مقالة منهجية

تصميم وبناء إعداد تجريبي لتعزيز التجوية المعدنية من خلال نشاط الكائنات الحية في التربة

4.4K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/65563

⸱

نوفمبر 10, 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Soil Biology Group, Wageningen University & Research, 2Soil Chemistry and Chemical Soil Quality, Wageningen University & Research, 3Department of Earth Sciences, Uppsala University, 4Institute for Geology, Center for Earth System Research and Sustainability, University of Hamburg, 5Tupola, Wageningen University & Research, 6IDLab - Department of Computer Science, University of Antwerp - imec, 7Plants and Ecosystems (PLECO), Biology Department, University of Antwerp, 8Research Group of Sustainable Energy, Air and Water Technology, University of Antwerp, 9Department of Mathematics, University of Antwerp - imec

في هذه المقالة

ملخص

نقدم هنا بناء وتشغيل إعداد تجريبي لتعزيز التجوية المعدنية من خلال نشاط الكائنات الحية في التربة مع التلاعب في نفس الوقت بالمتغيرات اللاأحيائية المعروفة بتحفيز التجوية. تتم مناقشة النتائج التمثيلية من أداء الإعداد وتحليل العينات جنبا إلى جنب مع نقاط التحسين.

الملخص

التجوية المحسنة (EW) هي تقنية ناشئة لإزالة ثاني أكسيد الكربون (CO2) يمكن أن تساهم في التخفيف من تغير المناخ. تعتمد هذه التقنية على تسريع العملية الطبيعية للتجوية المعدنية في التربة من خلال التلاعب بالمتغيرات اللاأحيائية التي تحكم هذه العملية ، ولا سيما حجم الحبوب المعدنية والتعرض للأحماض الذائبة في الماء. تهدف الحرب الإلكترونية بشكل أساسي إلى تقليل تركيزات CO2 في الغلاف الجوي عن طريق تعزيز عزل الكربون غير العضوي. حتى الآن ، تم اكتساب المعرفة ب EW بشكل أساسي من خلال التجارب التي ركزت على المتغيرات اللاأحيائية المعروفة بتحفيز التجوية المعدنية ، وبالتالي إهمال التأثير المحتمل للمكونات الحيوية. في حين أنه من المعروف أن البكتيريا والفطريات وديدان الأرض تزيد من معدلات التجوية المعدنية ، فإن استخدام الكائنات الحية في التربة في سياق الحرب الإلكترونية لا يزال غير مستكشف.

يصف هذا البروتوكول تصميم وبناء إعداد تجريبي تم تطويره لتعزيز معدلات التجوية المعدنية من خلال كائنات التربة مع التحكم في الظروف اللاأحيائية في نفس الوقت. تم تصميم الإعداد لزيادة معدلات التجوية مع الحفاظ على نشاط الكائنات الحية في التربة. وهو يتألف من عدد كبير من الأعمدة المملوءة بمسحوق الصخور والمواد العضوية ، وتقع في غرفة المناخ والمياه المطبقة عبر نظام الري السفلي. توضع الأعمدة فوق الثلاجة التي تحتوي على صفائح لجمع المادة المرتشحة. تظهر النتائج التمثيلية أن هذا الإعداد مناسب لضمان نشاط كائنات التربة وتحديد تأثيرها على عزل الكربون غير العضوي. لا تزال هناك تحديات في تقليل خسائر المادة المرتشحة ، وضمان التهوية المتجانسة من خلال غرفة المناخ ، وتجنب فيضان الأعمدة. مع هذا الإعداد ، يقترح نهج مبتكر وواعد لتعزيز معدلات التجوية المعدنية من خلال نشاط الكائنات الحية في التربة وفصل تأثير العوامل الحيوية وغير الحيوية كمحركات للحرب الإلكترونية.

المقدمة

التجوية المحسنة (EW) هي تقنية جديدة نسبيا ومنخفضة التقنية لإزالة ثاني أكسيد الكربون (CDR) مع إمكانات كبيرة للتخفيف من تغير المناخ1،2،3. يعتمد مبدأ هذه التقنية على تسريع عملية التجوية المعدنية الطبيعية في التربة ، مما يؤدي إلى عزل ثاني أكسيد الكربون (CO2) ككربون غير عضوي (IC) 3. يهدف التجوية المحسنة إلى زيادة عزل IC عن طريق تحسين العوامل التي تحكم التجوية المعدنية بشكل مصطنع ، وبالتالي تعزيز السرعة التي يحدث من خلالها التجوية للمقاييس الزمنية ذات الصلةبالإنسان 3. لكي تكون الحرب الإلكترونية أكثر فاعلية ، يتم طحن معادن السيليكات سريعة التجوية إلى مسحوق مع توزيع حجم الحبوب في نطاق ميكرومتر إلى ملليمتر للوصول إلى مساحة سطح عالية التفاعلفي نطاق ~ 1 م2 · جم -1 3,4.

حتى الآن ، تم توفير المعرفة حول EW بشكل أساسي من خلال التجارب التي تركز على العوامل اللاأحيائية التي تحكم معدلات إذابة المعادن5. وتشمل هذه التفاعل المعدني ومساحة السطح ، ودرجة الحرارة ، وتكوين المحلول ، ووقت الإقامة المائية ، والحموضة4،6،7 ، ولكن لا يزال يتعين إجراء البحوث في هذا السياق. إلى جانب تأثرها بالعوامل اللاأحيائية ، تتشكل النظم الطبيعية ، والتربة على وجه الخصوص ، من قبل عدد كبير من الكائنات الحية ، بدءا من الميكروبات إلى الكبيرة مثل ديدان الأرض. على الرغم من أن بعض الدراسات أظهرت تأثيرا ضئيلا أو معدوما للنشاط الحيوي للذوبان المعدني8،9،10 ، فقد قدمت دراسات أخرى دليلا على أن الكائنات الحية في التربة مثل البكتيريا 11،12 والفطريات13،14 وديدان الأرض15،16 يمكن أن تزيد من معدلات التجوية المعدنية. لذلك ، يمكن أن تكون المكونات الحيوية مفتاحا لفهم إمكانات عزل IC الفعلية ل EW5.

أول آلية شائعة يمكن من خلالها لكائنات التربة تسريع إذابة المعادن هي عن طريق إطلاق CO2 أثناء التنفس ، مما يزيد من تحمض التربة17. إلى جانب ذلك ، يمكن للبكتيريا والفطريات زيادة التجوية المعدنية عن طريق نضح البروتونات والمخلبات والأحماض العضوية والإنزيمات ، وكلها تعزز ذوبان المعادن18،19،20،21. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي الاستخلاب من خلال مجموعات الكربوكسيل والهيدروكسيل إلى اختلال توازن الأيونات ، ونقل العناصر بعيدا عن أسطح المعادن وخفض حالات التشبع20,22. هذا يمكن أن يؤدي إلى تكوين معادن ثانوية أقل وكفاءة أعلى للحرب الإلكترونية. علاوة على ذلك ، من خلال التغذية على جزيئات التربة ، يمكن للتأثيرات القوية لجدران جسم ديدان الأرض أن تكسر الحبوب المعدنية إلى جزيئات أدق ، مما يزيد من مساحة سطحها التفاعليةالمتاحة 23. يمكن للميكروبات التي تعيش في أمعاء ديدان الأرض والفضلات الطازجة أن تهاجم هذه الجسيمات الأصغر ، مما يزيد من إفراز الأحماض العضوية والإنزيمات24,25. من خلال نشاط الحفر ، بالإضافة إلى المساهمة في خلط الجسيمات العضوية والمعدنية ، تخلق ديدان الأرض أيضا مسام كبيرة يمكن أن تسمح بتدفق المياه لتجاوز مساحة المسام المشبعة17. هذا يمكن أن يمكن الماء من التفاعل مع الأسطح المعدنية المختلفة وتعزيز معدل ملامسة المياه والصخور.

حتى الآن ، لم يتم إنشاء أي إعداد لدراسة معدلات EW وبالتالي عزل IC باستخدام كائنات التربة مع ضمان إمكانية تحسين الظروف اللاأحيائية المختلفة ذات الصلة ، مثل مدخلات المياه ودرجة الحرارة ونوع المعدن وحجم الحبوب المعدنية. هنا ، يتم تقديم تصميم وشرح خطوات البناء لإعداد مبتكر يهدف إلى زيادة معدلات الحرب الإلكترونية من خلال نشاط كائنات التربة في mesocosms الصغيرة. يتكون الإعداد التجريبي من 203 أعمدة (طول 15 سم ، قطر 7 سم) موضوعة في غرفة مناخية (4.54 م × 2.72 م) عند 25 درجة مئوية لمدة 8 أسابيع. تنقسم الأعمدة ال 203 إلى 10 مجموعات من 18 ومجموعتين من 10 لتناسب غرفة المناخ. يتم استخدام إحدى المجموعتين المكونة من 10 أعمدة للسماح بإدراج ثلاثة أعمدة أخرى تستخدم كفراغات. يتم وضع كل مجموعة فوق الثلاجة ويعلوها نظام ري يمكن التحكم فيه عن بعد ، والذي يسمح بمعدلات ري متغيرة داخل الثلاجات وفيما بينها. يتم جمع المادة المرتشحة لكل عمود في وعاء محفوظ عند درجة حرارة ثابتة في الثلاجة (الشكل 1). تجمع ثلاجة واحدة المادة المرتشحة لمجموعة من الأعمدة ، مما يعني أنه يمكن اعتبار ثلاجة واحدة نظاما واحدا من 18 أو 10 أعمدة. لذلك، يمكن ضبط عدد الأعمدة في هذا الإعداد التجريبي وفقا للمتطلبات التجريبية بحد أقصى 203 عمودا.

