Name: 土壌から粒子状有機物を除去する静電法 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-02-10T13:30:00.000+00:00
Duration: 4 min 40 s
Description: 学ぶ、土壌中の粒子状有機物を静電気引力で効率的に除去する方法。分解されていない有機片を取り除くことで、長期的な土壌炭素貯蔵量の測定精度と一貫性を向上させる技術です。

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この作業は、USDA-ARSベースの資金調達によってのみ支援されました。著者たちは、ミカイラ・ケリー、キャロライン・J・メレ、アレックス・ラッシャー、エミ・クララー、キャサリン・ソンの技術的な助けを非常に高く評価しています。

1. 土壌の準備
<ol><li>所望の深さに土壌サンプルを収集します。40°Cまたはラボ固有の標準プロトコルに従って土壌を徹底的に乾燥させます。</li>
	<li>適切な大きさの土壌ふるいを通して土壌をふるいにかけると、約10〜25gのふるいにかかされる土壌が得られます。多くの研究は、1 mm または 2 mm ふるいを使用します。土の量は下流解析に必要な質量に基づいており、静電気除去ステップを繰り返す必要がある回数に影響します。</li>
	<li>土壌が薄く広がるのに十分な大きさのきれいな乾燥した金属またはガラスの平底の鍋に土を置きます(直径20cm以上)。フライパンを軽く振って、できるだけ薄い層に均等に土壌を分配します。</li>
</ol>2. 静電気表面を充電する
<ol><li>直径100mmのガラスまたはポリスチレンペトリ皿の上または底を片手に持ち、ナイロン布、綿布、ポリスチレンフォームのきれいな部分で外面を数回激しくこすります。サンプルから離れた表面充電を実行して、サンプルに生地の断片が導入されるのを防ぎます。</li>
	<li>ペトリ皿の表面を点検して、清潔であることを確認します。</li>
</ol>3. 粒子状有機物を除去する
<ol><li>荷電面を土の上に0.5 cmから2cm以内に下げ、できるだけ多くの粒子状物質を拾うために水平に動かします。表面への引力は、視覚的かつ可聴的に注意することができる。</li>
	<li>ペトリ皿が追加の粒子を引き付けなくなったら、皿をサンプルから遠ざけます。</li>
</ol>4. 静電気表面を洗浄する
<ol><li>荷電面を回収皿の上に持ち、細かいブラシを使用して、静電に引き付けられた材料をペトリ皿表面から回収皿に移します。ラクダのヘアブラシがうまくいきます。</li>
</ol>5. 粒子の収率が低下するまで繰り返す
<ol><li>ピックアップされる有機物粒子の数が減少するまで、手順2~4を繰り返します。土壌のパンの水平揺れによって土壌サンプルを再配布し、表面に新しい材料を露出させ、静電収集を継続します。 注: エンドポイントは任意であり、研究者の判断に依存します。土壌への暴露後に帯電面を検査すると、かなりの量の有機微粒子がまだ土壌から除去されているかどうかが視覚的に示されます。最終製品は、粒子含有量を減らした土壌であり、静電除去された土壌を少量含むPOMを濃縮した。</li>
</ol>

