Summary
Bodemdichtheidsfractionering scheidt organisch materiaal in de bodem in verschillende pools met verschillende stabilisatiemechanismen, chemie en omlooptijden. Natriumpolytungstate-oplossingen met specifieke dichtheden maken de scheiding van vrij zwevend organisch materiaal en mineraal-geassocieerd organisch materiaal mogelijk, wat resulteert in organische stoffracties die geschikt zijn voor het beschrijven van de bodemreactie op beheer en klimaatverandering.
Abstract
Organische stof in de bodem (SOM) is een gecompliceerd mengsel van verschillende verbindingen die het bereik overspannen van vrije, gedeeltelijk afgebroken plantaardige componenten tot meer microbieel veranderde verbindingen in de bodemaggregaten tot sterk verwerkte microbiële bijproducten met sterke associaties met reactieve bodemmineralen. Bodemwetenschappers hebben moeite gehad om manieren te vinden om de bodem te scheiden in fracties die gemakkelijk meetbaar en nuttig zijn voor het modelleren van koolstof (C) in de bodem. Fractionerende grond op basis van dichtheid wordt steeds vaker gebruikt, en het is gemakkelijk uit te voeren en levert C-pools op op basis van de mate van associatie tussen de SOM en verschillende mineralen; zo kan bodemdichtheidsfractionering helpen om de SOM te karakteriseren en SOM-stabilisatiemechanismen te identificeren. De gerapporteerde fractioneringsprotocollen voor bodemdichtheid variëren echter aanzienlijk, waardoor de resultaten van verschillende studies en ecosystemen moeilijk te vergelijken zijn. Hier beschrijven we een robuuste dichtheidsfractioneringsprocedure die deeltjes en mineraal-geassocieerd organisch materiaal scheidt en de voor- en nadelen uitleggen van het scheiden van grond in twee, drie of meer dichtheidsfracties. Dergelijke fracties verschillen vaak in hun chemische en minerale samenstelling, omzettijd en mate van microbiële verwerking, evenals de mate van minerale stabilisatie.
Introduction
De bodem is de grootste opslag van terrestrische koolstof (C), met meer dan 1.500 Pg C in de bovenste 1 m en bijna het dubbele van die hoeveelheid in diepere niveaus wereldwijd, wat betekent dat de bodem meer C bevat dan plantaardige biomassa en de atmosfeer gecombineerd1. Organische stof in de bodem (SOM) houdt water en bodemvoedingsstoffen vast en is essentieel voor de productiviteit van planten en de functie van het terrestrische ecosysteem. Ondanks de wereldwijde erkenning van het belang van voldoende SOM-bestanden voor de gezondheid van de bodem en de productiviteit van de landbouw, zijn de C-voorraden in de bodem aanzienlijk uitgeput als gevolg van niet-duurzaam bos- en landbouwbeheer, landschapsverandering en klimaatopwarming 2,3. De toegenomen belangstelling voor het herstel van de bodemgezondheid en voor het gebruik van bodem-C-retentie als een belangrijke speler in natuurlijke klimaatoplossingen heeft geleid tot inspanningen om de factoren te begrijpen die de vastlegging en stabilisatie van bodem C in diverse omgevingen beheersen 4,5.
Organische stof in de bodem (SOM) is een gecompliceerd mengsel van verschillende verbindingen die het bereik overspannen van vrije, gedeeltelijk afgebroken plantaardige componenten tot meer microbieel veranderde verbindingen in de bodemaggregaten (hier gedefinieerd als een materiaal gevormd door de combinatie van afzonderlijke eenheden of items) tot sterk verwerkte microbiële bijproducten met sterke associaties met reactieve bodemmineralen6 . In gevallen waarin het onpraktisch is om de volledige suite van individuele verbindingen in de SOM te identificeren, richten onderzoekers zich vaak op het identificeren van een kleiner aantal functionele pools van C die bestaan als fysieke realiteiten en die variëren door omloopsnelheden, algemene chemische samenstelling en de mate van stabilisatie met de minerale componenten van de bodem1, 7. Om pools kritisch te kunnen interpreteren en modelleren, is het essentieel dat de gescheiden pools klein in aantal zijn, direct meetbaar zijn in plaats van alleen theoretisch, en duidelijke verschillen in samenstelling en reactiviteit vertonen8.
Veel verschillende technieken, zowel chemisch als fysisch, zijn gebruikt om betekenisvolle poelen van bodem C te isoleren, en deze zijn goed samengevat door von Lützow et al.9 en Poeplau et al.10. Chemische extractietechnieken zijn gericht op het isoleren van specifieke pools, zoals C geassocieerd met slecht kristallijn of kristallijn Fe en Al11. Organische oplosmiddelen zijn gebruikt om specifieke verbindingen zoals lipiden12 te extraheren, en de hydrolyse of oxidatie van SOM is gebruikt als een maat voor een labiele pool van C13,14. Geen van deze extractiemethoden categoriseert echter alle pools van C in meetbare of modeleerbare fracties. De fysische fractionering van de bodem categoriseert alle bodem C in poelen op basis van grootte en gaat ervan uit dat de afbraak van plantenresten resulteert in fragmentatie en steeds kleinere deeltjes. Hoewel grootte alleen vrij plantenafval niet kan scheiden van mineraal-geassocieerd SOM15, is het kwantificeren van deze twee pools van cruciaal belang voor het begrip van bodem C-stabilisatie vanwege gemeenschappelijke ruimtelijke, fysische en biogeochemische verschillen in vorming en omzet16.
De fractionering van bodem C op basis van dichtheid wordt steeds vaker gebruikt, en het is gemakkelijk uit te voeren en identificeert verschillende pools van C op basis van de mate van associatie met verschillende mineralen17,18,19; zo kan bodemdichtheidsfractionering helpen bij het ophelderen van verschillende stabilisatiemechanismen van bodem C. De primaire vereiste voor het fractioneren van grond is het vermogen om de organische en minerale deeltjes volledig te verspreiden. Eenmaal gedispergeerd, drijft afgebroken organisch materiaal dat relatief vrij is van mineralen in oplossingen die lichter zijn dan ~ 1,85 g / cm 3, terwijl mineralen meestal in het bereik van 2-4,5 g / cm 3 vallen, hoewel ijzeroxiden dichtheden tot 5,3 g / cm3 kunnen hebben. De lichte of vrije deeltjesfractie heeft de neiging om een kortere omlooptijd te hebben (tenzij er sprake is van significante verontreiniging door houtskool) en is aangetoond dat het zeer gevoelig is voor teelt en andere verstoringen. De zware (>1,85 g/cm3) of mineraal-geassocieerde fractie heeft vaak een langere omlooptijd vanwege de weerstand tegen microbieel gemedieerde ontleding die ontstaat wanneer organische moleculen binden met reactieve minerale oppervlakken. De zware fractie kan echter verzadigen (d.w.z. een bovengrens bereiken voor minerale complexatiecapaciteit), terwijl de lichte fractie theoretisch bijna onbeperkt kan accumuleren. Het begrijpen van de fysieke verdeling van organisch materiaal in pools van mineraal-geassocieerd versus fijnstof organisch materiaal helpt dus om op te helderen welke ecosystemen kunnen worden beheerd voor efficiënte koolstofvastlegging en hoe verschillende systemen zullen reageren op klimaatverandering en verschuivende patronen van antropogene verstoring20.
