Utilización del fraccionamiento de la densidad del suelo para separar distintas reservas de carbono del suelo

Este método permite a los investigadores aislar un pequeño número de grupos funcionales de carbono del suelo en fracciones medibles y modelables como parte de la investigación de estabilización del carbono del suelo. Esta técnica es fácil de realizar, permite una mayor reproducibilidad en diversos tipos de suelo y distingue diferentes grupos de carbono del suelo en función del grado de asociación con diferentes minerales. El fraccionamiento del suelo en materia orgánica de fracción ligera y componentes minerales de fracción pesada aclara los mecanismos de secuestro y estabilización de carbono del suelo para modelar las tasas de renovación de carbono del suelo y el tamaño del grupo de asociación orgánica mineral.

Es fácil perder material durante el enjuague y la transferencia, por lo que la contabilidad constante y cuidadosa de la masa de la muestra y el contenido de carbono es clave para garantizar un mínimo del 90% de recuperación total. Comience agregando 50 gramos de la muestra de suelo secado al aire tamizada a dos milímetros en un tubo centrífugo cónico de polipropileno de 250 mililitros y registre la masa a al menos cuatro cifras significativas. Luego agregue 50 mililitros de la solución SPT de 1.85 gramos por centímetro cúbico al tubo de centrífuga y tape el tubo herméticamente.

Ahora, agite el tubo vigorosamente con la mano durante aproximadamente 60 segundos para romper los agregados no estables al agua. Luego, asegure el tubo herméticamente sellado a un agitador de plataforma y agite durante dos horas a 40 a 120 rotaciones por minuto. A menudo, colocar el tubo de lado ayuda a la dispersión del suelo al aumentar la fuerza de chapoteo y reducir la altura de pie de la capa de suelo.

Retire periódicamente el tubo del agitador y agite vigorosamente con la mano para aumentar la agitación del material agregado más denso. Después de retirar el tubo del agitador, iguale las masas del tubo de centrífuga a través del conjunto de tubos a centrifugar agregando cuidadosamente solución SPT adicional donde sea necesario. Asegúrese de agitar vigorosamente con la mano durante 30 segundos después de agregar la solución SPT.

Centrifugar los tubos durante 10 minutos a 3.000 g en una centrífuga de cubo oscilante. Después de la centrifugación, pruebe la densidad del sobrenadante extrayendo cinco mililitros del mismo con una pipeta y verificando la masa con una balanza. Ajuste el volumen SPT si es necesario para lograr la densidad deseada.

Agitar y centrifugar de nuevo si se ha realizado un ajuste de la densidad de la solución. Conecte un matraz de brazo lateral de un litro a una bomba de vacío y coloque un filtro de fibra de vidrio de 110 milímetros con un tamaño de poro de 0,7 micras en un embudo Buchner de porcelana con un diámetro interno de 12 centímetros. Selle el embudo cuidadosamente con una junta de goma cónica en el matraz del brazo.

Utilice un colector de línea de vacío para ejecutar varias muestras simultáneamente. A continuación, conecte otro matraz de brazo lateral de un litro a la bomba de vacío y coloque un tapón de goma sobre él con un tubo adjunto para la aspiración que tenga una longitud de tubo sobresaliente de aproximadamente 0,5 metros. Aspire suavemente el sobrenadante, incluido el material suspendido en la capa superior, a lo largo de los lados del tubo de centrífuga.

No toque la superficie del suelo granulado con la punta del tubo de aspiración. Si no se hace con cuidado, es fácil aspirar material de fracción pesada del pellet accidentalmente. Para limpiar el tubo de aspiración entre muestras, sumerja la punta del tubo muy rápidamente en agua desionizada / destilada, o DDI, y extraiga aproximadamente cinco mililitros de agua a través de la línea aplicando el vacío.

Repita hasta que todo el material se haya lavado del tubo de vacío. Después de la aspiración, retire el tapón de goma y el accesorio del tubo de aspiración del matraz lateral del brazo y vierta el contenido en la parte superior del embudo Buchner mientras mantiene la bomba de vacío encendida. Enjuague el matraz con agua DDI, agite y vierta el contenido del matraz en el embudo Buchner.

Repita hasta que se eliminen todos los residuos. Luego vuelva a suspender el pellet de tierra en 50 mililitros de SPT agitando vigorosamente el tubo de centrífuga durante 60 segundos con la mano para romper el pellet duro en la parte inferior. Centrifugar el tubo durante 10 minutos a 3, 000 g.