<ol><li>Gosling, P., Parsons, N., Bending, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+are+the+primary+factors+controlling+the+light+fraction+and+particulate+soil+organic+matter+content+of+agricultural+soils%5BTitle%5D)+AND+%22Biology+and+Fertility+of+Soils%22%5BJournal%5D)">What are the primary factors controlling the light fraction and particulate soil organic matter content of agricultural soils.</a> Biology and Fertility of Soils. 49 (8), 1001-1014 (2013).</li>
<li>Gollany, H. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+organic+carbon+accretion+vs.+sequestration+using+physicochemical+fractionation+and+CQESTR+simulation%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Science+Society+of+America+Journal%22%5BJournal%5D)">Soil organic carbon accretion vs. sequestration using physicochemical fractionation and CQESTR simulation.</a> Soil Science Society of America Journal. 77 (2), 618-629 (2013).</li>
<li>Cambardella, C. A., Gajda, A. M., Doran, J. W., Wienhold, B. J., Kettler, T. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCambardella%2C+CA+%22Assessment+methods+for+soil+carbon%22">Assessment methods for soil carbon</a>. Kimble, J. M., Lal, R., Follett, R. F., Stewart, B. A. , CRC Press. 349-359 (2001).</li>
<li>Wander, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWander%2C+M+%22Soil+organic+matter+in+sustainable+agriculture%22">Soil organic matter in sustainable agriculture</a>. , CRC Press. 67-102 (2004).</li>
<li>Curtin, D., Beare, M. H., Qiu, W., Sharp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Does+particulate+organic+matter+fraction+meet+the+criteria+for+a+model+soil+organic+matter+pool%5BTitle%5D)+AND+%22Pedosphere%22%5BJournal%5D)">Does particulate organic matter fraction meet the criteria for a model soil organic matter pool.</a> Pedosphere. 29 (2), 195-203 (2019).</li>
<li>Kirkby, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stable+soil+organic+matter%3A+A+comparison+of+C%3AN%3AP%3AS+ratios+in+Australian+and+other+world+soils%5BTitle%5D)+AND+%22Geoderma%22%5BJournal%5D)">Stable soil organic matter: A comparison of C:N:P:S ratios in Australian and other world soils.</a> Geoderma. 163 (3-4), 197-208 (2011).</li>
<li>Strickland, T. C., Sollins, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+method+for+separating+light-+and+heavy-fraction+organic+material+from+soil%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Science+Society+of+America+Journal%22%5BJournal%5D)">Improved method for separating light- and heavy-fraction organic material from soil.</a> Soil Science Society of America Journal. 51 (5), 1390-1393 (1987).</li>
<li>Golchin, A., Oades, J. M., Skjemstad, J. O., Clarke, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+free+and+occluded+particulate+organic+matter+in+soils+by+solid+state+13C+Cp%2FMAS+NMR+spectroscopy+and+scanning+electron+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Research%22%5BJournal%5D)">Study of free and occluded particulate organic matter in soils by solid state 13C Cp/MAS NMR spectroscopy and scanning electron microscopy.</a> Soil Research. 32 (2), 285-309 (1994).</li>
<li>Theodorou, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitrogen+transformations+in+particle+size+fractions+from+a+second+rotation+pine+forest+soil%5BTitle%5D)+AND+%22Communications+in+Soil+Science+and+Plant+Analysis%22%5BJournal%5D)">Nitrogen transformations in particle size fractions from a second rotation pine forest soil.</a> Communications in Soil Science and Plant Analysis. 21 (5-6), 407-413 (1990).</li>
<li>Kaiser, M., Ellerbrock, R. H., Sommer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Separation+of+coarse+organic+particles+from+bulk+surface+soil+samples+by+electrostatic+attraction%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Science+Society+of+America+Journal%22%5BJournal%5D)">Separation of coarse organic particles from bulk surface soil samples by electrostatic attraction.</a> Soil Science Society of America Journal. 73 (6), 2118-2130 (2009).</li>
<li>Kuzyakov, Y., Biriukova, O., Turyabahika, F., Stahr, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrostatic+method+to+separate+roots+from+soil%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Plant+Nutrition+and+Soil+Science%22%5BJournal%5D)">Electrostatic method to separate roots from soil.</a> Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 164 (5), 541(2001).</li>
<li>Lee, W. AlphaLab Inc., The Tribo-Electric Series. AlphaLab In, BC. (TriField.com). , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.trifield.com/content/tribo-electric-series">http://www.trifield.com/content/tribo-electric-series</a> (2017).</li>
<li>Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NIH+Image+to+ImageJ%3A+25+years+of+image+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis.</a> Nature Methods. 9 (7), 671-675 (2012).</li>
</ol>

著者らは開示するものは何もない。

静電引力法は、シルトローム土壌からPOMを除去するのに有効であった。ここで説明する方法は、ガラス/綿の組み合わせを使用したカイザー、他の10 とは若干異なる。当社は、20 nC/J12でガラス/綿と比較して100 nC/Jである、三圧電の違いのために、最高級の土壌分率を除くすべてを処理し、ガラスではなくポリスチレンを使用しました。ガラスおよびポリスチレンの泡はより最近の経験の有効および便利証明されている。ストレージエリアとワークスペースの相対湿度は、一年の特定の季節にはいくつかの場所で問題になる可能性があります。ここで提示された方法論は、一貫して低い(20%から30%)ワークスペースで行われました相対湿度。湿度とは無関係に静電の魅力を変化させる温度は期待できません。
この研究に使用される土壌の経験から、<53 μmの土壌は静電プロセスを使用する前にサンプルからふるいにかけることができます。静電気プロセスの前に微細な土壌分率を除去すると、荷電面への微粒子の引力が向上するように見えた。さらに...