Hoewel het gebruik van dichtheidsfractionering met behulp van oplossingen van natriumpolytungstaat bij verschillende dichtheden het afgelopen decennium sterk is toegenomen, variëren de technieken en protocollen aanzienlijk, waardoor de resultaten van verschillende studies en verschillende ecosystemen moeilijk te vergelijken zijn. Hoewel is aangetoond dat een dichtheid van 1,85 g/cm 3 de grootste hoeveelheid vrije lichtfractie terugwint met minimale opname van mineraal-geassocieerd organisch materiaal (MAOM)17, hebben veel studies dichtheden gebruikt variërend van 1,65-2,0 g/cm3. Terwijl de meeste studies bodems hebben gefractioneerd in slechts twee pools (een lichte fractie en een zware fractie, hierna LF en HF), hebben andere studies meerdere dichtheden gebruikt om de zware fractie verder te verfijnen in pools die verschillen door de mineralen waarmee ze worden geassocieerd, de relatieve verhouding van mineralen tot organische coating, of de mate van aggregatie (bijv. Sollins et al.17, Sollins et al.18, Hatton et al.21, Lajtha et al.22, Yeasmin et al.23, Wagai et al.24, Volk et al.25). Daarnaast zijn complexere fractioneringsprocedures voorgesteld die zowel grootte- als dichtheidsscheiding combineren, wat resulteert in een groter aantal pools (bijv. Yonekura et al.26, Virto et al.27, Moni et al.15, Poeplau et al.10) maar ook meer ruimte voor fouten, zowel in de methodologie als in relatie tot de poolgrootte. Verder hebben auteurs ook ultrasoonapparaat gebruikt met verschillende intensiteiten en tijden in een poging om aggregaten en MAOM van minerale oppervlakken te verspreiden28,29,30.
Hier beschrijven we een robuuste dichtheidsfractioneringsprocedure die ten eerste twee unieke pools van bodemkoolstof identificeert (LF en HF, of POM en MAOM), en we bieden zowel de technieken als de argumenten om de HF-pool verder te scheiden in extra fracties die verschillen op basis van hun mineralogie, mate van organische coating of aggregatie. Van de hier geïdentificeerde fracties is aangetoond dat ze verschillen in termen van hun chemische samenstelling, omzettijd, mate van microbiële verwerking en mate van minerale stabilisatie18,19.
De volgende procedure scheidt bulkgrond in deeltjes organisch materiaal (POM) en mineraal-geassocieerd organisch materiaal (MAOM) door een bekende hoeveelheid grond te mengen in een oplossing met een specifieke dichtheid. De doeltreffendheid van de procedure wordt gemeten aan de hand van de gecombineerde terugwinning van bodemmassa en koolstof ten opzichte van de oorspronkelijke massa van het bodemmonster en het C-gehalte. Een dichte oplossing wordt bereikt door natriumpolytungstate (SPT) op te lossen in gedeïoniseerd water. De grond wordt in eerste instantie gemengd met de dichte SPT-oplossing en geroerd om de bodemaggregaten grondig te mengen en te verspreiden. Centrifugatie wordt vervolgens gebruikt om de bodemmaterialen te scheiden die ofwel drijven (lichte fractie) of zinken (zware fractie) in de oplossing. De meng-, isolatie-, herstel- en wasstappen worden meerdere keren herhaald om de scheiding van de lichte en zware fracties te garanderen, samen met de verwijdering van SPT uit het materiaal. Ten slotte worden de bodemfracties gedroogd, gewogen en geanalyseerd op C-gehalte. Het gefractioneerde materiaal kan worden gebruikt voor latere procedures en analyses.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Het maken van stockoplossingen van natriumpolytungstate (SPT)
LET OP: SPT is irriterend en is schadelijk bij inslikken of inademen. Het is giftig voor in het water levende organismen; vermijd het vrijkomen ervan in het milieu.
- Om 1 L SPT-oplossing met een dichtheid van 1,85 g/cm3 te maken, lost u 1,051 g gekristalliseerde SPT op in ongeveer 600 ml gedeïoniseerd gedestilleerd (DDI) water. Roer de oplossing totdat de SPT volledig is opgelost, ongeveer gedurende 15 minuten, en breng vervolgens het oplossingsvolume op 1 L met DDI.
OPMERKING: Koolstofterugwinning met een oplossingsdichtheid <1,85 g/cm3 kan lichte fractie koolstof afkomstig van organisch deeltjesmateriaal17,18 onder-rekruteren, waardoor de hoeveelheid koolstof in het monster verkeerd wordt weergegeven. Daarom wordt een SPT-oplossingsdichtheid van 1,85 g/cm3 voorgesteld 8,17 om meer inclusief koolstof geassocieerd met organisch deeltjesmateriaal te zijn voor een typisch bodemmonster (d.w.z. de meeste zand-, slib- en kleileems met C-gehalte <10 %). - Om 1 l SPT-oplossing met een dichtheid van 2,40 g/cm3 te maken, lost u 1,803 g vaste SPT op in ongeveer 500 ml DDI-water. Roer de oplossing totdat de SPT volledig is opgelost en breng vervolgens het volume van de oplossing op 1 L met DDI.
OPMERKING: Naast het mogelijke gebruik voor bodemfractionering is vaak een oplossing met een dichtheid van meer dan 1,85 g/cm 3 vereist voor de aanpassing van de SPT-oplossing in latere stappen in het protocol (zie stap3.2). Als er een extra oplossing van 2,40 g/cm 3 overblijft, mag de oplossing worden verdund tot 1,85 g/cm3 met gedeïoniseerd water en worden gebruikt voor bodemfractionering. - Voordat u het fractioneert, analyseert u de SPT voor C- en N-inhoud. Voer deze analyse uit met behulp van een vaste of vloeibare elementaire analysator (voorbeeldmethoden: ISO 10694:1995, ISO 20236:2018).
- Voer een verdunning van 1:100 van de oplossing uit stap 1.1 uit voor de vloeibare elementaire analysers om de verslechtering van de elementaire scrubbers en katalysatoren te verminderen. De tolerantie voor C- en N-verontreiniging in de SPT-oplossing is afhankelijk van het monster en het latere gebruik van de bodemfracties. Doorgaans wordt een SPT-oplossing met een C- en N-gehalte <1 ppm en <0,1 ppm geschikt geacht voor gebruik, omdat oplossingen zoals deze een minimale capaciteit bieden voor het veranderen van de veel grotere C- en N-bassins in de bodem.
2. Oplossen van grond in SPT
- Voeg 50 g grond die aan de lucht is gedroogd en gezeefd tot 2 mm toe aan een conische polypropyleencentrifugebuis van 250 ml. Noteer de massa tot ten minste vier significante cijfers. Gebruik geen ovengedroogde grond omdat dit de oplosbare koolstof kan verhogen als gevolg van door warmte geïnduceerde cellysis31.
