d e r r a t e r e a c t i o n e q u a t i o n , C t = C 0 e _ l c t ( C h a p t e r 3) , c a n b e u s e d t o s o l v e f o r k f o r a t y p i c a l 24 h o u r p e r i o d , w h e r e t h e r e s p i r a t i o n l e v e l s a n d amount o f r e m a i n i n g c a r b o n ( C t ) a r e k n o w n . T A B L E 4 . 3 A V E R A G E R E S P I R A T I O N L E V E L S FOR AMENDED LANDINGS T R E A T 0M% HOURLY A V E _ D A I L Y A V E _ (mg C / m " 2 h r " 1 ( % o m ) ^ (mg Cm 2 d a y 1 ) <5% 3 . 2 ( ± 0 . 5 7 ) 8 0 . 0 6 ( ± 2 1 . 4 ) 5265 ( ± 1 4 0 7 ) >5% 1 0 . 1 ( ± 4 . 8 ) 3 0 . 0 8 ( ± 6 . 2 0 ) 6210 ( ± 1 2 7 8 ) A s s u m i n g t h a t t h e PFW amendment was d i s t r i b u t e d t h r o u g h t h e t o p 10 cm o f s o i l , t h e l e v e l s o f c a r b o n c a n b e c a l c u l a t e d a s : C t =(%0M) x ( 0 . 1 m 3 x b u l k d e n s i t y ) x (%C o f OM) c o = ( c t ) + (9 ° f c a r b o n r e s p i r e d o v e r 24 h o u r s ) t = l d a y A c o m p l i c a t i o n i n s o l v i n g f o r C t i s t h a t n o t a l l t h e o r g a n i c m a t t e r w o u l d b e PFW s i n c e some s l a s h r e s i d u e w o u l d h a v e b e e n m i x e d i n w i t h t h e amendment . A v i s u a l e x a m i n a t i o n o f t h e c a n n i s t e r s o i l r e v e a l e d c o n i f e r n e e d l e s a n d s m a l l b a r k f r a g m e n t s . T o c o r r e c t f o r t h i s , t h e o r g a n i c m a t t e r c o n t e n t was s p l i t i n t o two c o m p o n e n t s , p u l p f i b r e w a s t e (85%) a n d s l a s h (15%), t h e p r o p o r t i o n s o f w h i c h w e r e e s t i m a t e d f r o m e x a m i n i n g t h e s o i l . T h e 50 b u l k d e n s i t y d a t a c o l l e c t e d f r o m t h e s e l a n d i n g s a r e o n t h e b a s i s o f t h e t r e a t m e n t s F 1 P 1 a n d F 2 P 2 . F o r t h i s e x e r c i s e i t was a s s u m e d t h e o r g a n i c m a t t e r c l a s s <5% h a s a b u l k d e n s i t y e q u a l t o F 1 P 1 ( 1 . 1 8 g / c m 3 ) a n d t h a t t h e >5% c l a s s h a s a b u l k d e n s i t y e q u a l t o F2P2 ( 1 . 0 0 g / c m 3 ) ( B u l k d e n s i t y v a l u e s b a s e d o n d a t a c o l l e c t e d b y M . O s b e r g , u n p u b . ) . A l s o i n t h i s e x e r c i s e i t i s a s s u m e d t h a t some o f t h e CO2 m e a s u r e d i s f r o m t h e b a c k g r o u n d s l a s h , a s n o t e d i n t h e F l a n d F2 p l o t s . T h e r e f o r e 1 . 6 8 mg C / m 2 was s u b t r a c t e d f r o m t h e a v e r a g e r e s p i r a t i o n l e v e l s a s a b e s t g u e s s o f t h e n e t CO2 d e r i v e d f r o m t h e PFW amendment . T a b l e 4 . 4 g i v e s t h e e s t i m a t e d v a l u e s f o r C t / C Q , a n d k . T A B L E 4 . 4 E S T I M A T I O N OF K CONSTANT C L A S S R E S P C t C Q k (%) (g C) (g C) (g C) ( d _ 1 ) <5% 4 . 8 8 6 1455 1 4 5 9 . 8 9 - 0 . 0 0 3 4 ( ± 0 . 0 0 1 1 ) >5% 5 . 5 6 3863 3 8 6 8 . 5 6 - 0 . 0 0 1 4 ( ± 0 . 0 0 0 3 ) T h e k c o n s t a n t d e r i v e d f r o m t h e f i e l d r e s u l t s i s a l m o s t h a l f t h e r a t e c o n s t a n t ( - 0 . 0 0 7 8 d - 1 ) f o u n d f r o m t h e l a b s t u d y . T h e l o w e r d e c o m p o s i t i o n r a t e i s m o s t l i k e l y d u e t o t h e c o o l e r s o i l t e m p e r a t u r e s o f t h e l a n d i n g s c o m p a r e d t o t h e i n c u b a t i o n t e m p e r a t u r e ( 2 5 ° C ) . S o i l m o i s t u r e l e v e l s , a c c o r d i n g t o t h e m o i s t u r e b l o c k d a t a , w e r e a t o r v e r y c l o s e t o f i e l d c a p a c i t y t h e e n t i r e 3 m o n t h s o f t h e f i e l d s t u d y a n d s o w o u l d n o t i n f l u e n c e d e c o m p o s i t i o n r a t e s a s much a s s o i l t e m p e r a t u r e . T h e 51 s e c o n d f a c t o r i s t h e l o a d i n g e f f e c t , w h i c h may b e r e d u c i n g t h e r a t e o f d e c o m p o s i t i o n a t f a i r l y l o w l e v e l s o f o r g a n i c m a t t e r c o n t e n t . I n t h e l a b o r a t o r y s t u d y t h e amount o f amendment was o n l y 1%, c o m p a r e d t o 3.22% f o u n d i n t h e f i e l d t r i a l , w h i c h may b e a l a r g e e n o u g h i n c r e a s e t o i n v o k e t h e l o a d i n g e f f e c t . T h e k c o n s t a n t a n d c a r b o n t u r n o v e r w e r e d e t e r m i n e d f o r t h e l a n d i n g c o n t r o l a n d o f f - l a n d i n g t r e a t m e n t s ( T a b l e 4 . 4 ) u s i n g t h e same r a t i o n a l e a s w i t h t h e amended s o i l s . H o w e v e r t h e r e i s m o r e u n c e r t a i n t y i n e s t i m a t i n g t h e c a r b o n l e v e l s w i t h i n t h e c a n n i s t e r s . F o r t h e l a n d i n g c o n t r o l , t h e s l a s h m a t e r i a l was o b s e r v e d t o b e o n t h e s u r f a c e o f t h e s o i l , r a t h e r t h a n m i x e d i n t h e t o p 10 cm a s t h e p u l p f i b r e w a s t e w a s . H o w e v e r , when t h e s o i l f r o m t h e c a n n i s t e r was r e m o v e d , t h e t o p 10 cm was m i x e d t h o r o u g h l y i n p r e p a r a t i o n f o r t h e l a b o r a t o r y a n a l y s i s , s o t h e l e v e l s o f o r g a n i c m a t t e r w h i c h w e r e f o u n d , a l o n g w i t h t h e b u l k d e n s i t y , s h o u l d g i v e a r e a s o n a b l e e s t i m a t e o f t h e c a r b o n c o n t e n t o f t h e s o i l . B u l k d e n s i t y f o r t h e l a n d i n g c o n t r o l a n d t h e o f f - l a n d i n g w e r e a s s u m e d t o b e 1 .54 a n d 1 . 3 5 g / c m 3 , r e s p e c t i v e l y ( O s b e r g , p e r . c o m m . ) . A l s o i n c l u d e d i n T a b l e 4 . 5 i s t h e e s t i m a t e o f t h e k c o n s t a n t f o r F l a n d F 2 . F o r t h i s i t was a s s u m e d t h e l e v e l o f o r g a n i c m a t t e r was e q u a l t o t h e c o n t r o l l a n d i n g a l t h o u g h t h i s i s a n i n d i r e c t e s t i m a t e s i n c e t h e o r g a n i c m a t t e r c o n t e n t s o f t h e s e p l o t s w e r e n e v e r d e t e r m i n e d . 52 T A B L E 4 . 5 K CONSTANT D E T E R M I N A T I O N , O F F LAND AND CONTROL C L A S S R E S P Co k (g C) (g C) (g C) ( c T 1 ) LAND CON 4 . 1 7 6 4430 4 4 3 4 . 45 - 0 . 0 0 0 9 ( ± 0 . 0 0 0 2 ) F l , F2 1 . 7 4430 4 4 3 1 . 7 - 0 . 0 0 0 3 8 ( ± 0 . 0 0 0 2 ) O F F L A N D 2 . 3 5 6 3817 3 8 1 9 . 396 - 0 . 0 0 0 5 9 ( ± 0 . 0 0 0 0 9 ) 5) Y e a r l y n e t m i n e r a l i z a t i o n E s t i m a t i o n s o f c a r b o n t u r n o v e r w e r e made b y m u l t i p l y i n g t h e a v e r a g e r e s p i r a t i o n r a t e t i m e s t h e a v e r a g e n u m b e r o f d a y s when t h e s o i l w a s n ' t f r o z e n . T h i s i s a v a s t o v e r s i m p l i f i c a t i o n s i n c e t h e c h a n g i n g s o i l t e m p e r a t u r e a n d m o i s t u r e w i l l m o d e r a t e t h e d e c o m p o s i t i o n r a t e . M o d e l s s u c h a s t h o s e d e s c r i b e d b y H u n t (1977) a n d G i l m o u r a n d G i l m o u r (1980) w h i c h a l l o w m o r e a c c u r a t e e s t i m a t i o n s o f n e t m i n e r a l i z a t i o n w e r e c o n s i d e r e d f o r t h i s r e s e a r c h . H o w e v e r t h e y c o u l d n o t b e u s e d b e c a u s e t h e f i e l d d a t a r e f l e c t e d no s i g n i f i c a n t c h a n g e s i n r e s p i r a t i o n b e t w e e n d a y s o f d i f f e r e n t s o i l t e m p e r a t u r e s . I t i s a l s o a s i m p l i f i c a t i o n t o a s sume a l l d e c o m p o s i t i o n s t o p s o v e r t h e w i n t e r . S t o t t e t a l . (1986) showed t h a t d e c o m p o s i t i o n o f w h e a t s t r a w c o n t i n u e d a t t e m p e r a t u r e s o f 1 ° C . F o r t h e e s t i m a t i o n o f y e a r l y n e t m i n e r a l i z a t i o n i t i s a s s u m e d t h a t t h e a v e r a g e r e s p i r a t i o n l e v e l s c o r r e s p o n d t o s o i l t e m p e r a t u r e s o f t h e x a c t i v e s e a s o n ' , w h e r e t h e s o i l i s a b o v e f r e e z i n g . F o r t h e M a c k e n z i e a r e a , a c c o r d i n g t o S p i t t l e h o u s e e t a l . ( 1 9 8 7 ) , t h i s w o u l d b e 53 f r o m t h e e n d o f A p r i l t o m i d O c t o b e r , a p p r o x i m a t e l y 180 d a y s . T A B L E 4 . 