figure-introduction-1
الشكل 1: منظر جانبي تخطيطي للإعداد يظهر 5 أعمدة ولكن مع الأخذ في الاعتبار نظاما مكونا من 18 عمودا. الإطار الذي يحمل الأعمدة مصنوع من ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ ومسامير الفولاذ المقاوم للصدأ وألواح الأكريليك. يتم وضع الأعمدة في منتصف الإطار ويعلوها نظام الري. أسفل الأعمدة ، يتم توصيل القمع بصفائح المياه عبر الأنابيب لجمع المادة المرتشحة. توجد صفائح المياه في الثلاجة التي تحمل النظام بأكمله. يمكن فتح الثلاجة عن طريق رفع الغطاء. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

في هذا الإعداد ، يضمن استخدام مساحيق صخور السيليكات ذات أحجام الحبوب المحددة إمكانية الوصول إلى معدلات تجوية عالية ، في حين أن التلقيح بالبكتيريا والفطريات وديدان الأرض المختارة على وجه التحديد يمنح النشاط الحيوي في هذا النظام الاصطناعي. يتيح الإعداد القياس الكمي المتزامن للكربون المحتجز في العينات الصلبة والسائلة عن طريق قياس كل من IC المذاب والصلب ، وكذلك القلوية الكلية (TA). إلى جانب ذلك ، يمكن قياس المعلمات الأخرى مثل الأس الهيدروجيني والتوصيل الكهربائي (EC) والأيونات في المادة المرتشحة كمؤشرات للتجوية. يسمح هذا الإعداد أيضا بتقييم تأثير بقاء الكائنات الحية في التربة ونشاطها. أظهرت النتائج التمثيلية لإثبات مدى ملاءمة هذا البروتوكول لبناء إعداد حيث يتم اشتقاق الزيادات في معدلات التجوية ليس فقط من العوامل اللاأحيائية ولكن أيضا من العوامل الحيوية.

البروتوكول

أدناه ، يتم وصف بروتوكول مفصل لبناء الأجزاء المختلفة من الإعداد مع الأخذ في الاعتبار نظام من 18 عمودا.

1. بناء الإطار الذي يحمل الأعمدة

  1. قم بإعداد ألواح الأكريليك لتثبيت نظام الري والأعمدة والممرات والأنابيب لجمع المادة المرتشحة.
    1. قطع ثلاث ألواح أكريليك (ألواح أكريليك 1-3) بأبعاد 63 سم × 67 سم ولوحة أكريليك واحدة (لوح أكريليك 4) بأبعاد 45 سم × 56 سم.
    2. على كل لوحة أكريليك ، قم بقطع 18 حفرة باتباع التعليمات الواردة في الخطوات أدناه.
      1. صفيحة أكريليك 1 – صفيحة علوية: تقطع ثقوبا قطرها 0.7 سم لإدخال أنابيب نظام الري لاحقا.
      2. لوحة أكريليك 2 - ثانية من اللوحة العلوية: قطع ثقوب قطرها 8 سم لإدخال الأعمدة لاحقا (الشكل 2).
      3. لوحة أكريليك 3 - ثانية من اللوحة السفلية: قطع ثقوب قطرها 1.2 سم لإدخال القمع لاحقا.
      4. صفيحة أكريليك 4 – صفيحة سفلية: تقطع ثقوبا بقطر 1.2 سم لإدخال الأنابيب البلاستيكية التي تجلب المادة المرتشحة إلى صفائح المياه لاحقا.
    3. بالإضافة إلى ذلك ، قم بقطع ثقب واحد بقطر 1.1 سم في كل زاوية وثقب واحد بقطر 1.1 سم على جوانب ألواح الأكريليك 1-3 لإدخال مسامير الفولاذ المقاوم للصدأ.
    4. لكل لوحة أكريليك ، اطبع ملصقات بلاستيكية بأرقام الأعمدة (1-18) باستخدام طابعة ملصقات وألصقها أسفل الفتحة المعنية.
      ملاحظة: يساعد لصق الملصقات على ألواح الأكريليك 2 و 3 و 4 وفقا لعدد الأعمدة ال 18 في وضع الأجزاء المختلفة من الإعداد في موقعها الخاص أثناء التثبيت.
  2. استخدم ألواح ومسامير من الفولاذ المقاوم للصدأ لتثبيت ألواح الأكريليك.
    1. خذ ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ المصممة خصيصا ، والتي تم تصنيعها وفقا للتصميم الموضح في الشكل 3 بأبعاد 63.6 سم × 67.3 سم × 4 سم وسمك 1.5 مم.
    2. حفر ثقوب بقطر 1.1 سم في كل زاوية وعلى جانبي كل لوحة من الفولاذ المقاوم للصدأ.
    3. خذ مسامير من الفولاذ المقاوم للصدأ (طولها 50 سم).
    4. أدخل ألواح الأكريليك باتباع الترتيب من أعلى إلى أسفل لألواح الأكريليك 1 (أنابيب الري) و 2 (الأعمدة) و 3 (القمع) على مسامير الفولاذ المقاوم للصدأ. استخدم صواميل سداسية وحاملتي غسالة لكل زاوية للحفاظ على لوحة الأكريليك في مكانها.
      ملاحظة: حافظ على مسافة كافية بين كل لوحة أكريليك لإدخال المكونات المختلفة لاحقا. حافظ على مسافة ~ 19.5 سم من لوحة الأكريليك 1 إلى لوحة الأكريليك 2 ، ~ 10.5 سم من لوحة الأكريليك 2 إلى لوحة الأكريليك 3 ، و ~ 16.5 سم من لوحة الأكريليك 3 إلى لوحة الأكريليك 4.
    5. قم بتركيب ألواح علوية وسفلية من الفولاذ المقاوم للصدأ على مسامير الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام صواميل سداسية وحاملتي غسالة لكل زاوية.
    6. ضع النظام بأكمله فوق الثلاجة بعد اكتمال بناء نظام الثلاجة.

figure-protocol-1
الشكل 2: منظر علوي تخطيطي لتصميم لوحة الأكريليك 2 حيث يتم وضع الأعمدة. تشير التسميات المرقمة إلى المكان الذي يجب وضع الأعمدة المقابلة فيه. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-protocol-2
الشكل 3: تصميم ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ . (أ ، ب) اللوحة العلوية. (ج، د) اللوحة السفلية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. بناء نظام الثلاجة لجمع المادة المرتشحة

  1. قم بإعداد الثلاجة لوضع الجراكن في الجراكن.
    1. أخرج كلا الغطاءين من الثلاجة واستبدل الغطاء الخلفي بلوحة أكريليك 4.
      ملاحظة: بمجرد التثبيت ، لا يفترض إزالة لوحة الأكريليك هذه. للعمل داخل الثلاجة ، قم بإزالة الغطاء الأمامي عن طريق رفعه.
    2. ضع الثلاجة في غرفة المناخ وقم بتوصيلها.
    3. اضبط درجة حرارة الثلاجة على 4 درجات مئوية وضع مسجل بيانات داخل الثلاجة.
    4. أغلق الثلاجة بالغطاء الأمامي.
    5. راقب البيانات المسجلة بواسطة مسجل البيانات بين عشية وضحاها. إذا انحرفت درجة الحرارة عن القيمة المطلوبة ، فقم بإزالة الشبكة الموجودة أسفل الثلاجة واضبط درجة الحرارة. كرر هذا الإجراء حتى يتم الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة.
  2. استخدم أنابيب البولي فينيل كلوريد (PVC) لتوصيل القمع بجراكن المياه.
    1. قطع 18 أنبوب PVC (القطر الداخلي 0.8 سم) بطول مناسب للوصول إلى كل وعاء من الممرات المختلفة وفقا للأرقام المعنية.
      ملاحظة: يتراوح الطول من 38 سم كحد أدنى لأقصر أنبوب إلى 81 سم كحد أقصى لأطول أنبوب.
    2. شطف الأنابيب في نصف الماء قبل استخدامها لأول مرة ؛ في أي حالة أخرى ، انقعها لمدة 4 أيام في 50 لترا من الماء حيث تم تخفيف 30 جم من منتج حامض الستريك لإزالة رواسب الكربونات. بعد ذلك ، اشطف الأنابيب مرة أخرى بماء ديمي.
      تنبيه: حتى لو كان منتج حامض الستريك آمنا للاستخدام ، تجنب ملامسة العينين وملامسة الجلد لفترة طويلة باستخدام تدابير الحماية المناسبة.
      ملاحظة: في حالة توفر مياه فائقة النقاء ، يفضل استخدامها بدلا من الماء النصفي.
    3. دع الأنابيب تجف في الهواء لمدة 24 ساعة.
    4. أدخل الأنابيب في لوحة الأكريليك 4 وفقا لأرقام كل منها.
  3. قم بتركيب مسارات لتوجيه المادة المرتشحة إلى جراكن المياه.
    1. امسح 18 قمعا بالإيثانول قبل استخدامها لأول مرة ؛ في أي حالة أخرى ، اتبع نفس الإجراء المنصوص عليه لأنابيب PVC.
      تنبيه: الإيثانول قابل للاشتعال ويمكن أن يسبب تهيج العينين والجلد والجهاز التنفسي والدوخة والتنفس الضحل. الإيثانول ضار عن طريق الابتلاع أو الاستنشاق أو امتصاص الجلد.
    2. أدخل القمع في لوحة الأكريليك 3 وقم بتوصيلها بالأنابيب المعنية وفقا لأرقامها.
  4. تركيب صفائح لجمع المادة المرتشحة.
    1. خذ 10 صفائح من البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) بسعة 10 لتر و 8 صفائح HDPE بسعة 5 لتر.
      ملاحظة: تستخدم صفائح سعة 5 لترات لمعدلات الري المنخفضة ، بينما تستخدم صفائح سعة 10 لترات لمعدلات الري العالية (انظر الجدول 1). يتم اختيار الجراكن في HDPE لأن هذه المادة خاملة كيميائيا.
    2. تمييع 50 مل من صابون غسالة الصحون في 10 لتر ماء الصنبور. شطف الجراكن مرة واحدة مع هذا الحل ، مرة واحدة مع ماء الصنبور ، ومرة واحدة مع ديمي الماء. كرر إجراء التنظيف هذا قبل أي استخدام آخر.
      ملاحظة: في حالة توفر مياه فائقة النقاء ، يفضل استخدامها بدلا من الماء النصفي.
    3. دع الجراكن تجف في الهواء لمدة 24 ساعة.
    4. احفر ثقبا في غطاء كل وعاء قطره 1.2 سم لإدخال الأنبوب البلاستيكي لجمع المادة المرتشحة.
    5. أغلق الجراكن بالغطاء المعني.
    6. ضع الجراكن في الثلاجة إلى طبقتين باتباع المخطط الموضح في الشكل 4 مع توصيل الأنابيب بصفائح المياه في نفس الوقت.

