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अलग-अलग मृदा कार्बन पूल को अलग करने के लिए मृदा घनत्व विभाजन का उपयोग करना

Published: December 16, 2022 doi: 10.3791/64759
Automatic Translation
*1,2, *1, *1, *1
1Department of Crop and Soil Sciences, Oregon State University, 2USDA Forest Service
* These authors contributed equally

Summary

मृदा घनत्व विभाजन मिट्टी के कार्बनिक पदार्थों को अलग-अलग स्थिरीकरण तंत्र, रसायन विज्ञान और टर्नओवर समय के साथ अलग-अलग पूलों में अलग करता है। विशिष्ट घनत्व वाले सोडियम पॉलीटंगस्टेट समाधान मुक्त कण कार्बनिक पदार्थ और खनिज से जुड़े कार्बनिक पदार्थों को अलग करने की अनुमति देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप प्रबंधन और जलवायु परिवर्तन के लिए मिट्टी की प्रतिक्रिया का वर्णन करने के लिए उपयुक्त कार्बनिक पदार्थ अंश होते हैं।

Abstract

मृदा कार्बनिक पदार्थ (एसओएम) विभिन्न यौगिकों का एक जटिल मिश्रण है जो मुक्त, आंशिक रूप से अवक्रमित पौधों के घटकों से लेकर मिट्टी के समुच्चय में रखे गए अधिक माइक्रोबियल रूप से परिवर्तित यौगिकों से लेकर प्रतिक्रियाशील मिट्टी खनिजों के साथ मजबूत संबंधों के साथ अत्यधिक संसाधित माइक्रोबियल उप-उत्पादों तक फैला हुआ है। मृदा वैज्ञानिकों ने मिट्टी को अंशों में अलग करने के तरीकों को खोजने के लिए संघर्ष किया है जो आसानी से मापने योग्य हैं और मिट्टी कार्बन (सी) मॉडलिंग के लिए उपयोगी हैं। घनत्व के आधार पर मिट्टी को विभाजित करना तेजी से उपयोग किया जा रहा है, और एसओएम और विभिन्न खनिजों के बीच सहयोग की डिग्री के आधार पर सी पूल का प्रदर्शन करना और पैदा करना आसान है; इस प्रकार, मिट्टी घनत्व विभाजन एसओएम को चिह्नित करने और एसओएम स्थिरीकरण तंत्र की पहचान करने में मदद कर सकता है। हालांकि, रिपोर्ट किए गए मिट्टी घनत्व विभाजन प्रोटोकॉल काफी भिन्न होते हैं, जिससे विभिन्न अध्ययनों और पारिस्थितिक तंत्रों के परिणामों की तुलना करना मुश्किल हो जाता है। यहां, हम एक मजबूत घनत्व विभाजन प्रक्रिया का वर्णन करते हैं जो कण और खनिज से जुड़े कार्बनिक पदार्थों को अलग करता है और मिट्टी को दो, तीन या अधिक घनत्व अंशों में अलग करने के लाभों और कमियों की व्याख्या करता है। ऐसे अंश अक्सर उनके रासायनिक और खनिज संरचना, टर्नओवर समय और माइक्रोबियल प्रसंस्करण की डिग्री के साथ-साथ खनिज स्थिरीकरण की डिग्री में भिन्न होते हैं।

Introduction

मिट्टी स्थलीय कार्बन (सी) का सबसे बड़ा भंडार है, जिसमें शीर्ष 1 मीटर में सी के 1,500 पीजी से ऊपर होता है और विश्व स्तर पर गहरे स्तर में लगभग दोगुना होता है, इस प्रकार मिट्टी में पौधे बायोमास की तुलना में अधिक सी होता है और वायुमंडल संयुक्त1 होता है। मृदा कार्बनिक पदार्थ (एसओएम) पानी और मिट्टी के पोषक तत्वों को बरकरार रखता है और पौधे की उत्पादकता और स्थलीय पारिस्थितिकी तंत्र के कार्य के लिए आवश्यक है। मृदा स्वास्थ्य और कृषि उत्पादकता के लिए पर्याप्त एसओएम स्टॉक के महत्व की वैश्विक मान्यता के बावजूद, अस्थिर वन और कृषि प्रबंधन, परिदृश्य परिवर्तन और जलवायु वार्मिंग 2,3 के कारण मिट्टी सी स्टॉक काफी हद तक कम हो गए हैं। मृदा स्वास्थ्य को बहाल करने और प्राकृतिक जलवायु समाधानों में एक प्रमुख खिलाड़ी के रूप में मिट्टी सी प्रतिधारण का उपयोग करने में रुचि बढ़ने से उन कारकों को समझने के प्रयास हुए हैं जो विभिन्नवातावरणों में मिट्टी सी पृथक्करण और स्थिरीकरण को नियंत्रित करते हैं।

मृदा कार्बनिक पदार्थ (एसओएम) विभिन्न यौगिकों का एक जटिल मिश्रण है जो मुक्त, आंशिक रूप से अवक्रमित पौधों के घटकों से लेकर मिट्टी के समुच्चय में रखे गए अधिक माइक्रोबियल रूप से परिवर्तित यौगिकों (यहां अलग-अलग इकाइयों या वस्तुओं के संयोजन से गठित सामग्री के रूप में परिभाषित) से लेकर प्रतिक्रियाशीलमिट्टी खनिजों के साथ मजबूत संबंधों के साथ अत्यधिक संसाधित माइक्रोबियल उप-उत्पादों तक फैला हुआ है। . ऐसे मामलों में जहां एसओएम में व्यक्तिगत यौगिकों के पूर्ण सूट की पहचान करना अव्यावहारिक है, जांचकर्ता अक्सर सी के कार्यात्मक पूल की एक छोटी संख्या की पहचान करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं जो भौतिक वास्तविकताओं के रूप में मौजूद होते हैं और जो टर्नओवर दर, सामान्य रासायनिक संरचना और मिट्टी के खनिज घटकों के साथ स्थिरीकरण की डिग्री से भिन्न होते हैं। 7. पूल को गंभीर रूप से व्याख्या और मॉडलिंग करने के लिए, यह आवश्यक है कि अलग किए गए पूल संख्या में छोटे हों, केवल सैद्धांतिक के बजाय सीधे मापने योग्य हों, और संरचनाऔर प्रतिक्रियाशीलता में स्पष्ट अंतर प्रदर्शित करें।

मिट्टी सी के सार्थक पूल को अलग करने के लिए रासायनिक और भौतिक दोनों तरह की कई अलग-अलग तकनीकों को नियोजित किया गया है, और इन्हें वॉन लुत्ज़ो एट अल.9 और पोप्लाउ एट अल.10 द्वारा अच्छी तरह से संक्षेप ति किया गया है। रासायनिक निष्कर्षण तकनीकों का उद्देश्य विशिष्ट पूलों को अलग करना है, जैसे कि सी या तो खराब क्रिस्टलीय या क्रिस्टलीय फे और अल11 से जुड़ा हुआ है। कार्बनिक सॉल्वैंट्स का उपयोग लिपिड12 जैसे विशिष्ट यौगिकों को निकालने के लिए किया गया है, और या तो हाइड्रोलिसिस या एसओएम के ऑक्सीकरण का उपयोग सी13,14 के लेबिल पूल के माप के रूप में किया गया है। हालांकि, इनमें से कोई भी निष्कर्षण विधि सी के सभी पूलों को मापने योग्य या मॉडल करने योग्य अंशों में वर्गीकृत नहीं करती है। मिट्टी का भौतिक विभाजन आकार के आधार पर सभी मिट्टी सी को पूल में वर्गीकृत करता है और मानता है कि पौधे के मलबे के अपघटन के परिणामस्वरूप विखंडन और तेजी से छोटे कण होते हैं। यद्यपि अकेले आकार खनिज से जुड़े एसओएम15 से मुक्त पौधे के मलबे को अलग नहीं कर सकता है, इन दो पूलों को निर्धारित करना गठन और टर्नओवर में सामान्य स्थानिक, भौतिक और जैव-रासायनिक अंतर के कारण मिट्टी सी स्थिरीकरण की समझके लिए महत्वपूर्ण है।

