שיטה אלקטרוסטטית להסרת חומר אורגני חלקיקי מאדמה

סיכום

הסרת חומר צמחי שהופקד לאחרונה מפורק לחלוטין מדגימות קרקע מפחיתה את ההשפעה של תשומות עונתיות זמניות על מדידות פחמן אורגניות בקרקע. משיכה למשטח טעון אלקטרוסטטי יכול לשמש כדי להסיר במהירות כמות משמעותית של חומר אורגני חלקיקי.

תקציר

אומדנים של פחמן אורגני בקרקע תלויים בשיטות עיבוד הקרקע כולל הסרת חומר צמחי שלא הוטל עליו. הפרדה לקויה של שורשים וחומר צמחי מהאדמה יכולה לגרום למדידות פחמן משתנות מאוד. שיטות להסרת החומר הצמחי מוגבלות לעתים קרובות לחומרים הצמחיים הגדולים והגלויים ביותר. בכתב יד זה אנו מתארים כיצד ניתן להשתמש באטרקציה אלקטרוסטטית כדי להסיר חומר צמחי מדגם אדמה. משטח טעון אלקטרוסטטית שעבר קרוב לאדמה יבשה מושך באופן טבעי חלקיקי צמחים לא מפורקים וחלקיים, יחד עם כמות קטנה של אדמה מינרלית ומצטברת. דגימת הקרקע מפוזרת בשכבה דקה על משטח שטוח או מסננת אדמה. צלחת פטרי פלסטיק או זכוכית טעונה אלקטרוסטטית על ידי שפשוף עם קצף פוליסטירן או ניילון או מטלית כותנה. המנה הטעונה מועברת שוב ושוב על האדמה. לאחר מכן המנה מוברשת נקייה ונטענת. הפצה מחדש של הקרקע וחזרה על ההליך בסופו של דבר גורמת לתפוקה פוחתת של חלקיקים. התהליך מסיר כ 1 עד 5% מדגם הקרקע, ועל 2 עד 3 פעמים את שיעור זה פחמן אורגני. בדומה לשיטות אחרות להסרת חלקיקים, נקודת הקצה שרירותית ולא כל החלקיקים החופשיים מוסרים. התהליך אורך כ-5 דקות ואינו דורש תהליך כימי כמו גם שיטות ציפה בצפיפות. משיכה אלקטרוסטטית מסירה באופן עקבי חומר עם ריכוז C גבוה מהממוצע ויחס C:N, וחלק גדול מהחומר יכול להיות מזוהה חזותית כחומר צמחי או פאונלי תחת מיקרוסקופ.

מבוא

הערכות מדויקות של פחמן אורגני בקרקע (SOC) חשובות בהערכת שינויים הנובעים מניהול חקלאי או מהסביבה. חומר אורגני חלקיקי (POM) יש פונקציות חשובות באקולוגיה ובפיזיקה של אדמה אבל זה לעתים קרובות קצר חי ומשתנה בהתבסס על מספר גורמים כולל העונה, תנאי לחות, aeration, טכניקות איסוף מדגם, ניהול הקרקע האחרונות, מחזור החיים צמחייה, ואחרים¹. מקורות לא יציבים אלה יכולים לבלבל הערכות של מגמות ארוכות טווח באדמה יציבה ומבודדת באמת פחמן אורגני².

למרות היותו מוגדר היטב, נפוץ, וחשוב, POM אינו מופרד בקלות מן הקרקע וגם לא קל למדוד כמותית. חומר אורגני חלקיקי נמדד ככזה שצף בנוזלים (שבר אור, בדרך כלל 1.4-2.2 גרם^{ס"מ -3}), או ככזה שניתן להפריד לפי גודל (למשל, > 53-250 מיקרומטר או > 250 מיקרומטר), או שילוב של שני^3,4,5. הן טכניקות מבוססות גודל והן טכניקות מבוססות צפיפות יכולות להשפיע על התוצאות הכמותיות והכימיות של מדידת POM⁴. בדיקה ויזואלית קפדנית של אדמה שעברה שברי גודל בשיטות שגרתיות מגלה לעתים קרובות מבנים ארוכים וצרים כמו שורשים ורסיסים של עלה או גזע שעברו דרך המסך. כל שעליך לעשות הוא להסיר מבנים אלה ביד הוכח להפחית באופן משמעותי את המדידות של SOC הכולל^2,6 אבל השיטה כפופה בעיקר חריצות חדות חזותית של המפעיל. הפרדת POM מדגם קרקע כמו שבר האור במהלך ציפה בנוזל צפוף⁷ אינו לוכד את כל POM, ורעידות מוגזמות במהלך תהליך הציפה יכול למעשה להפחית את כמות שבר האור התאושש מדגם⁸. ציפה דורשת צעדים רבים וחושפת את הקרקע לפתרונות כימיים שיכולים לשנות את המאפיינים הכימיים או להתמוסס ולהסיר מרכיבים שעשויים להיות^{מעניינים 4}.