6 Y E A R L Y NET CARBON M I N E R A L I Z A T I O N A s n o t e d f r o m T a b l e 4 . 6 , t h e a b s o l u t e amount o f c a r b o n m i n e r a l i z e d i s no d i f f e r e n t b e t w e e n t h e l o w e r l e v e l o f PFW i n p u t a n d t h e h i g h e r o n e . I f we a s s u m e t h e p a t h w a y s o f c a r b o n i n p u t a r e s i m i l a r f o r b o t h c l a s s e s , t h e n t h e y e a r l y c o n t r i b u t i o n o f c a r b o n b y t h e p u l p f i b r e w a s t e t o t h e s o i l , i m p o r t a n t f o r a i d i n g i n t h e f o r m a t i o n o f s o i l a g g r e g a t e s , i s a l s o l i k e l y t o r e a c h a maximum a t a l o w l e v e l o f amendment . A d d i n g more amendment w o u l d o n l y b e n e f i t t h e s o i l b y f u r t h e r l o w e r i n g t h e b u l k d e n s i t y , w h i c h may n o t b e n e c e s s a r y , a n d may a t t h e same t i m e b e d e t r i m e n t a l t o o t h e r s o i l p r o p e r t i e s . F o r e x a m p l e , s o i l a e r a t i o n may b e g i n t o d e t e r i o r a t e a t h i g h e r l e v e l s o f amendment i f , i n r e t a i n i n g r e l a t i v e l y h i g h a m o u n t s o f w a t e r , i t c r e a t e s a d i f f u s i o n b a r r i e r f o r o x y g e n . R a t e s o f o x y g e n d i f f u s i o n a r e s l o w e r when d i s s o l v e d i n w a t e r b y a f a c t o r o f 1 0 ~ 4 c o m p a r e d t o a t m o s p h e r i c d i f f u s i o n . T r e e s e e d l i n g s w i t h r o o t s b e l o w t h i s d i f f u s i o n b a r r i e r c o u l d s u f f e r a s a r e s u l t . C L A S S A V E R E S P Y E A R L Y N E T CARBON M I N . g C a n d % o f t o t a l <5% >5% CONTROL O F F LAND 4 . 8 6 6 5 . 5 6 4 . 1 7 6 2 . 3 5 6 879 ( ± 2 7 9 ) , 38% ( ± 6 ) 1001 ( ± 2 2 6 ) , 21% ( ± 3 ) 752 ( ± 1 6 4 ) , 15% ( ± 2 . 5 ) 407 ( ± 6 1 ) , 10% ( ± 1 ) 54 C o m p a r i s o n s w i t h t h e c o n t r o l o r g a n i c m a t t e r ( T a b l e 4 . 6 ) show t h a t t h e p u l p f i b r e w a s t e h a s a f a s t e r t u r n o v e r (% o f t o t a l ) t h a n t h e s l a s h r e s i d u e , a n d s o , i n t e r m s o f a d d i n g c a r b o n t o t h e s o i l , s h o u l d b e a n i m p r o v e m e n t o v e r r e h a b i l i t a t i o n t e c h n i q u e s w h i c h i n c o r p o r a t e o n l y s l a s h r e s i d u e . S i n c e t h i s s l a s h r e s i d u e i s o n t h e s u r f a c e o f t h e s o i l i t i s a l s o m o s t l i k e l y n o t a s e f f e c t i v e i n i m p r o v i n g s o i l s t r u c t u r e a s t h e PFW m i x e d i n t o t h e s u r f a c e h o r i z o n . I t was a l s o n o t e d f r o m t h e 1988 d a t a t h a t m i x i n g t h e s l a s h i n t o t h e s o i l h a d d e c r e a s e d i t s r a t e o f m i n e r a l i z a t i o n . T h i s shows t h a t u s i n g t h e PFW amendment i s a b e t t e r t e c h n i q u e f o r i n c r e a s i n g m i c r o b i a l a c t i v i t y t h a n t h e F l a n d F2 t r e a t m e n t s . 6) L i t t e r b a g s T h e l i t t e r b a g r e s u l t s showed no s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e s f o r s u b s t r a t e l o s s b e t w e e n t h e 4 t r e a t m e n t s ( F 1 P 1 , F 2 P 2 , F l , F2) ( p < 0 . 0 5 ) . Two p o i n t s a r e e v i d e n t f r o m t h i s : t h e F l l e v e l o f f e r t i l i z e r i s n o t l i m i t i n g d e c o m p o s i t i o n c o m p a r e d t o F2 l e v e l s , a n d t h e u n a m e n d e d p l o t s ( F l , F2) h a v e a d e q u a t e m i c r o b i a l b i o m a s s t o c o l o n i z e t h e s u b s t r a t e . S i n c e no d i f f e r e n c e s w e r e f o u n d , t h e r e s u l t s o f t h e l i t t e r b a g t r i a l s w e r e c o m b i n e d t o c o m p a r e a n d h e l p c o n f i r m t h e c o n c l u s i o n s o f t h e f i e l d r e s p i r a t i o n t r i a l s . A f t e r 13 m o n t h s i n t h e g r o u n d , t h e l i t t e r b a g s h a d a n a v e r a g e o f 47.0% ( ± 6 . 0 % ) p u l p f i b r e w a s t e r e m a i n i n g . T h e n e t l o s s o f 53% o f t h e s u b s t r a t e t h r o u g h 55 d e c o m p o s i t i o n o v e r t h i s 13 m o n t h p e r i o d seems r e a s o n a b l e when c o m p a r e d t o t h e n e t c a r b o n m i n e r a l i z a t i o n o f t h e l o w e r o r g a n i c m a t t e r c l a s s (38%). B e c a u s e t h e s u b s t r a t e i n t h e mesh b a g was d i s t r i b u t e d e v e n l y i n t o a t h i n l a y e r , t h e s u r f a c e t o s o i l c o n t a c t w o u l d h a v e p r o b a b l y r e s u l t e d i n a n o p t i m u m l e v e l o f d e c o m p o s i t i o n . M e s h b a g s c a n a l s o b e u s e d t o e s t i m a t e t h e p a r a m e t e r k , a s d e s c r i b e d b y O l s o n ( 1 9 6 3 ) , i n t h e same m a n n e r a s a b o v e s i n c e t h e i n p u t L ( l i t t e r ) i s z e r o . A s s u m i n g t i s e q u a l t o 210 d a y s (180 d a y s p l u s 30 f o r t h e a d d i t i o n a l m o n t h b u r i e d ) , k i s e q u a l t o - 0 . 0 0 3 6 d - 1 . U n f o r t u n a t e l y , m o s t o f t h e l i t t e r b a g s i n t h e c o n t r o l l a n d i n g w e r e e i t h e r m i s s i n g o r n o t u s e d b e c a u s e o f worm i n f e s t a t i o n , m a k i n g c o m p a r i s o n s w i t h t h e t r e a t m e n t s d i f f i c u l t . H o w e v e r , o f t h e few t h a t w e r e r e t r i e v e d , w e i g h t l o s s was a r o u n d 40%. T h i s was s u r p r i s i n g l y h i g h , s u g g e s t i n g t h a t t h e n u t r i e n t l e v e l s i n t h e s o i l may n o t b e a s l i m i t i n g a s f i r s t t h o u g h t . B e c a u s e t h e l i t t e r b a g s w e r e 5 cm d e e p , c o m p a c t i o n e f f e c t s s u c h a s p o o r a e r a t i o n w e r e m i n i m i z e d . I t i s a l s o o f i n t e r e s t t o n o t e t h a t t h e l i t t e r b a g s r e t r i e v e d f r o m t h e r e g e n e r a t i n g f o r e s t w e r e a l l f o u n d t o c o n t a i n worm c a s t i n g s , w h i l e o n t h e amended l a n d i n g s s e v e n o f t h e t h i r t y - t w o l i t t e r b a g s h a d w o r m s . L i t t e r b a g s b u r i e d n e a r t h e e d g e o f t h e c o n t r o l p l o t s w e r e a l s o a f f e c t e d . E v i d e n t l y t h e i n v e r t e b r a t e c o m m u n i t y , s e v e n 56 y e a r s a f t e r t h e l a n d i n g s w e r e c r e a t e d , i s s t a r t i n g t o r e c o l o n i z e t h e l a n d i n g s . 