Monitoraggio dell'accumulo di carbonio inorganico pedogenico a causa dell'erosione dei minerali silicati modificati nei suoli agricoli.

Il metodo di verifica qui descritto è adattabile per il monitoraggio del sequestro pedogenico e inorganico del carbonio in vari terreni agricoli modificati con rocce contenenti silicati di metallo terrestre alcalino come wollastonite, basalto e olivina. Questo metodo può essere prontamente sfruttato da enti privati o governativi per verificare il contenuto di carbonio inorganico del suolo in vista della qualificazione degli agricoltori al credito di carbonio a emissioni negative. L'erosione migliorata dei minerali sparsi sulle terre può anche portare al sequestro del carbonio in scenari al di là dell'agricoltura, come pascoli, foreste o terre riabilitate e suoli adrian.

L'eterogeneità dei suoli agricoli, sia adriali che profondi, rende difficile determinare con precisione il contenuto di carbonio inorganico e anche il sottocampionamento dei campioni contribuisce a ridurre la precisione. L'uso di aggiunte standard di divisori di campioni di carbonato di calcio, un'ampia replicazione dell'analisi e un'analisi statistica possono aiutare i ricercatori per la prima volta a acquisire fiducia con la metodologia proposta. A dimostrare parte delle procedure sul campo sarà Stephen Vanderburgt, uno studente magistrale del nostro laboratorio.

Inizia determinando il livellamento di ogni traccia usando un ricevitore GPS, quindi posiziona le bandiere ai confini di ogni tracciato per facilitare il campionamento successivo. Raccogli campioni core da punti casuali all'interno di ogni sottotrama, uno per sottotrama. Usa una sonda del suolo o un campionatore di nucleo del suolo per raccogliere il nucleo del suolo fino a tre zone di profondità da zero a 15 centimetri, da 15 a 30 centimetri e da 30 a 60 centimetri.

Utilizzare una coclea estensibile per raccogliere campioni di terreno profondo da posizioni aggiuntive fino a tre zone di profondità da 60 a 100 centimetri, da 100 a 175 centimetri e da 175 a 250 centimetri. Trasferire i campioni di terreno in secchi, uno per ogni profondità del campione in ogni appezzamento. Mescolare accuratamente i terreni in ogni secchio, quindi posizionare il tester di umidità portatile nel campione di terreno misto e attendere che il contenuto di umidità si fissi in un punto stabile sul calibro del dispositivo.

Premere il pulsante portaoci e registrare il valore come contenuto di umidità in tempo reale dei terreni miscelati. Etichettare correttamente i sacchetti campione con informazioni sulle trame, la profondità del terreno e la data di campionamento, quindi conservare i campioni compositi nei sacchetti. Asciugare all'aria i campioni di terreno il prima possibile dopo il campionamento per ridurre al minimo l'ossidazione del carbonio del suolo.

Posizionare i campioni di terreno in scatole di cartone e posizionare le scatole in un armadio di essiccazione a 50 gradi Celsius per 24-48 ore, fino a quando il terreno non è asciutto. Conservare i campioni essiccati all'aria in sacchetti campione fino a ulteriori analisi. Prima del frazionamento del suolo, eseguire i campioni di terreno attraverso un setaccio di due millimetri per rimuovere grandi frammenti di rocce e resti vegetali.

Il forno asciuga i terreni setacciati posizionandoli in un forno a muffola mantenuto a 105 gradi Celsius, per almeno 15 ore. Per il frazionamento del terreno, posizionare un chilogrammo del campione essiccato del forno sulla maglia superiore dello shaker del setaccio costituito da diverse dimensioni delle maglie. Agitare i setacci a 60 giri/min per 15 minuti.

Utilizzare frazioni pan inferiori a 50 micrometri per le analisi, poiché questa è la frazione di terreno arricchita di carbonato pedogenico. Per determinare il contenuto di carbonio inorganico dei campioni di suolo mediante analisi calcimetrica, inserire cinque grammi di un campione di terreno setacciato in un pallone Erlenmeyer appropriato. Sospendere il campione in 20 millilitri di acqua ultra pura.

Aggiungere sette millilitri di quattro acido cloridrico molare a una piccola provetta di vetro a fondo piatto, quindi posizionare questo tubo in posizione verticale all'interno del pallone utilizzando un paio di pinzette. Attaccare con cura il pallone al calcimetro fissando il tappo di gomma. Regolare e leggere il livello iniziale dell'acqua nella burette e sigillare lo spazio della testa ruotando la valvola superiore nella posizione di misurazione.

Agitare il pallone, rovesciando così il tubo acido, fino a quando il livello dell'acqua nella buretta raggiunge un valore costante e non si osserva alcun gorgogliamento nella soluzione. Qui viene mostrato un tipico insieme di dati per un suolo modificato wollastonite rispetto a un terreno non trattato di controllo. Il pH del suolo modificato è più alto di 1,15 unità rispetto al controllo e il contenuto di carbonato di calcio è quasi cinque volte maggiore.

Nella zona di profondità da zero a 15 centimetri, il contenuto era quattro volte più alto nel terreno modificato rispetto al controllo e la sua frazione pan è stata arricchita in carbonato di calcio. I due campioni di profilo profondo avevano il contenuto più alto, poiché questi sono carbonati naturalmente presenti nell'orizzonte C. I vari ossidi presenti nel terreno sono stati determinati dalla WDXRF.

I principali ossidi presenti sono quelli che co formano i principali minerali del suolo, i nutrienti vegetali e i metalli alcalini della terra. Il modello XRD di un terreno modificato wollastonite è mostrato qui. Le cime principali presenti sono quarzo e albite, che sono minerali predominanti in terreni sabbiosi e loamy.

Sono visibili anche picchi della wollastonite residua modificata e della calcite pedogenica. Il suolo modificato dalla wollastonite è stato immaginato usando SEM dopo diverse settimane di agenti atmosferici. Uno sguardo più da vicino alle particelle di wollastonite mostra i cambiamenti morfologici che si verificano in superficie.

La microanalisi della superficie di Wollastonite è stata eseguita ottenendo una mappatura elementale del campione. Lo spettro EDS dell'area mappata ha rivelato il suo profilo chimico semi-quantitativo. Le precedenti mappe elementali mostrano chiaramente che il silicio e il calcio rilevati si trovano in gran parte nelle particelle di wollastonite acicolare.

L'analisi EDS spot è stata eseguita sui frammenti più piccoli sparsi nel campione di terreno. I frammenti erano ricchi di carbonio e ossigeno, suggerendo che fossero fatti principalmente di materia organica. Quando si tenta questo protocollo, tenere presente che la profondità di campionamento può variare in aree diverse, a seconda della facilità di campionamento sul profilo verticale, dello spessore dell'orizzonte del suolo superficiale, della profondità della fava e della struttura del suolo.

La misurazione di firme stabili di carbonio isotopico e radiogenico sul profilo del suolo e del sottosuolo potrebbe essere incorporata in questa procedura per verificare ulteriormente il sequestro della CO2 atmosferica nei campi modificati dai minerali.