घनत्व के आधार पर मिट्टी सी के विभाजन का तेजी से उपयोग किया जा रहा है, और विभिन्न खनिजों के साथ सहयोग की डिग्री के आधार पर सी के विभिन्न पूलों को करना और पहचानना आसान है 17,18,19; इस प्रकार, मिट्टी घनत्व विभाजन विभिन्न मिट्टी सी स्थिरीकरण तंत्र को स्पष्ट करने में मदद कर सकता है। मिट्टी को अलग करने के लिए प्राथमिक आवश्यकता कार्बनिक और खनिज कणों को पूरी तरह से फैलाने की क्षमता है। एक बार बिखरे हुए, अवक्रमित कार्बनिक पदार्थ जो खनिजों से अपेक्षाकृत मुक्त होते हैं, ~ 1.85 ग्राम / सेमी3 से हल्के समाधानों में तैरते हैं, जबकि खनिज आमतौर पर 2-4.5 ग्राम / सेमी3 की सीमा में आते हैं, हालांकि लोहे के ऑक्साइड में 5.3 ग्राम / सेमी3 तक घनत्व हो सकता है। प्रकाश या मुक्त कण अंश में टर्नओवर समय कम होता है (जब तक कि लकड़ी का कोयला द्वारा महत्वपूर्ण संदूषण न हो) और खेती और अन्य गड़बड़ी के लिए अत्यधिक उत्तरदायी दिखाया गया है। भारी (>1.85 ग्राम / सेमी3) या खनिज से जुड़े अंश में अक्सर माइक्रोबियल मध्यस्थता अपघटन के प्रतिरोध के कारण लंबा कारोबार समय होता है जब कार्बनिक अणु प्रतिक्रियाशील खनिज सतहों के साथ बंधते हैं। हालांकि, भारी अंश संतृप्त हो सकता है (यानी, खनिज परिसर क्षमता के लिए एक ऊपरी सीमा तक पहुंच सकता है), जबकि प्रकाश अंश सैद्धांतिक रूप से लगभग अनिश्चित काल तक जमा हो सकता है। इस प्रकार, खनिज से जुड़े बनाम कण कार्बनिक पदार्थों के पूल में कार्बनिक पदार्थों के भौतिक वितरण को समझने से यह स्पष्ट करने में मदद मिलती है कि कुशल कार्बन अनुक्रम के लिए कौन से पारिस्थितिक तंत्र का प्रबंधन किया जा सकताहै और विभिन्न प्रणालियां जलवायु परिवर्तन और मानवजनित अशांति के बदलते पैटर्न का जवाब कैसे देंगी।

जबकि विभिन्न घनत्वों पर सोडियम पॉलीटंगस्टेट के समाधान का उपयोग करके घनत्व विभाजन का उपयोग पिछले दशक में बहुत बढ़ गया है, तकनीक और प्रोटोकॉल काफी भिन्न होते हैं, जिससे विभिन्न अध्ययनों और विभिन्न पारिस्थितिक तंत्रों के परिणामों की तुलना करना मुश्किल हो जाता है। यद्यपि 1.85 ग्राम / सेमी3 का घनत्व खनिज से जुड़े कार्बनिक पदार्थ (एमएओएम) 17 के न्यूनतम समावेश के साथ मुक्त प्रकाश अंश की सबसे बड़ी मात्रा को पुनर्प्राप्त करने के लिए दिखाया गया है, कई अध्ययनों ने 1.65-2.0 ग्राम / सेमी3 तक घनत्व का उपयोग किया है। जबकि अधिकांश अध्ययनों ने मिट्टी को केवल दो पूलों (एक हल्का अंश और भारी अंश, इसके बाद एलएफ और एचएफ) में विभाजित किया है, अन्य अध्ययनों ने भारी अंश को पूल में और परिष्कृत करने के लिए कई घनत्वों का उपयोग किया है जो उन खनिजों से भिन्न होते हैं जिनसे वे जुड़े होते हैं, कार्बनिक कोटिंग के लिए खनिजों का सापेक्ष अनुपात, या एकत्रीकरण की डिग्री (उदाहरण के लिए, सोलिंस एट अल.17, सोलिंस एट अल.18, हैटन एट अल.21, लाज्था एट अल.22, येस्मिन एट अल.23, वागई एट अल.24, वोल्क एट अल.25)। इसके अलावा, अधिक जटिल फ्रैक्शनेशन प्रक्रियाओं का सुझाव दिया गया है जो आकार और घनत्व पृथक्करण दोनों को जोड़ते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बड़ी संख्या में पूल (जैसे, योनेकुरा एट अल.26, विर्टो एट अल.27, मोनी एट अल.15, पोप्लाउ एट अल.10) होते हैं, लेकिन कार्यप्रणाली और पूल आकार के संबंध में त्रुटि के लिए अधिक जगह भी होती है। इसके अलावा, लेखकों ने खनिज सतहों 28,29,30 से समुच्चय और एमएओएम को फैलाने के प्रयास में विभिन्न तीव्रताओं और समय पर सोनिकेशन का भी उपयोग किया है।

यहां, हम एक मजबूत घनत्व विभाजन प्रक्रिया का वर्णन करते हैं जो सबसे पहले, मिट्टी कार्बन (एलएफ और एचएफ, या पीओएम और एमएओएम) के दो अद्वितीय पूलों की पहचान करता है, और हम एचएफ पूल को अतिरिक्त अंशों में अलग करने के लिए तकनीकों और तर्कों दोनों की पेशकश करते हैं जो उनके खनिज विज्ञान, कार्बनिक कोटिंग की डिग्री या एकत्रीकरण के आधार पर भिन्न होते हैं। यहां पहचाने गए अंशों को उनकी रासायनिक संरचना, टर्नओवर समय, माइक्रोबियल प्रसंस्करण की डिग्री और खनिज स्थिरीकरण की डिग्री18,19 के संदर्भ में भिन्न दिखाया गया है।

निम्नलिखित प्रक्रिया एक विशिष्ट घनत्व वाले घोल में मिट्टी की ज्ञात मात्रा को मिलाकर थोक मिट्टी को कण कार्बनिक पदार्थ (पीओएम) और खनिज से जुड़े कार्बनिक पदार्थ (एमएओएम) में अलग करती है। प्रक्रिया की प्रभावकारिता को प्रारंभिक मिट्टी के नमूने द्रव्यमान और सी सामग्री के सापेक्ष मिट्टी द्रव्यमान और कार्बन की संयुक्त वसूली द्वारा मापा जाता है। विआयनीकृत पानी में सोडियम पॉलीटंगस्टेट (एसपीटी) को भंग करके एक घना समाधान प्राप्त किया जाता है। मिट्टी को शुरू में घने एसपीटी समाधान के साथ मिलाया जाता है और मिट्टी के समुच्चय को अच्छी तरह से मिश्रण और फैलाने के लिए उत्तेजित किया जाता है। सेंट्रीफ्यूजेशन का उपयोग मिट्टी की सामग्री को अलग करने के लिए किया जाता है जो या तो घोल में तैरते हैं (हल्का अंश) या सिंक (भारी अंश)। सामग्री से एसपीटी को हटाने के साथ-साथ हल्के और भारी अंशों के पृथक्करण को सुनिश्चित करने के लिए मिश्रण, अलगाव, वसूली और धोने के चरणों को कई बार दोहराया जाता है। अंत में, मिट्टी के अंशों को सुखाया जाता है, तौला जाता है, और सी सामग्री के लिए विश्लेषण किया जाता है। अंशित सामग्री का उपयोग बाद की प्रक्रियाओं और विश्लेषणों के लिए किया जा सकता है।

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Protocol

1. सोडियम पॉलीटंगस्टेट (एसपीटी) के स्टॉक समाधान बनाना

चेतावनी: एसपीटी एक अड़चन है और निगलने या साँस लेने पर हानिकारक है। यह जलीय जीवों के लिए विषाक्त है; पर्यावरण में इसकी रिहाई से बचें।