7) M i c r o b i a l b i o m a s s L e v e l s o f m i c r o b i a l b i o m a s s f o r e a c h o f t h e t r e a t m e n t s a r e l i s t e d i n T a b l e 4 ; 7 . C o m p a r i s o n w i t h o t h e r s t u d i e s i s d i f f i c u l t s i n c e l i t t l e w o r k was f o u n d i n t h e l i t e r a t u r e d e a l i n g w i t h s i m i l a r c o n d i t i o n s a n d m e t h o d s . I n t h e o r g a n i c l a y e r o f a R o c k y M o u n t a i n f o r e s t s o i l o f M o n t a n a , m i c r o b i a l b i o m a s s was f o u n d t o v a r y b e t w e e n 300 a n d 400 mg C / 1 0 0 g o r g a n i c s o i l a f t e r c l e a r c u t t i n g ( E n t r y e t a l . 1986) ( u s i n g t h e J e n k i n s o n c h l o r o f o r m f u m i g a t i o n m e t h o d ) . I n a w e s t e r n O r e g o n D o u g l a s - f i r s t a n d , f u n g a l b i o m a s s was r e p o r t e d a t 600 t o 700 mg C / 1 0 0 g l i t t e r , b u t b e l o w t h e l i t t e r l a y e r t h e b i o m a s s d e c r e a s e d t o 40 t o 70 mg C / 1 0 0 g s o i l ( H u n t a n d F o g e l , 1 9 8 3 ) . I n t h i s c a s e b i o m a s s h a d b e e n d e t e r m i n e d b y t h e a g a r - f i l m t e c h n i q u e . W h i l e t h e d i f f e r e n c e s i n v e g e t a t i o n , c l i m a t e a n d s o i l s make c o m p a r i s o n s b e t w e e n s i t e s d i f f i c u l t , t h e m i c r o b i a l b i o m a s s f o u n d i n t h e o f f - l a n d i n g seems l o w e r t h a n t h e l e v e l s m e n t i o n e d i n t h e l i t e r a t u r e . One r e a s o n may b e t h a t t h e i m p a c t o f h a r v e s t i n g o n m i c r o b i a l b i o m a s s may b e m o r e p r o n o u n c e d o n t h i s s i t e t h a n was f o u n d b y E n t r y e t a l . ( 1 9 8 6 ) . B a a t h (1980) i n a s t u d y o f f u n g a l b i o m a s s a f t e r t h e c l e a r - c u t t i n g o f a p i n e f o r e s t i n S w e d e n , f o u n d a 75% r e d u c t i o n i n f u n g a l b i o m a s s t h r o u g h t h e s o i l p r o f i l e , e v e n a f t e r 10 y e a r s . I t was f e l t t h e 57 c h a n g e i n r o o t d y n a m i c s h a d r e m o v e d much o f t h e m y c o r r h i z a m y c e l i a , w h i c h may h a v e b e e n a c o n s i d e r a b l e p r o p o r t i o n o f t h e t o t a l f u n g a l b i o m a s s . A s e c o n d r e a s o n i s t h a t i n m i x i n g t h e s u r f a c e o r g a n i c l a y e r w i t h t h e t o p 10 cm o f m i n e r a l s o i l f o r b i o m a s s a n a l y s i s , t h e m i c r o b i a l b i o m a s s h a s b e e n x d i l u t e d ' i n c o m p a r i s o n t o a n a l y s i s o n o n l y t h e l i t t e r l a y e r . T A B L E 4 .7 M I C R O B I A L BIOMASS T R E A T BIOMASS BIOMASS/%0M mg C/100 g d r y s o i l <5% 29.25 ( ± 8 . 7 ) J * 9 .1 >5% 55.0 ( ± 2 2 . 7 ) A 5 .5 LAND CON 39.2 ( ± 1 6 . 1 ) A B 8 .6 O F F LAND 57.8 ( ± 1 6 . 8 ) A 12.4 * v a l u e s w i t h a d i f f e r e n t l e t t e r d e n o t e s i g . d i f f . ( p < 0 . 0 5 ) C o n c l u s i o n s c o n c e r n i n g t h e e f f e c t s o f t h e p u l p f i b r e w a s t e o n m i c r o b i a l b i o m a s s a r e made d i f f i c u l t a g a i n b y t h e h i g h l e v e l s o f v a r i a t i o n . B e s i d e s t h e v a r i a t i o n n o t e d i n t h e e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s , m i c r o b i a l b i o m a s s h a s b e e n f o u n d t o b e q u i t e v a r i a b l e u n d e r n a t u r a l c o n d i t i o n s . B a a t h a n d S o d e r s t r o m ( 1 9 8 2 ) , i n a s t u d y o f s e a s o n a l a n d s p a t i a l v a r i a t i o n , f o u n d t h e c o e f f i c i e n t o f v a r i a t i o n t o r a n g e f r o m 1 8 . 5 t o 52.7%, w i t h t h e mean o f 31.9%. Some t r e n d s a r e e v i d e n t f r o m t h e r e s u l t s i n T a b l e 4 . 7 . T h e p u l p m i l l amendment i s , i n t h e c a s e o f <5% t r e a t m e n t , s u p p o r t i n g l o w e r l e v e l s o f b i o m a s s , o r , i n t h e c a s e o f t h e >5% b i o m a s s , s u p p o r t i n g s i m i l a r l e v e l s o f m i c r o b i a l b i o m a s s . H o w e v e r , t h e a c t i v i t y l e v e l s 58 ( r e s p i r a t i o n ) w e r e f o u n d t o b e s i g n i f i c a n t l y h i g h e r f o r t h e amended s o i l s c o m p a r e d t o t h e o f f - l a n d i n g c o n t r o l s ( r e g e n e r a t i n g f o r e s t ) . I t may b e t h a t t h e m i c r o b i a l c o m m u n i t y u s i n g t h e PFW i s a t y p i c a l x p i o n e e r ' c o m m u n i t y o f a few s p e c i e s e x p l o i t i n g t h e homogenous s u b s t r a t e r e l a t i v e l y q u i c k l y . T h e r e g e n e r a t i n g f o r e s t w o u l d m o s t l i k e l y h a v e a w i d e r d i v e r s i t y o f m i c r o o r g a n i s m s , w i t h s e p a r a t e n i c h e s f o r t h e r a n g e o f o r g a n i c c o m p o u n d s a v a i l a b l e i n t h e s o i l . A l s o e v i d e n t f r o m T a b l e 4 .7 i s t h a t t h e l e v e l o f b i o m a s s p e r p e r c e n t o r g a n i c m a t t e r d e c r e a s e s w i t h i n c r e a s i n g amended o r g a n i c m a t t e r . T h i s w o u l d s u p p o r t e a r l i e r d i s c u s s i o n w h e r e i t was f e l t t h e h i g h e r l e v e l s o f o r g a n i c m a t t e r w e r e n o t b e i n g f u l l y u t i l i z e d b y t h e m i c r o b e s b e c a u s e o f t h e l a c k o f a v a i l a b l e s u r f a c e a r e a . CONCLUSIONS A d d i n g t h e PFW amendment was n o t f o u n d t o s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e s o i l r e s p i r a t i o n r a t e s c o m p a r e d t o t h e c o n t r o l p l o t s . R e a s o n s f o r t h i s may b e a c o m b i n a t i o n o f t h e h i g h l e v e l s o f s l a s h r e s i d u e o n t h e l a n d i n g a n d p o o r l y c o n s t r u c t e d e x p e r i m e n t a l p l o t s . N e v e r t h e l e s s , b e c a u s e t h e s l a s h r e s i d u e i s o n t h e s u r f a c e , i t i s l i k e l y b e l e s s b e n e f i c i a l t o s o i l s t r u c t u r e t h a n t h e PFW a m e n d m e n t . T h e p u l p f i b r e w a s t e amendment when u s e d i n t h e f i e l d was f o u n d t o d e c o m p o s e a t a s l o w e r r a t e t h a n i n t h e l a b o r a t o r y s t u d y , p r o b a b l y d u e m o s t l y t o t h e c o o l e r s o i l 59 t e m p e r a t u r e s . T h e r a t e o f d e c o m p o s i t i o n was a l s o f o u n d t o v a r y d e p e n d i n g o n t h e amount o f amendment u s e d . T h i s l o a d i n g e f f e c t was a t t r i b u t e d t o t h e l a c k o f a v a i l a b l e s u r f a c e a r e a a n d p o o r e r a e r a t i o n w i t h t h e h i g h e r l e v e l s o f amendment . T h e l o w e r o r g a n i c m a t t e r c l a s s , a v e r a g i n g 2.74% PFW, h a d a k c o n s t a n t o f - 0 . 0 0 3 4 d - 1 , w h i c h i s a l m o s t h a l f t h e r a t e f o u n d i n t h e i n c u b a t i o n s t u d y ( - 0 . 0 0 7 8 d " 1 ) . T h i s c o m p a r e d v e r y w e l l t o t h e l i t t e r b a g s t u d y , w h e r e t h e k c o n s t a n t was d e t e r m i n e d t o b e - 0 . 0 0 3 7 d - 1 . B e c a u s e t h e s u b s t r a t e was s p r e a d t h i n l y i n t h e l i t t e r b a g s t u d y , t h e l o a d i n g e f f e c t s h o u l d h a v e b e e n m i n i m i z e d . T h e s e k c o n s t a n t s s h o u l d t h e r e f o r e r e p r e s e n t t h e q u i c k e s t r a t e o f m i n e r a l i z a t i o n f o r p u l p f i b r e w a s t e i n t h i s e n v i r o n m e n t . T h e o t h e r o r g a n i c m a t t e r c l a s s , a v e r a g i n g 8.59% PFW, h a s a k c o n s t a n t e q u a l t o - 0 . 