土壌有機炭素(SOC)の正確な推定値は、農業管理や環境に起因する変化を評価する上で重要です。粒子状有機物(POM)は、土壌の生態および物理学において重要な機能を有するが、しばしば短命であり、季節、水分条件、気圧、サンプル採取技術、最近の土壌管理、植生ライフサイクル、および他を含むいくつかの要因に基づいて変化する。これらの時間的に不安定な供給源は、安定した真に隔離された土壌有機炭素2における長期的な傾向の推定値を混乱させることができる。
明確に定義され、共通で重要であるにもかかわらず、POMは土壌から容易に分離されることも、定量的に測定することも容易ではありません。粒子状有機物は、液体中に浮かぶように測定された(軽い分率、典型的には1.4-2.2gcm-3)、またはサイズ(例えば、53-250 μmまたは>250μm >)で分離することができるものとして、または2つの3、4、5の組み合わせである。サイズベースの技術と密度ベースの技術の両方がPOM測定4の定量的および化学的結果に影響を与える可能性があります。日常的な方法を使用してサイズ分画された土壌の慎重な目視検査は、多くの場合、画面を通過した葉や茎の根や断片のような長く狭い構造を明らかにします。これらの構造を手で除去するだけで総SOC2,6の測定値を大幅に低減することが示されているが、この方法はオペレータの勤勉さと視力の影響を受ける。緻密な液体7での浮揚時の軽率として土壌試料からPOM分離は全てのPOMを捕捉するものではなく、浮遊過程での過度の揺れは、実際に試料8から回収される光分率の量を減少させることができる。浮揚は多くのステップを必要とし、化学的特性を変更したり、4の目的である可能性のある成分を溶解して除去することができる化学的溶液に土壌を公開します。
POMを除去するための代替方法は、緻密な水溶液の使用を回避または増強するために使用されてきた。Kirkby, ら 6 2 つの浮揚手順を使用して軽い分率除去をドライふるい/ウィンノウ法9と比較した。ウィンノイングは、重い分数から軽い部分を穏やかに持ち上げるために、土壌の薄い層を横切って空気の光の流を渡すことによって行われました。ドライシービング/ウィニングは、C、N、P、およびS含有量に関する2つの浮遊方法と同様に行われた。しかし、著者らは、ドライシービング/ウィノミングが「ややクリーンな」土壌6を生み出したことを示唆している。POMはまた、静電引力10、11を用いて土壌から分離されており、土壌上に静電帯状の表面を通過させることにより有機粒子が単離される。静電引力法は、コース有機粒子と呼ばれるPOMを、乾燥した、ふるいに入った(>0.315mm)土壌から、サイズ及び密度分別の他の方法と同等の統計的再現性を有する土壌から正常に回収した。
ここでは、静電アトラクションを使用して、可視から顕微鏡に至るまでのサイズのPOMを取り除く方法を示します。他の報告された方法とは異なり、微細な土壌の静電的魅力はまた、目に見えて残りの土壌のような鉱物と凝集土壌の小さな部分を除去します。これまでの結果を考えると、POM以外の土壌の小さな部分の除去は下流の分析に実質的な影響を及ぼさないと考えるのが妥当です。しかし、土壌サンプル全体の大部分が静電気的に除去されている場合は、特定の土壌に対してこの仮定を検証する必要があります。ここで提供される方法と例は、半乾燥環境からのシルトロームローム土壌に対して行われた。
この方法は、すべての土壌タイプに適しているわけではありませんが、手動でまたは気流によって除去するには小さすぎる粒子状有機物を除去する上で迅速かつ効率的であるという利点があります。プロセスの速度は、疲労を軽減し、一貫性を確保し、より大きなレプリケーションを促すうえで重要です。さらに、非常に小さな微粒子を除去する能力は、小さな粒子サイズではなく大きい土壌に対する偏見を避ける上で重要です。

<table><tbody><tr><td>ブラシ、キャメルヘア</td><td></td><td></td><td></td></tr>シャー<tr><td>レ、ガラスまたはプラスチック</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ポリスチレンフォーム、綿またはナイロン布</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>土壌</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ふる</td><td></td><td></td><td></td>い</tr></tbody></table>

土壌から粒子状有機物を除去する静電法

Electrostatic Method to Remove Particulate Organic Matter from Soil

有機炭素土壌の推定は、未分解植物材料の除去を含む土壌処理方法に依存する。土壌から根と植物材料を不十分に分離すると、炭素測定が非常に変化する可能性があります。植物材料を除去する方法は、多くの場合、最大の、最も目に見える植物材料に限定されています。本稿では、静電引力を利用して土壌サンプルから植物材料を除去する方法を説明します。乾燥した土壌の近くを通過する静電気帯電表面は、少量の鉱物と凝集した土壌と共に、分解されていない植物粒子と部分的に分解された植物粒子の両方を自然に引き付けます。土壌サンプルは、平らな表面または土壌ふるいの薄い層に広がる。プラスチックまたはガラスのペトリ皿は、ポリスチレンフォームまたはナイロンまたは綿布でこすることによって静電に帯電される。荷を受け皿は土の上に繰り返し渡される。その後、皿はきれいに磨き、充電されます。土壌を再拡散し、手順を繰り返し、最終的に微粒子の収量が減少します。このプロセスは、土壌サンプルの約1〜5%を除去し、有機炭素の約2〜3倍の割合を除去する。他の粒子除去方法と同様に、エンドポイントは任意であり、すべての自由な微粒子が除去されるわけではない。このプロセスは約5分かかり、密度浮揚法のように化学的プロセスを必要としません。静電引力は、一貫して平均C濃度およびC:N比よりも高い材料を除去し、材料の多くは顕微鏡下で植物または動物材料として視覚的に識別することができる。