OPMERKING: Veldvochtige grond kan worden gebruikt31, maar verdere aanpassing is vereist in de latere stappen om de doeldichtheid van de SPT-oplossing te behouden. Het zeven van het grondmateriaal tot 2 mm wordt aanbevolen om groot materiaal te verwijderen dat de fractioneringsresultaten kan vertekenen, zoals rotsen en houtachtig puin.- Pas de bodemmassa aan om ervoor te zorgen dat van elke fractie een voldoende massa wordt teruggewonnen om significante fouten in de kwantificering te voorkomen. De meest voorkomende reden voor massaaanpassing is een laag POM-gehalte (bijv. <2% van de totale bodemmassa). Zorg voor dergelijke bodems voor extra bodemmassa om het POM-herstel nauwkeurig te kwantificeren. Over het algemeen is het aanvaardbaar om de bodemmassa voor elk afzonderlijk monster aan te passen, aangezien het wijzigen van de monstermassa de verhouding tussen POM en MAOM niet zal veranderen. Het is echter vaak nuttig om een consistente massa te gebruiken om het balanceren van de centrifuge te vergemakkelijken.
- Behandel bodems die rijk zijn aan carbonaten om anorganische carbonaten te verwijderen vóór fractionering32.
- Voeg 50 ml SPT met een dichtheid van 1,85 g/cm3 toe aan de centrifugebuis en plaats het deksel goed terug. Net als bij de grondhoeveelheden, past u het SPT-volume indien nodig aan. Gebruik in POM-rijke oppervlaktebodems (bijv. veel gematigde bosbodems) een grotere verhouding tussen grond en SPT (bijv. 30 g grond tot 60 ml SPT) om een adequate scheiding van de lichte en zware fractiematerialen te bereiken.
- Schud de buis krachtig met de hand gedurende ~ 60 s om niet-waterstabiele aggregaten te breken. De krachtige botsing van de bodemaggregaten met de zijwanden van de centrifugebuis is gewenst, wat betekent dat het eenvoudigweg vortexen van de oplossing onvoldoende kan zijn.
- Bevestig de buis aan een platformschudder. Vaak helpt het plaatsen van de buis op zijn kant bij de bodemdispersie door de klotsende kracht van de oplossing te vergroten en de stahoogte van de grondlaag te verminderen. Zorg ervoor dat de buis goed is afgesloten en schud gedurende 2 uur bij 40-120 tpm. Verwijder periodiek de buis uit de schudder en schud krachtig met de hand om de agitatie van het dichtere geaggregeerde materiaal te vergroten.
3. Het uitvoeren van een grove bodemfractionering
- Verwijder de buis uit de shaker. Egaliseer de massa's van de centrifugebuis door voorzichtig extra SPT-oplossing toe te voegen om een consistente massa te bereiken over de set buizen die moeten worden gecentrifugeerd, waarbij u ervoor zorgt dat u gedurende 30 s na het toevoegen van de SPT-oplossing krachtig met de hand schudt. Centrifugeer gedurende 10 minuten op 3.000 x g in een draaiende emmercentrifuge.
- Voordat u het monster aanzuigt, test u de dichtheid van het supernatant door met een pipet 5 ml van de oplossing af te zuigen en de massa op een balans te controleren. Pas de SPT-dichtheid indien nodig aan om de gewenste dichtheid te bereiken. Schud en centrifugeer opnieuw als een aanpassing van de dichtheid van de oplossing is uitgevoerd.
- Bevestig een zijarmkolf van 1 L aan een vacuümpomp. Plaats een 110 mm glasvezelfilter (poriegrootte van 0,7 μm) in een buchnertrechter met een inwendige diameter (ID) van 12 cm. Sluit de trechter voorzichtig af met een conische rubberen pakking op de zijarmkolf.
OPMERKING: De glasvezelfilters moeten voor gebruik worden voorgewassen in een droogoven op 150 °C en worden gespoeld met DDI. - Plaats nog een zijarmkolf van 1 L die aan de stofzuiger is bevestigd. Plaats een rubberen stop in de bovenkant van de kolf met een ~0,5 m uitstekende lengte van de slang bevestigd voor aspiratie.
OPMERKING: Het kan nuttig zijn om een plastic punt (zoals een wegwerppipetpunt van 5 ml, met het uiteinde onder een hoek afgeknipt) aan het einde van de aspiratieslang te bevestigen om de controle van de zuigkracht tijdens het aanzuigen te verbeteren (zie figuur 1). - Zuig voorzichtig het bovennatuurlijke en gesuspendeerde materiaal op dat zich heeft gevestigd op de bovenste laag van de oplossing langs de zijkanten van de centrifugebuis, waarbij u voorzichtig moet oppassen dat u de punt van de aspiratiebuis niet raakt aan het gepelletiseerde grondoppervlak eronder.
OPMERKING: Als een bodempelletmateriaal (zware fractie) per ongeluk samen met het gesuspendeerde (lichte fractie) materiaal wordt aangezogen, moet de fractioneringsprocedure worden herhaald. Indien onopgemerkt, zal een dergelijke fout resulteren in een zwaarder dan verwachte lichte fractiemassa met een lager dan verwacht C-gehalte, wat duidelijk kan zijn door de gegevensanalyse van monsters met vergelijkbare bodemeigenschappen.- Om de aspiratiebuis tussen de monsters te reinigen, dompelt u de punt van de buis snel onder (bijv. Onderdompelen gedurende 0,1 s) in DDI-water en zuigt u ~ 5 ml DDI-water door de lijn met de vacuümpomp aan. Herhaal dit totdat al het materiaal uit de vacuümbuis is gespoeld.
- Verwijder de rubberen stop en de aanzuigbuisbevestiging uit de zijarmkolf en giet de inhoud in de bovenkant van de Buchner-trechter met de vacuümpomp aan.
- Spoel de kolf af met DDI-water, draai rond en giet de inhoud van de kolf in de Buchner-trechter. Herhaal dit totdat alle resten die aan de zijkanten van de kolf zijn gehecht, zijn verwijderd.
- Voeg 50 ml SPT toe aan de centrifugebuis en schud krachtig met de hand gedurende 60 s (of gebruik een schudtafel als de grond zich niet snel verspreidt), zorg ervoor dat de harde pellet aan de onderkant van de buis wordt afgebroken, zodat al het residu opnieuw wordt gesuspendeerd. Centrifugeer gedurende 10 minuten bij 3.000 x g.
- Herhaal stap 3.5. Giet de inhoud van de kolf in dezelfde Buchner-trechter als in stap 3.5.2.
- Voeg 50 ml SPT toe aan de centrifugebuis en schud krachtig met de hand, zorg ervoor dat de harde pellet aan de onderkant van de buis breekt. Centrifugeer gedurende 10 minuten bij 3.000 x g.
- Herhaal stap 3.5. Giet de inhoud van de kolf in dezelfde Buchner-trechter als in stap 3.5.2.