0 0 1 4 d - 1 . O l s o n (1963) d e s c r i b e d how t h e k c o n s t a n t c o u l d b e u s e d t o d e t e r m i n e l e n g t h o f t i m e f o r 95% d e p l e t i o n o f t h e s u b s t r a t e t h r o u g h t h e c a l c u l a t i o n 3 / k . W i t h a k v a l u e o f - 0 . 0 0 3 4 d - 1 a n d a s s u m i n g a 180 d a y p e r i o d o f a c t i v e d e c o m p o s i t i o n i n a y e a r , t h e s u b s t r a t e w o u l d b e 95% d e p l e t e d i n 4 . 9 y e a r s . T h i s t u r n o v e r r a t e s h o u l d b e s a t i s f a c t o r y s i n c e i t a l l o w s e n o u g h t i m e f o r n a t u r a l v e g e t a t i o n t o r e c o l o n i z e t h e l a n d i n g s a n d r e e s t a b l i s h c a r b o n i n p u t s t o t h e s o i l . 60 CHAPTER V . FURTHER CONSIDERATIONS IN THE USE OF PULP FIBRE WASTE IN LANDING REHABILITATION I n t h i s c h a p t e r t h e c o n c l u s i o n s d r a w n f r o m t h e r e s e a r c h w i l l b e u s e d t o e v a l u a t e t h e o v e r a l l s u c c e s s o f u s i n g p u l p f i b r e w a s t e f o r r e h a b i l i t a t i n g l a n d i n g s . B e s i d e s a n s w e r i n g t h e q u e s t i o n s r e g a r d i n g i t s u s e a s a s o i l c o n d i t i o n e r , t h e i m p l i c a t i o n s c o n c e r n i n g m i c r o n u t r i e n t a v a i l a b i l i t y a n d s o i l a e r a t i o n w i l l b e e x p a n d e d u p o n . R e h a b i l i t a t i o n of Forest Landings T h e s t a t e d o b j e c t i v e s f o r u s e o f t h e p u l p f i b r e w a s t e amendment a r e t o r e d u c e l a n d i n g b u l k d e n s i t y a n d t o r e p l e n i s h s o i l o r g a n i c m a t t e r . I n t h i s c a p a c i t y t h e amendment h a s b e e n s u c c e s s f u l . B u l k d e n s i t i e s o f t h e l a n d i n g w e r e r e d u c e d f r o m 1 . 5 g / c m 3 t o 1 . 1 g / c m 3 o n a v e r a g e . A t a p p l i c a t i o n l e v e l s l e s s t h a n 5% t h e amendment was f o u n d t o b r e a k d o w n a t a n i n t e r m e d i a t e r a t e ( i n c o m p a r i s o n t o o t h e r o r g a n i c m a t t e r ) , w i t h a p p r o x i m a t e l y 38% l o s t p e r y e a r i n t h e f i e l d . E v i d e n c e was shown t o s u g g e s t t h a t i n c r e a s i n g t h e a m o u n t s o f PFW amendment w i l l n o t l e a d t o i n c r e a s e s i n t h e m i c r o b i a l a c t i v i t y o f t h e s o i l b e c a u s e o f a l o a d i n g e f f e c t r e d u c i n g t h e r a t e o f m i n e r a l i z a t i o n . I w o u l d s u g g e s t t h a t a l t h o u g h t h e c o n t r o l l a n d i n g h a d s i m i l a r l e v e l s o f m i c r o b i a l a c t i v i t y a s t h e amended p l o t s , t h e s u r f a c e s l a s h r e s i d u e w o u l d c o n t r i b u t e l i t t l e t o t h e f o r m a t i o n o f s o i l a g g r e g a t e s . I t a l s o a p p e a r s t h a t r e h a b i l i t a t i n g t h e l a n d i n g s b y s h a t t e r i n g t h e p r o f i l e a n d d i s c i n g i n t h e s l a s h r e s i d u e r e d u c e s m i c r o b i a l a c t i v i t y a n d 61 s o w o u l d n o t b e a s e f f e c t i v e i n i m p r o v i n g s o i l s t r u c t u r e a s u s i n g t h e PFW amendment . T h e a p p l i c a t i o n o f p u l p f i b r e w a s t e i s u s e f u l f o r a n i m m e d i a t e i m p r o v e m e n t i n s o i l c o n d i t i o n s . H o w e v e r a f t e r a few y e a r s t h e i n f l u e n c e o f t h e amendment w i l l b e c o n s i d e r a b l y r e d u c e d a n d w i t h i t p e r h a p s some o f t h e i m p r o v e m e n t s t o s o i l s t r u c t u r e . I t i s i m p o r t a n t t h e r e f o r e t o m a i n t a i n i n p u t s o f o r g a n i c m a t t e r t o t h e s o i l s y s t e m . T h i s may b e a c c o m p l i s h e d b y r e h a b i l i t a t i n g t h e l a n d i n g s w i t h t h e i n i t i a l w a s t e a p p l i c a t i o n a n d f e r t i l i z e r s a s w e l l a s a m i x o f g r a s s e s a n d n i t r o g e n - f i x i n g p l a n t s . A s t h e w a s t e amendment i s d e p l e t e d t h e i n p u t s f r o m t h e h e r b a c e o u s p l a n t s w o u l d m a i n t a i n t h e s o i l o r g a n i c m a t t e r . P l a n t i n g l o w l y i n g f o r b s w o u l d b e n e c e s s a r y t o r e d u c e c o m p e t i t i o n w i t h t h e t r e e s e e d l i n g s . N u t r i e n t s t a t u s i ) N i t r o g e n T h e n u t r i e n t s t a t u s o f t h e l a n d i n g s o i l i s a n a r e a o f r e s e a r c h w h i c h d e s e r v e s m o r e a t t e n t i o n . Some w o r k was c a r r i e d o u t o n c h a n g e s i n t h e n i t r o g e n l e v e l s o f t h e amended p l o t s b u t d i f f i c u l t y was e n c o u n t e r e d i n i n t e r p r e t i n g t h e s e r e s u l t s b e c a u s e o f t h e u n c e r t a i n t y i n i n i t i a l l e v e l s . A m o r e t h o r o u g h i n v e s t i g a t i o n i n t o n i t r o g e n c y c l i n g w o u l d b e h e l p f u l i n u n d e r s t a n d i n g w h a t a m o u n t s o f f e r t i l i z e r a r e n e c e s s a r y f o r s u c c e s s f u l r e h a b i l i t a t i o n . 62 T h e l e v e l s o f t o t a l a n d a v a i l a b l e n i t r o g e n f o u n d i n e a c h r e p l i c a t e a r e l i s t e d i n A p p e n d i x 2 . T h e a v e r a g e l e v e l s p e r t r e a t m e n t a r e l i s t e d i n T a b l e 5 . 1 . T A B L E 5 . 1 . T O T A L AND A V A I L A B L E NITROGEN TREATMENT T O T A L N N H 4 + k g / h a k g / h a F 1 P 1 525 ( ± 9 4 ) 4 . 8 ( ± 3 . 8 ) F2P2 488 ( ± 1 0 8 ) 1 2 . 5 ( ± 9 . 2 ) N 0 3 k g / h a 9 . 2 ( ± 6 . 2 ) 2 5 . 7 ( ± 1 8 . 7 ) T h e s e l e v e l s w e r e d e t e r m i n e d a l m o s t two y e a r s a f t e r a p p l i c a t i o n o f t h e u r e a f e r t i l i z e r . C o m p a r i n g t h e s e l e v e l s w i t h t h e o r i g i n a l amount o f f e r t i l i z e r shows s u b s t a n t i a l l o s s e s i n n i t r o g e n ( T a b l e 5 . 2 ) . T A B L E 5 . 2 . L O S S E S OF NITROGEN A F T E R TWO YEARS TREATMENT 1987 1989 % LOSS k g / h a k g / h a F 1 P 1 1265 525 5 8 . 5 F2P2 2530 488 8 0 . 7 T h e n i t r o g e n f e r t i l i z e r was a p p l i e d i n S e p t e m b e r o f 1987 a s s u l p h u r - c o v e r e d u r e a . T h e r e d u c t i o n i n t o t a l N may b e a t t r i b u t e d t o l o s s e s t h r o u g h v o l a t i l i z a t i o n a n d l e a c h i n g . T h i s d a t a i n d i c a t e s t h a t a l a r g e , o n e - t i m e a p p l i c a t i o n o f f e r t i l i z e r i s q u i t e i n e f f i c i e n t . B e s i d e s t h i s i n e f f i c i e n c y a r e p o t e n t i a l d e t r i m e n t a l e f f e c t s i n t h e f o r m o f c h a n g e s i n p H a n d i n c r e a s e s i n t h e s o l u t e c o n c e n t r a t i o n o f c a t i o n s . H y d r o l y s i s o f u r e a i n i t i a l l y c a u s e s a n i n c r e a s e i n p H , w h i c h may i n t u r n s o l u b i l i z e o r g a n i c c o m p o u n d s ( O t c h e r e - B o a t e n g a n d B a l l a r d 1 9 8 1 ) . T h e l e a c h i n g o f h u m i c a c i d s , a l r e a d y i n 63 l o w a m o u n t s i n t h e l a n d i n g s o i l , w o u l d b e d e t r i m e n t a l t o s o i l s t r u c t u r e . H i g h c o n c e n t r a t i o n s o f ammonia s a l t s w o u l d d i s p l a c e o t h e r i m p o r t a n t c a t i o n s f r o m t h e m i n e r a l c o l l o i d s a n d c a u s e t h e i r s u b s e q u e n t l o s s t h r o u g h l e a c h i n g . A g