ここで示した結果は、太平洋北西部の農業現場からのシルトローム土壌の分析に基づいています(表1)。土壌を0〜20cmまたは0〜30cmの深さまで採取し、40°Cで乾燥し、2mmふるいを通過し、ナイロン布で仕込まれたポリスチレン表面を用いて処理した。
試料から静電気的に除去される土の量は様々であった。土壌質量全体の約1%〜6%を除去した(表2)。全ての場合において、試料Cの除去総割合は、除去された土量よりも大きかった。また、静電除去土壌分率のC濃度とC:N比は、常に残りの土壌よりも大きかった。これらの因子は、この方法が不完全に分解された有機物の量を減少させたことを示している。
周囲の条件と、帯電面を生成するために使用される材料の組み合わせが結果に影響を与えた(<stro...

土壌サンプルから最近堆積し、不完全に分解された植物材料を除去すると、土壌有機炭素測定に対する一時的な季節投入の影響を軽減します。静電帯状表面への引力は、大量の粒子状有機物を素早く除去するために使用することができる。

Estimations of soil organic carbon are dependent on soil processing methods including removal of undecomposed plant material. Inadequate separation of ...

静電引力は、土壌サンプル中の粒子状有機物を減らす効率的な方法です。この方法の主な利点は、最小限の視覚的判断を必要とし、目に見えない微粒子に作用することです。分解されていない有機断片を除去することで、長期土壌炭素貯蔵の測定において精度と一貫性が向上します。土壌サンプルを所望の深さまで採取した後、摂氏40度で十分に乾燥させます。適切な側面の土壌ふるいを通して土壌をふるいにかけると、約10〜25グラムのふるいにかけた土壌が得られます。汚れを薄く広げるのに十分な大きさのきれいな乾燥した金属またはガラスの平らな底の鍋に土を置きます。痛みを水平方向に軽く振り、できるだけ薄い層に土壌を分配します。直径100mmのガラスまたはポリスチレンペトリ皿の上または底を片手に持ち、ナイロン布、綿布、ポリスチレン発泡体で外表面を数回激しくこすります。サンプルから離れた表面充電を実行します。完成したら、ペトリ皿の表面を点検して、清潔であることを確認します。荷電面を土の上に0.5〜2センチメートル以内に下げ、できるだけ多くの粒子状物質を拾うために水平に動かします。表面への引力は、視覚的かつ可聴的に注意することができる。ペトリ皿が追加の粒子を引き付けなくなったら、皿をサンプルから遠ざけます。静電気表面をきれいにするには、回収皿の上に保持し、静電に引き付けられた材料をペトリ皿表面からコレクション皿に移すために細かいブラシを使用します。取り込まれる有機物粒子の数が減少するまで、このプロセスを繰り返します。土壌のパンの水平揺れによって土壌サンプルを再配布し、表面に新しい材料を露出させ、静電収集を継続します。荷電面を目視で検査して終点を調べ、大量の有機微粒子が土壌から除去されたかどうかを判断します。このプロトコルは、太平洋北西部の農業現場からのシルトローム土壌の分析に使用されました。土壌質量全体の約1%〜6%を除去した。すべての場合において、除去されたサンプル炭素の総割合は、除去された土壌質量よりも大きかった。静電除去土壌分率の炭素濃度及び窒素比は、常に残りの土壌よりも大きかった。周囲の状態と、帯電した表面を生成するために使用される材料の組み合わせが結果に影響を与えました。治療エンドポイントの影響は、一連の3つの静電サンプルを同じ土壌サンプルから次々に集めることによって調べた。最初の治療は、炭素の最大量を収集しました。次の2つの治療法は、残りの土壌と比較して炭素中で依然として高く濃縮された。最後に、53マイクロメートルのスクリーンを通過した微細シルトサイズの分率から静電に除去できる粒子状物質の量を5つのシルトローン土壌で試験した。静電除去された分率は、粒子状有機物の濃縮をほとんど示さ示した。顕微鏡検査では、粒子状有機物は土壌の微細な土壌部分に存在するが、非常に少量であることを明らかにした。このC対N比は、完全に分解した有機物が除去される中で安定する傾向がある。これは、長期的な土壌有機物のより良いモデルにつながる可能性があります。

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土壌から粒子状有機物を除去する静電法

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