  1. 1.85 ग्राम/सेमी3 के घनत्व के साथ 1 लीटर एसपीटी घोल बनाने के लिए, लगभग 600 एमएल विआयनीकृत आसुत (डीडीआई) पानी में 1,051 ग्राम क्रिस्टलीकृत एसपीटी घोलें। घोल को तब तक हिलाएं जब तक कि एसपीटी पूरी तरह से भंग न हो जाए, लगभग 15 मिनट के लिए, और फिर डीडीआई के साथ समाधान की मात्रा को 1 एल तक लाएं।
    नोट: समाधान घनत्व <1.85 ग्राम / सेमी3 का उपयोग करके कार्बन रिकवरी कण कार्बनिक पदार्थ17,18 से प्राप्त प्रकाश अंश कार्बन को कम कर सकती है, इस प्रकार नमूने में कार्बन की मात्रा को गलत तरीके से प्रस्तुत करती है। इस प्रकार, 1.85 ग्राम / सेमी3 के एसपीटी समाधान घनत्व का सुझाव दियाजाता है ताकि एक विशिष्ट मिट्टी के नमूने के लिए कणकार्बनिक पदार्थ से जुड़े कार्बन को अधिक समावेशी बनाया जा सके (यानी, अधिकांश रेत, गाद, और सी सामग्री <10%) के साथ मिट्टी की दोमट।
  2. 2.40 ग्राम/सेमी3 के घनत्व के साथ 1 लीटर एसपीटी घोल बनाने के लिए, लगभग 500 एमएल डीडीआई पानी में 1,803 ग्राम ठोस एसपीटी घोलें। एसपीटी पूरी तरह से भंग होने तक समाधान को हिलाएं, और फिर डीडीआई के साथ समाधान की मात्रा को 1 एल तक लाएं।
    नोट: मिट्टी के विभाजन के लिए संभावित उपयोग से परे, प्रोटोकॉल में बाद के चरणों में एसपीटी समाधान के समायोजन के लिएअक्सर 1.85 ग्राम / सेमी 3 से अधिक घनत्व वाले समाधान की आवश्यकता होती है (चरण 3.2 देखें)। यदि अतिरिक्त 2.40 ग्राम /सेमी3 घोल बचा हुआ है, तो घोल को विआयनीकृत पानी के साथ 1.85 ग्राम / सेमी3 तक पतला किया जा सकता है और मिट्टी के विभाजन के लिए उपयोग किया जा सकता है।
  3. फ्रैक्शनेशन में उपयोग करने से पहले, सी और एन सामग्री के लिए एसपीटी का विश्लेषण करें। एक ठोस या तरल मौलिक विश्लेषक (उदाहरण विधियां: आईएसओ 10694: 1995, आईएसओ 20236: 2018) का उपयोग करके इस विश्लेषण को करें।
    1. तात्विक स्क्रबर और उत्प्रेरक की गिरावट को कम करने के लिए तरल मौलिक विश्लेषक के लिए चरण 1.1 से समाधान का 1:100 कमजोर पड़ना करें। एसपीटी समाधान में सी और एन संदूषण के लिए सहिष्णुता नमूने और मिट्टी के अंशों के बाद के उपयोगों पर निर्भर करेगी। आमतौर पर, क्रमशः सी और एन सामग्री <1 पीपीएम और <0.1 पीपीएम के साथ एक एसपीटी समाधान को उपयोग के लिए उपयुक्त माना जाता है, क्योंकि इस तरह के समाधान बहुत बड़े मिट्टी सी और एन पूल को बदलने के लिए न्यूनतम क्षमता प्रदान करते हैं।

2. एसपीटी में मिट्टी का विघटन

  1. 50 ग्राम मिट्टी जोड़ें जो हवा में सूख जाती है और 250 एमएल शंक्वाकार पॉलीप्रोपाइलीन सेंट्रीफ्यूज ट्यूब में 2 मिमी तक छलनी होती है। द्रव्यमान को कम से कम चार महत्वपूर्ण आंकड़ों तक रिकॉर्ड करें। ओवन-सूखे मिट्टी का उपयोग न करें क्योंकि यह गर्मी-प्रेरित सेल लाइसिस31 के कारण घुलनशील कार्बन को बढ़ा सकता है।
    नोट: क्षेत्र नम मिट्टी का उपयोग किया जा सकता है31, लेकिन एसपीटी समाधान के लक्ष्य घनत्व को बनाए रखने के लिए बाद के चरणों में आगे समायोजन की आवश्यकता है। मिट्टी की सामग्री को 2 मिमी तक चोरी करने की सिफारिश की जाती है ताकि बड़ी सामग्री को हटाया जा सके जो चट्टानों और लकड़ी के मलबे जैसे विभाजन परिणामों को कम कर सकता है।
    1. परिमाणीकरण में महत्वपूर्ण त्रुटि से बचने के लिए प्रत्येक अंश का पर्याप्त द्रव्यमान पुनर्प्राप्त करने के लिए मिट्टी के द्रव्यमान को समायोजित करें। बड़े पैमाने पर समायोजन का सबसे आम कारण कम पीओएम सामग्री है (उदाहरण के लिए, कुल मिट्टी द्रव्यमान का <2%)। ऐसी मिट्टी के लिए, पीओएम वसूली को सटीक रूप से निर्धारित करने के लिए अतिरिक्त मिट्टी द्रव्यमान प्रदान करें। कुल मिलाकर, प्रत्येक व्यक्तिगत नमूने के लिए मिट्टी के द्रव्यमान को समायोजित करना स्वीकार्य है, क्योंकि नमूना द्रव्यमान को बदलने से पीओएम से एमएओएम का अनुपात नहीं बदलेगा। हालांकि, सेंट्रीफ्यूज के संतुलन में सहायता के लिए एक सुसंगत द्रव्यमान का उपयोग करना अक्सर उपयोगी होता है।
    2. फ्रैक्शनेशन32 से पहले अकार्बनिक कार्बोनेट को हटाने के लिए कार्बोनेट से भरपूर मिट्टी का इलाज करें।
  2. सेंट्रीफ्यूज ट्यूब में 1.85 ग्राम / सेमी3 घनत्व एसपीटी का 50 एमएल जोड़ें, और ढक्कन को कसकर बदलें। मिट्टी की मात्रा के साथ, आवश्यकतानुसार एसपीटी मात्रा को समायोजित करें। पीओएम-समृद्ध सतह मिट्टी (जैसे, कई समशीतोष्ण वन मिट्टी) में, हल्के और भारी अंश सामग्री के पर्याप्त पृथक्करण को प्राप्त करने के लिए एसपीटी (जैसे, 30 ग्राम मिट्टी से 60 एमएल एसपीटी) के लिए मिट्टी के एक बड़े अनुपात का उपयोग करें।
  3. गैर-पानी-स्थिर समुच्चय को तोड़ने के लिए ~ 60 सेकंड के लिए ट्यूब को हाथ से जोर से हिलाएं। सेंट्रीफ्यूज ट्यूब की साइड दीवारों के साथ मिट्टी के समुच्चय का जोरदार टकराव वांछित है, जिसका अर्थ है कि समाधान को भंवर करना अपर्याप्त हो सकता है।
  4. ट्यूब को एक प्लेटफ़ॉर्म शेकर में सुरक्षित करें। अक्सर, ट्यूब को इसके किनारे पर रखने से घोल के स्लोशिंग बल को बढ़ाकर और मिट्टी की परत की खड़ी ऊंचाई को कम करके मिट्टी के फैलाव में सहायता मिलती है। ध्यान रखें कि ट्यूब कसकर सील हो, और 40-120 आरपीएम पर 2 घंटे के लिए हिलाएं। समय-समय पर शेकर से ट्यूब को हटा दें और सघन एकत्रित सामग्री के आंदोलन को बढ़ाने के लिए हाथ से जोर से हिलाएं।