figure-protocol-3
الشكل 4: نظرة عامة تخطيطية على الجراكن داخل الثلاجة إلى طبقتين مكدستين ، الطبقة السفلية (الجانب الأيسر) والطبقة العليا (الجانب الأيمن). تشير الدوائر السوداء إلى اتجاه الأغطية ، بينما تشير المستطيلات الزرقاء والخضراء إلى 10 لتر و 5 لتر من الجراكن ، على التوالي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

3. بناء الأعمدة ونظام الشبكة

  1. استخدم أعمدة PVC كميزوكوزمات لاحتضان مسحوق الصخور والكائنات الحية في التربة
    1. قطع الأنابيب البلاستيكية إلى 18 عمودا بطول 15 سم.
    2. قم بتنظيف الأعمدة التي تتبع الإجراء 1 إذا كان للاستخدام الأول والإجراء 2 في أي حالة أخرى.
      1. الإجراء 1:
        1. نقع الأعمدة في ديمي الماء لمدة 48 ساعة.
          ملاحظة: في حالة توفر مياه فائقة النقاء ، يفضل استخدامها بدلا من الماء النصفي.
        2. شطف الأعمدة مع ديمي الماء. تجفيف ومسح الأعمدة مع الإيثانول.
        3. قم بترقيم الأعمدة باستخدام الملصقات أو مباشرة بعلامة على الأنبوب.
      2. الإجراء 2:
        1. نقع الأعمدة في الماء لمدة 1 يوم.
        2. استخدم الفرشاة لفرك أي بقايا تجريبية.
        3. تجفيف ومسح الأعمدة مع الإيثانول.
  2. استخدم الحلقات الوسطى لتثبيت الأعمدة فوق مسارات التحويل.
    1. باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد ، صمم حلقة (قطرها 8.5 سم وسمك 0.5 سم). تأكد من رسم حلقة أخرى في الأسفل تتناسب مع فتحات لوحة الأكريليك 2 لمزيد من ثبات الأعمدة (الشكل 5).
    2. اطبع 18 حلقة باستخدام الطابعة ثلاثية الأبعاد باستخدام مادة البولي يوريثين الحرارية (TPU) 95A.
    3. ضع الحلقات على الأعمدة في وضع يحافظ على الأعمدة 2-3 سم فوق القمع.
  3. استخدم نظاما شبكيا في الجزء السفلي من الأعمدة لتصفية المادة المرتشحة وتقليل خسائر الجزيئات.
    1. قطع الشبكة (حجم المسام 10 ميكرومتر و 20 ميكرومتر) إلى مربعات 12 سم × 12 سم.
    2. نقع الشبكة في الماء النقي لمدة 2 أيام. اترك الشبكة لتجف في الهواء.
    3. في الجزء السفلي من العمود ، ضع الشبكة الأولى من 20 ميكرومتر. ضع طبقة 1 سم من الخرز البلاستيكي فوق شبكة 20 ميكرومتر.
    4. ضع الشبكة الثانية التي يبلغ طولها 10 ميكرومتر فوق شبكة 20 ميكرومتر وطبقة الخرز البلاستيكي.
    5. ضع وصلتي كابل للحفاظ على نظام الشبكة في مكانه. شد روابط الكابلات وقطع حوافها.
      ملاحظة: يوضح الشكل 6 كيفية تجميع نظام الشبكة في أسفل العمود.
  4. استخدم شبكة علوية لتجنب هروب ديدان الأرض.
    1. قطع شبكة حجم المسام 1 مم إلى مربعات من 12 سم × 12 سم.
    2. بمجرد ملء الأعمدة بمسحوق الصخور ، وإدخال ديدان الأرض (القسم 7) ، ضع الشبكة أعلى الأعمدة.
      ملاحظة: يجب وضع هذه الشبكة أعلى الأعمدة لمنع ديدان الأرض من الهروب من الأعمدة. في حالة عدم إدخال ديدان الأرض ، لا يزال يوصى باستخدام هذه الشبكة للحفاظ على نفس الظروف لجميع الأعمدة.
    3. ضع شريطا مطاطيا حول الشبكة لإبقائها في مكانها.

figure-protocol-4
الشكل 5: نموذج الحلقة لعقد أعمدة الطابعة 3D. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-protocol-5
الشكل 6: مخطط بناء نظام الشبكة في أسفل العمود. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

