طريقة كهربائية لإزالة الجسيمات العضوية من التربة

ملخص

إن إزالة المواد النباتية المترسبة حديثا والمتحللة بشكل غير كامل من عينات التربة تقلل من تأثير المدخلات الموسمية المؤقتة على قياسات الكربون العضوي للتربة. يمكن استخدام الانجذاب إلى سطح مشحون كهربائيا لإزالة كمية كبيرة من المواد العضوية الجسيمية بسرعة.

الملخص

وتعتمد تقديرات الكربون العضوي للتربة على أساليب معالجة التربة بما في ذلك إزالة المواد النباتية غير المتحللة. ويمكن أن يؤدي الفصل غير الكافي بين الجذور والمواد النباتية عن التربة إلى قياسات كربونية شديدة التغير. غالبا ما تقتصر طرق إزالة المواد النباتية على أكبر المواد النباتية وأكثرها وضوحا. في هذه المخطوطة، نقوم بوصف كيفية استخدام الجاذبية الكهربائية لإزالة المواد النباتية من عينة التربة. ومن الطبيعي أن يجذب سطح مشحون كهربائيا يمر بالقرب من التربة الجافة جزيئات نباتية غير متحللة ومتحللة جزئيا، إلى جانب كمية صغيرة من التربة المعدنية والمجمعة. وتنتشر عينة التربة في طبقة رقيقة على سطح مستو أو منخل التربة. يتم شحن طبق بيتري البلاستيكي أو الزجاجي كهربائيا عن طريق فرك رغوة البوليسترين أو قماش النايلون أو القطن. يتم تمرير الطبق المشحون مرارا وتكرارا فوق التربة. ثم يتم تنظيف الطبق وإعادة شحنه. إعادة نشر التربة وتكرار الإجراء يؤدي في نهاية المطاف إلى انخفاض غلة الجسيمات. تزيل العملية حوالي 1 إلى 5٪ من عينة التربة، وحوالي 2 إلى 3 أضعاف تلك النسبة في الكربون العضوي. مثل طرق إزالة الجسيمات الأخرى ، فإن نقطة النهاية تعسفية ولا تتم إزالة جميع الجسيمات الحرة. تستغرق العملية حوالي 5 دقائق ولا تتطلب عملية كيميائية كما تفعل طرق تعويم الكثافة. يؤدي الجذب الكهربائي باستمرار إلى إزالة المواد ذات التركيز C أعلى من المتوسط ونسبة C:N ، ويمكن تحديد الكثير من المواد بصريا على أنها مواد نباتية أو حيوانية تحت المجهر.

المقدمة

11- إن التقديرات الدقيقة للكربون العضوي للتربة مهمة في تقييم التغيرات الناجمة عن الإدارة الزراعية أو البيئة. الجسيمات العضوية (POM) له وظائف هامة في البيئة والفيزياء من التربة ولكن غالبا ما يكون قصير الأجل ويختلف على أساس عدة عوامل بما في ذلك الموسم، وظروف الرطوبة، والتفريح، وتقنيات جمع العينات، وإدارة التربة الأخيرة، ودورة حياة الغطاء النباتي، وغيرها¹. هذه المصادر غير المستقرة زمنيا يمكن أن تخلط بين تقديرات الاتجاهات طويلة الأجل في الكربون العضوي التربة مستقرة ومعزلة حقا².

على الرغم من كونها محددة جيدا، مشتركة، ومهمة، لا يتم فصل بوم بسهولة من التربة وليس من السهل قياس كميا. وقد تم قياس الجسيمات العضوية على أنها تلك التي تطفو في السوائل (كسر خفيف، عادة 1.4-2.2 سم^-3)،أو كما يمكن فصلها حسب الحجم (على سبيل المثال، > 53-250 ميكرومتر أو > 250 ميكرومتر)، أو مزيج من اثنين^3،4،5. يمكن أن تؤثر التقنيات المستندة إلى الحجم والكثافة على النتائج الكمية والكيميائية لقياس POM^4. غالبا ما يكشف الفحص البصري الدقيق للتربة التي تم تجزئة حجمها باستخدام الأساليب الروتينية عن هياكل طويلة وضيقة مثل الجذور وشظايا الأوراق أو الجذع التي مرت عبر الشاشة. ببساطة إزالة هذه الهياكل باليد وقد ثبت أن خفض كبير في قياسات مجموع SOC^2،6 ولكن الأسلوب يخضع بشكل ملحوظ إلى العناية والدقة البصرية للمشغل. انفصال POM عن عينة التربة كما كسر الضوء أثناء التعويم في السائل الكثيف⁷ لا التقاط كل POM، والهز المفرط خلال عملية التعويم يمكن أن تقلل في الواقع كمية جزء الضوء تعافى من عينة⁸. يتطلب التعويم العديد من الخطوات ويعرض التربة لحلول كيميائية يمكن أن تغير الخصائص الكيميائية أو تذوب وتزيل المكونات التي قد تكون ذات^{فائدة 4.}