3. मोटे मिट्टी के विभाजन का प्रदर्शन

  1. शेकर से ट्यूब निकालें। सेंट्रीफ्यूज ट्यूब द्रव्यमान को सावधानीपूर्वक जोड़कर अतिरिक्त एसपीटी समाधान को बराबर करें ताकि सेंट्रीफ्यूज किए जाने वाले ट्यूबों के सेट में एक सुसंगत द्रव्यमान तक पहुंचा जा सके, एसपीटी समाधान को जोड़ने के बाद 30 सेकंड के लिए हाथ से जोर से हिलाना सुनिश्चित किया जा सके। एक स्विंगिंग बकेट सेंट्रीफ्यूज में 3,000 x g पर 10 मिनट के लिए सेंट्रीफ्यूज।
  2. नमूने को एस्पिर करने से पहले, पिपेट के साथ घोल के 5 एमएल को खींचकर और संतुलन पर द्रव्यमान की जांच करके सतह पर तैरने वाले के घनत्व का परीक्षण करें। वांछित घनत्व प्राप्त करने के लिए एसपीटी घनत्व को आवश्यक रूप से समायोजित करें। यदि समाधान घनत्व समायोजन किया गया था तो फिर से हिलाएं और सेंट्रीफ्यूज करें।
  3. वैक्यूम पंप पर 1 एल साइडआर्म फ्लास्क संलग्न करें। 12 सेमी आंतरिक व्यास (आईडी) चीनी मिट्टी के बरतन बुचनर फ़नल में 110 मिमी ग्लास फाइबर फ़िल्टर (0.7 μm छिद्र आकार) रखें। साइडआर्म फ्लास्क पर शंक्वाकार रबर गैसकेट का उपयोग करके फ़नल को सावधानीपूर्वक सील करें।
    नोट: ग्लास फाइबर फिल्टर को 150 डिग्री सेल्सियस पर सुखाने वाले ओवन में पूर्व-धोया जाना चाहिए और उपयोग से पहले डीडीआई के साथ धोया जाना चाहिए।
  4. वैक्यूम से जुड़ा एक अतिरिक्त 1 एल साइडआर्म फ्लास्क सेट करें। फ्लास्क के शीर्ष में एक रबर स्टॉपर रखें जिसमें आकांक्षा के लिए ट्यूबिंग की ~ 0.5 मीटर उभरी हुई लंबाई हो।
    नोट: आकांक्षा के दौरान सक्शन के नियंत्रण में सुधार करने के लिए एस्पिरेशन ट्यूबिंग के अंत में एक प्लास्टिक टिप (जैसे 5 एमएल डिस्पोजेबल पिपेट टिप, जिसका अंत एक कोण पर फिसल जाता है) को संलग्न करना सहायक हो सकता है ( चित्र 1 देखें)।
  5. धीरे-धीरे सतह पर तैरने वाले और निलंबित सामग्री को एस्पिरेट करें जो सेंट्रीफ्यूज ट्यूब के किनारों के साथ घोल की शीर्ष परत पर बस गया है, सावधान रहें कि आकांक्षा ट्यूब की नोक को नीचे छर्रों वाली मिट्टी की सतह पर न छुआ जाए।
    नोट: यदि कोई मिट्टी गोली सामग्री (भारी अंश) गलती से निलंबित (हल्के अंश) सामग्री के साथ एस्पिरेटेड हो जाती है, तो विभाजन प्रक्रिया को दोहराया जाना चाहिए। यदि इस पर ध्यान नहीं दिया जाता है, तो इस तरह की त्रुटि के परिणामस्वरूप अपेक्षित सी सामग्री से कम के साथ अपेक्षित प्रकाश अंश द्रव्यमान से भारी होगा, जो समान मिट्टी के गुणों वाले नमूनों के डेटा विश्लेषण के माध्यम से स्पष्ट हो सकता है।
    1. नमूनों के बीच आकांक्षा ट्यूब को साफ करने के लिए, ट्यूब की नोक को डीडीआई पानी में जल्दी से डुबोएं (उदाहरण के लिए, 0.1 सेकंड के लिए जलमग्न करें), और वैक्यूम पंप के साथ लाइन के माध्यम से ~ 5 एमएल डीडीआई पानी खींचें। तब तक दोहराएं जब तक कि सभी सामग्री वैक्यूम ट्यूब से फ्लश न हो जाए।
    2. साइडआर्म फ्लास्क से रबर स्टॉपर और एस्पिरेशन ट्यूब अटैचमेंट को हटा दें, और वैक्यूम पंप के साथ बुचनर फ़नल के शीर्ष में सामग्री डालें।
    3. फ्लास्क को डीडीआई पानी से धोएं, घुमाएं, और फ्लास्क सामग्री को बुचनर फ़नल में डालें। फ्लास्क के किनारों पर चिपके हुए सभी अवशेषों को हटाने तक दोहराएं।
  6. सेंट्रीफ्यूज ट्यूब में 50 एमएल एसपीटी जोड़ें, और 60 सेकंड के लिए हाथ से जोर से हिलाएं (या यदि मिट्टी तेजी से फैलती नहीं है तो शेकर टेबल का उपयोग करें), ट्यूब के तल पर कठोर गोली को तोड़ना सुनिश्चित करें ताकि सभी अवशेष फिर से निलंबित हो जाएं। 3,000 x g पर 10 मिनट के लिए सेंट्रीफ्यूज।
  7. चरण 3.5 दोहराएँ। फ्लास्क सामग्री को उसी बुचनर फ़नल में डालें जैसा कि चरण 3.5.2 में उपयोग किया गया है।
  8. सेंट्रीफ्यूज ट्यूब में 50 एमएल एसपीटी जोड़ें, और हाथ से जोर से हिलाएं, जिससे ट्यूब के तल पर कठोर गोली टूटना सुनिश्चित हो सके। 3,000 x g पर 10 मिनट के लिए सेंट्रीफ्यूज।
  9. चरण 3.5 दोहराएँ। फ्लास्क सामग्री को उसी बुचनर फ़नल में डालें जैसा कि चरण 3.5.2 में उपयोग किया गया है।

4. उच्च घनत्व एसपीटी का उपयोग करके अतिरिक्त घनत्व पृथक्करण

नोट: यदि एक से अधिक अतिरिक्त घनत्व अंश का प्रदर्शन किया जाता है, तो घनत्व बढ़ाने के क्रम में बाद के विभाजन किए जाने चाहिए। यहां, 1.85-2.4 ग्राम / सेमी3 और >2.4 ग्राम / सेमी3 घनत्व एसपीटी का उपयोग करके अलग करने के चरण दिखाए गए हैं।

  1. चरण 3 से >1.85 ग्राम/सेमी3 मिट्टी सामग्री वाले सेंट्रीफ्यूज ट्यूब में 2.4 ग्राम/सेमी 3 एसपीटीका 50 एमएल जोड़ें। हाथ से जोर से हिलाएं (>60 सेकंड), ट्यूब के तल पर कठोर गोली को तोड़ना सुनिश्चित करें। 3,000 x g पर 10 मिनट के लिए सेंट्रीफ्यूज।
  2. नमूने को एस्पिर करने से पहले, पिपेट के साथ घोल के 5 एमएल को खींचकर और संतुलन पर द्रव्यमान की जांच करके सतह पर तैरने वाले के घनत्व का परीक्षण करें। वांछित घनत्व प्राप्त करने के लिए एसपीटी घनत्व को आवश्यक रूप से समायोजित करें। यदि समाधान घनत्व समायोजन किया गया था तो फिर से हिलाएं और सेंट्रीफ्यूज करें।
  3. पहले उपयोग किए गए 1.85 ग्राम /सेमी3 एसपीटी समाधान के स्थान पर 2.4 ग्राम / सेमी 3 एसपीटी समाधान का उपयोग करके चरण3 को दोहराएं। चरण 3 के अंत में, बुचनर फ़नल में पृथक सामग्री का घनत्व 1.85-2.4 ग्राम / सेमी3 के बीच होगा, जबकि सेंट्रीफ्यूज ट्यूब में शेष सामग्री का घनत्व >2.4 ग्राम / सेमी3 होगा।

5. एसपीटी को भारी और हल्के अंश नमूनों से धोना

नोट: सभी अंशित सामग्री के लिए निम्नलिखित धोने के चरण किए जाने चाहिए। यदि एसपीटी समाधान सामग्री से पूरी तरह से धोया नहीं गया है, तो संबंधित अंश भार गलत होगा।