4. إنشاء نظام الري

  1. تصميم وإنشاء رشاشات لنشر المياه بالتساوي على الأعمدة
    1. باستخدام طابعة 3D ، قم بعمل تصميم للرشاش باتباع النموذج والأبعاد النسبية الموضحة في الشكل 7.
    2. اطبع 18 رشاشا باستخدام الطابعة ثلاثية الأبعاد باستخدام مادة TPU 95A.
      ملاحظة: بعد الطباعة ، اترك الرشاشات تجف لمدة 24 ساعة على الأقل قبل إدخالها في خراطيم PE الصغيرة لتجنب كسرها.
  2. تثبيت نظام الري: الصمامات والأنابيب.
    1. قم بربط قطعتين من الأنف في مقدمة صمامين من الملف اللولبي ، وقم بربط وصلتين إضافيتين على شكل حرف T في الجزء الخلفي من صمامات الملف اللولبي.
      ملاحظة: إذا أراد المرء أن ينتهي خرطوم المياه بهذا النظام ولا يستمر في الأنظمة الأخرى ، فقم بربط الجزء الخلفي من الصمام الذي سيتم وضعه في نهاية الثلاجة بتركيب مكون إضافي مع وصلتين بدلا من تركيب المكونات الإضافية على شكل حرف T. بهذه الطريقة ، ينتهي اتصال المياه هنا.
    2. قم بتركيب صمامي الملف اللولبي على جانب واحد من اللوحة العلوية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ.
      ملاحظة: يتحكم صمام واحد في أنبوب ري واحد ، والذي بدوره يروي 8 أو 10 أعمدة من إجمالي 18 عمودا.
    3. قطع أنبوب الري منخفض الكثافة من البولي إيثيلين (LDPE) إلى أنبوبين بطول 53 سم.
    4. أغلق جانبا واحدا من كل أنبوب بغطاء طرفي.
    5. لف الطرف الآخر من الأنابيب بشريط بولي تترافلورو إيثيلين (PFTE) وقم بتوصيله بصمامات الملف اللولبي.
    6. اصنع 8 ثقوب في أنبوب الري الأول بالقرب من مقدمة الثلاجة وقم بعمل 10 ثقوب في أنبوب الري الثاني بعيدا عن مقدمة الثلاجة.
      ملاحظة: من المهم جدا عمل الثقوب باستخدام لكمة يدوية ، لأن هذا ضروري لتحديد المواقع الصحيحة وعمل منظمات الضغط. لا ينصح باستخدام أدوات أخرى كمثقاب.
    7. أدخل منظمات الضغط في فتحات الأنبوبين.
    8. قطع خرطوم البولي إيثيلين الصغير (PE) إلى 18 أنبوبا صغيرا بطول 20 سم للوصول إلى الأعمدة من أنبوب الري وإرفاقها بمنظمات الضغط.
    9. أدخل الأنابيب الصغيرة في ثقوب لوحة الأكريليك 1.
    10. أدخل الرشاشات في الأنابيب الصغيرة أفقيا على سطح الأعمدة.
      ملاحظة: إذا واجه المرء مشاكل في نظام الري (على سبيل المثال ، انسداد في تدفق المياه أو تدفق المياه الذي لا يمكن السيطرة عليه) ، فقد يكون ذلك بسبب: (أ) خلل في الصمامات ، (ب) الجسيمات المتبقية في الأنبوب ؛ (ج) شريط PFTE غير ملفوف بشكل صحيح حول نهاية الأنبوب. بالنسبة للنقطة أ ، استبدل الصمام. بالنسبة للنقطتين b و c ، تأكد من تنظيف الأنابيب قبل البدء في سقي الأعمدة وعدم تعليق أي بقايا من شريط PFTE من الأنبوب على التوالي. من المهم تجنب أي نقل للجزيئات التي يمكن أن تمنع الصمام من العمل بشكل صحيح.
  3. قم بإعداد الاتصال لنقل المياه.
    1. قطع خرطوم البولي يوريثين (PU) إلى ثلاثة خراطيم مختلفة لتوصيل المياه. تختلف الأطوال الدقيقة للخراطيم حسب تصميم النظام والغرفة. استخدم الخرطوم الأول لتوصيل قطعة T من الصمام الأول بالصنبور ، والخرطوم الثاني لتوصيل قطع T لكل صمام ، والخرطوم الثالث لتوصيل قطعة T من الصمام الثاني بالنظام التالي.
      ملاحظة: إذا لم تكن هناك حاجة للاتصال بالنظام التالي ، فإن قطع الخرطوم الثالث غير ضروري.
    2. قم بتوصيل خراطيم البولي يوريثان بتركيبات المكونات الإضافية على شكل حرف T الموجودة في الجزء الخلفي من صمامات الملف اللولبي.
    3. قم بتوصيل خرطوم PU للصمام الأول بالصنبور عن طريق شد تركيبات المكونات الإضافية بوصلتين على حلقة المحول.
    4. افتح الصنبور للسماح بتدفق المياه إلى الأنابيب.
  4. قم بتثبيت نظام التحكم وإعداد الاتصال بنظام الري.
    1. قم بتوصيل وحدة التحكم الممكنة عبر الويب ووحدة التوسعة ذات الثمانية مرحلات ومصدر طاقة السكة. ضعها في حاوية البولي باتباع التعليمات المقدمة من الشركة المصنعة.
      ملاحظة: وحدة تحكم معيارية واحدة تتوافق مع جهاز واحد ، والذي بدوره يتحكم في ثمانية مرحلات. يتحكم مرحل واحد في فتح وإغلاق صمام واحد محدد.
    2. قم بتوصيل الصمامين ببعضهما البعض باستخدام الكابلات الكهربائية ، وقم بتوصيل كابل الطاقة بكل صمام.
    3. قم بتوصيل الطرف الآخر من كبل الطاقة بوحدة التحكم الممكنة للويب.
    4. قم بتوصيل كل شيء بقابس كهربائي وقم بإجراء اتصال بالإنترنت لوحدة التحكم الممكنة على الويب.
  5. قم بإعداد التحكم عبر الإنترنت في إعدادات الري لتعيين معدلات الري.
    1. اتبع الإرشادات المقدمة من قبل الشركة المصنعة للتكوين والإعداد. للبرمجة والاختبار ، استخدم متصفح الويب.
    2. انتقل إلى http://10.73.10.250/setup.html.
    3. استخدم اسم مستخدم وكلمة مرور لتسجيل الدخول.
    4. في القائمة اليسرى ، انتقل إلى التحكم / المنطق ثم إلى المهام / الوظائف.
    5. يتحكم مرحل واحد في فتح وإغلاق صمام واحد. لكل مرحل ، هناك مهمتان ، إحداهما تقوم بتشغيل التتابع (الصمام مفتوح) ، والأخرى توقف تشغيل التتابع (الصمام مغلق). لتغيير إعداد كل مهمة ، انقر فوق تحرير.
      1. عندما يتم تعيين مهمة التتابع ، قم بتعيين التاريخ والوقت الذي يجب أن يبدأ فيه التتابع العمل بالنقر فوق تاريخ البدء ووقت البدء (على سبيل المثال ،4 مايو 2022 الساعة 7:45:00 ؛ انظر الشكل 8). لضبط تردد الري ، انقر فوق تعيين تكرار وتكرار كل (على سبيل المثال ، يوميا كل يوم (أيام) 1 لتكرار الري مرة واحدة في اليوم ؛ انظر الشكل 8). لتعيين التاريخ الذي يتوقف فيه التتابع عن العمل ، انقر فوق إنهاء تاريخ التكرار (على سبيل المثال ، 20مايو 2022 الساعة 23:59:59 ؛ انظر الشكل 8).
      2. عندما يتم تعيين مهمة التتابع ، اضبط الوقت الذي يجب أن يتوقف فيه التتابع عن العمل. يعتمد هذا على معدل الري بالمياه المطلوب وتكرار الري ، على سبيل المثال ، ضبط الوقت على 7:46:30 للتكرار اليومي. هذا يعني أن التتابع يعمل لمدة دقيقة واحدة و 30 ثانية ، بكمية ماء تبلغ 50 مل في اليوم - 1 بتردد الري مرة واحدة في اليوم (انظر الجدول 1). تواريخ البدء والانتهاء هي نفس مهمة ضبط التتابع ، بالإضافة إلى تكرار الري.
    6. عند الانتهاء من إعداد كل مرحل ، تذكر النقر فوق حفظ التغييرات.
      ملاحظة: يجب ألا تعمل جميع المرحلات في وقت واحد ، لمنع التحميل الزائد على النظام. اترك دائما 30 ثانية على الأقل بين مهام المرحلات المختلفة (على سبيل المثال ، ينهي الترحيل 1 من الجهاز 1 مهمته في 07:46:30 ، ويبدأ الترحيل 2 من الجهاز 1 مهمته في 07:47:00).
    7. تحقق من أن إعدادات كل ترحيل لها نفس تاريخ البدء وتاريخ الانتهاء. يوضح الجدول 1 مثالا على الوقت اللازم لمعدلات الري المختلفة للمياه بترددات سقي مختلفة.
      ملاحظة: يسمح نظام الري بمزيد من معدلات الري بالمياه وترددات الري إلى جانب تلك المدرجة ، ولكن يجب اختباره لمعرفة المدة التي تحتاجها الصمامات للبقاء مفتوحة لكميات مختلفة من الماء. بالنسبة لمعدلات الري المدرجة في الجدول 1 ، لا يزال من الجيد التحقق من خلال الاختبار الأول ما إذا كان هذا صحيحا ، حيث قد يتغير وفقا لضغط المياه وتصميم النظام.

figure-protocol-6
الشكل 7: نموذج للرشاش لنظام الري بأبعاد نسبية . (أ) منظر علوي للرشاش. (ب) منظر جانبي للرشاش. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-protocol-7
الشكل 8: مثال على عرض إعدادات نظام الري لضبط التتابع. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

معدل الري بالمياه (مل·يوم-1)تردد الري (عدد المرات · اليوم -1)وقت التتابع للعمل (ق)
    
50		195
250
523
    
100		1190
2100
545
    
150		1280
2140
555

الجدول 1: مؤشرات الأوقات اللازمة لفتح الصمامات للسماح بمعدلات ري مياه مختلفة بترددات سقي مختلفة.

5. اختيار مساحيق الصخور والمواد العضوية والكائنات الحية في التربة

ملاحظة: بالنسبة لهذه التجربة ، يتم اختيار مساحيق الصخور والمواد العضوية والكائنات الحية في التربة بناء على التوافر والتواجد المحلي ومراجعة الأدبيات. بالإضافة إلى ذلك ، يتم اختيار الميكروبات بناء على عدم إمراضها ، والتي يحددها تصنيف القواعد الفنية للعوامل البيولوجية (TRBA)26،27،28. اعتمادا على سؤال البحث الدقيق ، يمكن تعديل هذه العوامل.

  1. حدد مساحيق الصخور للتجارب.
    ملاحظة: مساحيق الصخور التي تم اختيارها لهذه التجارب هي صخور فوق مافية ومافيك من تركيبات معدنية مختلفة ، مثل dunite و diabase. تحتوي كل صخرة على فئتين رئيسيتين من أحجام الحبوب ، دقيقة (نطاق ميكرومتر) وخشنة (نطاق ملليمتر).
  2. حدد المواد العضوية للتجربة.
    ملاحظة: المواد العضوية التي يتم اختيارها لهذه التجارب كمصدر غذائي للكائنات الحية في التربة هي قش القمح والهضم من السماد الطبيعي وبقايا الأعلاف الحيوانية.
  3. حدد البكتيريا للتجربة.
    ملاحظة: البكتيريا التي تم اختيارها لهذه التجارب هي Bacillus subtilis و Cupriavidus metallidurans. يتم الحصول على البكتيريا من معهد لايبنيتس DSMZ (ألمانيا).
    1. تنمو البكتيريا في مرق المغذيات ، وتتكون من باكتو الببتون (10 جم · L-1) ، مستخلص اللحوم (3 جم · L-1) ، وكلوريد الصوديوم (10 جم · L-1) يذوب في ماء عالي النقاء (18.2 متر مكعب) ، باتباع تعليمات المورد.
    2. الأوتوكلاف جميع وسائط الثقافة عند 121 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة قبل التلقيح بالثقافة القديمة (الحجم = 1٪ من الثقافة الجديدة).
    3. حدد كثافات الخلايا عن طريق عد الخلايا باستخدام مقياس الدم وتحقق من عدد الخلايا عبر قياس التدفق الخلوي.
      ملاحظة: استخدمت هذه الدراسة مقياس التدفق الخلوي المجهز بليزر بنفسجي (405 نانومتر) وأزرق (488 نانومتر) ، بمعدل تدفق 10 ميكرولتر / دقيقة ، وتم اكتشافه في قناة FL1 (EX 488 ، EM 525/40).
  4. حدد الفطريات للتجربة.
    ملاحظة: الفطريات التي تم اختيارها لهذه التجارب هي Knufia petricola و Suillus variegatus و Aerobasidium pullulans. يتم الحصول على الفطريات من معهد لايبنيتس DSMZ (ألمانيا) ، باستثناء K. petricola ، الذي يتم الحصول عليه من معهد Westerdijk (هولندا).
    1. تنمو مزارع الفطريات في مرق مستخلص الشعير ، الذي يتكون من مستخلص الشعير (20 جم · L-1)، D- (+)-جلوكوز (20 جم· L-1) ، والكازين هيدروليزات (3 جم · L-1) يذوب في ماء عالي النقاء (18.2 متر مكعب) ، باتباع تعليمات الموردين.
    2. الأوتوكلاف جميع وسائط الثقافة عند 121 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة قبل التلقيح بالثقافة القديمة (الحجم = 1٪ من الثقافة الجديدة). حدد كثافات الخلايا عن طريق عد الخلايا باستخدام مقياس الدم.
  5. حدد ديدان الأرض للتجربة.
    ملاحظة: ديدان الأرض التي تم اختيارها لهذه التجارب هي الأنواع الداخلية Aporrectodea caliginosa و Allolobophora chlorotica. تم جمع ديدان الأرض من حديقة De Blauwe Bergen بالقرب من جامعة Wageningen والأبحاث في هولندا (51 ° 58'51.8 "N 5 ° 39'38.0" E) قبل التجربة.