שיטות חלופיות להסרת POM שימשו כדי למנוע או להגדיל את השימוש בפתרונות מימיים צפופים. Kirkby, ואח^'6 השווה הסרת שבר אור באמצעות שני הליכי ציפה לשיטת מסננת / winnowing יבש⁹. Winnowing בוצע על ידי העברת זרם קל של אוויר על פני שכבה דקה של אדמה כדי להרים בעדינות את האור מהשבר הכבד. ההטיה היבשה/winnowing בוצעה באופן דומה לשתי שיטות הציפה ביחס לתוכן C, N, P ו- S; עם זאת, המחברים מציעים כי מסננת יבשה / winnowing מיוצר "מעט נקי" קרקעות⁶. POM גם הופרד מאדמה באמצעות משיכה אלקטרוסטטית^10,11 שבו חלקיקים אורגניים מבודדים על ידי העברת משטח טעון אלקטרוסטטית מעל הקרקע. שיטת המשיכה האלקטרוסטטית התאוששה בהצלחה POM, המכונה כמובן חלקיקים אורגניים, מן יבש, מנופה (> 0.315 מ"מ) קרקעות עם חזרה סטטיסטית דומה לשיטות אחרות של גודל ושבר^{צפיפות 10}.

כאן אנו מדגימים כיצד משיכה אלקטרוסטטית יכולה לשמש להסרת POM של גדלים החל גלוי מיקרוסקופי. שלא כמו שיטות אחרות שדווחו, משיכה אלקטרוסטטית של אדמה עדינה גם מסירה חלק קטן של אדמה מינרלית ומצטברת שהיא בבירור כמו הקרקע הנותרת. בהתחשב בתוצאות שלנו עד כה, סביר להניח כי הסרת חלק קטן של אדמה שאינה POM לא תהיה השפעה מהותית על ניתוחים במורד הזרם; עם זאת, הנחה זו צריכה להיות מאומתת עבור אדמה מסוימת אם חלקים גדולים של מדגם הקרקע הכולל מוסרים אלקטרוסטטית. השיטות והדוגמאות שסופקו כאן בוצעו על קרקעות לולה סחף מסביבה צחיחה למחצה.

שיטה זו לא יכול להיות מתאים לכל סוגי הקרקע אבל יש את היתרונות של להיות מהיר ויעיל בהסרת חומר אורגני חלקיקי קטן מדי כדי להסיר באופן ידני או על ידי זרם אוויר. מהירות התהליך חשובה בהפחתת עייפות, הבטחת עקביות ועידוד שכפול גדול יותר לדיוק טוב יותר של מסקנות. בנוסף, היכולת להסיר חלקיקים קטנים מאוד חשובה במניעת הטיה כלפי קרקעות עם גדלי חלקיקים גדולים יותר ולא קטנים.

פרוטוקול

1. הכנת קרקע

1. לאסוף דגימות אדמה לעומק הרצוי. לייבש ביסודיות את הקרקע ב 40 מעלות צלזיוס או בעקבות פרוטוקולים סטנדרטיים ספציפיים למעבדה.
2. מסננים את האדמה באמצעות מסננות אדמה בגודל מתאים כדי להשיג כ 10-25 גרם של אדמה מנופה. מחקרים רבים משתמשים במסננת של 1 או 2 מ"מ. כמות הקרקע מבוססת על המסה הנדרשת לניתוחים במורד הזרם ותשפיע על מספר הפעמים שצעד ההסרה האלקטרוסטטי יצטרך לחזור על עצמו.
3. מניחים את האדמה במחבת נקייה ויבשה ממתכת או זכוכית בעלת תחתית שטוחה שגדולה מספיק כדי שהאדמה תתפשט דק (בקוטר של לפחות 20 ס"מ). מנערים בעדינות את המחבת אופקית כדי לפזר את האדמה באופן שווה בשכבה דקה ככל האפשר.

