土壌密度分別による異なる土壌炭素プールの分離

この方法により、研究者は土壌炭素安定化研究の一環として、土壌炭素の少数の機能プールを測定可能でモデル化可能な画分に分離することができます。この手法は実行が簡単で、多様な土壌タイプにわたる再現性を高め、さまざまな鉱物との関連性の程度に基づいて土壌炭素のさまざまなプールを区別します。土壌を軽質分画有機物と重質分留分ミネラル成分に分画することで、土壌炭素貯留・安定化機構を解明し、土壌炭素回転率や無機有機物会合プールサイズをモデル化する。

すすぎや移送中に材料を失いやすいため、サンプルの質量と炭素含有量を一貫して慎重に考慮することが、少なくとも90%の総回収率を確保するための鍵となります。2ミリメートルにふるいにかけた50グラムの風乾土壌サンプルを250ミリリットルの円錐形のポリプロピレン遠心分離管に加えることから始め、少なくとも4つの有効数字まで質量を記録します。次に、50ミリリットルの1.85グラム/立方センチメートルのSPT溶液を遠沈管に加え、チューブにしっかりと蓋をします。

次に、チューブを手で約60秒間激しく振って、水に安定しない凝集体を分解します。次に、しっかりと密閉されたチューブをプラットフォームシェーカーに固定し、毎分40〜120回転で2時間振とうします。多くの場合、チューブを横に配置すると、スロッシング力が増加し、土壌層の立位高さが低下するため、土壌の分散に役立ちます。

定期的にシェーカーからチューブを取り外し、手で激しく振って、より密度の高い凝集材料の攪拌を増加させます。シェーカーからチューブを取り外した後、必要に応じてSPT溶液を慎重に追加することにより、遠心分離するチューブのセット全体で遠心チューブの塊を均等にします。SPT溶液を加えた後、30秒間手で激しく振ってください。

スイングバケット遠心分離機で3, 000 gでチューブを10分間遠心分離します。遠心分離後、ピペットで5ミリリットルを吸引し、天秤で質量を確認することにより、上清の密度をテストします。必要に応じてSPTボリュームを調整して、目的の密度を実現します。

溶液密度調整が行われた場合は、もう一度振とうして遠心分離します。1リットルのサイドアームフラスコを真空ポンプに取り付け、内径12センチメートルの磁器ブフナー漏斗に孔径0.7ミクロンの110ミリガラス繊維フィルターを置きます。円錐形のゴム製ガスケットを使用して漏斗をサイドアームフラスコに慎重に密封します。

真空ラインマニホールドを使用して、複数のサンプルを同時に実行します。次に、もう1リットルのサイドアームフラスコを真空ポンプに取り付け、その上に約0.5メートルの突出したチューブ長の吸引用チューブを取り付けたゴム栓を置きます。最上層の懸濁物質を含む上清を遠心管の側面に沿って穏やかに吸引します。

ペレット状の土壌表面に吸引チューブの先端で触れないでください。慎重に行わないと、ペレットから重質分を誤って吸引しやすくなります。サンプル間の吸引チューブを洗浄するには、チューブの先端を脱イオン/蒸留水またはDDI水に非常にすばやく突っ込み、真空を適用してラインに約5ミリリットルの水を引き込みます。

すべての材料が真空管から洗い流されるまで繰り返します。吸引後、サイドアームフラスコからゴム栓と吸引チューブアタッチメントを取り外し、真空ポンプの電源を入れたまま内容物をブフナー漏斗の上部に注ぎます。フラスコをDDI水ですすぎ、渦巻き、フラスコの内容物をブフナー漏斗に注ぎます。

すべての残留物が除去されるまで繰り返します。次に、遠心管を手で60秒間激しく振って、土壌ペレットを50ミリリットルのSPTに再懸濁し、底部の硬いペレットを分解します。チューブを3, 000 gで10分間遠心分離します。