وقد استخدمت أساليب بديلة لإزالة POM لتجنب أو زيادة استخدام الحلول المائية الكثيفة. Kirkby، وآخرون.⁶ مقارنة إزالة جزء الضوء باستخدام اثنين من إجراءات التعويم لطريقة غربلة الجافة / winnowing⁹. تم تنفيذ Winnowing عن طريق تمرير تيار خفيف من الهواء عبر طبقة رقيقة من التربة لرفع الضوء بلطف بعيدا عن الكسر الثقيل. وكان أداء المنخل/النروج الجاف مماثلا لأساليب التعويم اللذين تم تنفيذهما فيما يتعلق بمحتوى C وN وP وS؛ ومع ذلك ، فإن المؤلفين تشير إلى أن الجافة غربال / winnowing أنتجت التربة "أنظف قليلا"⁶. كما تم فصل POM من التربة باستخدام الجذب الكهربائي^10،11 التي يتم عزل الجسيمات العضوية عن طريق تمرير سطح مشحون كهربائيا فوق التربة. نجحت طريقة الجذب الكهروستاتيكية في استعادة POM ، ويشار إليها باسم الجسيمات العضوية بالطبع ، من التربة المجففة المنخلة (> 0.315 مم) مع تكرار إحصائي مماثل لطرق أخرى من حجم وكثافة الكسر¹⁰.

هنا نحن نبين كيف يمكن استخدام الجذب الكهربائي لإزالة POM من أحجام تتراوح بين مرئية إلى مجهرية. على عكس الطرق الأخرى المبلغ عنها ، فإن الجذب الكهربائي للتربة الدقيقة يزيل أيضا جزءا صغيرا من التربة المعدنية والمجمعة التي تشبه بشكل واضح التربة المتبقية. وبالنظر إلى نتائجنا حتى الآن، من المعقول افتراض أن إزالة جزء صغير من التربة غير التربة غير بوم لن يكون له تأثير كبير على التحليلات النهائية؛ ومع ذلك، ينبغي التحقق من هذا الافتراض لتربة معينة إذا كانت تتم إزالة نسب كبيرة من عينة التربة الإجمالية كهربائيا. تم تنفيذ الأساليب والأمثلة المقدمة هنا على التربة الطمي loam loess من بيئة شبه قاحلة.

قد لا تكون هذه الطريقة مناسبة لجميع أنواع التربة ولكن لها مزايا كونها سريعة وفعالة في إزالة المواد العضوية الجسيمية صغيرة جدا لإزالة يدويا أو عن طريق تيار الهواء. سرعة العملية مهمة في الحد من التعب، وضمان الاتساق، وتشجيع تكرار أكبر لتحسين دقة الاستنتاجات. بالإضافة إلى ذلك، فإن القدرة على إزالة الجسيمات الصغيرة جدا مهمة في تجنب التحيز نحو التربة ذات أحجام الجسيمات الكبيرة بدلا من الصغيرة.