2. לטעון משטח אלקטרוסטטי

1. החזק זכוכית בקוטר 100 מ"מ או צלחת פטרי פוליסטירן למעלה או למטה ביד אחת ולשפשף במרץ את המשטח החיצוני עם חתיכה נקייה של בד ניילון, בד כותנה, או קצף פוליסטירן מספר פעמים. בצע את טעינת המשטח הרחק מהמדגם כדי למנוע כניסת שברי בד לדגימה.
2. בדוק את פני השטח של צלחת פטרי כדי לוודא שהוא נקי.

3. הסר חומר אורגני חלקיקי

1. מנמיכים את המשטח הטעון עד למרחק של 0.5 ס"מ עד 2 ס"מ מעל הקרקע ומזיזים אותו אופקית כדי לקלוט כמה שיותר חומר חלקיקי. משיכה אל פני השטח ניתן לציין ויזואלית בקול רם.
2. כאשר צלחת פטרי כבר לא מושך חלקיקים נוספים, להזיז את המנה מן המדגם.

4. נקה את פני השטח האלקטרוסטטיים

1. החזיקו את המשטח הטעון מעל צלחת קולקציה והשתמשו במברשת עדינה כדי להעביר את החומר הנמשך אלקטרוסטטית ממשטח צלחת פטרי לצלחת האיסוף. מברשת שיער גמלים עובדת טוב.

5. חזור על הפעולה עד שתפוקת החלקיקים תרד

1. חזור על שלבים 2 עד 4 עד שמספר חלקיקי החומר האורגני הנקלטים פוחת. להפיץ מחדש את דגימת הקרקע על ידי טלטול אופקי של מחבת הקרקע כדי לחשוף חומר חדש על פני השטח ולהמשיך אוסף אלקטרוסטטי.
   הערה: נקודת הקצה שרירותית ותלויה בשיקול דעתו של החוקר. בדיקה של המשטח הטעון לאחר החשיפה לאדמה נותנת אינדיקציה חזותית האם כמות משמעותית של חלקיקים אורגניים עדיין מוסרים מהאדמה. המוצרים הסופיים הם אדמה עם תכולת חלקיקים מופחתת, ו POM מרוכז המכיל כמות קטנה של אדמה שהוסרה אלקטרוסטטית.

תוצאות

התוצאות המוצגות כאן מבוססות על ניתוח קרקעות סחף לואם מאתרים חקלאיים בצפון מערב האוקיינוס השקט(לוח 1). קרקעות נאספו לעומקים של 0-20 ס"מ או 0-30 ס"מ, מיובשים ב 40 מעלות צלזיוס, עברו דרך מסננת 2 מ"מ, וטופלו באמצעות משטח פוליסטירן טעון עם מטלית ניילון.

כמות הקרקע שהוסרה באופן אלקטרוסטטי מדגם השתנתה. כ-1% עד 6% מסך מסת הקרקע הוסרה (לוח 2). בכל המקרים שיעור הדגימה הכוללת שהוסרה C היה גדול יותר ממסת הק...

דיון

שיטת המשיכה האלקטרוסטטית הייתה יעילה בהסרת POM מקרקעות לואם הסחף. השיטה המתוארת כאן שונה במקצת מקייזר, ואח^'10 שהשתמשה בשילוב של זכוכית / כותנה. טיפלנו בכל שברי הקרקע מלבד הטובים ביותר והשתמשנו בפוליסטירן ולא בזכוכית בגלל ההבדל הטריבואלקטרי, שעבור פוליסטירן / ניילון הוא 100 nC / J לעומת זכוכית / כותנה ב 20 nC / J^12. קצף זכוכית ופוליסטירן הוכיחו יעילות ונוחות בחוויה עדכנית יותר. הלחות היחסית של שטח האחסון וסביבת העבודה יכולה להוות בעיה במקומות מסוימים בעונות מסוימות של השנה. ...

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה

שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
מברשת,
, קצף פוליסטירן מזכוכית או פלסטיק
, בד
מסננות
אדמה אדמה