4. Extra dichtheidsscheiding(en) met SPT met een hogere dichtheid
OPMERKING: Als u meer dan één extra dichtheidsfractie uitvoert, moeten de daaropvolgende fractioneringen worden uitgevoerd in volgorde van toenemende dichtheid. Hier worden stappen voor het isoleren met 1,85-2,4 g/cm 3 en >2,4 g/cm3 dichtheid SPT weergegeven.
- Voeg 50 ml 2,4 g/cm 3 SPT toe aan de centrifugebuis met daarin het >1,85 g/cm 3 grondmateriaal uit stap3. Schud krachtig met de hand (>60 s) en zorg ervoor dat de harde pellet aan de onderkant van de buis breekt. Centrifugeer gedurende 10 minuten bij 3.000 x g.
- Voordat u het monster aanzuigt, test u de dichtheid van het supernatant door met een pipet 5 ml van de oplossing af te zuigen en de massa op een balans te controleren. Pas de SPT-dichtheid indien nodig aan om de gewenste dichtheid te bereiken. Schud en centrifugeer opnieuw als een aanpassing van de dichtheid van de oplossing is uitgevoerd.
- Herhaal stap 3 met een 2,4 g/cm 3 SPT-oplossing in plaats van de eerder gebruikte 1,85 g/cm3 SPT-oplossing. Aan het einde van stap 3 heeft het materiaal dat in de Buchner-trechter is geïsoleerd een dichtheid tussen 1,85-2,4 g/cm 3, terwijl het materiaal dat in de centrifugebuis achterblijft een dichtheid heeft >2,4 g/cm3.
5. Het wassen van de SPT van de zware en lichte fractiemonsters
OPMERKING: De volgende wasstappen moeten worden uitgevoerd voor al het gefractioneerde materiaal. Als de SPT-oplossing niet volledig uit het materiaal wordt gespoeld, zullen de overeenkomstige fractiegewichten onnauwkeurig zijn.
- Voeg 50 ml DDI-water toe aan de centrifugebuis met het zware fractiemateriaal en schud krachtig met de hand (60 s), waarbij u ervoor zorgt dat de harde pellet aan de onderkant van de buis breekt. Centrifugeer gedurende 10 minuten bij 3.000 x g.
- Aspirateer zoals in stap 3.5. Op dit punt moet al het lichte fractiemateriaal zijn verwijderd. Gooi de doorzichtige aspiraat weg in een afvalemmer in plaats van deze toe te voegen aan de filtertrechter.
- Herhaal stap 5.1-5.2 tweemaal. Voordat u de oplossing uiteindelijk in de buis aanzuigt, gebruikt u een transferpipet om 25 ml van het supernatant af te zuigen en controleert u de dichtheid door het gewicht van de oplossing te delen door het volume om ervoor te zorgen dat de SPT voldoende uit het monster is verwijderd. Als de dichtheid <1,01 g/ml is, gaat u verder met de volgende stap. Als de dichtheid 1,01 g/ml of hoger is, voer dan extra waterwasbeurten uit zoals hierboven totdat de dichtheid minder dan 1,01 g/ml is.
- Om ervoor te zorgen dat de SPT volledig uit de lichtfractie wordt verwijderd, vult u elke Buchner-trechter met DDI-water en filtert u de inhoud door glasvezelfilters. Zodra het water volledig is doorgefilterd, herhaal je dit nog twee keer. Als de bodem rijk is aan organisch materiaal, kan filtratie tot 48 uur duren.
6. Verzameling van het zware fractiemateriaal
- Schraap de grond voorzichtig uit de centrifugebuis in een schoon, gelabeld glazen bekerglas of pot. Giet voldoende DDI-water in de buis om de resterende grond los te maken; Plaats de dop terug en schud en voeg vervolgens de slurry toe aan de glazen container. Spoel alle resterende grond uit de centrifugebuis en breng deze over in de glazen container met gedeïoniseerd water.
- Plaats de glazen container in een droogoven tussen 40-60 °C. Droog tot een constant droog gewicht is bereikt, meestal gedurende 24-72 uur.
7. Verzameling van het lichte fractiemateriaal
- Schakel de vacuümpomp uit en verwijder de trechter uit de zijarmkolf. Houd de trechter horizontaal boven een gelabeld glazen bekerglas of pot en spoel de deeltjes voorzichtig uit het filter met behulp van een DDI-waterwasfles.
OPMERKING: Het kan nodig zijn om het filter voorzichtig te schrapen met een spatel en beide zijden van het filter te spoelen om al het residu te verwijderen. - Plaats de glazen container in de droogoven tussen 40-60 °C. Droog tot een constant droog gewicht is bereikt, meestal gedurende 24-72 uur.
8. Weging van het drooggewicht van het gefractioneerde materiaal
- Schraap voorzichtig al het gedroogde materiaal uit elke container in een plastic weegboot. Noteer de massa tot op de vierde decimaal. Plaats het monster in een gelabelde opslagflacon of -zak.
- Herhaal dit voor alle gedroogde monsters.
9. Gegevensverzameling en -analyse voor de totale hoeveelheid organische koolstof
- Volg de analyseprocedures in overeenstemming met het instrument dat moet worden gebruikt voor de analyse van het elementaire C-gehalte (bijv. ISO 10694:1995).
OPMERKING: Het malen van het gedroogde fractiemateriaal tot een fijn poeder is een gangbare praktijk om de homogeniteit van het gefractioneerde monster vóór elementaire analyse te waarborgen. - Zorg ervoor dat de cumulatieve massa van alle fracties gelijk is aan ten minste ~90% van de oorspronkelijke massa van het bodemmonster. Als de materiaalverliezen >10% zijn, worden extra replicatiefractioneringen aanbevolen.
- Kwantificeer de cumulatieve terugwinning van organische koolstof in de bodem (SOC) in de fracties. Verliezen van SOC correleren mogelijk niet perfect met massaverlies als gevolg van het onevenredige verlies van fractiemateriaal en het verlies van opgeloste organische koolstof. Toch moeten de verliezen aan SOC ook <10 % van het initiële SOC in het bodemmonster bedragen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bodemdichtheidsfractionering is bij uitstek geschikt om te onderzoeken hoe bodems verschillen in hun deeltjes- en mineraalgerelateerde organische stofgehalte. Het scheiden van de SOC in deze twee verschillende pools biedt een manier om de veranderingen in bodem C-gehalte en stabilisatiedynamiek op te helderen die anders onduidelijk zouden kunnen zijn bij het observeren van trends in bulkbodem C-gehalte. De verdere scheiding van het zware materiaal (dichtheid >1,85 g/cm3) geeft extra inzicht in de veranderingen en trends in bodem C-stabilisatie, maar verhoogt de complexiteit van de procedure en de bijbehorende interpretatie en gaat gepaard met extra kosten. Niettemin kan de fractionering van de bodem in drie of meer dichtheidspools complexe trends en chemische verschillen in bodem C-pools ophelderen. Zoals bij elke bodemfractioneringsprocedure is de scheiding van deze bodem C-pools onvolmaakt en de potentiële invloed van dergelijke fouten en de aannames van de methode moeten worden erkend bij het rapporteren van de resultaten. Ten slotte moeten beoefenaars zich bewust zijn van de verscheidenheid aan bodemfractioneringsmethoden die bestaan en hun unieke sterke en zwakke punten (zie beoordelingen en vergelijkingen van von Lützow et al.9 en Poeplau et al.10). Veel van deze bodemfractioneringsmethoden sluiten elkaar niet uit en kunnen op passende wijze worden gecombineerd om analyses van de C-dynamiek in de bodem te verbeteren of te valideren.