  1. भारी अंश सामग्री के साथ सेंट्रीफ्यूज ट्यूब में 50 एमएल डीडीआई पानी जोड़ें, और हाथ से जोर से हिलाएं (60 एस), ट्यूब के तल पर हार्ड पेलेट को तोड़ना सुनिश्चित करें। 3,000 x g पर 10 मिनट के लिए सेंट्रीफ्यूज।
  2. चरण 3.5 में एस्पिरेटेड। इस बिंदु पर, सभी प्रकाश अंश सामग्री को हटा दिया जाना चाहिए था। फिल्टर फ़नल में जोड़ने के बजाय एक अपशिष्ट बाल्टी में स्पष्ट एस्पिरेट का निपटान करें।
  3. चरण 5.1-5.2 को दो बार दोहराएँ। अंत में ट्यूब में समाधान को एस्पिर करने से पहले, सतह पर तैरने वाले 25 एमएल को खींचने के लिए एक ट्रांसफर पिपेट का उपयोग करें, और यह सुनिश्चित करने के लिए कि एसपीटी को नमूने से पर्याप्त रूप से हटा दिया गया है, मात्रा से समाधान के वजन को विभाजित करके घनत्व की जांच करें। यदि घनत्व <1.01 ग्राम / एमएल है, तो अगले चरण पर आगे बढ़ें। यदि घनत्व 1.01 ग्राम / एमएल या उससे अधिक है, तो ऊपर के रूप में अतिरिक्त पानी धोने का प्रदर्शन करें जब तक कि घनत्व 1.01 ग्राम / एमएल से कम न हो।
  4. प्रकाश अंश से एसपीटी को पूरी तरह से हटाने को सुनिश्चित करने के लिए, प्रत्येक बुचनर फ़नल को डीडीआई पानी से भरें, और ग्लास फाइबर फिल्टर के माध्यम से सामग्री को फ़िल्टर करें। एक बार जब पानी पूरी तरह से फ़िल्टर हो जाता है, तो इसे दो बार दोहराएं। यदि मिट्टी कार्बनिक पदार्थों में उच्च है, तो निस्पंदन में 48 घंटे तक का समय लग सकता है।

6. भारी अंश सामग्री का संग्रह

  1. सेंट्रीफ्यूज ट्यूब से मिट्टी को एक साफ, लेबल ग्लास बीकर या जार में सावधानीपूर्वक खुरचें। शेष मिट्टी को ढीला करने के लिए ट्यूब में पर्याप्त डीडीआई पानी डालें; टोपी को बदलें और हिलाएं, और फिर घोल को ग्लास कंटेनर में जोड़ें। सेंट्रीफ्यूज ट्यूब से शेष सभी मिट्टी को धो लें, और विआयनीकृत पानी का उपयोग करके ग्लास कंटेनर में स्थानांतरित करें।
  2. ग्लास कंटेनर को 40-60 डिग्री सेल्सियस के बीच सुखाने वाले ओवन सेट में रखें। जब तक एक निरंतर शुष्क वजन तक नहीं पहुंच जाता है, तब तक सूखें, आमतौर पर 24-72 घंटे के लिए।

7. प्रकाश अंश सामग्री का संग्रह

  1. वैक्यूम पंप को बंद करें, और साइडआर्म फ्लास्क से फ़नल को हटा दें। एक लेबल ग्लास बीकर या जार पर क्षैतिज रूप से फ़नल को पकड़ते हुए, डीडीआई पानी धोने की बोतल का उपयोग करके फिल्टर से कणों को धीरे से कुल्ला करें।
    नोट: स्पैटुला का उपयोग करके फिल्टर को धीरे से स्क्रैप करना और सभी अवशेषों को हटाने के लिए फिल्टर के दोनों किनारों को कुल्ला करना आवश्यक हो सकता है।
  2. ग्लास कंटेनर को सुखाने वाले ओवन सेट में 40-60 डिग्री सेल्सियस के बीच रखें। जब तक एक निरंतर शुष्क वजन तक नहीं पहुंच जाता है, तब तक सूखें, आमतौर पर 24-72 घंटे के लिए।

8. अंशित सामग्री के शुष्क द्रव्यमान का वजन

  1. धीरे से प्रत्येक कंटेनर से सभी सूखे सामग्री को प्लास्टिक वजन नाव में खुरचें। चौथे दशमलव स्थान तक द्रव्यमान रिकॉर्ड करें। नमूने को एक लेबल स्टोरेज शीशी या बैग में रखें।
  2. सभी सूखे नमूनों के लिए दोहराएं।

9. कुल कार्बनिक कार्बन के लिए डेटा संग्रह और विश्लेषण

  1. मौलिक सी सामग्री (जैसे, आईएसओ 10694: 1995) के विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण के अनुसार विश्लेषण प्रक्रियाओं का पालन करें।
    नोट: सूखे अंश सामग्री को एक महीन पाउडर में पीसना मौलिक विश्लेषण से पहले अंशित नमूने की एकरूपता सुनिश्चित करने के लिए एक आम बात है।
  2. सुनिश्चित करें कि सभी अंशों का संचयी द्रव्यमान मूल मिट्टी के नमूने द्रव्यमान के कम से कम ~ 90% के बराबर है। यदि सामग्री के नुकसान >10% हैं, तो अतिरिक्त प्रतिकृति विभाजन की सिफारिश की जाती है।
  3. अंशों में मृदा कार्बनिक कार्बन (एसओसी) की संचयी वसूली की मात्रा निर्धारित करें। एसओसी के नुकसान अंश सामग्री के असंगत नुकसान और विघटित कार्बनिक कार्बन के नुकसान के कारण द्रव्यमान हानि के साथ पूरी तरह से सहसंबंधित नहीं हो सकते हैं। फिर भी, एसओसी का नुकसान भी मिट्टी के नमूने में प्रारंभिक एसओसी का <10% होना चाहिए।

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Representative Results

मिट्टी घनत्व विभाजन आदर्श रूप से यह जांचने के लिए उपयुक्त है कि मिट्टी उनके कण और खनिज से जुड़े कार्बनिक पदार्थ सामग्री में कैसे भिन्न होती है। इन दो अलग-अलग पूलों में एसओसी को अलग करना मिट्टी सी सामग्री और स्थिरीकरण गतिशीलता में परिवर्तन को स्पष्ट करने का एक अवसर प्रदान करता है जो अन्यथा थोक मिट्टी सी सामग्री में रुझानों को देखते समय अस्पष्ट हो सकता है। भारी सामग्री (घनत्व > 1.85 ग्राम / सेमी3) का आगे पृथक्करण मिट्टी सी स्थिरीकरण में परिवर्तन और रुझानों में अतिरिक्त अंतर्दृष्टि प्रदान करता है लेकिन प्रक्रिया और संबंधित व्याख्या की जटिलता को बढ़ाता है और अतिरिक्त लागतों से जुड़ा होता है। बहरहाल, मिट्टी का तीन या अधिक घनत्व पूल में विभाजन मिट्टी सी पूल में जटिल रुझानों और रासायनिक अंतरों को स्पष्ट कर सकता है। किसी भी मिट्टी के विभाजन प्रक्रिया के साथ, इन मिट्टी सी पूलों का पृथक्करण अपूर्ण है, और परिणामों की रिपोर्ट करते समय ऐसी त्रुटियों और विधि की मान्यताओं के संभावित प्रभाव को पहचाना जाना चाहिए। अंत में, चिकित्सकों को मिट्टी के विभाजन विधियों की विविधता के बारे में पता होना चाहिए जो मौजूद हैं और उनकी अनूठी ताकत और कमजोरियां हैं (वॉन लुत्ज़ो एट अल.9 और पोप्लाउ एट अल.10 द्वारा प्रदान की गई समीक्षा और तुलना देखें)। इनमें से कई मिट्टी विभाजन विधियां पारस्परिक रूप से अनन्य नहीं हैं और मिट्टी सी गतिशीलता के विश्लेषण को बेहतर बनाने या मान्य करने के लिए उचित रूप से संयुक्त हो सकती हैं।

उपयोग किए जाने वाले घनत्व अंशों की संख्या चुनना फ्रैक्शनेशन प्रक्रिया शुरू करने से पहले महत्वपूर्ण पहला कदम है। जबकि कई पूलों को हमेशा गणितीय रूप से एक एकल प्रकाश और एक भारी अंश का उत्पादन करने के लिए अन्य अध्ययनों के परिणामों की तुलना करने के लिए जोड़ा जा सकता है, भारी अंश को एक से अधिक पूल में विभाजित करने से महत्वपूर्ण समय और व्यय बढ़ जाता है। पियर्सन एट अल.33 ने दीर्घकालिक डेट्राइटल हेरफेर अध्ययन के बाद तीन घनत्व पूलों में एसओसी में परिवर्तन की मात्रा निर्धारित की। दो भारी पूल (चित्रा 2) को जोड़ते समय, डेट्राइटल उपचार के प्रभाव प्रकाश (<1.85 ग्राम / सेमी3) और भारी (>1.85 ग्राम / सेमी3) अंशों के बीच अलग थे, विशेष रूप से थोक एसओसी सामग्री से देखे गए प्रभावों के सापेक्ष। 2.40 ग्राम / सेमी3 (चित्रा 3) पर अतिरिक्त घनत्व विभाजन करके, यह आगे निर्धारित किया जा सकता है कि एमएओएम पर उपचार प्रभाव मुख्य रूप से उच्च घनत्व वाली सामग्री (>2.4 ग्राम / सेमी3) तक ही सीमित थे। अंत में, घनत्व अंशित पूल (चित्रा 4) के सापेक्ष थोक मिट्टी की रिपोर्ट की गई सी: एन सामग्री अपेक्षाकृत कम सी: एन सामग्री वाले खनिज पदार्थ से पौधे-आधारित कण सामग्री को अलग करने के लिए घनत्व विभाजन विधि की प्रभावशीलता का एक स्पष्ट प्रदर्शन प्रस्तुत करती है।