6. ملء الأعمدة

  1. تحديد قدرة الاحتفاظ بالماء (WHC) لمساحيق الصخور والمواد العضوية عن طريق تجفيف كل مادة أولا عند 105 درجة مئوية. ثم ضع المادة الجافة في وعاء وسجل الوزن. أضف الماء شيئا فشيئا حتى تصبح المواد مبللة بدرجة كافية وسجل الوزن النهائي. ثم يتم إعطاء WHC بواسطة المعادلة 1.
    figure-protocol-8 (1)
  2. طحن القش من خلال طاحونة 6 ملم.
  3. جفف المعادن والمواد العضوية في الفرن عند 40 درجة مئوية لمدة 2 أيام متتالية.
  4. تزن 400 غرام من المعادن و 10 غرام من المواد العضوية في وعاء.
    ملاحظة: يمكن تكييف الكميات وفقا للاحتياجات التجريبية ، ولكن يجب أن يتناسب خليط المواد داخل العمود.
  5. اضبط WHC على 80٪ وفقا لنوع المعدن وحجم الحبوب المعدنية والمصدر العضوي الموجود.
  6. خلط كل شيء بعناية مع ملعقة معدنية.
  7. املأ الأعمدة بالخليط.
  8. ضع الأعمدة المملوءة في غرفة المناخ في موقعها الخاص ، كما هو موضح في الشكل 2. إذا تعذر وضع الأعمدة على الفور في غرفة المناخ ، فقم بتخزينها عند 15 درجة مئوية ، وقم بتغطيتها بغطاء بلاستيكي لمنع فقد المياه والحد من التغيرات في الظروف الأولية.
    ملاحظة: أمسك الأعمدة في الأسفل وأدخلها بعناية في ألواح الأكريليك لتجنب فقدان محتوياتها. يوضح الشكل 9 بشكل تخطيطي الخطوات التي يجب اتباعها لملء الأعمدة.

figure-protocol-9
الشكل 9: نظرة عامة تخطيطية على الخطوات المختلفة لملء الأعمدة. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

7. تلقيح الكائنات الحية في التربة

  1. تلقيح البكتيريا والفطريات في لحظتين أثناء ملء الأعمدة (الطريقة 1) أو قبل إضافة دودة الأرض مباشرة (الطريقة 2).
    1. طريقة 1
      1. اعتمادا على كثافة التلقيح المطلوبة (مجموعة من كثافات الخلايا بين 1.5 × 109 و 4.8 × 10 10 خلايا لكل عمود للبكتيريا وبين 5.5 × 107 و 5.5 ×10 8 خلايا لكل عمود للفطريات) ، قم بتلقيح الأنواع الميكروبية المختلفة بمزيج من المعادن والمواد العضوية بمجرد إضافة الماء وفقا للمعالجة باستخدام ماصة.
        ملاحظة: يجب تعديل المياه المضافة وفقا لذلك بحيث يتم طرح الكمية (ملليلتر) التي تتم إضافتها من خلال التلقيح من إجمالي كمية المياه المضافة للوصول إلى 80٪ من WHC.
      2. خلط كل شيء بعناية مع ملعقة معدنية.
      3. املأ الأعمدة بالخليط.
      4. امسح الوعاء والملعقة المستخدمة لخلط المواد مع الإيثانول للاستخدام المتتالي.
      5. تغطية الأعمدة مع شبكة أعلى.
    2. الطريقة 2:
      1. اعتمادا على كثافة التلقيح المطلوبة ، قم بتلقيح الأنواع الميكروبية المختلفة على سطح الأعمدة وفقا للمعالجة باستخدام ماصة.
      2. تغطية الأعمدة مع شبكة أعلى.
  2. اعتمادا على الكثافة المطلوبة (إما 4 أو 8 أو 10 ديدان الأرض لكل عمود) ، أدخل ديدان الأرض في الأعمدة وفقا للعلاج عن طريق إيداعها برفق على سطح الأعمدة. بعد ذلك ، قم بتغطية العمود بالشبكة العلوية.
    ملاحظة: يجب تلقيح كل من الميكروبات وديدان الأرض قبل يوم واحد من بدء الري للسماح لهم بالتكيف مع النظام. يمكن تغيير كثافة التلقيح وفقا للاحتياجات التجريبية. اعلم أن هذه ليست بيئة معقمة ، ويمكن أن يكون هناك تلوث محتمل بالكائنات الحية الدقيقة المنقولة عن طريق الهواء أو الماء أو مواد الإدخال. لمنع التلوث البكتيري من التهوية ، أضف مرشحا 0.2 ميكرومتر أعلى الأعمدة.

8. جمع العينات وتحليلها

  1. قم بإزالة الأعمدة من الغرفة في نهاية الفترة التجريبية.
    1. جمع ديدان الأرض وعدها لتحديد معدل بقائها وتقييم نشاطها.
    2. تجانس خليط مسحوق الصخور والمواد العضوية وأخذ عينات فرعية للتحليلات الميكروبية لزيادة توصيف وجود ونشاط الكائنات الحية الدقيقة ذات الأهمية.
    3. جفف محتوى الأعمدة عند 40 درجة مئوية لمدة 5-7 أيام لتحليلات المرحلة الصلبة اللاحقة للكربون غير العضوي الصلب (SIC).
  2. قم بوزن الجراكن لتحديد الحجم النهائي للمادة المرتشحة وجمع عينات المادة المرتشحة لإجراء مزيد من التحليلات ، مثل TA والكربون غير العضوي المذاب (DIC) ودرجة الحموضة و EC والأيونات.
  3. تتمثل نقطة النهاية التجريبية في تحديد ما إذا كانت الكائنات الحية في التربة يمكن أن تعزز معدلات التجوية في هذا النظام وإيجاد التركيبة المثلى للمتغيرات التي تم النظر فيها ، مما يؤدي إلى أعلى إمكانات عزل الكربون. حدد ذلك من خلال مقارنة نتائج المعلمات التي تم تحليلها وفقا للمجموعات المختلفة.
    ملاحظة: يمكن تعديل استراتيجية أخذ العينات والتحليلات الإضافية وفقا للإعدادات التجريبية واحتياجات البحث.

النتائج

يتألف الإعداد المقدم من إجمالي 203 أعمدة تقع في غرفة مناخية عند 25 درجة مئوية (الشكل 10). سمح اختيار تحديد موقع الإعداد في غرفة المناخ بالتحكم في درجة حرارة ثابتة ورطوبة نسبية. يضمن وضع الجراكن في الثلاجة عند 4 درجات مئوية عدم تغيير تركيبة المادة المرتشحة بمرور الوقت بسبب النشاط الميكروبي.

figure-results-1
الشكل 10: صور الإعداد التجريبي في غرفة المناخ. (أ) نظرة عامة على نظام واحد. (ب) لقطة مقربة لعمود واحد. (ج) لقطة مقربة لصفائح المياه في الثلاجة. (د) نظرة عامة على جميع الأنظمة في الغرفة التي يتم التحكم في مناخها. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

كان استخدام نظام الري الآلي المتقدم يعني أنه يمكن سقي الأعمدة بمعدلات وترددات مختلفة باستخدام نظام التحكم عبر الإنترنت (الشكل 11). سمح نظام الري بتعديل كمية المياه التي تلقتها الأعمدة. أظهر التحقق من صحة النظام أنه أدى إلى فرق أدنى قدره 1٪ وإلى فرق أقصى قدره 6٪ في كمية المياه المعطاة بين الأعمدة المختلفة (الشكل 12). تم العثور على اختلافات أصغر لمعدلات الري المنخفضة ، في حين تم العثور على اختلافات أكبر لمعدلات الري الأعلى. بشكل عام ، كان المتوسط أقل لمعدلات الري البالغة 50 مل في اليوم -1 و 150 مل في اليوم -1 ، بينما كان أعلى بالنسبة لمعدل الري البالغ 100 مل في اليوم -1 (الشكل 12).

figure-results-2
الشكل 11: متوسط كمية الماء مقابل الوقت. متوسط كمية المياه المقاسة لمعدل ري 50 مل في اليوم -1 موزعة على فترة 24 ساعة وفقا لثلاثة ترددات للري مرة واحدة يوميا ومرتين يوميا وخمس مرات يوميا ل 8 أعمدة. تشير الأشرطة إلى الخطأ القياسي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-3
الشكل 12: متوسط كمية المياه مقابل معدل الري. متوسط كمية المياه المقاسة لمعدل ري 50 مل في اليوم 1 على 8 أعمدة ولمعدلات الري 100 مل في اليوم 1 و 150 مل في اليوم 1 على 10 أعمدة. تشير الأشرطة إلى الخطأ القياسي. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

سمح بناء وتصميم هذا الإعداد بجمع كل من المحتوى الصلب داخل الأعمدة ، والذي يتكون من مسحوق الصخور (المعالج) والمواد العضوية ، والكمية الإجمالية للمادة المرتشحة التي تقطر من الأعمدة خلال الفترة التجريبية بأكملها (الشكل 13). على الرغم من نجاحها في جمع المادة المرتشحة ، إلا أن الكمية النهائية من المادة المرتشحة التي تم جمعها كانت أقل من كمية المادة المرتشحة التي كان من المتوقع جمعها في نهاية التجارب وفقا لمعدل الري (الشكل 14). كان انخفاض المادة المرتشحة المجمعة على الأرجح نتيجة للتبخر المباشر وانسكابات المادة المرتشحة في أسفل الأعمدة. يجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار عند تحليل نتائج التحليلات.

figure-results-4
الشكل 13: صور تمثيلية للأعمدة والمادة المرتشحة. أعمدة مملوءة بمسحوق الصخور والمواد العضوية في بداية التجارب (الجانب الأيسر) والمادة المرتشحة التي تم جمعها في الجراكن في نهاية التجارب (الجانب الأيمن). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-5
الشكل 14: إجمالي اللترات التي تم جمعها في نهاية التجارب لكل معدل ري. تشير الخطوط المتقطعة إلى الكمية المتوقعة من المادة المرتشحة التي تم جمعها وفقا لمعدل الري لكل فترة تجريبية ، ويشار إليها بالخط الأزرق الفاتح ل 50 مل في اليوم -1 ، والخط الأزرق الداكن ل 100 مل في اليوم 1 والخط الأخضر ل 150 مل في اليوم 1. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