Het kiezen van het aantal te gebruiken dichtheidsfracties is de cruciale eerste stap voordat de fractioneringsprocedure wordt gestart. Hoewel meerdere pools altijd wiskundig kunnen worden gecombineerd om een enkele lichte en een enkele zware fractie te produceren om de resultaten te vergelijken met andere studies, voegt het fractioneren van de zware fractie in meer dan één pool aanzienlijke tijd en kosten toe. Pierson et al.33 kwantificeerden de verandering in SOC in drie dichtheidspools na een langdurige detritale manipulatiestudie. Bij het combineren van de twee zwaardere pools (figuur 2) waren de effecten van de detritale behandelingen duidelijk tussen de lichte (<1,85 g/cm 3) en zware (>1,85 g/cm3) fracties, vooral ten opzichte van de waargenomen effecten van het bulk SOC-gehalte. Door de fractionering met extra dichtheid bij 2,40 g/cm 3 (figuur 3) uit te voeren, kon verder worden vastgesteld dat de behandelingseffecten op MAOM voornamelijk beperkt waren tot het materiaal met een hogere dichtheid (>2,4 g/cm3). Ten slotte toont het gerapporteerde C:N-gehalte van de bulkgrond ten opzichte van de dichtheidsgefractioneerde pools (figuur 4) een duidelijk bewijs van de effectiviteit van de dichtheidsfractioneringsmethode voor het scheiden van plantaardig deeltjesmateriaal van minerale stoffen met een relatief laag C:N-gehalte.
Na 50 jaar van detritale manipulaties gebruikten Lajtha et al.22 zes sequentiële dichtheidsfractioneringen om de detritale invloeden op SOC-stabilisatie en destabilisatie nauwkeurig te onderzoeken (figuur 5). Door zeven SOC-pools te isoleren, konden de auteurs een grotere nuance waarnemen in de POM- en MAOM-respons na het toevoegen en verwijderen van zwerfvuil. Pools met dichtheden <2,20 g/cm3 reageerden beter op de behandeling, in overeenstemming met de al lang bestaande verwachting van een positieve relatie tussen strooiselinput en SOC-accumulatie. De respons van SOC-pools met dichtheden >2,20 g/cm3 was echter minder uitgesproken, en specifiek voor de strooiselverwijderingsbehandeling werd een tegenovergestelde, negatieve relatie geïdentificeerd tussen de inputs en de SOC (d.w.z. de inputs werden verminderd, maar het SOC-gehalte van de fractie nam toe). Door latere analyses van 14C uit te voeren, werden de bijdragen en verliezen van recentere C-inputs voor elke pool vastgesteld, wat mechanistisch inzicht gaf in de detritale controle van de vormings- en destabilisatieroutes voor MAOM.
Het combineren van isotopenanalyse met sequentiële dichtheidsfractionering biedt extra mogelijkheden om de fijne kneepjes van de SOM-dynamica te onderzoeken. Toch moeten onderzoekers voorzichtig zijn met de invloed van mineralogie op de resultaten van dichtheidsfractionering. Unieke minerale structuur en reactiviteit veroorzaken inherente verschillen in deeltjesdichtheidsverdelingen tussen mineralen. Sollins et al.18 onderzochten bijvoorbeeld de isotopische en chemische kenmerken van poelen met meerdere dichtheid in vier beboste bodems met ongelijksoortige moedermaterialen en morfologieën (figuur 6). De contrasterende mineralogie tussen de vier bodems droeg sterk bij aan de waargenomen verschillen in 13C, 14C en 15N voor elke dichtheidsfractie. Zonder de overweging van mineralogie kunnen dergelijke resultaten verkeerd worden geïnterpreteerd met betrekking tot SOC-vorming en stabilisatiedynamiek. Ten slotte, terugkerend naar de bruikbaarheid van het uitvoeren van extra dichtheidsscheidingen, werd door Sollins et al.18 weinig aanvullende informatie verkregen uit de analyse van zes dichtheidspools in tegenstelling tot slechts drie (figuur 6).
Helbling et al.31 bepaalden het effect van seizoensgebondenheid op het lichte fractiegehalte van beboste bodems, evenals het effect van bodemdroogbehandeling op het verlies van C aan de oplosbare pool (figuur 7). Uit dit werk kwamen twee belangrijke resultaten naar voren. Ten eerste, terwijl het drogen van de grond in de oven een significant groter opgelost organisch C-verlies aan de SPT-oplossing opleverde, was de hoeveelheid verloren C onbeduidend. Ten tweede bleek er geen seizoensgebondenheid te zijn voor de lichte fractie C-pool, wat betekent dat de timing van de grondmonsterverzameling de fractioneringsresultaten niet beïnvloedde. Er kan echter worden verwacht dat de resultaten zullen verschillen tussen bodems en omgevingen, gezien de verschillen in POM-voorraden en ontledingspercentages.