البروتوكول

1. إعداد التربة

1. جمع عينات التربة إلى العمق المطلوب. جفف التربة بدقة عند 40 درجة مئوية أو باتباع بروتوكولات قياسية خاصة بالمختبر.
2. غربال التربة من خلال منخل التربة المناسبة الحجم للحصول على ما يقرب من 10-25 غرام من التربة منخل. تستخدم العديد من الدراسات منخلا من عيار 1 أو 2 مم. وتستند كمية التربة إلى الكتلة المطلوبة لتحليلات المصب، وسوف تؤثر على عدد المرات التي تحتاج فيها خطوة الإزالة الكهروستاتيكية إلى تكرارها.
3. ضع التربة في مقلاة نظيفة وجافة أو زجاجية مسطحة القاع كبيرة بما يكفي لانتشار التربة رقيقة (قطرها 20 سم على الأقل). يهز بلطف المقلاة أفقيا لتوزيع التربة بالتساوي في طبقة رقيقة قدر الإمكان.

2. شحن سطح كهربائي

1. عقد 100 مم قطرها الزجاج أو البوليسترين بيتري طبق أعلى أو أسفل في يد واحدة وفرك بقوة السطح الخارجي مع قطعة نظيفة من قماش النايلون, قطعة قماش القطن, أو رغوة البوليسترين عدة مرات. قم بإجراء الشحن السطحي بعيدا عن العينة لمنع إدخال شظايا النسيج في العينة.
2. تفقد سطح طبق بيتري للتأكد من نظافته.

3. إزالة الجسيمات العضوية

1. خفض السطح المشحون إلى داخل 0.5 سم إلى 2 سم فوق التربة وتحريكه أفقيا لالتقاط أكبر قدر ممكن من المواد الجسيمية. ويمكن ملاحظة جاذبية إلى السطح بصريا ومسموما.
2. عندما طبق بيتري لم يعد يجذب جزيئات إضافية، نقل الطبق بعيدا عن العينة.

4. تنظيف السطح الكهروستاتيكي

1. عقد السطح المشحون على طبق جمع واستخدام فرشاة غرامة لنقل المواد جذبت كهربائيا من سطح طبق بيتري في طبق جمع. فرشاة شعر الإبل تعمل بشكل جيد.

5. كرر حتى ينخفض العائد من الجسيمات

1. كرر الخطوات من 2 إلى 4 حتى ينخفض عدد جزيئات المادة العضوية التي يتم التقاطها. إعادة توزيع عينة التربة عن طريق اهتزاز أفقي للمقلاة التربة لفضح مواد جديدة على السطح ومواصلة جمع الكهروستاتيكي.
   ملاحظة: نقطة النهاية عشوائية وتعتمد على حكم الباحث. ويعطي فحص السطح المشحون بعد التعرض للتربة مؤشرا بصريا على ما إذا كانت كمية كبيرة من الجسيمات العضوية لا تزال تزال من التربة. المنتجات النهائية هي التربة ذات المحتوى المنخفض من الجسيمات ، وPOM المركزة التي تحتوي على كمية صغيرة من التربة إزالة كهربائيا.

النتائج

وتستند النتائج المعروضة هنا إلى تحليل تربة الطمي من المواقع الزراعية في شمال غرب المحيط الهادئ(الجدول 1). تم جمع التربة إلى أعماق 0-20 سم أو 0-30 سم، وجفت في 40 درجة مئوية، ومرت من خلال منخل 2 ملم، وعولجت باستخدام سطح البوليسترين مشحون بقطعة قماش من النايلون.

كمية التربة إزالة كهربائيا من عينة متنوعة. تمت إزالة حوالي 1٪ إلى 6٪ من إجمالي كتلة التربة(الجدول 2). وفي جميع الحالات، كانت نسبة العينة ج...

المناقشة

كانت طريقة الجذب الكهربائي فعالة في إزالة POM من تربة الطمي. الطريقة الموصوفة هنا تختلف قليلا عن Kaiser، وآخرون¹⁰ التي استخدمت مزيجا من الزجاج / القطن. عالجنا جميع ما عدا أرقى كسر التربة واستخدام البوليسترين بدلا من الزجاج بسبب الفرق triboelectric، والتي للبوليسترين / النايلون هو 100 nC / J مقارنة مع الزجاج / القطن في 20 nC/J¹². وقد أثبتت الزجاج والرغوة البوليسترين فعالة ومريحة في تجربة أكثر حداثة. ويمكن أن تكون الرطوبة النسبية لمنطقة التخزين ومساحة العمل مشكلة في بعض الموا...

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
شعر
، رغوة البوليسترين الزجاجية أو البلاستيكية
، القطن أو النايلون
التربة المناخل