تم تحليل مزيج مسحوق الصخور والمواد العضوية لتقييم معدل نجاح الكائنات الحية في التربة من حيث تكوين المجتمع الميكروبي للبكتيريا والفطريات وبقاء ونشاط ديدان الأرض (الشكل 15).

figure-results-6
الشكل 15: نمو الفطريات وبقاء ديدان الأرض. في نهاية التجارب وقبل أخذ العينات ، تظهر علامات مرئية لنمو الفطريات (الجانب الأيسر) وبقاء ديدان الأرض (الجانب الأيمن) في الأعمدة المليئة بمسحوق الصخور والمواد العضوية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

إلى جانب المعلمات الأخرى ، تم تحليل المادة المرتشحة ل TA و DIC ، حيث أن TA و IC وكلاء جيدون لمعدلات التجوية المعدنية4،29،30،31. تم قياس TA باستخدام Metrohm Titrando29,30 ، بينما كان DIC باستخدام محلل الكربون العضوي الكلي (TOC) من Skalar. باستخدام محلل الكربون العضوي الكلي ، يتم حساب DIC من الفرق بين إجمالي الكربون المذاب (DC) والكربون العضوي المذاب (DOC). يوضح الشكل 16 والشكل 17 التوزيع التراكمي لبعض الأمثلة على القيم التي تم الحصول عليها من هذه التحليلات لعملية تجريبية واحدة. باستخدام هذا الإعداد التجريبي ، تراوحت قيم TA من 0.019 مول إلى 0.025 مول ، بينما تراوحت قيم DIC من 7.352 مجم C إلى 259.279 مجم C (الشكل 16 والشكل 17).

figure-results-7
الشكل 16: التوزيع الاحتمالي لقيم الأمثلة المقاسة ل TA في المادة المرتشحة التي تم جمعها في نهاية الفترة التجريبية. لا يتم عرض المعالجات التي غمرت فيها الأعمدة. يتم التعبير عن القيم بالمول ويتم تصحيحها للكمية الإجمالية من المادة المرتشحة التي تم جمعها في نهاية التجارب. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-8
الشكل 17: التوزيع الاحتمالي لقيم الأمثلة المقاسة ل DIC في المادة المرتشحة التي تم جمعها في نهاية الفترة التجريبية. لا يتم عرض المعالجات التي غمرت فيها الأعمدة. يتم التعبير عن القيم بالملغ كربون (C) ويتم تصحيحها لإجمالي كمية المادة المرتشحة التي تم جمعها في نهاية التجارب. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

المناقشة

في سياق البحث الحالي ، تم تصميم هذا الإعداد بشكل فريد لتحسين عزل الكربون غير العضوي من خلال تعزيز التجوية المعدنية من خلال نشاط الكائنات الحية في التربة ، مع التلاعب في الوقت نفسه بالعوامل اللاأحيائية المعروفة بتحفيز التجوية. تتيح إمكانية جمع كل من المادة المعالجة الصلبة والمادة المرتشحة في هذا الإعداد توصيفا كاملا لكلا الجزأين. على الرغم من الكم الهائل من الأعمدة ، فإن جمع العينات والتحليلات التي أجريت تضمن جمع بيانات عالية الجودة. إلى جانب ذلك ، يعد وجود عدد كبير من المجموعات في تشغيل تجريبي واحد أمرا مهما جدا لتحليل البيانات التي تم جمعها باستخدام طرق إحصائية حديثة ومتقدمة ، مثل التعلم الآلي. يمكن استخدام هذه الطرق لتحديد المتغيرات الرئيسية التي تؤدي إلى ارتفاع معدلات التجوية والمزيد من عزل الكربون. وبالتالي ، يوفر هذا الإعداد الفرصة لتحسين فهم الآثار التي يمكن أن تحدثها كائنات التربة على عزل EW و IC. هذا أمر أساسي لوضع قيود أكثر واقعية على حدود الحرب الإلكترونية وكفاءتها في الحد من تركيزات CO2 في الغلاف الجوي. يقدم هذا الإعداد العديد من الأصالة مقارنة بالدراسات الحالية التي تبحث في الحرب الإلكترونية وتأثير الكائنات الحية في التربة.

فيما يتعلق بتأثيرات العوامل اللاأحيائية على EW ، فقد تم التحقيق فيها بالفعل في الدراسات السابقة4،29،30،31،32،33،34. قارنت بعض هذه الدراسات كميات وأنواع وأحجام حبيبات مختلفة من الصخور ، لكن إعدادها إما يتكون من تجربة وعاء 32,33 أو تضمن خلط مسحوق الصخور مع التربة34. ركزت تجارب أخرى على نوع واحد من الصخور بمعدلات ري مختلفة ولكن لم يكن لديها إمكانية الري بشكل متكرر باستخدام نظام آلي أو ركزت على معدلات وترددات ري متعددة35. قدمت دراسات أخرى إعدادا مشابها للإعداد المقدم في البروتوكول الحالي ، مع إمكانية ضبط معدلات الري والحفاظ على درجة حرارة ثابتة ، إلى جانب اختلاف أحجام وأنواع الحبوب الصخرية 29,30. علاوة على ذلك ، كان تصميم هذه الإعدادات مشابها للتصميم المقترح في المخطوطة الحالية ومصمم لجمع المادة المرتشحة لمزيد من التحليلات29،30. بالإضافة إلى ذلك ، كانت تركيزات CO2 متنوعة في هذه الدراسات كعامل آخر يعزز التجوية29. ومع ذلك ، لم تركز أي من هذه الدراسات السابقة على تأثير العوامل الحيوية على تعزيز الحرب الإلكترونية. في هذا الإعداد ، الهدف هو تعزيز عملية التجوية ، وزيادة عزل IC ، عن طريق تلقيح بكتيريا وفطريات وديدان الأرض معينة وتحديد إلى أي مدى يمكنها تسريع الحرب الإلكترونية.

فيما يتعلق بتأثير العوامل الحيوية على الحرب الإلكترونية ، لم تركز دراسات قليلة على وجه التحديد على الحرب الإلكترونية ولكنها بحثت فيما إذا كانت كائنات التربة يمكن أن تؤثر على التجوية المعدنية. استكشفت هذه الدراسات بشكل أساسي كيفية تأثر التجوية بكائنات التربة باستخدام وسائط الاستزراع 19,21 ، أطباق بتري 36 ، أكياس النايلون المدفونة في التربة14 ، أو كميات صغيرة من مسحوق الصخور الممزوج بركائز أخرى36,37. إن استخدام مثل هذه الأنظمة أو الإعدادات الصغيرة يجعل من الصعب فصل تأثير الكائنات الحية عن المتغيرات الأخرى. استخدمت بعض التجارب إعدادا مشابها للإعداد المقترح هنا ولكن على نطاق أصغر ، مع تلقيح أعمدة مملوءة بمسحوق الصخور بكائنات التربة38،39،40. ومع ذلك ، فإن هذه التجارب إما نمت النباتات بشكل متزامن ولم تركز على التأثير الحصري لكائنات معينة في التربة13،35 ، أو لم تجمع المادة المرتشحة36. إلى جانب ذلك ، ركزت معظم الدراسات التي أظهرت أن البكتيريا والفطريات وديدان الأرض تزيد من التجوية المعدنية على تأثير هذه الكائنات على إطلاق المغذيات كمؤشر على التجوية بدلا من عزل IC11،13،14،19،36،37،38. قبل كل شيء ، لم تهدف أي من هذه الدراسات السابقة إلى تعزيز الحرب الإلكترونية أو قدمت إمكانية تعديل العوامل اللاأحيائية والحفاظ عليها طوال الفترة التجريبية. في هذا الإعداد ، بدلا من الحفاظ على جميع العوامل اللاأحيائية ثابتة ، يتم اختبار العديد من التركيبات لأربعة عوامل غير أحيائية ، مثل معدلات الري بالمياه وتردداتها ، ونوع مسحوق الصخور ، وحجم الحبوب ، بهدف تعزيز الحرب الإلكترونية من خلال نشاط الكائنات الحية في التربة.

إلى جانب ذلك ، لم تقدم أي من الدراسات السابقة التي ركزت على تأثير العوامل اللاأحيائية أو الحيوية على الحرب الإلكترونية إمكانية وجود عدد كبير للغاية من الأعمدة والمتغيرات في إطار تجريبي واحد. في هذا الإعداد ، من الممكن اختبار مجموعات مختلفة متعددة من المتغيرات المختلفة أثناء تشغيل واحد من التجارب نظرا للعدد الهائل من الأعمدة التي تم تصميم الإعداد لها ، مع الاستمرار في تقديم نتائج عالية الجودة. نظرا لحداثة الإعداد ، يتم تقديم بعض التحسينات المحتملة والتحديات المتبقية التي يمكن أخذها في الاعتبار أثناء تصميم إعدادات مماثلة في المستقبل.

يجب ضمان ظروف الهواء المتجانسة في غرفة الحضانة. يضمن وضع الإعداد في غرفة المناخ درجة حرارة ثابتة ورطوبة نسبية. قد تكون قيود التهوية (مثل تدفق الهواء) قد خلقت تقلبا مكانيا في الظروف الجوية وبالتالي أدت إلى تبخر غير متناسب من الأعمدة في مواقع معينة ، وهي ظاهرة شائعة في هذا النوع من الإعداد35. للتعامل مع هذا العيب ، عندما لا يكون النسخ المتماثل والعشوائية ممكنا ، ينصح بحساب توازن الماء للأعمدة الموضوعة في مواقع مختلفة في جميع أنحاء الغرفة.