Figuur 1: Lichtfractie aspiratie-apparaat. Schema van het vacuümapparaat voor de aspiratie van de lichte fractie. *Parafilm kan worden gebruikt om de verbinding tussen de pipetpunt en de vacuümbuis vast te zetten en af te dichten. ** Het onder een hoek snijden van de pipetpunt kan nuttig zijn om de grootte van de tipopening te vergroten en om de zijwanden van de centrifugebuis dicht aan te zuigen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Vergelijking van het koolstofgehalte voor bulk, lichte en zware fractiegrond. Na 20 jaar behandeling werd grond verzameld van de Detrital Input and Removal Treatment (DIRT) percelen in het H.J. Andrews Experimental Forest (n = 3). De mineraal-geassocieerde C voor de wortelverwijderingsbehandelingen (NR, NI) was significant verhoogd, in tegenstelling tot de waargenomen effecten op bulk C-gehalte. Verder laten de gefractioneerde resultaten zien dat de toename in bulk C van de dubbele houtbehandeling (DW) werd afgeleid van een toename van de lichte fractie C. De foutbalken vertegenwoordigen de standaardfout. Deze figuur is aangepast van Pierson et al.33. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Vergelijking van de tussen- en zware fractiepools. Na 20 jaar behandeling werd grond verzameld van de Detrital Input and Removal Treatment (DIRT) percelen in het H.J. Andrews Experimental Forest (n = 3). De resultaten tonen de bevindingen van de isolatie van een tussenfractie (1,85-2,40 g/cm 3) en een zwaardere fractie (>2,40 g/cm3). Het intermediaire fractie C-gehalte vertoonde een grotere variabiliteit en er waren geen behandelingseffecten significant. De foutbalken vertegenwoordigen de standaardfout. Deze figuur is aangepast van Pierson et al.33. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Koolstof-stikstofverhoudingen voor bulk-, lichte en zware fractiegrond. Na 20 jaar behandeling werd grond verzameld van de Detrital Input and Removal Treatment (DIRT) percelen in het H.J. Andrews Experimental Forest (n = 3). Gezien het hoge C:N-gehalte van plantenweefsel ten opzichte van bodemmineralen, toont het waargenomen verschil in C:N-gehalte tussen de lichte en zware fracties duidelijk het vermogen aan van bodemdichtheidsfractionering om organisch materiaal van deeltjes te scheiden van bulkgrond. De foutbalken vertegenwoordigen de standaardfout. Deze figuur is aangepast van Pierson et al.33. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 5: Sequentiële dichtheidsfractionering van de bodem na 50 jaar detritale manipulaties (n = 4). Het scheiden van de bodem in zeven dichtheidsfracties gaf inzicht in de aard van de C-belasting op bodemmineralen. De dubbele strooiselbehandeling, die bodem C verhoogde, leidde tot de C-belasting van mineraal materiaal in de fractie 2,00-2,40 g/cm3 , zoals blijkt uit de verandering in de fractieconcentraties C ten opzichte van de controlegroep. De verliezen van bodem C door de geen strooiselbehandeling waren het grootst in de bodemfracties met dichtheden tussen 1,85-2,20 g/cm3. De foutbalken vertegenwoordigen de standaardfout. Dit cijfer is aangepast van Lajtha et al.22. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 6: Effecten van mineralogie op bodemdichtheidspoelen. Bodems met een unieke morfologie werden verzameld op vier beboste locaties. De isotopenanalyse laat zien hoe bodemmineralogie de biogeochemische eigenschappen in bodemdichtheidspools kan beïnvloeden. Verder heeft de analyse van drie dichtheidspools, in tegenstelling tot zes of meer, in dit geval grotendeels de trends binnen en tussen de verschillende isotopische handtekeningen vastgelegd. Dit cijfer is aangepast van Sollins et al.18. De oorspronkelijke gegevens en grafieken worden weergegeven in de kolom met meer dan zes pools; De gegevens werden opnieuw berekend en weergegeven om de resultaten voor slechts drie pools aan te tonen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 7: Effecten van monsterverzameling en -bereiding op de fractionering van de bodemdichtheid. Helbling et al.31 vonden dat ovengedroogde grond vaak meer opgeloste organische koolstof oplevert in vergelijking met luchtgedroogde, veldvochtige en uitgeloogde grond. Over de seizoenen voor het verzamelen van monsters was de verhouding tussen lichte en zware fractiemassa niet significant verschillend. Dit cijfer is aangepast van Helbling et al.31. De foutbalken vertegenwoordigen de standaardfout. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
In het hele bodemdichtheidsfractioneringsprotocol zijn er een paar specifieke procedures die nauwlettend moeten worden gevolgd om fouten in de scheiding en analyse van de bodemfracties te helpen verminderen. Een cruciale stap in de bodemdichtheidsfractioneringsprocedure is het herhaaldelijk verifiëren van de dichtheid van de SPT-oplossing. Vocht in het bodemmonster zal de SPT-oplossing vaak verdunnen, waardoor de dichtheid van de SPT wordt verlaagd. Daarom moet de onderzoeker er altijd voor zorgen dat de volledige scheiding van de lichte en zware oplossingen is bereikt na centrifugeren. Als de fracties niet voldoende scheiden, moet meer van de SPT-oplossing worden toegevoegd of moet de massa van de grond worden verminderd. Zandgronden scheiden snel, terwijl fijn gestructureerde bodems, zoals oxisolen in het bijzonder, tijdens het centrifugeren lange tijd troebel kunnen blijven als gevolg van een hoge gesuspendeerde belasting van fijne deeltjes. Wanneer de oplossingen na het centrifugeren troebel lijken, moet de centrifugatietijd of -snelheid worden verhoogd. Als alternatief kan een schatting van het C-verlies van het gesuspendeerde sediment worden bepaald door het C-gehalte van de aangezogen oplossing te analyseren.
Het bepalen van de kwaliteit van natriumpolytungstaat (SPT) om te kopen hangt af van de analyses die na fractionering worden uitgevoerd. Kramer et al.34 vonden dat commerciële SPT kan worden verrijkt met hoog 15 N ammonium en dus de 15N signatuur van bodemfracties aanzienlijk kan veranderen. Daarom moet een zeer zuivere SPT (bijv. SPT-0) worden gebruikt om minimale C- en N-verontreiniging te garanderen voor studies waarin de isotopische handtekeningen van bodems worden gemeten. SPT met een zuiverheidsgraad die een stap lager is (bijv. SPT-1) heeft echter vaak minimale N- en C-verrijking en is minder duur, waardoor een economischere optie wordt geboden wanneer isotopen niet worden gemeten.
Om aanzienlijke fouten te voorkomen, moet ervoor worden gezorgd dat alle lichte fractie uit de oplossing wordt verwijderd, die vaak aan de zijwanden van de centrifugebuizen kleeft tijdens het aspiratieën en aan de trechter tijdens de daaropvolgende filtratiestappen. Overtollige lichte fractie die overblijft in het zware fractiemateriaal zal resulteren in een lage schatting van de lichte fractie C, terwijl tegelijkertijd het C-gehalte van de zware fractie wordt overschat. Een nauwkeurig onderzoek van de definitieve gegevens kan helpen om dergelijke fouten op te sporen bij het fractioneren van een reeks monsters met vergelijkbare bodemeigenschappen.
Het verlies van opgeloste organische koolstof (DOC) aan oplossing is doorgaans klein, meestal <5% van de totale bodem C, en kan niet worden vermeden (figuur 7)31. De verliezen van DOC kunnen echter veel groter zijn bij het fractioneren van bodems met hoog oplosbare C-poelen, zoals die in sommige woestijnomgevingen worden aangetroffen35. In dergelijke gevallen moet ook de waterwinbare DOC-pool worden gekwantificeerd. Doorgaans zijn fouten die voortvloeien uit verlies van bodemmassa, vooral van de lichte fractie, veel groter dan de fouten veroorzaakt door DOC-verlies.
De adsorptie van polytungstate aan het bodemmonster is een chemische mogelijkheid en de mate waarin dergelijke chemische uitwisselingen plaatsvinden is momenteel onbekend. Verder wordt verwacht dat de bindingsaffiniteit van polytungstate zal variëren tussen bodems met verschillende chemische eigenschappen. Momenteel biedt de correlatie tussen bodemmassaverlies en SOC-verlies aan het einde van de procedure een eenvoudige en logistiek haalbare vorm van zekerheid dat eventuele massawinsten uit polytungstate-uitwisseling verwaarloosbaar zijn voor de kwantificering van het SOC in het gefractioneerde materiaal. Als de cumulatieve massa van de bodemfractie groter is dan de initiële monstermassa, of als de massaverliezen sterk kleiner zijn dan de SOC-verliezen, kunnen de monsters de polytungstaat absorberen. Er moeten eerst extra wasstappen worden uitgevoerd om te proberen een dergelijk probleem op te lossen. Als de absorptie van polytungstate in het gefractioneerde materiaal aanhoudt, kan aanvullende elementaire analyse nodig zijn om een toename van het wolfraamgehalte van het gefractioneerde materiaal te verifiëren en te corrigeren. Met name dergelijke problemen met betrekking tot het onvermogen om de polytungstate uit het bodemmateriaal te spoelen, zijn ongewoon.