a i n t h i s i s o f c o n c e r n f o r t h e l a n d i n g s o i l w h i c h h a s p r o b a b l y b o t h l o w l e v e l s o f c a t i o n s a n d C E C . A b e t t e r m e t h o d f o r s u p p l e m e n t i n g t h e l o w l e v e l s o f n i t r o g e n may b e t o u s e s l o w - r e l e a s e u r e a , w h i c h s h o u l d r e d u c e t h e l e a c h i n g l o s s e s . I f n i t r o g e n - f i x i n g l e g u m e s w e r e a l s o p l a n t e d t o s u p p l e m e n t n i t r o g e n l e v e l s t h e n t h e i n i t i a l a p p l i c a t i o n l e v e l w o u l d n o t n e e d t o b e s o h i g h . W h i l e t h e l o s s i n t o t a l N i s c o n s i d e r a b l e , t h e r e i s a v a i l a b l e n i t r o g e n f o r t h e m i c r o b i a l b i o m a s s a n d v e g e t a t i o n . N i t r a t e a n d ammonia t o g e t h e r make u p 2.7% a n d 7.8% o f t h e t o t a l N f o r F 1 P 1 a n d F2P2 r e s p e c t i v e l y . T h e l e v e l s o f a v a i l a b l e N a r e l i k e l y t o b e s u f f i c i e n t f o r t h e demands o f t h e t r e e s e e d l i n g s (Bomke, p e r s comm). F o l i a r a n a l y s i s o f t h e s e e d l i n g s f o r n i t r o g e n s h o u l d b e c a r r i e d o u t t o d e t e r m i n e t h e f e r t i l i t y s t a t u s o f t h e l a n d i n g s , i i ) M i c r o n u t r i e n t s T h e r e a r e a number o f p o s s i b l e c o n s e q u e n c e s f o r t h e a v a i l a b i l i t y o f m i c r o n u t r i e n t s when u s i n g l a r g e i n p u t s o f PFW a m e n d m e n t . A n i m m e d i a t e i m p a c t i s t h e r e d u c t i o n i n n u t r i e n t s t h r o u g h i m m o b i l i z a t i o n b y t h e g r o w i n g m i c r o b i a l b i o m a s s . F o r s o i l s o f l o w n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n s t h e c o m p e t i t i o n 64 b e t w e e n t h e m i c r o b i a l c o m m u n i t y a n d v e g e t a t i o n c o u l d l e a d t o l o w e r p r o d u c t i v i t y . A s e c o n d c o n s i d e r a t i o n i s t h e f o r m a t i o n o f m e t a l - o r g a n o c o m p l e x e s i n t h e s o i l w h i c h may r e m o v e e s s e n t i a l m i c r o n u t r i e n t s f r o m p l a n t u p t a k e . W h i l e a f u l l d i s c u s s i o n o f t h i s t o p i c i s b e y o n d t h e s c o p e o f t h i s c h a p t e r , some p o i n t s a r e w o r t h c o n s i d e r i n g . M e t a l i o n s c o m p l e x e d w i t h o r g a n i c m a t t e r a r e n o t a v a i l a b l e f o r p l a n t u p t a k e i f t h e o r g a n i c c o m p o u n d i s i n s o l u b l e . One o f t h e f a c t o r s a f f e c t i n g t h e s o l u b i l i t y o f h u m i c a c i d s i s s i z e , w h e r e m a c r o m o l e c u l e s o f h i g h e r m o l e c u l a r w e i g h t a r e l e s s s o l u b l e . T h e r e f o r e u n d e r s t a n d i n g t h e c o n t r i b u t i o n o f PFW t o humus f o r m a t i o n i s i m p o r t a n t i n d e t e r m i n i n g t h e p o s s i b l e e f f e c t s o n n u t r i e n t a v a i l a b i l i t y . T h e h i g h i n p u t o f c e l l u l o s e a n d l i g n i n f r o m t h e p u l p f i b r e w a s t e amendment w i l l u n d e r g o b r e a k d o w n a n d s u b s e q u e n t r e l e a s e o f p o l y p h e n o l s . T h e s e p h e n o l s , a c c o r d i n g t o t h e o r i e s o f humus f o r m a t i o n , a r e b u i l d i n g b l o c k s i n t h e f o r m a t i o n o f h u m i c a n d f u l v i c a c i d s ( S t e v e n s o n 1 9 8 2 , K o n o n o v a 1 9 6 6 ) . T h i s i s b e n e f i c i a l t o t h e s o i l i n t e r m s o f i m p r o v i n g a g g r e g a t e s t r u c t u r e , b u t t h e p r e s e n c e o f h i g h c o n c e n t r a t i o n s o f p o l y p h e n o l s w i l l m o s t l i k e l y f a c i l i t a t e t h e f o r m a t i o n o f humus c o m p o u n d s w i t h h i g h m o l e c u l a r w e i g h t , t h e r e b y l e a d i n g t o h i g h e r c o n c e n t r a t i o n s o f i n s o l u b l e f r a c t i o n s . T h e r e s u l t i s t h e r e m o v a l o f t h e c o m p l e x e d m e t a l i o n s f r o m p l a n t u p t a k e . 65 A t h i r d c o n s i d e r a t i o n i n r e l a t i o n t o t h i s i s t h a t t h e r e l e a s e o f h i g h c o n c e n t r a t i o n s o f s o l u b l e c h e l a t i n g a g e n t s w i t h a l o w c o n c e n t r a t i o n o f e s s e n t i a l t r a c e e l e m e n t s w i l l mean t h e p l a n t h a s l e s s s u c c e s s i n f i n d i n g t h e m e t a l - o r g a n o c o m p l e x i t n e e d s . So a l t h o u g h t h e f o r m a t i o n o f f u l v i c a c i d s may n o t r e m o v e m e t a l i o n s f r o m s o l u t i o n , i t may s t i l l h i n d e r p l a n t u p t a k e . F u r t h e r m o r e , some o f t h e m o r e s t a b l e m e t a l -o r g a n o c o m p l e x e s i n v o l v i n g c o p p e r , c o b a l t a n d z i n c may b e s t r o n g e n o u g h t h a t t h e e q u i l i b r i u m c o n c e n t r a t i o n w i t h t h e s o i l s o l u t i o n i s t o o l o w t o s u p p o r t p l a n t d e m a n d . T h e s e h y p o t h e s e s may b e b e s t e x a m i n e d u s i n g t h e e m p i r i c a l r e s u l t s o f f i e l d e x p e r i m e n t s w i t h t r e e s e e d l i n g s s i n c e t h e e f f e c t s o f e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s s u c h a s s o i l t e m p e r a t u r e , p H , s a l i n i t y e t c . o n t h e o r g a n o - m e t a l c o m p l e x e s a r e d i f f i c u l t t o p r e d i c t . A n a l y s i s o f f o l i a r m i c r o n u t r i e n t s may b e t h e m o s t p r a c t i c a l t o o l f o r management d e c i s i o n s c o n c e r n i n g t h i s , i i i ) H e a v y m e t a l c o n t a m i n a t i o n . T h e r e a p p e a r s t o b e no r i s k w i t h t h e l o a d i n g r a t e s o f t h e RMP p u l p f i b r e w a s t e i n t e r m s o f t h e m e t a l s w h i c h a d v e r s e l y a f f e c t m i c r o b i a l a c t i v i t y , a s d i s c u s s e d p r e v i o u s l y i n C h a p t e r 3 . U s i n g t h e p u l p s l u d g e a n a l y s i s f r o m T a b l e 3 . 1 , t h e l o a d i n g r a t e o f h e a v y m e t a l s c a n b e d e t e r m i n e d f o r b o t h l e v e l s o f a p p l i c a t i o n . T h e s t a n d a r d s f o r t o t a l l i m i t s o n m e t a l c o n c e n t r a t i o n b y E u r o p e a n s t a n d a r d s ( M c G r a t h e t a l . 1988) a r e a l s o l i s t e d w i t h t h e s e i n T a b l e 5 . 3 . 66 T a b l e 5 . 3 . L o a d i n g o f h e a v y m e t a l s t h r o u g h PFW amendment . e l e m e n t F l P l F2P2 m g k g - 1 s o i l C E C S t a n d a r d m g k g - 1 s o i l z i n c c o p p e r n i c k e l a l u m i n u m 0 . 5 8 1 .33 0 . 3 5 0 . 7 8 0 . 3 2 0 . 7 2 75 169 300 140 75 * b a s e d o n 10 cm s l i c e w i t h b u l k d e n s i t y o f 1 . 1 8 a n d 1 . 1 0 g / c m 3 f o r F l P l a n d F 2 P 2 , r e s p e c t i v e l y . T h e a d d i t i o n o f a l u m i n u m may c a u s e t o x i c i t y i f p H i s l o w e n o u g h f o r s o l u b l e f o r m s t o o c c u r . H o w e v e r , s u b s e q u e n t l e a c h i n g o f t h e a l u m i n u m c a t i o n w o u l d l i k e l y r e m o v e t h i s t o x i c i t y f r o m t h e u p p e r h o r i z o n s . O t h e r e l e m e n t s i n t h e PFW a l s o a p p e a r t o b e o f l i t t l e c o n c e r n , a t l e a s t u n d e r t h e g u i d e l i n e s f o r c o m p o s t q u a l i t y . T a b l e 5 . 