Utilizzo del frazionamento della densità del suolo per separare i pool di carbonio del suolo distinti

Questo metodo consente ai ricercatori di isolare un piccolo numero di pool funzionali di carbonio del suolo in frazioni misurabili e modellabili come parte della ricerca sulla stabilizzazione del carbonio del suolo. Questa tecnica è semplice da eseguire, consente una maggiore riproducibilità tra diversi tipi di suolo e distingue diversi pool di carbonio del suolo in base al grado di associazione con diversi minerali. Il frazionamento del suolo in materia organica di frazione leggera e componenti minerali di frazione pesante chiarisce i meccanismi di sequestro e stabilizzazione del carbonio del suolo per modellare i tassi di turnover del carbonio del suolo e le dimensioni del pool di associazione organica minerale.

È facile perdere materiale durante il risciacquo e il trasferimento, quindi tenere conto in modo coerente e attento della massa del campione e del contenuto di carbonio è fondamentale per garantire un recupero totale minimo del 90%. Inizia aggiungendo 50 grammi del campione di terreno essiccato all'aria setacciato a due millimetri in un tubo di centrifuga conico in polipropilene da 250 millilitri e registra la massa ad almeno quattro cifre significative. Quindi aggiungere 50 millilitri della soluzione SPT da 1,85 grammi per centimetro cubo al tubo della centrifuga e tappare saldamente il tubo.

Ora, agitare vigorosamente il tubo a mano per circa 60 secondi per rompere gli aggregati non stabili all'acqua. Quindi, fissare il tubo ermeticamente sigillato a uno shaker a piattaforma e agitare per due ore a 40-120 rotazioni al minuto. Spesso, posizionare il tubo sul lato aiuta la dispersione del suolo aumentando la forza di oscillazione e riducendo l'altezza dello strato di terreno.

Rimuovere periodicamente il tubo dall'agitatore e agitare vigorosamente a mano per aumentare l'agitazione del materiale aggregato più denso. Dopo aver rimosso il tubo dall'agitatore, equalizzare le masse del tubo della centrifuga attraverso il set di tubi da centrifugare aggiungendo con attenzione un'ulteriore soluzione SPT ove necessario. Assicurarsi di agitare vigorosamente a mano per 30 secondi dopo aver aggiunto la soluzione SPT.

Centrifugare i tubi per 10 minuti a 3.000 g in una centrifuga a secchio oscillante. Dopo la centrifugazione, testare la densità del surnatante prelevando cinque millilitri dello stesso con una pipetta e controllando la massa con una bilancia. Se necessario, regolare il volume SPT per ottenere la densità desiderata.

Agitare e centrifugare nuovamente se è stata eseguita una regolazione della densità della soluzione. Collegare un pallone da un litro a una pompa per vuoto e posizionare un filtro in fibra di vetro da 110 millimetri con una dimensione dei pori di 0,7 micron in un imbuto Buchner in porcellana con un diametro interno di 12 centimetri. Sigillare accuratamente l'imbuto utilizzando una guarnizione conica in gomma sul pallone dell'arma laterale.

Utilizzare un collettore di linea del vuoto per eseguire più campioni contemporaneamente. Quindi, collegare un altro pallone da un litro alla pompa per vuoto e posizionare un tappo di gomma su di esso con tubi collegati per l'aspirazione con una lunghezza del tubo sporgente di circa 0,5 metri. Aspirare delicatamente il surnatante, compreso il materiale sospeso nello strato superiore, lungo i lati del tubo della centrifuga.

Non toccare la superficie del terreno pellettato con la punta del tubo di aspirazione. Se non fatto con attenzione, è facile aspirare accidentalmente materiale di frazione pesante dal pellet. Per pulire il tubo di aspirazione tra i campioni, immergere la punta del tubo molto rapidamente in acqua deionizzata / distillata o DDI e aspirare circa cinque millilitri di acqua attraverso la linea applicando il vuoto.

Ripetere l'operazione fino a quando tutto il materiale è stato lavato dal tubo a vuoto. Dopo l'aspirazione, rimuovere il tappo di gomma e l'attacco del tubo di aspirazione dal pallone del braccio laterale e versare il contenuto nella parte superiore dell'imbuto Buchner mantenendo accesa la pompa per vuoto. Risciacquare il matraccio con acqua DDI, agitare e versare il contenuto del matraccio nell'imbuto Buchner.

Ripetere l'operazione fino a rimuovere tutti i residui. Quindi risospendere il pellet di terreno in 50 millilitri di SPT agitando vigorosamente il tubo della centrifuga per 60 secondi a mano per rompere il pellet duro sul fondo. Centrifugare il tubo per 10 minuti a 3.000 g.