Como se demostró anteriormente, aspirar el sobrenadante y recogerlo en el mismo matraz después de filtrar a través del mismo embudo Buchner. Para lavar el SPT del material de fracción pesada, agregue 50 mililitros de agua DDI en el tubo de centrífuga que contiene el pellet de fracción pesada y agite el tubo vigorosamente a mano durante 60 segundos, asegurándose de romper el pellet duro. Centrifugar el tubo durante 10 minutos a 3, 000 g.

Aspire el sobrenadante como se describió anteriormente. Cualquier partícula flotante que quede debe agregarse al embudo con el resto del material de la fracción ligera. Repita el procedimiento de lavado dos veces.

Luego, raspe cuidadosamente la tierra del tubo de la centrífuga en un vaso o frasco de vidrio limpio y etiquetado. Vierta suficiente agua DDI en el tubo para aflojar la tierra restante y agite el tubo antes de agregar la suspensión al recipiente de vidrio. Enjuague bien el tubo con agua DDI y vuelva a colocar el lavado en el recipiente de vidrio.

Coloque el recipiente de vidrio en un horno de secado entre 40 y 60 grados centígrados, y séquelo hasta que se alcance un peso seco constante, que generalmente toma de 24 a 72 horas. Para garantizar la eliminación completa del SPT de la fracción ligera, llene el embudo Buchner que contiene el material de fracción ligera con agua DDI y filtre el contenido a través de filtros de fibra de vidrio. Una vez que el agua se haya filtrado completamente, repita el lavado dos veces.

Retire el embudo del matraz del brazo después de apagar la bomba de vacío. Ahora, sosteniendo el embudo horizontalmente sobre un vaso de precipitados de vidrio etiquetado, o frasco, enjuague suavemente las partículas del filtro con agua DDI de una botella de lavado. Coloque el recipiente de vidrio en un horno de secado entre 40 y 60 grados centígrados, y séquelo hasta que se alcance un peso seco constante, que generalmente toma de 24 a 72 horas.

Para pesar la masa seca de los materiales fraccionados, tome cada recipiente y raspe suavemente todo el material seco en un bote de pesaje de plástico. Registre la masa hasta el cuarto decimal antes de colocar la muestra en un vial de almacenamiento etiquetado o en una bolsa. Cada fracción, así como el suelo a granel, ahora está listo para el análisis.

Las siguientes cifras demuestran la efectividad del método y la comprensión de las reservas de carbono del suelo. Aquí, la recuperación de carbono orgánico del suelo en diferentes fracciones mostró efectos distintos de los tratamientos detríticos sobre las fracciones ligeras y pesadas, especialmente en relación con los efectos observados sobre el contenido a granel. El fraccionamiento de densidad adicional reveló que los efectos del tratamiento sobre la materia orgánica asociada al mineral se limitaron predominantemente al material de mayor densidad, pero la fracción intermedia no mostró un efecto significativo, a pesar de una mayor variabilidad.

El contenido de carbono a nitrógeno del suelo a granel en relación con las piscinas fraccionadas estableció claramente la efectividad del método de fraccionamiento por densidad para separar el material particulado de origen vegetal de la materia mineral. Las piscinas con densidades inferiores a 2,20 gramos por centímetro cúbico respondieron más a los tratamientos, en comparación con las piscinas con densidades más altas. El análisis isotópico demostró la influencia de la mineralogía del suelo en las propiedades biogeoquímicas a través de las piscinas de densidad del suelo.

Además, el análisis de tres grupos de densidad, en lugar de seis, o más, capturó en gran medida las tendencias isotópicas. Para el contenido de fracción ligera, el secado en horno produjo una pérdida de carbono significativamente mayor en forma de carbono orgánico disuelto, aunque la cantidad de pérdida fue insignificante. En segundo lugar, no se observó estacionalidad en la reserva de carbono.

Verifique diligentemente la densidad de la solución SPT en todo momento para asegurarse de que permanezca constante y no se diluya con el agua presente en las muestras. Una densidad de solución demasiado baja o demasiado alta tergiversa la cantidad de carbono en las muestras. La combinación del análisis isotópico 13C, 14C y 15N y la espectroscopia de masas proporciona información adicional sobre la dinámica del ciclo SOC, al tiempo que tiene en cuenta la historia del sitio y las características del suelo.

Esta técnica permite a los investigadores aislar grupos de carbono directamente medibles que difieren significativamente en el tiempo de renovación, el mecanismo de estabilización y la química para informar el modelado de carbono del suelo con mayor precisión.