डेट्राइटल जोड़तोड़ के 50 वर्षों के बाद, लाजथा एट अल .22 ने एसओसी स्थिरीकरण और अस्थिरता पर डेट्राइटल प्रभावों की बारीकी से जांच करने के लिए छह अनुक्रमिक घनत्व विभाजनों का उपयोग किया (चित्रा 5)। सात एसओसी पूल को अलग करके, लेखक कूड़े को जोड़ने और हटाने के उपचार के बाद पीओएम और एमएओएम प्रतिक्रिया में अधिक बारीकियों का निरीक्षण करने में सक्षम थे। <2.20 ग्राम / सेमी3 घनत्व वाले पूल उपचार के लिए अधिक उत्तरदायी थे, कूड़े के इनपुट और एसओसी संचय के बीच सकारात्मक संबंध की लंबे समय से चली आ रही उम्मीद के अनुरूप। हालांकि, घनत्व >2.20 ग्राम / सेमी 3) के साथ एसओसी पूलकी प्रतिक्रिया कम स्पष्ट थी, और विशेष रूप से कूड़े को हटाने के उपचार के लिए, इनपुट और एसओसी के बीच एक विपरीत, नकारात्मक संबंध की पहचान की गई थी (यानी, इनपुट कम हो गए थे, लेकिन अंश की एसओसी सामग्री में वृद्धि हुई थी)। 14सी के बाद के विश्लेषण करके, प्रत्येक पूल के लिए हाल ही में सी इनपुट के योगदान और नुकसान का पता लगाया गया था, जो एमएओएम के लिए गठन और अस्थिरता मार्गों के डेट्राइटल नियंत्रण में यांत्रिक अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।

अनुक्रमिक घनत्व विभाजन के साथ आइसोटोपिक विश्लेषण का संयोजन एसओएम गतिशीलता की पेचीदगियों की जांच करने के लिए अतिरिक्त रास्ते प्रदान करता है। फिर भी, जांचकर्ताओं को घनत्व विभाजन परिणामों पर खनिज विज्ञान के प्रभाव पर विचार करने का ध्यान रखना चाहिए। अद्वितीय खनिज संरचना और प्रतिक्रियाशीलता खनिजों के बीच कण घनत्व वितरण में अंतर्निहित अंतर का कारण बनती है। एक उदाहरण के रूप में, सोलिंस एट अल .18 ने असमान मूल सामग्री और आकृति विज्ञान के साथ चार वनाच्छादित मिट्टी में कई घनत्व पूलों की समस्थानिक और रासायनिक विशेषताओं की जांच की (चित्रा 6)। चार मिट्टी के बीच विपरीत खनिज विज्ञान ने प्रत्येक घनत्व अंश के लिए 13 सी, 14सी और 15एन में देखे गए अंतरोंमें भारी योगदान दिया। खनिज विज्ञान पर विचार किए बिना, ऐसे परिणामों को एसओसी गठन और स्थिरीकरण गतिशीलता के संबंध में गलत व्याख्या की जा सकती है। अंत में, अतिरिक्त घनत्व पृथक्करण करने की व्यावहारिकता पर लौटते हुए, सोलिंस एट अल.18 द्वारा केवल तीन के विपरीत छह घनत्व पूल के विश्लेषण से थोड़ी अतिरिक्त जानकारी प्राप्त की गई (चित्रा 6)।

हेलब्लिंग एट अल.31 ने वनाच्छादित मिट्टी की प्रकाश अंश सामग्री पर मौसमीता के प्रभाव को निर्धारित किया, साथ ही घुलनशील पूल में सी के नुकसान पर मिट्टी सुखाने के उपचार का प्रभाव (चित्रा 7)। इस काम से दो महत्वपूर्ण परिणाम सामने आए। सबसे पहले, जबकि ओवन-सुखाने से मिट्टी ने एसपीटी समाधान के लिए काफी अधिक विघटित कार्बनिक सी हानि उत्पन्न की, सी की मात्रा नगण्य थी। दूसरे, प्रकाश अंश सी पूल के लिए कोई मौसमीता दिखाई नहीं दी, जिसका अर्थ है कि मिट्टी के नमूने के संग्रह का समय विभाजन परिणामों को प्रभावित नहीं करता है। हालांकि, पीओएम स्टॉक और अपघटन दर में अंतर को देखते हुए परिणाम मिट्टी और वातावरण में भिन्न होने की उम्मीद की जा सकती है।

