Método electrostático para eliminar la materia orgánica particulada del suelo

Resumen

La eliminación del material vegetal depositado recientemente e incompleto de las muestras de suelo reduce la influencia de los insumos estacionales temporales en las mediciones de carbono orgánico del suelo. La atracción a una superficie cargada electrostáticamente se puede utilizar para eliminar rápidamente una cantidad sustancial de materia orgánica particulada.

Resumen

Las estimaciones del carbono orgánico del suelo dependen de los métodos de procesamiento del suelo, incluida la eliminación de material vegetal no descompuesto. La separación inadecuada de las raíces y el material vegetal del suelo puede resultar en mediciones de carbono altamente variables. Los métodos para eliminar el material vegetal a menudo se limitan a los materiales vegetales más grandes y visibles. En este manuscrito describimos cómo la atracción electrostática se puede utilizar para quitar el material vegetal de una muestra del suelo. Una superficie cargada electrostáticamente que pasa cerca del suelo seco atrae naturalmente partículas vegetales no descompuestas y parcialmente descompuestas, junto con una pequeña cantidad de suelo mineral y agregado. La muestra de suelo se extiende en una capa delgada sobre una superficie plana o un tamiz de suelo. Una placa de Petri de plástico o vidrio se carga electrostáticamente frotando con espuma de poliestireno o tela de nylon o algodón. El plato cargado se pasa repetidamente sobre el suelo. El plato se cepilla y se recarga. Volver a esparcir el suelo y repetir el procedimiento finalmente resulta en una disminución del rendimiento de partículas. El proceso elimina alrededor del 1 al 5% de la muestra de suelo, y alrededor de 2 a 3 veces esa proporción en carbono orgánico. Al igual que otros métodos de eliminación de partículas, el punto final es arbitrario y no se eliminan todas las partículas libres. El proceso dura aproximadamente 5 minutos y no requiere un proceso químico como lo hacen los métodos de flotación de densidad. La atracción electrostática elimina consistentemente el material con una concentración de C y una relación C:N más altas que el promedio, y gran parte del material se puede identificar visualmente como material vegetal o faunística bajo un microscopio.

Introducción

Las estimaciones precisas del carbono orgánico del suelo (SOC) son importantes para evaluar los cambios resultantes de la gestión agrícola o el medio ambiente. La materia orgánica particulada (POM) tiene funciones importantes en la ecología y la física de un suelo, pero a menudo es de corta duración y varía en función de varios factores, incluyendo la temporada, las condiciones de humedad, la aireación, las técnicas de recolección de muestras, el manejo reciente del suelo, el ciclo de vida de la vegetación y otros¹. Estas fuentes temporalmente inestables pueden confundir las estimaciones de las tendencias a largo plazo en el carbono orgánico del suelo estable y verdaderamente secuestrado².

A pesar de estar bien definido, ser común e importante, el POM no se separa fácilmente del suelo ni es fácil de medir cuantitativamente. La materia orgánica particulada se ha medido como aquella que flota en líquidos (fracción ligera, típicamente 1,4-2,2 g cm^-3),o como aquella que puede separarse por tamaño (por ejemplo, > 53-250 μm o > 250 μm), o una combinación de las dos^3,4,5. Tanto las técnicas basadas en el tamaño como en la densidad pueden influir en los resultados cuantitativos y químicos de la medición pom⁴. Una inspección visual cuidadosa del suelo que ha sido fraccionado por tamaño utilizando métodos rutinarios a menudo revela estructuras largas y estrechas como raíces y astillas de hojas o tallos que han pasado a través de la pantalla. Se ha demostrado que la simple eliminación de estas estructuras a mano reduce sustancialmente las mediciones del TOTAL DE SOC^2,6, pero el método está notablemente sujeto a la diligencia y la agudeza visual del operador. La separación de POM de una muestra de suelo como la fracción ligera durante la flotación en un líquido denso⁷ no captura todo el POM, y el temblor excesivo durante el proceso de flotación puede reducir realmente la cantidad de fracción de luz recuperada de una muestra^8. La flotación requiere muchos pasos y expone el suelo a soluciones químicas que pueden cambiar las características químicas o disolver y eliminar componentes que pueden ser de interés^4.

Se han utilizado métodos alternativos para eliminar el POM para evitar o aumentar el uso de soluciones acuosas densas. Kirkby, et al.⁶ compararon la eliminación de la fracción ligera utilizando dos procedimientos de flotación con un método de tamizado/guiño seco^9. Winnowing se realizó pasando una corriente ligera de aire a través de una capa delgada de suelo para levantar suavemente la luz de la fracción pesada. El tamizado/winnowing seco realizado de manera similar a los dos métodos de flotación con respecto al contenido de C, N, P y S; sin embargo, los autores sugieren que el tamizado/guiño seco produjo suelos "ligeramente más limpios"⁶. Pom también se ha separado del suelo utilizando la atracción electrostática^10,11 en la que las partículas orgánicas se aíslan pasando una superficie cargada electrostáticamente por encima del suelo. El método de atracción electrostática recuperó con éxito el POM, denominado partículas orgánicas de curso, de suelos secos, tamizados (> 0,315 mm) con repetibilidad estadística comparable a otros métodos de fraccionamiento de tamaño y densidad^10.