Come dimostrato in precedenza, aspirare il surnatante e raccoglierlo nello stesso matraccio dopo aver filtrato attraverso lo stesso imbuto di Buchner. Per lavare SPT dal materiale della frazione pesante, aggiungere 50 millilitri di acqua DDI nel tubo della centrifuga contenente il pellet di frazione pesante e agitare vigorosamente il tubo a mano per 60 secondi, assicurandosi di rompere il pellet duro. Centrifugare il tubo per 10 minuti a 3.000 g.

Aspirare il surnatante come descritto in precedenza. Eventuali particelle galleggianti che rimangono devono essere aggiunte all'imbuto con il resto del materiale della frazione leggera. Ripetere la procedura di lavaggio due volte.

Quindi, raschiare con cura il terreno dal tubo della centrifuga in un becher di vetro etichettato pulito o barattolo. Versare abbastanza acqua DDI nel tubo per allentare il terreno rimanente e agitare il tubo prima di aggiungere il liquame al contenitore di vetro. Risciacquare bene il tubo con acqua DDI e rimettere il bucato nel contenitore di vetro.

Posizionare il contenitore di vetro in un forno di essiccazione impostato tra 40 e 60 gradi Celsius e asciugare fino a raggiungere un peso secco costante, che in genere richiede da 24 a 72 ore. Per garantire la completa rimozione dell'SPT dalla frazione leggera, riempire l'imbuto Buchner contenente il materiale della frazione leggera con acqua DDI e filtrare il contenuto attraverso filtri in fibra di vetro. Una volta che l'acqua è filtrata completamente, ripetere il lavaggio due volte.

Rimuovere l'imbuto dal pallone dell'arma laterale dopo aver spento la pompa per vuoto. Ora, tenendo l'imbuto orizzontalmente su un becher di vetro etichettato, o barattolo, sciacquare delicatamente le particelle dal filtro usando acqua DDI da una bottiglia di lavaggio. Posizionare il contenitore di vetro in un forno di essiccazione impostato tra 40 e 60 gradi Celsius e asciugare fino a raggiungere un peso secco costante, che in genere richiede da 24 a 72 ore.

Per pesare la massa secca dei materiali frazionati, prendere ogni contenitore e raschiare delicatamente tutto il materiale essiccato da esso in una barca di pesatura di plastica. Registrare la massa fino alla quarta cifra decimale prima di inserire il campione in una fiala etichettata o in una borsa. Ogni frazione, così come il terreno sfuso, è ora pronta per l'analisi.

Le figure seguenti dimostrano l'efficacia del metodo e la comprensione dei pool di carbonio del suolo. Qui, il recupero del carbonio organico del suolo in diverse frazioni ha mostrato effetti distinti dei trattamenti detritici sulle frazioni leggere e pesanti, soprattutto relativamente agli effetti osservati sul contenuto di massa. Il frazionamento della densità aggiuntiva ha rivelato che gli effetti del trattamento sulla materia organica associata ai minerali erano prevalentemente limitati al materiale a densità più elevata, ma la frazione intermedia non mostra alcun effetto significativo, nonostante una maggiore variabilità.

Il contenuto carbonio-azoto del suolo sfuso rispetto alle piscine frazionate ha chiaramente stabilito l'efficacia del metodo di frazionamento della densità per separare il materiale particolato vegetale dalla materia minerale. Le piscine con densità inferiori a 2,20 grammi per centimetro cubo hanno risposto di più ai trattamenti, rispetto alle piscine con densità più elevate. L'analisi isotopica ha dimostrato l'influenza della mineralogia del suolo sulle proprietà biogeochimiche attraverso i pool di densità del suolo.

Inoltre, l'analisi di tre pool di densità, rispetto a sei o più, ha catturato in gran parte le tendenze isotopiche. Per il contenuto della frazione leggera, l'essiccazione del forno ha prodotto una perdita di carbonio significativamente maggiore sotto forma di carbonio organico disciolto, sebbene la quantità di perdita fosse insignificante. In secondo luogo, non è stata osservata alcuna stagionalità nel pool di carbonio.

Verificare diligentemente la densità della soluzione SPT per assicurarsi che rimanga coerente e non sia diluita dall'acqua presente nei campioni. Una densità di soluzione troppo bassa o troppo alta rappresenta erroneamente la quantità di carbonio nei campioni. La combinazione dell'analisi isotopica 13C, 14C e 15N e della spettroscopia di massa fornisce ulteriori informazioni sulle dinamiche del ciclo SOC, pur tenendo conto della storia del sito e delle caratteristiche del suolo.

Questa tecnica consente ai ricercatori di isolare pool di carbonio direttamente misurabili che differiscono significativamente nel tempo di turnover, nel meccanismo di stabilizzazione e nella chimica per informare la modellazione del carbonio del suolo in modo più accurato.