Hoewel dichtheidsfractionering idealiter de vrije deeltjes (POM) scheidt van de mineraal-geassocieerde organische stof (MAOM), bemoeilijkt de aanwezigheid van waterstabiele aggregaten de interpretatie van de dichtheidsfractioneringsresultaten. Slib en klei kunnen sterke associaties vormen en binden met organisch materiaal, en bodembiota, wortels en schimmeldraden kunnen macroaggregaten vormen die organische verbindingen helpen beschermen tegen microbiële afbraak. Deze geaggregeerde beschermde organische stof, vaak aangeduid als afgesloten organisch materiaal, is geen MAOM, maar zal worden teruggewonnen in de zware fractie (d.w.z. > 1,85 g / cm3). De opname van afgesloten POM zal waarschijnlijk de meeste impact hebben op de resultaten en interpretatie van de intermediaire dichtheidsfracties. Terwijl fracties met een dichtheid van meer dan ~ 2,40 g / cm 3 waarschijnlijk organisch-arme mineralen bevatten zonder afgesloten organisch materiaal en materiaal met een dichtheid van minder dan 1,85 g / cm3 wordt verondersteld mineraalvrij organisch materiaal te zijn, kunnen tussenfracties mengsels zijn van organisch-rijke zware mineralen, aggregaten en organisch-arme lichte mineralen. Tot op heden is er geen gemeenschappelijke consensus of alomtegenwoordige methode naar voren gekomen voor de interpretatie van verschillen in C gevonden in het tussenfractiemateriaal. Bij het rapporteren van dergelijke informatie raden we aan de potentiële invloed van afgesloten organisch materiaal en mineralogie op de resultaten te erkennen.
Verschillende chemische en fysische technieken zijn gebruikt om aggregaten te dispergeren om de afgifte van afgesloten POM te vergemakkelijken, waarbij ultrasone energie de meest gebruikte methode is. Helaas is er niet één ultrasoonapparaatenergieniveau dat volledige dispersie over alle aggregaten kan veroorzaken, omdat de sterkte en bindingsmechanismen van aggregaten sterk variëren over zowel bodemtypen als aggregaatgrootteklassen36. Amelung en Zech36 ontdekten dat microaggregaten (20-250 μm) meer ultrasone energie nodig hadden om zich te verspreiden dan grotere macroaggregaten, maar ontdekten ook dat organisch materiaal van deeltjes werd verstoord bij deze hogere energieën. Verder blijft sequentiële sonicatie met toenemende intensiteit vrij afgesloten organisch materiaalopleveren 37, wat opnieuw suggereert dat er geen enkele pool van afgesloten organisch materiaal is en dat, bij hogere ultrasoonapparaatniveaus, veel van het gescheiden lichte fractiemateriaal een colloïdaal artefact zou kunnen zijn. Kaiser en Guggenberger30 toonden ook het potentieel voor ultrasoonapparaat om de dichtheidsverdeling van de mengsels van de lichte fractie organisch materiaal met verschillende mineralen te veranderen. Hoewel het opnemen van ultrasone dispersietechnieken tijdens of na fractionering van de bodemdichtheid unieke mogelijkheden biedt om SOM-pools te dispergeren en te isoleren, rechtvaardigen deze studies de overweging van de dispersie-werkzaamheid en de vernietiging van de POM en minerale structuren.
De meest voorkomende alternatieve methode voor het scheiden van bodem C in gemakkelijk meetbare pools is groottefractionering. Groottefractionering is snel en goedkoop ten opzichte van dichtheidsfractionering en kan vergelijkbare inzichten bieden in SOM-dynamica, gezien de correlatie tussen kleigehalte en MAOM. Poeplau et al.10 vonden inderdaad geen significant verschil in SOM-omloopsnelheden voor C-pools gescheiden door grootte en dichtheidsfractionering over drie verschillende bodems. Deeltjes organisch materiaal (POM) met een grootte gelijk aan of kleiner dan klei is echter gebruikelijk, wat betekent dat groottefractioneringsmethoden alleen niet in staat zijn om POM nauwkeurig van MAOM te scheiden. De opname van POM in fijne groottefracties kan dus leiden tot fouten in de elementaire en organische chemische analyse in bepaalde bodems met een aanzienlijke hoeveelheid fijnstof15. Als het nodig is om het C-gehalte van mineraal materiaal bij een specifieke deeltjesgrootte (bijvoorbeeld zand, slib, klei) te kwantificeren, kunnen de twee methoden worden gecombineerd door een fractionering met één dichtheid uit te voeren, gevolgd door de groottefractionering van het zware fractiemateriaal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Voor dit werk werd ondersteuning geboden door National Science Foundation Grants DEB-1257032 aan K.L. en DEB-1440409 aan het H.J. Andrews Long Term Ecological Research-programma.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aspirator/vacuum tubing 1/4 x 1/2" | Kimble | 10847-216 | |
| Conical polypropylene centrifuge tube, 250mL | Thermo Scientific | 376814 | |
| Conical rubber gasket for filtering flasks | DWK Life Sciences | 292020001 | |
| Double flat ended stainless steel spatula/scraper | Fisher Scientific | 14-373-25A | |
| Glass fiber filter, grade GF/F, 110 mm | Whatman | WHA1825110 | |
| Glass mason jar, 16 oz | Ball Corporation | 500 ml beaker or glass weigh dish are also suitable | |
| Polypropylene conical bottle adapter, 250mL | Beckman Coulter | 369385 | |
| Porcelain buchner funnel, 90mm | FisherBrand | FB966F | |
| Reciprocating shaker, 2-speed | Eberbach | E6000.00 | |
| Sidearm flask, 1000mL | VWR | 89000-386 | |
| Sodium Polytungstate, crystalline | Sometu | SPT-0 or SPT-1, see Discussion for SPT choice | Shipping via FedEx from Germany |
| Swinging bucket centrifuge | Beckman Coulter | 3362020 |
References
- Jackson, R. B., et al. The ecology of soil carbon: Pools, vulnerabilities, and biotic and abiotic controls. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 48, 419-445 (2017).
- Crowther, T. W., et al. Quantifying global soil carbon losses in response to warming. Nature. 540 (7631), 104-108 (2016).
- Deng, L., Zhu, G., Tang, Z., Shangguan, Z. Global patterns of the effects of land-use changes on soil carbon stocks. Global Ecology and Conservation. 5, 127-138 (2016).
- Griscom, B. W., et al.