يجب محاذاة الأعمدة بعناية مع الممرات بمجرد إدخالها في لوحة الأكريليك لتجنب فقد المادة المرتشحة. خلال الفترة التجريبية التي تم النظر فيها ، حدثت خسائر المادة المرتشحة من أسفل الأعمدة بسبب وضع غير صحيح للممرات أو بسبب انسداد الشبكات. جنبا إلى جنب مع التبخر ، يمكن أن يفسر هذا جزئيا سبب انخفاض المادة المرتشحة التي تم جمعها مقارنة بالتوقعات (الشكل 13). لتقليل هذه الخسائر ، من المهم التأكد من وضع مسارات التحويل على النحو الأمثل أسفل الأعمدة. يعد استخدام مسارات التحويل الأوسع خيارا قابلا للتطبيق أيضا. في هذه الحالة ، يجب الانتباه إلى قطر الثقوب أثناء بناء ألواح الأكريليك والمسافة بين ألواح الأكريليك.

يعد تدفق المياه البطيء في تجارب عمود التربة حيث يتم تطبيق الماء بشكل متكرر مشكلة متكررة7،30،40. في التجارب التي أجريت مع الإعداد المقدم ، في بعض الحالات تم استخدام معدلات ري عالية إلى حد ما وأحجام حبيبات معدنية دقيقة للغاية ، والتي تفتقر في البداية إلى بنية كما لوحظ عادة في التربة. قد يكون هذا قد تسبب في انسداد مسام الشبكات الموجودة في أسفل الأعمدة التي تحتوي فقط على معادن دقيقة أثناء إجراء التجارب. لذلك ، لم تتدفق المياه بالسرعة الكافية عبر الأعمدة ، مما أدى إلى فيضان الأعمدة ، والحد من تسرب المياه وجمع المادة المرتشحة ، وفي ظروف نقص الأكسجين داخل الأعمدة ، مما أثر على العمليات البيوجيوكيميائية. للتخفيف من هذه المشكلة ، من المهم دائما خلط نسبة معينة من الحبيبات الخشنة مع أحجام الحبوب المعدنية الدقيقة وتجنب مخاليط حجم الحبوب المعدنية الدقيقة جدا بنسبة 100٪. خيار آخر هو السماح للأعمدة بتجربة عدد معين من دورات الترطيب / التجفيف لبدء تكوين بنية التربة ، وبالتالي تحسين تسرب المياه. إلى جانب ذلك ، قبل بدء التجربة ، سيكون من المفيد تحديد ديناميكيات مياه التربة الأساسية ، مثل التدفق المشبع وغير المشبع ومنحنى احتباس الماء ، في عدد قليل من mesocosms لفهم تدفق الغاز وحالة التشبع المعدني ومحركات نشاط الكائنات الحية بشكل أفضل.

الإعداد التجريبي المقدم مناسب للاستخدام ، ويقدم تثبيتا مباشرا ويمكن تعديله وفقا لاحتياجات البحث. في سياق التجوية المعدنية ، مع التعديلات اللازمة ، يمكن أن يقترن بغرفة غاز ليس فقط لتوصيف الكربون في المرحلة الصلبة والمائية ولكن للنظر في ديناميكيات الكربون في المرحلة الغازية أيضا. إلى جانب ذلك ، يمكن استخدام هذا الإعداد لدراسة معدلات تسرب المياه الواقعية مع تسلسلات جافة ورطبة ، حيث يمكن أن تؤثر هذه الديناميكيات الزمنية بقوة على التجوية41. لا يقتصر استخدام هذا الإعداد على التجارب التي تركز فقط على معادن السيليكات ، ولكن يمكن تنفيذه في تجارب الأعمدة التي تستخدم ركائز مختلفة. إلى جانب ذلك ، يمكن تقصير طول التجارب أو تمديدها وفقا للاحتياجات التجريبية ، ويمكن تغيير عدد الأعمدة. تتيح لنا إمكانية جمع العينات من كل من المواد المعالجة الصلبة والمادة المرتشحة إجراء تحليلات مختلفة للتركيز على أحد المكونين أو كليهما. لتقديم المعرفة ، هذا هو الإعداد الوحيد الذي تم بناؤه حتى الآن بعدد استثنائي من الأعمدة التي تهدف إلى استخدام كائنات التربة لتعزيز التجوية المعدنية مع التحكم في نفس الوقت في الظروف اللاأحيائية في نظام مصنوع من معادن السيليكات والمواد العضوية فقط.

الإفصاحات

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

نعترف بتون فان دير زالم من توبولا لتطوير نظام الري. بالإضافة إلى ذلك ، نشكر جاكو بارس من توبولا على الضحك والدعم العقلي المقدم أثناء بناء هذا الإعداد. نشكر بيتر غارامسازيغي وأنخيل فيلاسكو سانشيز على المساعدة في سقي الأعمدة يدويا عندما كان نظام الري لا يعمل. كما نشكر ستيفن هيسترمان وشومينغ لي وكارين موران ريفيرا وجونا فان دن بيرغ وكانغينغ شيه على المساعدة المقدمة أثناء أخذ العينات. نشكر بيغي بارتش وتوم جابينن وبيتر نوبل وبرنت روتجانز وأندريه فان ليوين وجيرليند فينك على المساعدة في المختبر وتحليل العينات والمناقشات المثمرة. أخيرا ، نشكر Jeroen Zonneveld من Unifarm على توفير وصيانة غرفة المناخ. تم بناء هذا الإعداد كجزء من مشروع التجوية المعدنية المعجلة الحيوية (BAM!) ، والذي يموله برنامج إطار عمل الاتحاد الأوروبي Horizon 2020 للبحث والابتكار بموجب اتفاقية المنحة رقم 964545.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
ألواح ألواح الأكريلWSV kunststoffen BVN / Aتستخدم لعقد الأعمدة والقمع وأنابيب الري والأنابيب.
حلقة المحولTamesonFL2S-FM-B-014G-034Gالمستخدمة في جعل النظام لتوصيل خرطوم PU بالصنبور.
روابط الكابلاتجاما456196تستخدم لعقد نظام الشبكة.
حامض الستريكنورتيمبيو (amazon.nl)  B01BDLOGW2تستخدم لتنظيف الأنابيب والمحولات.
مقياس التدفق الخلوي CytoFLEX  Beckam CoulterCytoFLEX
BOOM77000307.9010يستخدم لتنظيف الجراكن.
ثمانية وحدات توسيع مرحلالتحكم عن طريق الويبX-12sتستخدم للتحكم في صمامات نظام الري.
غطاء نهايةWildkamp819906يستخدم لإغلاق أحد طرفي الأنبوب الرئيسي لنظام الري.
ثلاجاتHorecaGemakDIA-BVL031 / 6Pتستخدم لتخزين الجراكن.
FunnelsPraxisdienst135864تستخدم لتوجيه العصارة من الأعمدة إلى الجراكن. 75 ملم.
لكمة اليدWildkamp719928تستخدم لقطع الثقوب للأنابيب الصغيرة في الأنبوب الرئيسي لأنبوب الري.
HDPE جيريكان 10 لترGlas-shop.be105157تأتي مع غطاء. تستخدم لجمع العصارة.
HDPE جيريكان 5 لترGlas-shop.be105156تأتي مع غطاء. تستخدم لجمع العصارة.
الجوز السداسيFabory51080.100.001يستخدم لمنع صفائح الأكريل على البراغي المعدنية.
طابعة الملصقاتBrotherPT-H107B تستخدم لطباعة الملصقات للالتصاق بألواح الأكريل.
أنابيب الري LDPEWildkamp15382585تستخدم لصنع الأنبوب الرئيسي لنظام الري.
مقياس الأمتعةتستخدم 8718274546996 المتحدة للترفيهلوزن الجراكن.
شبكة 10 & مو مفرانز إيكرتPES-10/2تستخدم لنظام الشبكة.
شبكة 20 & مو مفرانز إيكرتPES-20/13تستخدم لنظام الشبكة.
مسامير معدنيةSchroeven goothandel.nl100975401010تستخدم لتثبيت صفائح الأكريل.
خرطوم صغير للري بالتنقيطيستخدم 15119128Wildkampلصنع أنابيب صغيرة لنظام الري.
الحلقة الوسطىذاتية الصنع مع طابعة ثلاثية الأبعادذاتية الصنع مع طابعة ثلاثية الأبعادتستخدم لعقد الأعمدة بضعة سنتيمترات فوق مسارات التحويل.
NosepieceWildkamp15045986تستخدم لتوصيل صمام الملف اللولبي بأنبوب الري.
شبكة نايلونSefarN / Aشبكة 1 مم تستخدم في الجزء العلوي من الأعمدة لمنع هروب ديدان الأرض.
الخرز البلاستيكيليونديلبازيلTRC 352N C12507تستخدم لنظام الشبكة.
مع 2 وصلاتTamesonF24V5تستخدم في نهاية النظام لإنهاء خرطوم PU.
حاوية البولي كربوناتRS498-5387تستخدم لإيواء المكونات الإلكترونية لنظام الري.
كابل الطاقةRS775-6075يستخدم لتوصيل الصمامات.
PP اقترانWildkamp719780تستخدم لجعل النظام لتوصيل خرطوم PU بالصنبور.
منظم الضغطWildkamp719943Used  للتأكد من أن جميع الأنابيب الصغيرة تطلق نفس الكمية من الماء.
شريط PTFEGAMMA237001يستخدم في لف نهاية أنبوب الري.
خرطوم PUTamesonPU-8-1198-50-1تستخدم لتوصيل جميع الصمامات بأخرى وإلى الصنبور.
الأنابيب البلاستيكيةRubbermagazijn99001230تستخدم لتوصيل الممرات بالجراكن.
أنابيب PVCWildkamp91700تستخدم لصنع الأعمدة.
مزود طاقة السكك الحديديةRS145-7873يستخدم لتزويد الطاقة لوحدة توسيع التتابع الثمانية.
الأربطة المطاطيةPasschierTerpo8714603820621تستخدم لعقد شبكة لديدان الأرض.
صمام الملف اللولبيTamesonCM-DA014B020E-024DCيستخدم لفتح وإغلاق تدفق المياه.
الرشاشاتذاتية الصنع مع طابعة ثلاثية الأبعادذاتية الصنع مع طابعة ثلاثية الأبعادتستخدم لتوزيع المياه بالتساوي على الأعمدة.
ألواح الفولاذ المقاوم للصدأ24/7 خياط الصلبN / Aتستخدم كإطار للإعداد فوق الثلاجة.
قابس T-piece في تركيبTamesonF25DTيستخدم لتوصيل صمام الملف اللولبي بخرطوم PU.
مادة TPU 95A MakerPoint1756تستخدم لطباعة المكونات باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. 
ناقلات الغسالةFabory50095.100.001تستخدم لوضع الجوز السداسي أدناه.
في وحدة التحكم الممكنة على الويبعن طريق الويبX-400-I (9-28 VDC)تستخدم للسماح بالتحكم عبر الإنترنت في إعدادات الري.
صابون غسالة الصحون تركيب المكونات التحكم