4 shows t h e s t a n d a r d s f o r h e a v y m e t a l s i n c o m p o s t i n t h e N e t h e r l a n d s , whose g u i d e l i n e s a r e q u i t e s t r i n g e n t a s t h e c o m p o s t i s i n t e n d e d f o r a g r i c u l t u r a l u s e ( T i m m e n g a , p e r . c o m m . ) . T a b l e 5 . 4 . S t a n d a r d s f o r h e a v y m e t a l s i n c o m p o s t M e t a l ppm c o m p o s t ppm PFW C d 1 . 5 0 C r 100 3 0 . 4 C u 50 7 . 3 Pb 150 0 Hg 1 . 5 0 . 0 9 N i 50 6 . 7 z n 250 1 2 . 4 S o u r c e : H . T i m m e n g a , BC R e s e a r c h I t s eems m o s t l i k e l y t h a t d e f i e n c i e s o f m i c r o n u t r i e n t s w o u l d b e o f g r e a t e r c o n c e r n t h a n t o x i c i t y p r o b l e m s . 67 S o i l A e r a t i o n T h e r e s u l t s f r o m t h e s o i l r e s p i r a t i o n s t u d y showed a r e d u c t i o n i n d e c o m p o s i t i o n a t h i g h e r a p p l i c a t i o n l e v e l s o f t h e p u l p f i b r e w a s t e . I t was h y p o t h e s i z e d t h a t t h i s r e d u c t i o n was d u e t o t h e i n a c c e s s i b i l i t y o f t h e s u b s t r a t e w i t h i n t h e w a s t e a g g r e g a t e s f o r m i c r o b e s o r b e c a u s e o f a n a e r o b i c c o n d i t i o n s w i t h i n t h e a g g r e g a t e . I t i s t h i s l a t t e r p o i n t w h i c h d e s e r v e s m o r e i n v e s t i g a t i o n . I t may b e t h a t a t t h e h i g h e r l e v e l o f a p p l i c a t i o n r a t e ( p e r h a p s a r o u n d 10%) t h e p u l p m a t e r i a l w i l l a c t u a l l y i m p e d e g a s e x c h a n g e t h r o u g h t h e s o i l h o r i z o n b e c a u s e o f t h e h i g h w a t e r h o l d i n g c a p a c i t y o f t h e s l u d g e (up t o 50% b y w e i g h t ) . W h i l e t h e PFW amendment s h o u l d , b y r e d u c i n g s o i l b u l k d e n s i t y t h r o u g h t h e c r e a t i o n o f m a c r o p o r e s , e n h a n c e g a s e x c h a n g e w i t h i n t h e s u r f a c e h o r i z o n s a t some p o i n t t h e l a y e r o f PFW may c r e a t e a b a r r i e r t o g a s d i f f u s i o n . Low l e v e l s o f o x y g e n i n t h e r o o t z o n e w o u l d l e a d t o l o w e r p r o d u c t i v i t y o f t h e t r e e s e e d l i n g s , i f n o t c a u s e t h e i r m o r t a l i t y . F u r t h e r r e s e a r c h i n t o g a s e x c h a n g e o n t h e amended l a n d i n g s w o u l d a l l o w f o r a b e t t e r e s t i m a t i o n o f t h e o p t i m u m l e v e l o f p u l p a m e n d m e n t . 68 CONCLUSIONS In c o n c l u s i o n , l a n d i n g r e h a b i l i t a t i o n u s i n g p u l p f i b r e waste as s o i l amendment would b e n e f i t from f u r t h e r r e s e a r c h i n t o more a p p r o p r i a t e s t r a t e g i e s f o r supp lement ing n i t r o g e n l e v e l s . I n a d d i t i o n , q u e s t i o n s remain as t o t h e l e v e l o f p u l p f i b r e waste a p p l i c a t i o n which b e s t b a l a n c e s c a r b o n i n p u t w i t h t h e p o s s i b l e d e t r i m e n t a l e f f e c t s on s o i l a e r a t i o n and m i c r o n u t r i e n t a v a i l a b i l i t y . 69 L I T E R A T U R E C I T E D A n d e r s o n , J . P . E . 1 9 8 2 . S o i l r e s p i r a t i o n . I n : P a g e , A . L . ( e d ) . M e t h o d s o f S o i l A n a l y s i s . A g r o n o m y N o . 9 P a r t 2 , p p 8 3 1 - 8 7 1 . A n d e r s o n , J . P . E . a n d D o m s c h , K . H . 1 9 7 8 . A p h y s i o l o g i c a l m e t h o d f o r t h e q u a n t i t a t i v e m e a s u r e m e n t o f m i c r o b i a l b i o m a s s i n s o i l s . S o i l B i o l . B i o c h e m . 1 0 : 2 1 5 - 2 2 1 . B a a t h , E . 1 9 8 0 . S o i l f u n g a l b i o m a s s a f t e r c l e a r - c u t t i n g o f a p i n e f o r e s t i n c e n t r a l S w e d e n . S o i l B i o l . B i o c h e m . 1 2 : 4 9 5 - 5 0 0 . B a a t h , E . a n d B . S o d e r s t r o m . 1 9 8 2 . S e a s o n a l a n d s p a t i a l v a r i a t i o n i n f u n g a l b i o m a s s i n a f o r e s t s o i l . S o i l B i o l . B i o c h e m . 1 4 : 3 5 3 - 3 5 8 . B i l a w c h u k , M . S . 1 9 8 9 . P u l p m i l l f i b r e a s f e e d s t u f f s . M . S c T h e s i s , U n i v e r s i t y o f B r i t i s h C o l u m b i a , D e p . o f A n i m . S c i e n c e . B o d d y , L . 1 9 8 3 . C a r b o n d i o x i d e r e l e a s e f r o m d e c o m p o s i n g w o o d : e f f e c t o f w a t e r c o n t e n t a n d t e m p e r a t u r e . S o i l B i o l . B i o c h e m . 1 5 : 5 0 1 - 5 1 0 . B o y l e , M . a n d E . A . P a u l . 1 9 8 9 . C a r b o n a n d n i t r o g e n m i n e r a l i z a t i o n k i n e t i c s i n s o i l p r e v i o u s l y amended w i t h s ewage s l u d g e . S o i l S c i . Am. J . 5 3 : 9 9 - 1 0 3 . B r e m n e r J . M . a n d C . S . M u l v a n e y . 1 9 8 2 . N i t r o g e n - t o t a l . I n P a g e , A . L . (ed) M e t h o d s o f S o i l A n a l y s i s . A g r o n o m y N o . 9 P a r t 2 , p p 5 9 5 - 6 2 4 . B r i d g e , B . J . a n d A . J . R i x o n . 1 9 7 6 . O x y g e n u p t a k e a n d r e s p i r a t o r y q u o t i e n t o f f i e l d s o i l c o r e s i n r e l a t i o n t o t h e i r a i r - f i l l e d p o r e s p a c e . J . S o i l S c i . 2 7 : 2 7 9 - 2 8 6 . B r o o k e s , P . C . a n d S . P . M c G r a t h . 1 9 8 4 . E f f e c t s o f m e t a l t o x i c i t y o n t h e s i z e o f t h e s o i l m i c r o b i a l b i o m a s s . J o u r n a l o f S o i l S c i e n c e 3 5 : 3 4 1 - 3 4 6 . B r o o k s , P . C . a n d S . P . M c G r a t h . 1 9 8 7 . A d e n y l a t e e n e r g y c h a r g e i n m e t a l - c o n t a m i n a t e d s o i l . S o i l B i o l . B i o c h e m . 1 9 : 2 1 9 - 2 2 0 . B r o w n P . L . a n d D . D . D i c k e y . 1 9 7 0 . L o s s e s o f w h e a t s t r a w r e s i d u e u n d e r s i m u l a t e d f i e l d c o n d i t i o n s . S o i l S c i . S o c . Am. P r o . 3 4 : 1 1 8 - 1 2 1 . C a n n e l l , R . Q . 1 9 7 7 . S o i l a e r a t i o n a n d c o m p a c t i o n i n r e l a t i o n t o r o o t g r o w t h a n d s o i l m a n a g e m e n t . A p p l . B i o l . 2 : 1 - 8 6 . 70 C a r r , W.W. 1 9 8 6 . T h e r e h a b i l i t a t i o n o f d e g r a d e d f o r e s t s o i l i n B . C . : a n o v e r v i e w . I n : L o u s i e r , D . , (ed) D e g r a d a t i o n o f F o r e s t e d L a n d - F o r e s t e d S o i l s a t R i s k . P r o c e e d i n g s o f t h e 1 0 t h B . C . S o i l S c i e n c e W o r k s h o p , V a n c o u v e r B . C . , p p 1 9 7 - 2 0 3 . C a r r , W.W. 1 9 8 7 . T h e e f f e c t o f l a n d i n g c o n s t r u c t i o n o n some f o r e s t s o i l p r o p e r t i e s : a c a s e s t u d y . C a n a d a / B r i t i s h C o l u m b i a F o r e s t R e s o u r c e D e v e l o p m e n t A g r e e m e n t . FRDA r e p o r t 0 0 3 , 26 p . C a r r , W.W. 1 9 8 8 . N u t r i t i o n a l a n d s o i l c o m p a c t i o n a s p e c t s o f e s t a b l i s h i n g f o r e s t c o v e r o n w i n t e r l a n d i n g s i n t h e F o r t S t . J a m e s A r e a . C a n a d a / B r i t i s h C o l u m b i a F o r e s t R e s o u r c e D e v e l o p m e n t A g r e e m e n t . FRDA r e p o r t 0 4 7 , 11 p . C l a r k , F . E . 1 9 6 7 . T h e g r o w t h o f b a c t e r i a i n s o i l . I n G r a y , T . R . G . a n d D . P a r k i n s o n ( e d . ) . T h e E c o l o g y o f S o i l B a c t e r i a . L i v e r p o o l U n i v . P r e s s , L i v e r p o o l , E n g l a n d . C o l e m a n , D . C . 