- Fargione, J. E., et al. Natural climate solutions for the United States. Science Advances. 4 (11), (2018).
- Kögel-Knabner, I., Rumpel, C. Advances in molecular approaches for understanding soil organic matter composition, origin, and turnover: A historical overview. Advances in Agronomy. 149, 1-48 (2018).
- Schmidt, M. W. I., et al. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature. 478 (7367), 49-56 (2011).
- Billings, S. A., et al. Soil organic carbon is not just for soil scientists: Measurement recommendations for diverse practitioners. Ecological Applications. 31 (3), 02290 (2021).
- von Lützow, M., et al. SOM fractionation methods: Relevance to functional pools and to stabilization mechanisms. Soil Biology and Biochemistry. 39 (9), 2183-2207 (2007).
- Poeplau, C., et al. Isolating organic carbon fractions with varying turnover rates in temperate agricultural soils - A comprehensive method comparison. Soil Biology and Biochemistry. 125, 10-26 (2018).
- Heckman, K., Lawrence, C. R., Harden, J. W. A sequential selective dissolution method to quantify storage and stability of organic carbon associated with Al and Fe hydroxide phases. Geoderma. 312, 24-35 (2018).
- Frostegård, Å, Tunlid, A., Bååth, E. Microbial biomass measured as total lipid phosphate in soils of different organic content. Journal of Microbiological Methods. 14 (3), 151-163 (1991).
- Plante, A. F., Conant, R. T., Paul, E. A., Paustian, K., Six, J. Acid hydrolysis of easily dispersed and microaggregate-derived silt- and clay-sized fractions to isolate resistant soil organic matter. European Journal of Soil Science. 57 (4), 456-467 (2006).
- Eusterhues, K., Rumpel, C., Kögel-Knabner, I. Stabilization of soil organic matter isolated via oxidative degradation. Organic Geochemistry. 36 (11), 1567-1575 (2005).
- Moni, C., Derrien, D., Hatton, P. -J., Zeller, B., Kleber, M. Density fractions versus size separates: does physical fractionation isolate functional soil compartments. Biogeosciences. 9 (12), 5181-5197 (2012).
- Lavallee, J. M., Soong, J. L., Cotrufo, M. F. Conceptualizing soil organic matter into particulate and mineral-associated forms to address global change in the 21st century. Global Change Biology. 26 (1), 261-273 (2020).
- Sollins, P., et al. Organic C and N stabilization in a forest soil: Evidence from sequential density fractionation. Soil Biology and Biochemistry. 38 (11), 3313-3324 (2006).
- Sollins, P., et al. Sequential density fractionation across soils of contrasting mineralogy: evidence for both microbial- and mineral-controlled soil organic matter stabilization. Biogeochemistry. 96 (1-3), 209-231 (2009).
- Crow, S. E., Swanston, C. W., Lajtha, K., Brooks, J. R., Keirstead, H. Density fractionation of forest soils: methodological questions and interpretation of incubation results and turnover time in an ecosystem context. Biogeochemistry. 85 (1), 69-90 (2007).
- Cotrufo, M. F., Ranalli, M. G., Haddix, M. L., Six, J., Lugato, E. Soil carbon storage informed by particulate and mineral-associated organic matter. Nature Geoscience. 12 (12), 989-994 (2019).
- Hatton, P. -J., et al. Transfer of litter-derived N to soil mineral-organic associations: Evidence from decadal 15N tracer experiments. Organic Geochemistry. 42 (12), 1489-1501 (2012).
- Lajtha, K., et al. Changes to particulate versus mineral-associated soil carbon after 50 years of litter manipulation in forest and prairie experimental ecosystems. Biogeochemistry. 119 (1-3), 341-360 (2014).
- Yeasmin, S., Singh, B., Johnston, C. T., Sparks, D. L. Organic carbon characteristics in density fractions of soils with contrasting mineralogies. Geochimica et Cosmochimica Acta. 218, 215-236 (2017).
- Wagai, R., Kajiura, M., Asano, M., Hiradate, S. Nature of soil organo-mineral assemblage examined by sequential density fractionation with and without sonication: Is allophanic soil different. Geoderma. 241-242, 295-305 (2015).
- Volk, M., Bassin, S., Lehmann, M. F., Johnson, M. G., Andersen, C. P. 13C isotopic signature and C concentration of soil density fractions illustrate reduced C allocation to subalpine grassland soil under high atmospheric N deposition. Soil Biology and Biochemistry. 125, 178-184 (2018).
- Yonekura, Y., et al. Soil organic matter dynamics in density and particle-size fractions following destruction of tropical rainforest and the subsequent establishment of Imperata grassland in Indonesian Borneo using stable carbon isotopes. Plant and Soil. 372 (1-2), 683-699 (2013).
- Virto, I., Moni, C., Swanston, C., Chenu, C. Turnover of intra- and extra-aggregate organic matter at the silt-size scale. Geoderma. 156 (1-2), 1-10 (2010).
- Poeplau, C., et al. Reproducibility of a soil organic carbon fractionation method to derive RothC carbon pools. European Journal of Soil Science. 64 (6), 735-746 (2013).
- Cerli, C., Celi, L., Kalbitz, K., Guggenberger, G., Kaiser, K. Separation of light and heavy organic matter fractions in soil - Testing for proper density cut-off and dispersion level. Geoderma. 170, 403-416 (2012).
- Kaiser, K., Guggenberger, G. Distribution of hydrous aluminium and iron over density fractions depends on organic matter load and ultrasonic dispersion. Geoderma. 140 (1-2), 140-146 (2007).
- Helbling, E., Pierson, D., Lajtha, K. Sources of soil carbon loss during soil density fractionation: Laboratory loss or seasonally variable soluble pools. Geoderma. 382, 114776 (2021).
- Nelson, D. W., Sommers, L. E. Total carbon, organic carbon, and organic matter. Methods of Soil Analysis: Part 3 Chemical Methods. Sparks, D. L., Page, A. L., Helmke, P. A., Loeppert, R. H. , Soil Science Society of America, Inc., American Society of Agronomy, Inc. 539-579 (2015).
- Pierson, D., et al. Mineral stabilization of soil carbon is suppressed by live roots, outweighing influences from litter quality or quantity. Biogeochemistry. 154 (3), 433-449 (2021).
- Kramer, M. G., Lajtha, K., Thomas, G., Sollins, P. Contamination effects on soil density fractions from high N or C content sodium polytungstate. Biogeochemistry. 92 (1-2), 177-181 (2009).
- Throop, H. L., Lajtha, K., Kramer, M. Density fractionation and 13C reveal changes in soil carbon following woody encroachment in a desert ecosystem. Biogeochemistry. 112 (1-3), 409-422 (2013).
- Amelung, W., Zech, W. Minimisation of organic matter disruption during particle-size fractionation of grassland epipedons. Geoderma. 92 (1-2), 73-85 (1999).
- Kaiser, M., Asefaw Berhe, A. How does sonication affect the mineral and organic constituents of soil aggregates?-A review. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 177 (4), 479-495 (2014).