Figure 1
चित्र 1: प्रकाश अंश आकांक्षा उपकरण। प्रकाश अंश की आकांक्षा के लिए वैक्यूम तंत्र का योजनाबद्ध। * पैराफिल्म का उपयोग पिपेट टिप और वैक्यूम ट्यूब के बीच जंक्शन को सुरक्षित और सील करने के लिए किया जा सकता है। ** एक कोण पर पिपेट टिप को काटना टिप ओपनिंग के आकार को बढ़ाने के साथ-साथ सेंट्रीफ्यूज ट्यूब की साइड दीवारों पर क्लोज सक्शन लगाने के लिए उपयोगी हो सकता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 2
चित्रा 2: थोक, हल्के और भारी अंश मिट्टी के लिए कार्बन सामग्री की तुलना। 20 साल के उपचार (एन = 3) के बाद एचजे एंड्रयूज प्रायोगिक वन में डेट्राइटल इनपुट एंड रिमूवल ट्रीटमेंट (डीएटी) भूखंडों से मिट्टी एकत्र की गई थी। जड़ हटाने के उपचार (एनआर, एनआई) के लिए खनिज से जुड़े सी में काफी वृद्धि हुई थी, जो थोक सी सामग्री पर देखे गए प्रभावों के विपरीत था। इसके अलावा, अंशित परिणाम बताते हैं कि डबल वुड (डीडब्ल्यू) उपचार से थोक सी में वृद्धि प्रकाश अंश सी में वृद्धि से प्राप्त हुई थी। त्रुटि पट्टियाँ मानक त्रुटि का प्रतिनिधित्व करती हैं. इस आंकड़े को पियर्सन एट अल.33 से संशोधित किया गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्रा 3: मध्यवर्ती और भारी अंश पूल की तुलना। 20 साल के उपचार (एन = 3) के बाद एचजे एंड्रयूज प्रायोगिक वन में डेट्राइटल इनपुट एंड रिमूवल ट्रीटमेंट (डीएटी) भूखंडों से मिट्टी एकत्र की गई थी। परिणाम एक मध्यवर्ती अंश (1.85-2.40 ग्राम / सेमी3) और एक भारी अंश (>2.40 ग्राम / सेमी3) के अलगाव से निष्कर्षों को प्रदर्शित करते हैं। मध्यवर्ती अंश सी सामग्री ने अधिक परिवर्तनशीलता दिखाई, और कोई उपचार प्रभाव महत्वपूर्ण नहीं था। त्रुटि पट्टियाँ मानक त्रुटि का प्रतिनिधित्व करती हैं. इस आंकड़े को पियर्सन एट अल.33 से संशोधित किया गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 4
चित्रा 4: थोक, हल्के और भारी अंश मिट्टी के लिए कार्बन से नाइट्रोजन अनुपात। 20 साल के उपचार (एन = 3) के बाद एचजे एंड्रयूज प्रायोगिक वन में डेट्राइटल इनपुट एंड रिमूवल ट्रीटमेंट (डीएटी) भूखंडों से मिट्टी एकत्र की गई थी। मिट्टी के खनिजों के सापेक्ष पौधों के ऊतकों की उच्च सी: एन सामग्री को देखते हुए, हल्के और भारी अंशों के बीच सी: एन सामग्री में देखा गया अंतर स्पष्ट रूप से थोक मिट्टी से कणकार्बनिक पदार्थ को अलग करने के लिए मिट्टी घनत्व विभाजन की क्षमता को दर्शाता है। त्रुटि पट्टियाँ मानक त्रुटि का प्रतिनिधित्व करती हैं. इस आंकड़े को पियर्सन एट अल.33 से संशोधित किया गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 5
चित्र 5: 50 वर्षों के डेट्राइटल जोड़तोड़ (एन = 4) के बाद मिट्टी का अनुक्रमिक घनत्व विभाजन। मिट्टी को सात घनत्व अंशों में अलग करने से मिट्टी के खनिजों पर सी लोडिंग की प्रकृति में अंतर्दृष्टि प्रदान की गई। डबल कूड़े के उपचार, जिसने मिट्टी सी में वृद्धि की, ने 2.00-2.40 ग्राम / सेमी3 अंश में खनिज सामग्री की सी लोडिंग का नेतृत्व किया, जैसा कि नियंत्रण के सापेक्ष अंश सी सांद्रता में परिवर्तन से दिखाया गया है। 1.85-2.20 ग्राम / सेमी3 के बीच घनत्व वाले मिट्टी के अंशों में नो लिटर उपचार से मिट्टी सी का नुकसान सबसे बड़ा था। त्रुटि पट्टियाँ मानक त्रुटि का प्रतिनिधित्व करती हैं. इस आंकड़े को लाजथा एट अल.22 से संशोधित किया गया है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 6
चित्र 6: मिट्टी घनत्व पूल पर खनिज विज्ञान का प्रभाव। अद्वितीय आकृति विज्ञान वाली मिट्टी को चार वन स्थलों से एकत्र किया गया था। समस्थानिक विश्लेषण दर्शाता है कि मिट्टी खनिज विज्ञान मिट्टी घनत्व पूल में जैव-रासायनिक गुणों को कैसे प्रभावित कर सकता है। इसके अलावा, इस उदाहरण में, छह या अधिक के विपरीत, तीन घनत्व पूलों के विश्लेषण ने बड़े पैमाने पर विभिन्न समस्थानिक हस्ताक्षरों के भीतर और बीच के रुझानों को पकड़ लिया। इस आंकड़े को सोलिंस एट अल.18 से संशोधित किया गया है। मूल डेटा और ग्राफ़ छह से अधिक पूल वाले कॉलम में दिखाए गए हैं; डेटा की फिर से गणना की गई और केवल तीन पूलों के परिणामों को प्रदर्शित करने के लिए प्रदर्शित किया गया। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 7
चित्रा 7: मिट्टी घनत्व विभाजन पर नमूना संग्रह और तैयारी प्रभाव। हेलब्लिंग एट अल.31 ने पाया कि ओवन-सूखे मिट्टी अक्सर हवा से सूखने वाली, खेत नम और लीच मिट्टी के सापेक्ष अधिक घुलित कार्बनिक कार्बन पैदा करती है। नमूना संग्रह के मौसमों में, प्रकाश से भारी अंश द्रव्यमान का अनुपात काफी भिन्न नहीं था। इस आंकड़े को हेलब्लिंग एट अल.31 से संशोधित किया गया है। त्रुटि पट्टियाँ मानक त्रुटि का प्रतिनिधित्व करती हैं. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

मिट्टी घनत्व विभाजन प्रोटोकॉल के दौरान, कुछ विशिष्ट प्रक्रियाएं हैं जिन्हें मिट्टी के अंशों के पृथक्करण और विश्लेषण में त्रुटि को कम करने में मदद करने के लिए बारीकी से निगरानी की जानी चाहिए। मृदा घनत्व विभाजन प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण कदम एसपीटी समाधान के घनत्व को बार-बार सत्यापित करना है। मिट्टी के नमूने में नमी अक्सर एसपीटी समाधान को पतला कर देगी, इस प्रकार एसपीटी के घनत्व को कम करेगी। इसलिए, शोधकर्ता को हमेशा यह सुनिश्चित करना चाहिए कि सेंट्रीफ्यूजेशन के बाद प्रकाश और भारी समाधानों का पूर्ण पृथक्करण हासिल किया गया है। यदि अंश पर्याप्त रूप से अलग नहीं होते हैं, तो एसपीटी समाधान का अधिक हिस्सा जोड़ा जाना चाहिए, या मिट्टी के द्रव्यमान को कम किया जाना चाहिए। रेतीली मिट्टी जल्दी से अलग हो जाती है, जबकि बारीक बनावट वाली मिट्टी, जैसे विशेष रूप से ऑक्सीसोल, सूक्ष्म कणों के उच्च निलंबित भार के कारण सेंट्रीफ्यूजेशन के दौरान लंबे समय तक बादल रह सकती हैं। जब सेंट्रीफ्यूजेशन के बाद समाधान बादल दिखाई देते हैं, तो या तो सेंट्रीफ्यूजेशन समय या गति बढ़ाई जानी चाहिए। एक विकल्प के रूप में, निलंबित तलछट से सी हानि का अनुमान एस्पिरेटेड समाधान की सी सामग्री का विश्लेषण करके निर्धारित किया जा सकता है।

खरीदने के लिए सोडियम पॉलीटंगस्टेट (एसपीटी) की गुणवत्ता का निर्धारण उन विश्लेषणों पर निर्भर करता है जो विभाजन के बाद किए जाएंगे। क्रेमर एट अल .34 ने पाया कि वाणिज्यिक एसपीटी को उच्च 15एन अमोनियम में समृद्ध किया जा सकता है और इस प्रकार, मिट्टी के अंशों के 15एन हस्ताक्षर को काफी बदल सकता है। इस प्रकार, अध्ययन के लिए न्यूनतम सी और एन संदूषण सुनिश्चित करने के लिए एक उच्च शुद्धता ग्रेड एसपीटी (जैसे, एसपीटी -0) का उपयोग किया जाना चाहिए जिसमें मिट्टी के समस्थानिक हस्ताक्षर को मापा जाएगा। हालांकि, एक शुद्धता ग्रेड के साथ एसपीटी जो एक कदम कम है (उदाहरण के लिए, एसपीटी -1) में अक्सर न्यूनतम एन और सी संवर्धन होता है और कम खर्चीला होता है, इस प्रकार आइसोटोप को मापने पर अधिक किफायती विकल्प प्रदान किया जाता है।

महत्वपूर्ण त्रुटि से बचने के लिए, समाधान से सभी प्रकाश अंश को हटाने के लिए ध्यान रखा जाना चाहिए, जो अक्सर आकांक्षा के दौरान सेंट्रीफ्यूज ट्यूबों की साइड की दीवारों और बाद के निस्पंदन चरणों के दौरान फ़नल से चिपक जाता है। भारी अंश सामग्री में शेष अतिरिक्त प्रकाश अंश के परिणामस्वरूप प्रकाश अंश सी का कम अनुमान होगा, जबकि साथ ही भारी अंश की सी सामग्री का अधिक अनुमान लगाया जाएगा। समान मिट्टी के गुणों वाले नमूनों की एक श्रृंखला को विभाजित करते समय अंतिम डेटा की बारीकी से जांच करने से ऐसी त्रुटियों की पहचान करने में मदद मिल सकती है।

घोल के लिए घुलित कार्बनिक कार्बन (डीओसी) का नुकसान आम तौर पर छोटा होता है, आमतौर पर कुल मिट्टी सी का <5%, और इससे बचा नहीं जा सकता है (चित्रा 7)31)। हालांकि, उच्च घुलनशील सी पूल के साथ मिट्टी का अंशण करते समय डीओसी का नुकसान कहीं अधिक हो सकता है, जैसे कि कुछरेगिस्तानी वातावरण में पाए जाते हैं। ऐसे उदाहरणों में, पानी निकालने योग्य डीओसी पूल को भी निर्धारित किया जाना चाहिए। आमतौर पर, मिट्टी के द्रव्यमान के नुकसान से उत्पन्न त्रुटियां, विशेष रूप से प्रकाश अंश की, डीओसी हानि के कारण होने वाली त्रुटियों की तुलना में कहीं अधिक हैं।