1 9 7 3 . S o i l c a r b o n b a l a n c e i n a s u c c e s s i o n a l g r a s s l a n d . O i k o s 2 4 : 1 9 5 - 1 9 9 . C r o y , D . S . a n d R o d e , L . M . 1 9 8 8 . N u t r i t i v e v a l u e o f p u l p m i l l f i b e r w a s t e f o r r u m i n a n t s . C a n J . A n i m . S c i . 6 8 : 4 6 1 - 4 7 0 . D o l a r , S . G . , B o y l e , J . R . a n d D . R . K e e n e y . 1 9 7 2 . P a p e r m i l l s l u d g e d i s p o s a l o n s o i l s : e f f e c t s o n t h e y i e l d a n d m i n e r a l n u t r i t i o n o f o a t s ( A v e n a s a t i v a L . ) . J . E n v i r o n . Q u a l i t y 1 : 4 0 5 - 4 0 9 . E n t r y , J . A . , N . M . S t a r k , a n d H L o e w e n s t e i n . 1 9 8 6 . E f f e c t o f t i m b e r h a r v e s t i n g o n m i c r o b i a l b i o m a s s f l u x e s i n a n o r t h e r n R o c k y M o u n t a i n f o r e s t s o i l . C a n . J . F o r . R e s . 1 6 : 1 0 7 6 - 1 0 8 1 . F l o a t e , M . J . S . 1 9 7 0 . D e c o m p o s i t i o n o f o r g a n i c m a t e r i a l s f r o m h i l l s o i l s a n d p a s t u r e s . I I . C o m p a r a t i v e s t u d i e s o n t h e m i n e r a l i z a t i o n o f c a r b o n , n i t r o g e n a n d p h o s p h o r u s f r o m p l a n t m a t e r i a l s a n d s h e e p f a e c e s . S o i l B i o l . B i o c h e m . 2 : 1 7 3 - 1 8 5 . G a l e , P . M . , a n d J . T . G i l m o u r . 1 9 8 6 . C a r b o n a n d n i t r o g e n m i n e r a l i z a t i o n k i n e t i c s f o r p o u l t r y l i t t e r . J . E n v i r o n . Q u a l i t y 1 5 : 4 2 3 - 4 2 6 . G a l e , P . M . a n d J . T . G i l m o u r . 1 9 8 8 . N e t m i n e r a l i z a t i o n o f c a r b o n a n d n i t r o g e n u n d e r a e r o b i c a n d a n a e r o b i c c o n d i t i o n s . S o i l S c i . S o c . Am. J . 5 2 : 1 0 0 6 - 1 0 1 0 . 71 G i l m o u r , C M . , B r o a d b e n t F . E . a n d B e c k S . M . 1 9 7 7 . R e c y c l i n g o f c a r b o n a n d n i t r o g e n t h r o u g h l a n d d i s p o s a l o f v a r i o u s w a s t e s . I n E l l i o t , L . F . a n d F . J . S t e v e n s o n ( E d s . ) . S o i l s f o r M a n a g e m e n t o f O r g a n i c W a t e r a n d W a s t e W a t e r s S o i l S c i . S o c . A m . , M a d i s o n , W i s c o n s i n , p p . 1 7 3 - 1 9 4 . G i l m o u r , J . T . , a n d C M . G i l m o u r . 1 9 8 0 . A s i m u l a t i o n m o d e l f o r s l u d g e d e c o m p o s i t i o n i n s o i l . J . E n v i r o n . Q u a l . 9 : 1 9 4 - 1 9 9 G r a b l e , A . R . a n d E . G . S i e m e r . 1 9 6 8 . E f f e c t s o f b u l k d e n s i t y , a g g r e g a t e s i z e , a n d s o i l w a t e r s u c t i o n o n o x y g e n d i f f u s i o n , r e d o x p o t e n t i a l s , a n d e l o n g a t i o n o f c o r n r o o t s . S o i l S c i . S o c . Am. P r o c . 3 2 : 1 8 0 - 1 8 6 . H a l l a m , M . J . , a n d W . V . B a r t h o l o m e w . 1 9 5 3 . I n f l u e n c e o f r a t e o f p l a n t r e s i d u e a d d i t i o n i n a c c e l e r a t i n g t h e d e c o m p o s i t i o n o f s o i l o r g a n i c m a t t e r . S o i l S c i . S o c . Am. P r o c . 1 7 : 3 6 5 - 3 6 8 . H a r t , J . H . 1 9 8 1 . R o l e o f p h y t o s t i l b e n e s i n d e c a y a n d d i s e a s e r e s i s t a n c e . A n n . R e v . P h y t o p a t h o l . 1 9 : 4 3 7 - 4 5 8 . H o l l a n d , S . S . 1 9 6 4 . L a n d f o r m s o f B r i t i s h C o l u m b i a : a p h y s i o g r a p h i c o u t l i n e . B . C . D e p . o f M i n e s P e t . R e s o u r c e s . V i c t o r i a , B . C . B u l l . N o . 4 8 , 138 p . H u n t , G . A . a n d R . F o g e l . 1 9 8 3 . F u n g a l h y p h a l d y n a m i c s i n a w e s t e r n O r e g o n D o u g l a s - f i r s t a n d . S o i l B i o l . B i o c h e m . 1 5 : 6 4 1 - 6 4 9 . H u n t , H . W . 1 9 7 7 . A s i m u l a t i o n m o d e l f o r d e c o m p o s i t i o n i n g r a s s l a n d s . E c o l o g y 5 8 : 4 6 9 - 4 8 4 . K e s e r , N . , P a r s o n s , V . , M u r p h y , J . R . a n d D . J . S t . P i e r r e . 1 9 7 3 . S o i l s o f P r i n c e G e o r g e F o r e s t D i s t r i c t . A C o m p e n n d i u m . B . C . F o r . S e r . R e s . N o t e 5 8 . K n a p p , E . B . , L . F . E l l i o t t , a n d G . S . C a m p b e l l . 1 9 8 3 . M i c r o b i a l r e s p i r a t i o n a n d g r o w t h d u r i n g t h e d e c o m p o s i t i o n o f w h e a t s t r a w . S o i l B i o l . B i o c h e m . 1 5 : 4 5 5 - 4 6 1 . K n o w l e s , S . F i n d l a y F o r e s t M i l l s , M a c K e n z i e , B C K o n o n o v a , M . M . 1 9 6 6 . S o i l O r g a n i c M a t t e r . P e r g a m o n , O x f o r d . K r a j i n a , V . J . 1 9 6 5 . E c o l o g y o f W e s t e r n N o r t h A m e r i c a . U n i v . B . C . , D e p . B o t a n y , V a n c o u v e r , B . C . 72 L i n n , D . M . a n d J . W . D o r a n . 1 9 8 4 . E f f e c t o f w a t e r - f i l l e d p o r e s p a c e o n c a r b o n d i o x i d e a n d n i t r o u s o x i d e p r o d u c t i o n i n t i l l e d a n d n o n t i l l e d s o i l s . S o i l S c i . S o c . Am. J . 4 8 : 1 2 6 7 - 1 2 7 2 . M c G r a t h S . P . , P . C . B r o o k e s , a n d K . E . K e l l e r , 1 9 8 8 . E f f e c t s o f p o t e n t i a l l y t o x i c m e t a l s i n s o i l d e r i v e d f r o m p a s t a p p l i c a t i o n s o f sewage s l u d g e o n n i t r o g e n f i x a t i o n b y T r i f o l i u m r e p e n s L . S o i l B i o l . B i o c h e m . 2 0 : 4 1 5 - 4 2 4 . M c L e o d , A . 1 9 8 6 . A p i l o t s t u d y o f s o i l c o m p a c t i o n o n s k i d t r a i l s a n d l a n d i n g s i n t h e P r i n c e G e o r g e F o r e s t R e g i o n . I n : L o u s i e r , D . , ( e d ) . D e g r a d a t i o n o f F o r e s t e d L a n d -F o r e s t e d S o i l s a t R i s k . P r o c e e d i n g s o f t h e 1 0 t h B . C . S o i l S c i e n c e W o r k s h o p , V a n c o u v e r B . C . , p p . 2 7 5 - 2 8 0 . M i l l e t t , M . A . , B a k e r , A . J . , S a t t e r , L . D . , M c G o v e r n , J . N . , a n d D i n i u s , D . A . 1 9 7 3 . P u l p a n d p a p e r m a k i n g r e s i d u e s a s f e e d s t u f f s f o r r u m i n a n t s . J . A n i m . S c i . 3 7 : 5 9 9 - 6 0 7 . M o l i n a , J . A . E . , C E . C l a p p , M . J . S h a f f e r , F . W . C h i c h e s t e r , a n d W . E . L a r s o n . 1 9 8 3 . N C S O I L , a m o d e l o f n i t r o g e n a n d c a r b o n t r a n s f o r m a t i o n s i n s o i l : d e s c r i p t i o n , c a l i b r a t i o n , a n d b e h a v i o r . S o i l S c i . S o c . Am. J . 4 7 : 8 5 - 9 1 . O l s o n , J . S . 1 9 6 3 . E n e r g y s t o r a g e a n d b a l a n c e o f p r o d u c e r s a n d d e c o m p o s e r s i n e c o l o g i c a l s y s t e m s . E c o l o g y 4 4 : 3 2 2 -3 3 1 . O s b e r g , P . M . R e g i o n a l P e d o l o g i s t , M i n i s t r y o f F o r e s t s , P r i n c e G e o r g e F o r e s t R e g i o n . O t c h e r e - B o a t e n g , J . a n d T . M . B a l l a r d . 1 9 8 1 . E f f e c t o f u r e a f e r t i l i z e r o n l e a c h i n g o f m i c r o n u t r i e n t m e t a l s a n d a l u m i n u m f r o m f o r e s t s o i l c o l u m n s . C a n . J . F o r . R e s . 1 1 : 7 6 3 - 7 6 7 . P a r k i n s o n , D . 