前に示したように、上清を吸引し、同じブフナー漏斗でろ過した後、同じフラスコに集めます。重質画分からSPTを洗い流すには、重質画分ペレットを入れた遠沈管に50ミリリットルのDDI水を加え、硬質ペレットを砕きながら、手で60秒間激しく振ってください。チューブを3, 000 gで10分間遠心分離します。

前述のように上清を吸引する。残っている浮遊粒子は、残りの軽質画分材料と一緒に漏斗に追加する必要があります。洗浄手順を2回繰り返します。

次に、遠心分離管からきれいなラベルの付いたガラスビーカーまたはジャーに土壌を注意深くこすり落とします。残りの汚れをほぐすのに十分なDDI水をチューブに注ぎ、スラリーをガラス容器に加える前にチューブを振ってください。DDI水を使用してチューブをよくすすぎ、洗浄液をガラス容器に戻します。

ガラス容器を摂氏40〜60度に設定された乾燥オーブンに入れ、一定の乾燥重量に達するまで乾燥させます(通常は24〜72時間かかります)。軽質画分からSPTを完全に除去するには、軽質画分材料を含むブフナー漏斗をDDI水で満たし、内容物をガラス繊維フィルターでろ過します。水が完全にろ過されたら、洗浄を2回繰り返します。

真空ポンプをオフにした後、サイドアームフラスコから漏斗を取り外します。次に、漏斗をラベルの付いたガラスビーカーまたはジャーの上に水平に保持し、洗浄ボトルからのDDI水を使用してフィルターから粒子をそっと洗い流します。ガラス容器を摂氏40〜60度に設定された乾燥オーブンに入れ、一定の乾燥重量に達するまで乾燥させます(通常は24〜72時間かかります)。

分別された材料の乾燥質量を計量するには、各容器を取り、そこからすべての乾燥材料をプラスチック計量ボートにそっとこすり落とします。サンプルをラベル付き保存バイアルまたはバッグに入れる前に、小数点以下4桁までの質量を記録します。これで、各画分とバルク土壌が分析の準備が整いました。

次の図は、土壌炭素プールに対する方法の有効性と洞察を示しています。ここで、異なる画分における土壌有機炭素の回収は、特にバルク含有量に対して観察された効果と比較して、軽画分および重画分に対する砕屑処理の明確な効果を示した。追加の密度分画により、鉱物関連有機物に対する処理効果は主に高密度材料に限定されていることが明らかになりましたが、中間画分は変動性が大きいにもかかわらず有意な効果を示しませんでした。

分別されたプールに対するバルク土壌の炭素対窒素含有量は、植物ベースの粒子状物質を鉱物質から分離するための密度分別法の有効性を明確に確立しました。密度が2.20グラム/立方センチメートル未満のプールは、密度の高いプールと比較して、処理に多く反応しました。同位体分析は、土壌密度プール全体の生物地球化学的特性に対する土壌鉱物学の影響を示しました。

さらに、6つ以上ではなく、3つの密度プールの分析では、同位体の傾向が大部分を把握しました。軽質留分含有量については、オーブン乾燥は、損失の量はわずかであったが、溶存有機炭素の形で有意に大きな炭素損失をもたらした。第二に、炭素プールに季節性は見られませんでした。

SPT溶液の密度を熱心に検証して、一貫性が保たれ、サンプルに存在する水によって希釈されていないことを確認します。溶液密度が低すぎたり高すぎたりすると、サンプル中の炭素量が誤って表されます。13C、14C、15Nの同位体分析と質量分析を組み合わせることで、サイト履歴と土壌特性を考慮しながら、SOCサイクルダイナミクスに関するさらなる洞察を得ることができます。

この技術により、研究者は、回転時間、安定化メカニズム、および化学的性質が大幅に異なる直接測定可能な炭素プールを分離して、土壌炭素モデリングをより正確に通知できます。