Aquí demostramos cómo la atracción electrostática se puede utilizar para eliminar pom de tamaños que van desde visible a microscópico. A diferencia de otros métodos reportados, la atracción electrostática del suelo fino también elimina una pequeña porción de suelo mineral y agregado que es visiblemente como el suelo restante. Dados nuestros resultados hasta la fecha, es razonable suponer que la eliminación de una pequeña porción de suelo no POM no tendrá ningún efecto sustancial en los análisis posteriores; sin embargo, esta suposición debe verificarse para un suelo específico si grandes proporciones de la muestra total de suelo se están eliminando electrostáticamente. Los métodos y ejemplos proporcionados aquí se realizaron en suelos de loess franco limo de un ambiente semiárido.

Este método puede no ser adecuado para todos los tipos de suelo, pero tiene las ventajas de ser rápido y eficiente en la eliminación de partículas orgánicas demasiado pequeñas para eliminar manualmente o por una corriente de aire. La velocidad del proceso es importante para reducir la fatiga, garantizar la consistencia y fomentar una mayor replicación para una mejor precisión de las conclusiones. Además, la capacidad de eliminar partículas muy pequeñas es importante para evitar el sesgo hacia suelos con tamaños de partículas más grandes en lugar de pequeños.

Protocolo

1. Preparación del suelo

1. Recoger muestras de suelo a la profundidad deseada. Seque bien el suelo a 40 °C o siguiendo los protocolos estándar específicos del laboratorio.
2. Tamice el suelo a través de tamices de suelo de tamaño apropiado para obtener aproximadamente 10-25 g de suelo tamizado. Muchos estudios utilizan un tamiz de 1 o 2 mm. La cantidad de suelo se basa en la masa requerida para los análisis aguas abajo y afectará el número de veces que será necesario repetir la etapa de eliminación electrostática.
3. Coloque el suelo en una sartén limpia, seca de metal o vidrio de fondo plano que sea lo suficientemente grande como para que el suelo se extienda delgadamente (al menos 20 cm de diámetro). Agite suavemente la sartén horizontalmente para distribuir el suelo uniformemente en una capa lo más delgada posible.

2. Cargue una superficie electrostática

1. Sostenga un vidrio de 100 mm de diámetro o una placa de Petri de poliestireno superior o inferior en una mano y frote vigorosamente la superficie exterior con un pedazo limpio de tela de nylon, tela de algodón o espuma de poliestireno varias veces. Realice la carga de la superficie lejos de la muestra para evitar que se introduzcan fragmentos de tela en la muestra.
2. Inspeccione la superficie de la placa de Petri para asegurarse de que esté limpia.

3. Eliminar las partículas orgánicas

1. Baje la superficie cargada a 0,5 cm a 2 cm por encima del suelo y muévala horizontalmente para recoger la mayor cantidad posible de material particulado. La atracción hacia la superficie se puede observar visual y audiblemente.
2. Cuando la placa de Petri ya no atrae partículas adicionales, aleje la placa de la muestra.

4. Limpie la superficie electrostática

1. Sostenga la superficie cargada sobre una placa de recolección y use un cepillo fino para transferir el material electrostáticamente atraído desde la superficie de la placa de Petri a la placa de recolección. Un cepillo de pelo de camello funciona bien.

5. Repetir hasta que el rendimiento de partículas disminuya

1. Repita los pasos del 2 al 4 hasta que disminuya el número de partículas de materia orgánica que se recogen. Redistribuya la muestra de suelo mediante la agitación horizontal de la bandeja de suelo para exponer nuevo material en la superficie y continuar la recolección electrostática.
   NOTA: El criterio de valoración es arbitrario y depende del juicio del investigador. La inspección de la superficie cargada después de la exposición al suelo da una indicación visual de si una cantidad significativa de partículas orgánicas todavía se están eliminando del suelo. Los productos finales son el suelo con contenido reducido de partículas y el POM concentrado que contiene una pequeña cantidad de suelo eliminado electrostáticamente.

Resultados

Los resultados aquí presentados se basan en el análisis de suelos franco limosos de sitios agrícolas en el noroeste del Pacífico (Tabla 1). Los suelos se recogieron a profundidades de 0-20 cm o 0-30 cm, se secaron a 40 °C, pasaron a través de un tamiz de 2 mm y se trataron utilizando una superficie de poliestireno cargada con un paño de nylon.

La cantidad de suelo extraída electrostáticamente de una muestra vari...

Discusión

El método electrostático de la atracción era eficaz en la eliminación de POM de los suelos franco limo. El método descrito aquí es ligeramente diferente de Kaiser, et al.¹⁰ que utiliza una combinación de vidrio / algodón. Tratamos todos menos la fracción más fina del suelo y utilizamos el poliestireno bastante que el vidrio debido a la diferencia triboeléctrica, que para el poliestireno/el nylon es 100 nC/J comparado al vidrio/algodón en 20 nC/J^12. El vidrio y la espuma de ...

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
cepillo, placa de Petri de pelo
, espuma de poliestireno de vidrio o plástico
, tela
tierra
tamices de