1 9 7 9 . M i c r o b e s , m y c o r r h i z a e a n d m i n e s p o i l . I n W a l i , M . K . ( e d . ) . E c o l o g y a n d C o a l R e s o u r c e D e v e l o p m e n t . P e r g a m o n P r e s s , New Y o r k , p p . 6 3 4 - 6 4 2 . P a r k i n s o n , D . a n d E . A . P a u l . 1 9 8 2 . M i c r o b i a l b i o m a s s . I n P a g e , A . L . (ed) M e t h o d s o f S o i l A n a l y s i s . A g r o n o m y N o . 9 P a r t 2 , p p . 8 2 1 - 8 3 1 . S h i e l d s , W . J . , H u d d y , M . D . a n d S . G . S o m e r s , 1 9 8 6 . P u l p m i l l s l u d g e a p p l i c a t i o n t o a c o t t o n w o o d p l a n t a t i o n . I n C o l e , D . W . , C . L . H e n r y a n d W . L . N u t t e r ( e d s . ) . T h e F o r e s t A l t e r n a t i v e f o r T r e a t m e n t a n d U t i l i z a t i o n o f M u n i c i p a l a n d I n d u s t r i a l W a s t e s . U n i v e r s i t y P r e s s , S e a t t l e , W a s h i n g t o n , p p . 5 5 3 - 5 4 8 . 73 S i n g h , J . S . a n d S . R . G u p t a , 1 9 7 7 . P l a n t d e c o m p o s i t i o n a n d s o i l r e s p i r a t i o n i n t e r r e s t r i a l e c o s y s t e m s . T h e B o t a n i c a l R e v i e w 4 3 : 4 4 9 - 5 2 8 . S m e l t z e r , D . L . K . , D . R . B e r g d a h l a n d J . R . D o n n e l l y . 1 9 8 6 . F o r e s t e c o s y s t e m s r e s p o n s e s t o a r t i f i c i a l l y i n d u c e d s o i l c o m p a c t i o n . I I . S e l e c t e d s o i l m i c r o o r g a n i s m p o p u l a t i o n s . C a n . J . F o r . R e s . 1 6 : 8 7 0 - 8 7 2 . S p i t t l e h o u s e , D . , W. B i n d e r a n d D . D r a p e r . 1 9 8 7 . S i t e e c o l o g y s t u d i e s - w e a t h e r a n d t r e a t m e n t m i c r o c l i m a t e , 1 9 8 3 - 1 9 8 6 . E . P . 9 6 6 , R e s e a r c h B r a n c h B . C . M i n . o f F o r . 57 p . S t e v e n s o n , F . J . 1 9 8 2 . Humus C h e m i s t r y . W i l e y - I n t e r s c i e n c e P u b l i c a t i o n , New Y o r k , 443 p . S t o t t , D . E . , E l l i o t t , L . F . , P a p e n p d i c k , R . I . a n d G . S . C a m p b e l l , 1 9 8 6 . Low t e m p e r a t u r e o r l o w w a t e r p o t e n t i a l e f f e c t s o n t h e m i c r o b i a l d e c o m p o s i t i o n o f w h e a t r e s i d u e . S o i l B i o l . B i o c h e m . 1 8 : 5 7 7 - 5 8 2 . S t r o o , H . F . , K . L . B r i s t o w , L . F . E l l i o t t , R . I . P a p e n d i c k , a n d G . S . C a m p b e l l . 1 9 8 9 . P r e d i c t i n g r a t e s o f w h e a t r e s i d u e d e c o m p o s i t i o n . S o i l S c i . Am. J . 5 3 : 9 1 - 9 9 . S t y a n , G . E . 1 9 7 7 . R e f i n e r M e c h a n i c a l P u l p i n g i n C a n a d a . I n f o r m a t i o n r e p o r t V P - X - 1 7 1 , F o r i n t e k C a n a d a C o r p , 35 p . T a t e , R . L . 1 9 8 4 . M i c r o o r g a n i s m s , e c o s y s t e m d i s t u r b a n c e a n d s o i l f o r m a t i o n p r o c e s s e s . I n T a t e , R . L . a n d K l e i n ( e d s . ) . S o i l R e c l a m a t i o n P r o c e s s e s : M i c r o b i o l o g i c a l A n a l y s e s a n d A p p l i c a t i o n s . D e k k e r , New Y o r k , p p . 2 0 3 -2 3 6 . T i m m e n g a , H . BC R e s e a r c h , V a n c o u v e r B . C . T r i b e , H . T . 1 9 6 1 . M i c r o b i o l o g y o f c e l l u l o s e d e c o m p o s i t i o n i n s o i l . S o i l S c i . 9 2 : 6 1 - 7 7 . U t z i g , G . F . a n d M . E W a l m s l e y . 1 9 8 7 . E v a l u a t i o n o f s o i l d e g r a d a t i o n a s a f a c t o r a f f e c t i n g f o r e s t r e g e n e r a t i o n i n B r i t i s h C o l u m b i a : a p r o b l e m a n a l y s i s . C a n a d i a n F o r e s t r y S e r v i c e , P a c i f i c F o r e s t C e n t r e , V i c t o r i a B . C . ( i n p u b l i c a t i o n ) . V i s s e r , S . 1 9 8 4 . Management o f m i c r o b i a l p r o c e s s e s i n s u r f a c e m i n e d l a n d i n w e s t e r n C a n a d a . I n T a t e , R . L . a n d K l e i n ( e d . ) . S o i l R e c l a m a t i o n P r o c e s s e s : M i c r o b i o l o g i c a l A n a l y s e s a n d A p p l i c a t i o n s . D e k k e r , New Y o r k , p p . 2 0 3 - 2 3 6 . 74 V i s s e r , S . , G r i f f i t h s , C . L . , and Parkinson, D. 1983. E f f e c t s of mining on the microbiology of a p r a i r i e s i t e i n A l b e r t a , Canada. Can. J . S o i l . S c i . 63:177-189. Wildung, R . E . , T . R . Garland, and R . L . Buschbom. 1975. The interdependence e f fec ts of s o i l temperature and water content on s o i l r e s p i r a t i o n rate and p lant root decomposition i n a r i d grassland s o i l s . S o i l B i o l . Biochem. 7:373-378. Witkamp, M. 1966. Rates of carbon dioxide evo lut ion from the fores t f l o o r . Ecology 47:492-494. APPENDIX 1. AVERAGE AIR T E M P E R A T U R E PRECIPITATION TUDYAH L A K E C U T B L O C K , 1989 160 180 200 JULIAN DAY 220 76 A P P E N D I X 2 A N A L Y S I S OF C A N N I S T E R S O I L R E P L I C A T E OM% T O T A L N N H 4 + N 0 3 " BIOMASS (%) (PPM) (MG C / 1 0 0 G ) LAND 1 F 1 P 1 - 1 4 . 3 0. .066 3 . 46 2 . 9 37 F 1 P 1 - 2 3 . 0 0. .054 1. 44 5 . 58 15 F 1 P 1 - 3 2 . 71 0. .050 0 17 . 6 27 F 1 P 1 - 4 3 . 45 0. ,068 20 .8 22 .4 24 F 1 P 1 - 5 2 . 07 0. .021 17 . 1 10 . 7 8 19 F 1 P 1 - 6 3 . 41 0. .059 1. 22 18 . 8 5 9 F 2 P 2 - 1 7 . 26 0. .067 52 .04 89 . 1 62 F 2 P 2 - 2 6 . 54 0. .069 20 . 0 8 7 . 72 80 F 2 P 2 - 3 4 . 29 0. .041 29 . 9 1 0 3 . 8 38 F 2 P 2 - 4 14 . 6 0. .066 7 . 56 52 . 6 30 F 2 P 2 - 5 4 . 88 0. .092 2 . 53 11 . 2 5 24 F 2 P 2 - 6 10 . 1 6 0. .069 44 . 0 8 48 . 5 6 49 C O N - 1 2 . 20 2 . 32 4 . 16 15 C O N - 2 3 . 80 0 19 . 3 6 18 C O N - 3 4 . 41 4 . 32 0 . 31 35 C O N - 4 5 . 44 3 . 47 1. 22 33 C O N - 5 5 . 55 5 . 11 0 . 15 64 C O N - 6 1. 22 0 . 31 2 . 2 8 O F F - 1 4 . 8 15 .28 0 . 23 56 O F F - 2 4 . 01 12 .74 0 . 23 34 O F F - 3 3 . 92 5 . 96 0 67 O F F - 4 3 . 91 4 . 83 0 32 O F F - 5 5 . 07 4 . 83 0 . 46 107 O F F - 6 4 . 16 10 .48 0 . 08 64 77 A P P E N D I X 2 CONTINUED R E P L I C A T E OM% T O T A L N (%) N H 4 + N 0 3 " (PPM) BIOMASS (MG C / 1 0 0 G ) LAND 3 F 1 P 1 - 1 2 2 . 3 1 0 . 0 3 6 6 . 5 3 0 . 1 5 104 F 1 P 1 - 2 2 . 7 6 0 . 0 4 0 0 . 3 1 2 . 7 6 39 F 1 P 1 - 3 4 . 4 8 0 . 0 5 4 6 . 0 1 2 . 4 4 58 F 1 P 1 - 4 4 . 7 0 . 060 1 .18 2 . 5 3 43 F 1 P 1 - 5 5 . 5 1 0 . 0 6 5 0 . 9 3 0 . 4 8 55 F 1 P 1 - 6 3 . 4 1 0 . 0 5 8 2 . 1 8 2 8 . 5 1 16 F 2 P 2 - 1 6 . 2 4 0 . 0 3 8 1 6 . 3 2 4 7 . 4 22 F 2 P 2 - 2 1 . 7 5 0 . 0 3 7 0 8 . 8 9 17 F 2 P 2 - 3 2 . 4 4 0 . 0 2 9 0 0 . 3 6 65 F 2 P 2 - 4 1 . 7 7 0 . 0 2 9 0 . 6 1 0 . 3 6 24 F 2 P 2 - 5 8 . 1 7 0 . 0 5 7 8 . 8 8 1 .8 37 F 2 P 2 - 6 2 . 0 5 0 . 0 8 3 0 . 0 4 2 . 1 7 11 C O N - l 5 . 1 0 1 .7 1 .1 38 CON-2 4 . 2 6 5 . 3 7 2 . 1 1 37 C O N - 3 1 3 . 0 3 1 1 . 0 1 3 . 6 8 102 C O N - 4 2 . 9 4 6 . 2 3 4 . 6 22 C O N - 5 6 . 2 0 2 . 2 8 0 . 1 3 50 C O N - 6 5 . 3 9 4 . 8 3 0 . 1 3 48 O F F - 1 6 . 06 2 5 . 7 7 9 . 2 3 89 O F F - 2 2 . 5 0 1 5 . 8 9 0 . 1 9 29 O F F - 3 3 . 4 0 1 9 . 0 2 0 . 3 4 40 O F F - 4 9 . 1 9 3 4 . 3 6 0 . 4 9 -O F F - 5 5 . 2 0 3 6 . 1 9 . 8 1 72 O F F - 6 3 . 7 9 1 1 . 9 8 1 3 . 1 7 44 78 A P P E N D I X 3 ORGANIC MATTER C L A S S E S OM C L A S S R E P L I C A T E <5% >5% L l F 1 P 1 -1 L l F 1 P 1 -2 L l F 1 P 1 -3 L l F 1 P 1 -4 L l F 1 P 1 - 5 L l F 1 P 1 - 6 L l F2P2 -3 L l F2P2 - 5 L3 F 1 P 1 -2 L3 F 1 P 1 -3 L3 F 1 P 1 -4 L3 F 1 P 1 - 6 L3 F2P2 -2 L3 F2P2 -3 L3 F2P2 -4 L3 F2P2 - 6 L l F2P2 - 1 L l F2P2 -2 L l F2P2 -4 L l F2P2 - 6 L3 F 1 P 1 - 1 L3 F 1 P 1 - 5 L3 F2P2 - 1 L3 F2P2 - 5 

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