मिट्टी के नमूने में पॉलीटंगस्टेट का सोखना एक रासायनिक संभावना है, और इस तरह के रासायनिक आदान-प्रदान किस हद तक होते हैं यह वर्तमान में अज्ञात है। इसके अलावा, पॉलीटंगस्टेट की बाध्यकारी आत्मीयता विभिन्न रासायनिक गुणों वाली मिट्टी में भिन्न होने की उम्मीद है। वर्तमान में, प्रक्रिया के अंत में मिट्टी द्रव्यमान हानि और एसओसी हानि के बीच सहसंबंध आश्वासन का एक सीधा और तार्किक रूप से व्यवहार्य रूप प्रदान करता है कि अंशित सामग्री में एसओसी की मात्रा का ठहराव करने के लिए पॉलीटंगस्टेट एक्सचेंज से कोई भी द्रव्यमान लाभ नगण्य है। यदि मिट्टी के अंश का संचयी द्रव्यमान प्रारंभिक नमूना द्रव्यमान से अधिक है, या यदि द्रव्यमान हानि एसओसी नुकसान से काफी कम है, तो नमूने पॉलीटंगस्टेट को अवशोषित कर सकते हैं। इस तरह की समस्या को हल करने का प्रयास करने के लिए पहले अतिरिक्त धोने के चरण किए जाने चाहिए। यदि अंशित सामग्री में पॉलीटंगस्टेट का अवशोषण बना रहता है, तो अंशित सामग्री की टंगस्टन सामग्री में वृद्धि के लिए सत्यापित और सही करने के लिए अतिरिक्त मौलिक विश्लेषण की आवश्यकता हो सकती है। विशेष रूप से, मिट्टी की सामग्री से पॉलीटंगस्टेट को कुल्ला करने में असमर्थता से जुड़े ऐसे मुद्दे असामान्य हैं।

यद्यपि घनत्व विभाजन आदर्श रूप से मुक्त कण पदार्थ (पीओएम) को खनिज से जुड़े कार्बनिक पदार्थ (एमएओएम) से अलग करता है, पानी-स्थिर समुच्चय की उपस्थिति घनत्व विभाजन परिणामों की व्याख्या को जटिल बनाती है। गाद और मिट्टी मजबूत संबंध बना सकते हैं और कार्बनिक पदार्थों के साथ बंध सकते हैं, और मिट्टी के बायोटा, जड़ें और फंगल हाइप मैक्रोएग्रीगेट बना सकते हैं जो कार्बनिक यौगिकों को माइक्रोबियल अपघटन से बचाने में मदद करते हैं। यह कुल-संरक्षित कार्बनिक पदार्थ, जिसे अक्सर ऑक्लुडेड कार्बनिक पदार्थ के रूप में जाना जाता है, एमएओएम नहीं है, लेकिन भारी अंश (यानी, >1.85 ग्राम / सेमी3) में पुनर्प्राप्त किया जाएगा। अवरुद्ध पीओएम को शामिल करने से मध्यवर्ती घनत्व अंशों के परिणामों और व्याख्या पर सबसे अधिक प्रभाव पड़ने की संभावना है। जबकि ~ 2.40 ग्राम / सेमी3 से अधिक घनत्व वाले अंशों में कार्बनिक-गरीब खनिज होने की संभावना है, जिसमें कार्बनिक पदार्थ और 1.85 ग्राम / सेमी3 से कम घनत्व वाली सामग्री को खनिज-मुक्त कार्बनिक पदार्थ माना जाता है, मध्यवर्ती अंश कार्बनिक समृद्ध भारी खनिजों, समुच्चय और कार्बनिक-खराब हल्के खनिजों का मिश्रण हो सकते हैं। आज तक, मध्यवर्ती अंश सामग्री में पाए जाने वाले सी में अंतर की व्याख्या के लिए कोई आम सहमति या व्यापक विधि नहीं उभरी है। ऐसी जानकारी की रिपोर्ट करते समय, हम परिणामों पर कार्बनिक पदार्थ और खनिज विज्ञान के संभावित प्रभाव को स्वीकार करने का सुझाव देते हैं।

विभिन्न रासायनिक और भौतिक तकनीकों को समुच्चय को फैलाने के लिए नियोजित किया गया है ताकि ऑक्लुडेड पीओएम की रिहाई को सुविधाजनक बनाया जा सके, जिसमें अल्ट्रासोनिक ऊर्जा सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली विधि का प्रतिनिधित्व करती है। दुर्भाग्य से, कोई एक सोनिकेशन ऊर्जा स्तर नहीं है जो सभी समुच्चय में पूर्ण फैलाव का कारण बन सकता है, क्योंकि कुल शक्ति और बाध्यकारी तंत्र मिट्टी के प्रकार और कुल आकार वर्ग36 दोनों में व्यापक रूप से भिन्न होते हैं। अमेलुंग और ज़ेक36 ने पाया कि माइक्रोएग्रीगेट्स (20-250 μm) को बड़े मैक्रोएग्रीगेट्स की तुलना में फैलाने के लिए अधिक अल्ट्रासोनिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, लेकिन यह भी पाया गया कि इन उच्च ऊर्जाओं पर कण कार्बनिक पदार्थ बाधित थे। इसके अलावा, बढ़ती तीव्रता के साथ अनुक्रमिक सोनिकेशन मुक्त कार्बनिक पदार्थों का उत्पादन जारीरखता है, फिर से यह सुझाव देता है कि अवरुद्ध कार्बनिक पदार्थों का कोई एकल पूल नहीं है और उच्च सोनिकेशन स्तरों पर, अलग किए गए प्रकाश अंश सामग्री का अधिकांश भाग कोलाइडल आर्टिफैक्ट हो सकता है। कैसर और गुगेनबर्गर30 ने विभिन्न खनिजों के साथ प्रकाश अंश कार्बनिक पदार्थों के मिश्रण के घनत्व वितरण को बदलने के लिए सोनिकेशन की क्षमता का भी प्रदर्शन किया। जबकि मिट्टी घनत्व विभाजन के दौरान या बाद में अल्ट्रासोनिक फैलाव तकनीकों को शामिल करने से एसओएम पूल को फैलाने और अलग करने के लिए अद्वितीय अवसर मिलते हैं, ये अध्ययन फैलाव प्रभावकारिता और पीओएम और खनिज संरचनाओं के विनाश पर विचार करते हैं।

मिट्टी सी को आसानी से मापने योग्य पूल में अलग करने के लिए सबसे प्रचलित वैकल्पिक विधि आकार विभाजन है। आकार विभाजन घनत्व विभाजन के सापेक्ष त्वरित और कम लागत वाला है और मिट्टी सामग्री और एमएओएम के बीच सहसंबंध को देखते हुए एसओएम गतिशीलता में समान अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है। दरअसल, पोप्लाउ एट अल.10 ने तीन अलग-अलग मिट्टी में आकार और घनत्व विभाजन द्वारा अलग किए गए सी पूल के लिए एसओएम टर्नओवर दरों में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं पाया। हालांकि, मिट्टी के बराबर या उससे छोटे आकार वाले कण कार्बनिक पदार्थ (पीओएम) आम हैं, जिसका अर्थ है कि अकेले आकार विभाजन विधियां एमएओएम से पीओएम को सटीक रूप से अलग करने में सक्षम नहीं हैं। इस प्रकार, ठीक आकार के अंशों में पीओएम को शामिल करने से कुछ मिट्टी में मौलिक और कार्बनिक रासायनिक विश्लेषण में त्रुटियां हो सकती हैं, जिसमें सूक्ष्म कण सामग्री की एक महत्वपूर्ण मात्राहोती है। यदि एक विशिष्ट कण आकार (जैसे, रेत, गाद, मिट्टी) पर खनिज सामग्री की सी सामग्री को निर्धारित करने की आवश्यकता मौजूद है, तो दो विधियों को भारी अंश सामग्री के आकार विभाजन के बाद एकल घनत्व विभाजन करके जोड़ा जा सकता है।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

इस काम के लिए, नेशनल साइंस फाउंडेशन ग्रांट्स डीईबी -1257032 द्वारा केएल को और डीईबी -1440409 एचजे एंड्रयूज दीर्घकालिक पारिस्थितिक अनुसंधान कार्यक्रम को सहायता प्रदान की गई थी।

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

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References

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Pierson, D., Lajtha, K., Peter-Contesse, H., Mayedo, A. Utilizing Soil Density Fractionation to Separate Distinct Soil Carbon Pools. J. Vis. Exp. (190), e64759, doi:10.3791/64759 (2022).

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