المراجع

  1. Beerling, D. J., et al. Potential for large-scale CO2 removal via enhanced rock weathering with croplands. Nature. 583 (7815), 242-248 (2020).
  2. Fuss, S., et al. Negative emissions - Part 2: Costs, potentials and side effects. Environmental Research Letters. 13, 063002(2018).
  3. Goll, D. S., et al. Potential CO2 removal from enhanced weathering by ecosystem responses to powdered rock. Nature Geoscience. 14 (8), 545-549 (2021).
  4. Hartmann, J., et al. Enhanced chemical weathering as a geoengineering strategy to reduce atmospheric carbon dioxide, supply nutrients, and mitigate ocean acidification. Reviews of Geophysics. 51 (2), 113-149 (2013).
  5. Vicca, S., et al. Is the climate change mitigation effect of enhanced silicate weathering governed by biological processes. Global Change Biology. 28 (3), 711-726 (2022).
  6. Strefler, J., Amann, T., Bauer, N., Kriegler, E., Hartmann, J. Potential and costs of carbon dioxide removal by enhanced weathering of rocks. Environmental Research Letters. 13 (3), 034010(2018).
  7. te Pas, E. E., Hagens, M., Comans, R. N. Assessment of the enhanced weathering potential of different silicate minerals to improve soil quality and sequester CO2. Frontiers in Climate. 4, 954064(2023).
  8. Jordan, G., Pokrovsky, O. S., Guichet, X., Schmahl, W. W. Organic and inorganic ligand effects on magnesite dissolution at 100 °C and pH = 5 to 10. Chemical Geology. 242 (3-4), 484-496 (2007).
  9. Shirokova, L. S., et al. Experimental study of the effect of heterotrophic bacterium (Pseudomonas reactans) on olivine dissolution kinetics in the context of CO2 storage in basalts. Geochimica et Cosmochimica Acta. 80, 30-50 (2012).
  10. Pokrovsky, O. S., Shirokova, L. S., Zabelina, S. A., Jordan, G., Bénézeth, P. Weak impact of microorganisms on Ca, Mg-bearing silicate weathering. npj Materials Degradation. 5, 51(2021).
  11. Basak, B. B., Biswas, D. R. Influence of potassium solubilizing microorganism (Bacillus mucilaginosus) and waste mica on potassium uptake dynamics by sudan grass (Sorghum vulgare Pers.) grown under two Alfisols. Plant and Soil. 317 (1-2), 235-255 (2009).
  12. Gouda, S., et al. Revitalization of plant growth promoting rhizobacteria for sustainable development in agriculture. Microbiological Research. 206, 131-140 (2018).
  13. Burghelea, C. I., et al. Trace element mobilization during incipient bioweathering of four rock types. Geochimica et Cosmochimica Acta. 234, 98-114 (2018).
  14. Wild, B., Imfeld, G., Daval, D. Direct measurement of fungal contribution to silicate weathering rates in soil. Geology. 49 (9), 1055-1058 (2021).
  15. Hu, L., et al. Earthworm gut bacteria increase silicon bioavailability and acquisition by maize. Soil Biology and Biochemistry. 125, 215-221 (2018).
  16. Liu, D., Lian, B., Wang, B., Jiang, G. Degradation of potassium rock by earthworms and responses of bacterial communities in its gut and surrounding substrates after being fed with mineral. PLoS ONE. 6 (12), e28803(2011).
  17. Schwartzman, D. The geobiology of weathering: a 13th hypothesis. arXiv. , (2015).
  18. Buss, H. L., Lüttge, A., Brantley, S. L. Etch pit formation on iron silicate surfaces during siderophore-promoted dissolution. Chemical Geology. 240 (3-4), 326-342 (2007).
  19. Sun, L. L., et al. Differences in the gene expressive quantities of carbonic anhydrase and cysteine synthase in the weathering of potassium-bearing minerals by Aspergillus niger. Science China Earth Sciences. 56 (12), 2135-2140 (2013).
  20. Van Hees, P. A. W., et al. Oxalate and ferricrocin exudation by the extramatrical mycelium of an ectomycorrhizal fungus in symbiosis with Pinus sylvestris. New Phytologist. 169 (2), 367-378 (2006).
  21. Xiao, L., Lian, B., Hao, J., Liu, C., Wang, S. Effect of carbonic anhydrase on silicate weathering and carbonate formation at present day CO2 concentrations compared to primordial values. Scientific Reports. 5, 7733(2015).
  22. Welch, S. A., Taunton, A. E., Banfield, J. F. Effect of microorganisms and microbial metabolites on apatite dissolution. Geomicrobiology Journal. 19 (3), 343-367 (2002).
  23. Suzuki, Y., Matsubara, T., Hoshino, M. Breakdown of mineral grains by earthworms and beetle larvae. Geoderma. 112 (1-2), 131-142 (2003).
  24. Carpenter, D., Hodson, M. E., Eggleton, P., Kirk, C. The role of earthworm communities in soil mineral weathering: a field experiment. Mineralogical Magazine. 72 (1), 33-36 (2008).
  25. Georgiadis, A., Marhan, S., Lattacher, A., Mäder, P., Rennert, T. Do earthworms affect the fractionation of silicon in soil. Pedobiologia. 75, 1-7 (2019).
  26. Committee for Biological Agents (ABAS). TRBA 450 classification criteria for biological agents. , https://www.baua.de/DE/Angebote/Rechtstexte-und-Technische-Regeln/Regelwerk/TRBA/TRBA-450.html (2016).
  27. Committee for Biological Agents (ABAS). TRBA 466 Classification of prokaryotes (bacteria and archaea) into risk groups. , https://www.baua.de/EN/Service/Legislative-texts-and-technical-rules/Rules/TRBA/TRBA-466.html (2010).
  28. Committee for Biological Agents (ABAS). TRBA 460 Classification of fungi in risk groups. , https://www.baua.de/DE/Angebote/Rechtstexte-und-Technische-Regeln/Regelwerk/TRBA/TRBA-460.html (2016).
  29. Amann, T., Hartmann, J. Carbon accounting for enhanced weathering. Frontiers in Climate. 4, 849948(2022).
  30. Amann, T., Hartmann, J., Hellmann, R., Pedrosa, E. T., Malik, A. Enhanced weathering potentials-the role of in situ CO2 and grain size distribution. Frontiers in Climate. 4, 929268(2022).
  31. Vienne, A., et al. Enhanced weathering using basalt rock powder: carbon sequestration, co-benefits and risks in a mesocosm study with Solanum tuberosum. Frontiers in Climate. 4, 869456(2022).
  32. Ten Berge, H. F., et al. Olivine weathering in soil, and its effects on growth and nutrient uptake in ryegrass (Lolium perenne L.): a pot experiment. PLoS ONE. 7 (8), e42098(2012).
  33. Amann, T., et al. Enhanced weathering and related element fluxes-a cropland mesocosm approach. Biogeosciences. 17 (1), 103-119 (2020).
  34. Dietzen, C., Harrison, R., Michelsen-Correa, S. Effectiveness of enhanced mineral weathering as a carbon sequestration tool and alternative to agricultural lime: an incubation experiment. International Journal of Greenhouse Gas Control. 74, 251-258 (2018).
  35. Wood, C., Harrison, A. L., Power, I. M. Impacts of dissolved phosphorus and soil-mineral-fluid interactions on CO2 removal through enhanced weathering of wollastonite in soils. Applied Geochemistry. 148, 105511(2023).
  36. Carpenter, D., Hodson, M. E., Eggleton, P., Kirk, C. Earthworm induced mineral weathering: preliminary results. European Journal of Soil Biology. 43, S176-S183 (2007).
  37. De Souza, M. E. P., et al. Vermicomposting with rock powder increases plant growth. Applied Soil Ecology. 69, 56-60 (2013).
  38. Burghelea, C., et al. Mineral nutrient mobilization by plants from rock: influence of rock type and arbuscular mycorrhiza. Biogeochemistry. 124, 187-203 (2015).
  39. Zaharescu, D. G., et al. Ecosystem composition controls the fate of rare earth elements during incipient soil genesis. Scientific Reports. 7, 43208(2017).
  40. Van Grinsven, J. J. M., Van Riemsdijk, W. H. Evaluation of batch and column techniques to measure weathering rates in soils. Geoderma. 52 (1-2), 41-57 (1992).
  41. Calabrese, S., et al. Nano-to global-scale uncertainties in terrestrial enhanced weathering. Environmental Science & Technology. 56 (22), 15261-15272 (2022).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة