Name: 土壌の健康と生物活性に対する廃棄物由来バイオ炭の評価 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-10-10T13:05:00.000+00:00
Duration: 10 min 31 s
Description: 学ぶ廃棄物由来バイオ炭が土壌微生物活性、植物成長、無脊椎動物への生態毒性に与える影響を評価する方法。原料の種類が土壌健康に及ぼす効果を理解し、持続可能な農業実践に役立てます。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

1. バイオ炭の調製
注:ここで試験材料として使用されるバイオ炭の詳細については、材料表を参照してください。熱分解条件、元素組成、および近接分析データは、生産者から提供されました(表1)。
注意: 熱分解は、常に適切な排気またはヒュームシステムを備えた換気の良いラボで行ってください。耐熱手袋、白衣、安全ゴーグルを着用し、必要に応じてフェイスシールドを着用してください。
表1:試験したバイオ炭の基本特性。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68994/68994_Table_1.xlsx" target="_blank">この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>
2. バイオ炭の化学的特性評価
<ol>
	<li>マイクロ波支援分解後の濃度に基づいて、すべてのバイオ炭の元素組成を分析します(誘導結合プラズマ原子発光分光法(ICP OES)または誘導結合プラズマ質量分析(ICP MS)を使用して、濃度に基づいて実行します(表2)。</li>
</ol>
3. 土壌とバイオ炭の混合物の調製
<ol>
	<li>土壌の収集と実験のセットアップ<ol>
		<li>実験場から表土を採取します。</li>
		<li>表面の破片を手動で取り除きます。土を5mm未満の粒子サイズにふるいにかけ、破片を取り除きます。</li>
		<li>ふるいにかけた土100gを重さを量り、試験容器に加えます。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>バイオ炭の改良とインキュベーション<ol>
		<li>土壌100gあたり、各バイオ炭タイプを1g、5g、または10g添加して、1%、5%、および10%(w / wベース)の土壌バイオ炭改良剤を作成します。</li>
		<li>蒸留水を加えて、最大保水能力(WHC)の60%に達します。</li>
		<li>へらを使ってよく混ぜます。</li>
		<li>各容器の重量を量り、パラフィルムで覆い、蒸発を最小限に抑えます。</li>
		<li>混合物を27°Cで10日間インキュベートします。 注:この混合物は、水分損失測定、pH変化、植物毒性、および細菌定量アッセイに使用されます。 使用済みの土壌は、地域のバイオソリッドプロトコルに従って収集および廃棄する必要があります。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. 土壌とバイオ炭の混合物のpH測定
<ol>
	<li>各土壌とバイオ炭の混合物10 gを50 mLの円錐形チューブに秤量します。</li>
	<li>チューブに25mLの蒸留水を加えます。</li>
	<li>チューブを手動で30秒間振るか、ボルテックスミキサーを中速で使用します。Whatman No.1ろ紙を使用して混合物を清潔な100 mLビーカーにろ過します。</li>
	<li>校正済みのpHメーターを使用して、室温(20〜25°C)で濾液のpHを測定します。</li>
</ol>
5. Enchytraeus albidus 毒性試験
<ol>
	<li>経済協力開発機構 (OECD) 2016、テスト番号 22016 に従ってテストを実施します。</li>
	<li>試験用の土壌の準備<ol>
		<li>このテストにはOECD人工土壌を使用します。</li>
		<li>セクション4で説明した手順に従って土壌のpHを測定します。</li>
		<li>分析グレードの炭酸カルシウム(CaCO3)を土壌に徐々に添加し、完全に混合することにより、pH 6.0±0.5に調整します。</li>
		<li>蒸留水または脱イオン水を加えて、水分含有量を最大WHCの40〜60%に調整します。 注:一貫性を手作業で確認します。土壌は湿っている必要がありますが、塊状ではありません。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>ワームの順応と選択<ol>
		<li>ワームを蒸留水で優しくすすぎ、輸送用生理食塩水を取り除きます。</li>
		<li>ワームを準備したOECD土壌に入れ、6,000ルクスで16時間の光/8時間の暗サイクル下で20°Cで24時間順応させます。</li>
		<li>クリテルムの存在に基づいて実体顕微鏡を使用して、セットアップごとに15匹の健康な成虫を選択します。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>テストのセットアップとインキュベーション<ol>
		<li>準備したOECD土壌100gと各バイオ炭タイプ5gを清潔な容器に入れて混合します。</li>
		<li>100 gの未修正のOECD土壌を使用して対照を準備します。</li>
		<li>pHと水分含有量が必要な範囲(pH - 6.0 ± 0.5、水分含有量 - 最大WHCの40〜60%)にあることを確認します。</li>
		<li>先端が柔らかい鉗子を使用して、各テストおよびコントロール容器に15匹の成虫を導入します。</li>
		<li>細かく挽いた圧延オーツ麦を25mgを土壌表面の食料源として加えます。</li>
		<li>空気交換を可能にするために、穴あきアルミホイルで容器を覆います。</li>
		<li>容器を20°Cで5日間、6,000ルクスで16時間の光/8時間の暗サイクル下でインキュベートします。</li>
		<li>容器の重量を毎日計量し、適切な量の蒸留水または脱イオン水を加えて減量を補い、一定の水分含有量を維持します。</li>
		<li>ワームの活動を監視し、テスト中に目に見える死亡率を記録します。</li>
		<li>テスト終了後、次の式を使用して致死効果(%)を計算します。 
		<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/68994/68994eq1.jpg" style="margin: auto;"> どこ： Wi - テスト開始時の初期ワーム数 Wf - テスト終了時の最終ワーム数 注:テストを有効にするには、コントロールセットアップでの成人死亡率がテストの終了時に20%を超えてはなりません。</li>
		<li>試験後、試験土壌を105°Cで乾燥させて不活化し、局所的なバイオソリッドプロトコルに従って廃棄します。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
6. 植物毒性試験
<ol>
	<li>国際標準化機構 (ISO) 18763:201617 に従ってテストを実施します。</li>
	<li>シャーレのセットアップ<ol>
		<li>インキュベートした土壌とバイオ炭の混合物20 gを9 cmのきれいなペトリ皿に加えます。清潔なヘラを使用して表面をそっと平らにします。</li>
		<li>バイオ炭濃度ごとに3回の反復を調製し、2つの未修正のコントロールを含めます。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>種の植え付けと孵化<ol>
		<li>10個の シナピスアルバ の種を各皿に等間隔で土の表面に置きます。 注:種子を土に押し込まないでください。湿気で自然に固まらせます。</li>
		<li>皿に蓋をして、直射日光を当たらさずに25°C±2°Cのインキュベーターに5日間入れます。</li>
		<li>インキュベーション後、プラスチック定規を使用して、種子の端から根の端までの根の長さを測定します。cmまたはmmで報告してください。種子がひび割れたばかりの場合は、0.1cmまたは1mmと記載してください。</li>
		<li>次の式を使用して阻害効果(%)を計算します。 
		<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/68994/68994eq2.jpg" style="margin: auto;"> どこ： RLc - 対照皿の種子の平均根長 RLt - 試験皿内の種子の平均根長 注:テストを有効にするには、対照の種子の発芽が少なくとも80%(10個の種子のうち8個が発芽)であることを確認することが重要です。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
7. 細菌コロニーの定量化
<ol>
	<li>土壌の懸濁と希釈<ol>
		<li>インキュベートした各土壌とバイオ炭の混合物5 gを50 mLの滅菌コニカルチューブに秤量します。</li>
		<li>25 mLの滅菌蒸留水を加え、30秒間よく振とうします。</li>
		<li>懸濁液を室温で2時間均質化させます。</li>
		<li>滅菌ガーゼまたはメッシュを使用して懸濁液をろ過し、この原液を使用して連続希釈液を調製します。</li>
		<li>それぞれ9mLの滅菌蒸留水を含む5本の試験管を準備します。</li>
		<li>滅菌ピペットを使用して10倍の連続希釈を実行します(たとえば、ストック溶液から1 mLを最初のチューブ= 10-1に移し、次に1 mLを次のチューブ= 10-2に移すなど)。</li>
		<li>めっきには10〜2の希釈液を使用してください。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>コロニーのメッキとカウント<ol>
		<li>0.2 mLの10-2 希釈液を滅菌栄養寒天プレートにピペットでかけます。</li>
		<li>滅菌済みスプレッダーを使用してサンプルを均一に広げます。</li>
		<li>プレートを27°Cの逆位置で24時間インキュベートします。</li>
		<li>コロニーカウンターを使用してコロニーをカウントします。</li>
		<li>次の式を使用して、混合物のコロニー形成単位(CFU)mL-1 を計算します。 
		<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/68994/68994eq3.jpg" style="margin: auto;"> 注: 可能であれば、バイオセーフティキャビネットの下で作業してください。汚染を避けるために、サンプル間のツールを火炎滅菌します。 廃棄する前に、すべてのプレートを70%エタノールまたはオートクレーブで消毒してください。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
8. 乾物(DM)の測定
注意: 熱いボウルを取り扱うときは、耐熱手袋を使用してください。
<ol>
	<li>耐熱ガラスまたは磁器のボウルに土10gを重さを量ります。</li>
	<li>ボウルを105°Cに予熱した乾燥オーブンに入れ、2時間乾燥させます。</li>
	<li>乾燥後、ボウルをデシケーターに移し、空気からの水分の吸収を防ぐために10分間冷まします。</li>
	<li>分析天びんを使用して、冷却したボウルを再度計量します。</li>
	<li>精度を確保するために、少なくとも3つのサンプルに対して手順を繰り返します。</li>
	<li>次の式を使用して乾物 (DM) 含有量を計算します。 
	<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/68994/68994eq4.jpg" style="margin: auto;"> どこ： DM - 乾物含有量(%) Md - 乾燥サンプル重量(g) Mw - 未乾燥(元の)サンプル重量(g)</li>
</ol>
9. デヒドロゲナーゼ活性(DHA)試験
<ol>
	<li>標準プロトコル(ISO 23753-1:2019)に従ってテストを実施します18。</li>
	<li>試薬調製<ol>
		<li>TRIS緩衝液(100 mmol / L、pH 7.6)。<ol>
			<li>12.12 gのトリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(TRIS)を800 mLの蒸留水に溶解します。</li>
			<li>1 M塩酸(HCl)を使用してpHを7.6に調整します。</li>
			<li>蒸留水で総量を1Lに調整します。</li>
			<li>4°Cで保存し、1週間以内に使用してください。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>TTC基板溶液(300mmol/L)<ol>
			<li>調製したトリス緩衝液10mLにTTC1gを溶解する。</li>
			<li>4°Cの暗所で保存し、1週間以内に使用してください。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>検量線用のTPF標準溶液を調製します。<ol>
			<li>100 mgのTPFを10 mLの96%エタノールに加え、完全に溶解するまで撹拌してTPFストック溶液(33 mmol / L)を得る。</li>
			<li>調製したTPFストック溶液0.5 mLを50 mLのエタノールで希釈して、TPF作業溶液(330 nmol / mL)を取得します。</li>
			<li>作業溶液から0、0.1、0.2、0.5、および1.0 mLの作業標準を調製し、エタノールで希釈して最終容量3 mLにします。</li>
			<li>485 nm で吸光度を測定して、検量線を生成します。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>サンプル前処理<ol>
		<li>各土壌とバイオ炭の混合物5 gを50 mLの円錐形チューブに加えます。</li>
		<li>4 mLのTrisバッファー(100 mmol/L、pH 7.6)と1 mLのTTC溶液をテストセットアップに加えます。</li>
		<li>4 mLのTrisバッファーのみをコントロールセットアップに追加します。</li>
		<li>穏やかな反転によってチューブを手動で混合し、暗闇の中で25°Cで6時間インキュベートします。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>ホルマザンの抽出<ol>
		<li>インキュベーション後、各チューブに25 mLのエタノールを加えます。</li>
		<li>サンプルを暗所で1時間(250 min-1、25°C)オービタル撹拌下に置きます。</li>
		<li>撹拌後、1 mLのTTCをコントロールチューブに加えます。</li>
		<li>すべてのチューブを2,000 × g で25°Cで5分間遠心分離し、上清を分離します。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>測定と計算<ol>
		<li>上清をきれいなキュベットに移します。</li>
		<li>分光光度計を使用して485nmの吸光度を読み取ります。</li>
		<li>検量線を使用して、サンプル中のTPFの濃度(nmol/L)を測定します。</li>
		<li>次の式を使用してデヒドロゲナーゼ活性を計算します。 
		<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/68994/68994eq5.jpg" style="margin: auto;"> どこ： A - 乾燥土壌のmU g-1 (またはnmol min-1 g-1)における酵素活性 Cs - 試験サンプル中のTPF濃度(nmol mL-1) Cb - nmol mL-1 単位の対照サンプル中の TPF 濃度 V - 総反応量(基質、緩衝液、エタノールの量の合計、mL) RT - 分単位の反応持続時間 M - チューブあたりの土壌質量 (g) DM - 土壌の乾物含有量 (%) 注:TTCとTPFは突然変異原の可能性があるため、手袋をはめて取り扱ってください。エタノールベースの試薬を調製するときは、ヒュームフードを使用してください。 試験後、エタノールおよびTTC含有廃棄物は、指定された化学廃棄物容器に廃棄してください。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68994/68994fig1.jpg"> 
図1:実験ワークフローの概略図。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68994/68994fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>

<ol><li>Pradhan, S., Parthasarathy, P., Mackey, H. R., Al-Ansari, T., McKay, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Food+waste+biochar%3A+A+sustainable+solution+for+agriculture+application+and+soil-water+remediation%5BTitle%5D)+AND+%22Carbon+Res%22%5BJournal%5D)">Food waste biochar: A sustainable solution for agriculture application and soil-water remediation.</a> Carbon Res. 3 (1), 41(2024).</li>
<li>D'Hose, T., Debode, J., De Tender, C., Ruysschaert, G., Vandecasteele, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Has+compost+with+biochar+applied+during+the+process+added+value+over+biochar+or+compost+for+increasing+soil+quality+in+an+arable+cropping+system%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Soil+Ecol%22%5BJournal%5D)">Has compost with biochar applied during the process added value over biochar or compost for increasing soil quality in an arable cropping system.</a> Appl Soil Ecol. 156, 103706(2020).</li>
<li>Wang, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biochar+improves+soil+quality+and+wheat+yield+in+saline-alkali+soils+beyond+organic+fertilizer+in+a+3-year+field+trial%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Sci+Pollut+Res%22%5BJournal%5D)">Biochar improves soil quality and wheat yield in saline-alkali soils beyond organic fertilizer in a 3-year field trial.</a> Environ Sci Pollut Res. 30 (7), 19097-19110 (2023).</li>
<li>Smith, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+carbon+sequestration+and+biochar+as+negative+emission+technologies%5BTitle%5D)+AND+%22Glob+Change+Biol%22%5BJournal%5D)">Soil carbon sequestration and biochar as negative emission technologies.</a> Glob Change Biol. 22 (3), 1315-1324 (2016).</li>
<li>Jin, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+on+the+effects+of+biochar+amendment+on+soil+microorganisms+and+enzyme+activity%5BTitle%5D)+AND+%22J+Soils+Sediments%22%5BJournal%5D)">Review on the effects of biochar amendment on soil microorganisms and enzyme activity.</a> J Soils Sediments. 24 (7), 2599-2612 (2024).</li>
<li>Melo, L. C. A., Lehmann, J., Carneiro, J. S. daS., Camps-Arbestain, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biochar-based+fertilizer+effects+on+crop+productivity%3A+A+meta-analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+Soil%22%5BJournal%5D)">Biochar-based fertilizer effects on crop productivity: A meta-analysis.</a> Plant Soil. 472 (1), 45-58 (2022).</li>
<li>Blanco-Canqui, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biochar+and+soil+physical+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Sci+Soc+Am+J%22%5BJournal%5D)">Biochar and soil physical properties.</a> Soil Sci Soc Am J. 81 (4), 687-711 (2017).</li>
<li>Geng, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biochar+mitigation+of+soil+acidification+and+carbon+sequestration+is+influenced+by+materials+and+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Ecotoxicol+Environ+Saf%22%5BJournal%5D)">Biochar mitigation of soil acidification and carbon sequestration is influenced by materials and temperature.</a> Ecotoxicol Environ Saf. 232, 113241(2022).</li>
<li>Ippolito, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feedstock+choice%2C+pyrolysis+temperature+and+type+influence+biochar+characteristics%3A+A+comprehensive+meta-data+analysis+review%5BTitle%5D)+AND+%22Biochar%22%5BJournal%5D)">Feedstock choice, pyrolysis temperature and type influence biochar characteristics: A comprehensive meta-data analysis review.</a> Biochar. 2 (4), 421-438 (2020).</li>
<li>Wei, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+pyrolysis+temperature+and+feedstock+on+carbon+fractions+of+biochar+produced+from+pyrolysis+of+rice+straw%2C+pine+wood%2C+pig+manure+and+sewage+sludge%5BTitle%5D)+AND+%22Chemosphere%22%5BJournal%5D)">Influence of pyrolysis temperature and feedstock on carbon fractions of biochar produced from pyrolysis of rice straw, pine wood, pig manure and sewage sludge.</a> Chemosphere. 218, 624-631 (2019).</li>
<li>Oleszczuk, P., Jośko, I., Kuśmierz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biochar+properties+regarding+to+contaminants+content+and+ecotoxicological+assessment%5BTitle%5D)+AND+%22J+Hazard+Mater%22%5BJournal%5D)">Biochar properties regarding to contaminants content and ecotoxicological assessment.</a> J Hazard Mater. 260, 375-382 (2013).</li>
<li>Bolan, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biochar+modulating+soil+biological+health%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Total+Environ%22%5BJournal%5D)">Biochar modulating soil biological health: A review.</a> Sci Total Environ. 914, 169585(2024).</li>
<li>Baran, A., Tarnawski, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phytotoxkit%2FPhytotestkit+and+Microtox%C2%AE+as+tools+for+toxicity+assessment+of+sediments%5BTitle%5D)+AND+%22Ecotoxicol+Environ+Saf%22%5BJournal%5D)">Phytotoxkit/Phytotestkit and Microtox® as tools for toxicity assessment of sediments.</a> Ecotoxicol Environ Saf. 98, 19-27 (2013).</li>
<li>Novais, S. C., Gomes, N. C., Soares, A. M. V. M., Amorim, M. J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antioxidant+and+neurotoxicity+markers+in+the+model+organism+Enchytraeus+albidus+%28Oligochaeta%29%3A+Mechanisms+of+response+to+atrazine%2C+dimethoate+and+carbendazim%5BTitle%5D)+AND+%22Ecotoxicology%22%5BJournal%5D)">Antioxidant and neurotoxicity markers in the model organism Enchytraeus albidus (Oligochaeta): Mechanisms of response to atrazine, dimethoate and carbendazim.</a> Ecotoxicology. 23 (7), 1220-1233 (2014).</li>
<li>Kaczyńska, G., Borowik, A., Wyszkowska, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+dehydrogenases+as+an+indicator+of+contamination+of+the+environment+with+petroleum+products%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Air+Soil+Pollut%22%5BJournal%5D)">Soil dehydrogenases as an indicator of contamination of the environment with petroleum products.</a> Water Air Soil Pollut. 226 (11), 372(2015).</li>
<li>Organisation for Economic Co-operation and Development. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Test+No.+220%3A+Enchytraeid+reproduction+test%22">Test No. 220: Enchytraeid reproduction test</a>. , (2016).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22ISO+18763%3A2016+-+Soil+quality+-+Determination+of+the+toxic+effects+of+pollutants+on+germination+and+early+growth+of+higher+plants%22">ISO 18763:2016 - Soil quality - Determination of the toxic effects of pollutants on germination and early growth of higher plants</a>. , International Organization for Standardization. https://www.iso.org/standard/63317.html (2016).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22ISO+23753-1%3A2019+-+Soil+quality+-+Determination+of+dehydrogenase+activity+in+soils+-+Part+1%3A+Method+using+triphenyltetrazolium+chloride+%28TTC%29%22">ISO 23753-1:2019 - Soil quality - Determination of dehydrogenase activity in soils - Part 1: Method using triphenyltetrazolium chloride (TTC)</a>. , International Organization for Standardization. https://www.iso.org/standard/70145.html (2019).</li>
<li>Carnier, R., Coscione, A. R., Delaqua, D., de Abreu, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coffee+industry+waste-derived+biochar%3A+Characterization+and+agricultural+use+evaluation+according+to+Brazilian+legislation%5BTitle%5D)+AND+%22Bragantia%22%5BJournal%5D)">Coffee industry waste-derived biochar: Characterization and agricultural use evaluation according to Brazilian legislation.</a> Bragantia. 80, e5721(2021).</li>
<li>Jin, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-performance+spent+coffee+grounds-based+3D+microporous+biochar+for+the+efficient+capture+of+Cd2%2B+via+a+multi-pathway+mechanism%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Eng+J%22%5BJournal%5D)">High-performance spent coffee grounds-based 3D microporous biochar for the efficient capture of Cd2+ via a multi-pathway mechanism.</a> Chem Eng J. 485, 149537(2024).</li>
<li>Batista, E. M. C. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+surface+and+porosity+of+biochar+on+water+holding+capacity+aiming+indirectly+at+preservation+of+the+Amazon+biome%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Effect of surface and porosity of biochar on water holding capacity aiming indirectly at preservation of the Amazon biome.</a> Sci Rep. 8 (1), 10677(2018).</li>
<li>de Souza, L. Z. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ecotoxicological+effects+of+biochar+obtained+from+spent+coffee+grounds%5BTitle%5D)+AND+%22Mater+Res%22%5BJournal%5D)">Ecotoxicological effects of biochar obtained from spent coffee grounds.</a> Mater Res. 25, e20220013(2022).</li>
<li>Ahmad, A., Liu, Y., Ge, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+environmental+thresholds+in+relation+to+plant+structure+and+nutritional+value+for+improved+maize+calendar+ensuring+food+security%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Total+Environ%22%5BJournal%5D)">Assessing environmental thresholds in relation to plant structure and nutritional value for improved maize calendar ensuring food security.</a> Sci Total Environ. 834, 155120(2022).</li>
<li>Martins Filho, A. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impact+of+coffee+biochar+on+carbon%2C+microbial+biomass+and+enzyme+activities+of+a+sandy+soil+cultivated+with+bean%5BTitle%5D)+AND+%22An+Acad+Bras+Cienc%22%5BJournal%5D)">Impact of coffee biochar on carbon, microbial biomass and enzyme activities of a sandy soil cultivated with bean.</a> An Acad Bras Cienc. 93, e20200096(2021).</li>
<li>Giachino, A., Waldron, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Copper+tolerance+in+bacteria+requires+the+activation+of+multiple+accessory+pathways%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Copper tolerance in bacteria requires the activation of multiple accessory pathways.</a> Mol Microbiol. 114 (3), 377-390 (2020).</li>
<li>Sardans, J., Peñuelas, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potassium+control+of+plant+functions%3A+Ecological+and+agricultural+implications%5BTitle%5D)+AND+%22Plants%22%5BJournal%5D)">Potassium control of plant functions: Ecological and agricultural implications.</a> Plants. 10 (2), 419(2021).</li>
<li>Sorrenti, G., Masiello, C. A., Toselli, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biochar+interferes+with+kiwifruit+Fe-nutrition+in+calcareous+soil%5BTitle%5D)+AND+%22Geoderma%22%5BJournal%5D)">Biochar interferes with kiwifruit Fe-nutrition in calcareous soil.</a> Geoderma. 272, 10-19 (2016).</li>
<li>Jin, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigations+of+the+effect+of+the+amount+of+biochar+on+soil+porosity+and+aggregation+and+crop+yields+on+fertilized+black+soil+in+northern+China%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Investigations of the effect of the amount of biochar on soil porosity and aggregation and crop yields on fertilized black soil in northern China.</a> PLoS One. 15 (11), e0238883(2020).</li>
<li>Gezahegn, S., Sain, M., Thomas, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Variation+in+feedstock+wood+chemistry+strongly+influences+biochar+liming+potential%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Syst%22%5BJournal%5D)">Variation in feedstock wood chemistry strongly influences biochar liming potential.</a> Soil Syst. 3 (2), 26(2019).</li>
<li>Yadav, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Heavy+metal+toxicity+in+earthworms+and+its+environmental+implications%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Adv%22%5BJournal%5D)">Heavy metal toxicity in earthworms and its environmental implications: A review.</a> Environ Adv. 12, 100374(2023).</li>
<li>Dzul-Caamal, R., Vega-López, A., Osten, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distribution+of+heavy+metals+in+crop+soils+from+an+agricultural+region+of+the+Yucatan+Peninsula+and+biochemical+changes+in+earthworm+Eisenia+foetida+exposed+experimentally%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Monit+Assess%22%5BJournal%5D)">Distribution of heavy metals in crop soils from an agricultural region of the Yucatan Peninsula and biochemical changes in earthworm Eisenia foetida exposed experimentally.</a> Environ Monit Assess. 192 (6), 338(2020).</li>
<li>Lehmann, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biochar+in+climate+change+mitigation%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Geosci%22%5BJournal%5D)">Biochar in climate change mitigation.</a> Nat Geosci. 14 (12), 883-892 (2021).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>1,3,5- トリフェニルテトラゾリウム・フォルマザン</td><td>シグマ・アルドリッヒ、チェコ共和国</td><td>93145</td><td></td></tr><tr><td>2,3,5- トリフェニルテトラゾリウム塩化物&nbsp;</td><td>シグマ・アルドリッヒ、チェコ共和国</td><td>T8877</td><td></td></tr><tr><td>オートクレーブ CertoClav クラシック</td><td>チェルトクラフ、オーストリア</td><td>8510174</td><td></td></tr><tr><td>炭酸カルシウムなど;</td><td>シグマ・アルドリッヒ、チェコ共和国</td><td>239216</td><td></td></tr><tr><td>遠心分離機 MPW-251</td><td>MPW 医学機器、ポーランド</td><td>10251</td><td></td></tr><tr><td>吸い殻のバイオチャー</td><td>ドイツ・ホーエンハイム大学</td><td></td><td>700度で生産され、注記;</td></tr><tr><td>コロニーカウンター CC-200</td><td>コール・パーマー</td><td>14212-04</td><td></td></tr><tr><td><エム>エンチトラエウス・アルビドゥス&nbsp;<も></td><td>インバイタルアクアS.R.O.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>エタノール&nbsp;</td><td>ペンタ、チェコ共和国</td><td>70390-11003</td><td></td></tr><tr><td>ホップバイオマスバイオチャー</td><td>チェコ共和国科学アカデミー研究所</td><td></td><td>650 & 70°Fで生産され、注記;</td></tr><tr><td>インキュベーターQセル</td><td>Pol-Lab、ポーランド</td><td></td><td></td></tr><tr><td>電子レンジ</td><td>アントン・パール、マルチウェーブPRO</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ノートパソコン DELL Latitude 3510</td><td>デル・プロダクツ、アイルランド</td><td></td><td></td></tr><tr><td>栄養土培養基&nbsp;</td><td>OXOID、チェコ共和国</td><td>CM0003B</td><td></td></tr><tr><td>OECD土壌&nbsp;</td><td>マイクロバイオテスト、ベルギー</td><td></td><td></td></tr><tr><td>pHメーター WTW inoLab pH 7110&nbsp;</td><td>ザイルム・アナリティクス、ドイツ</td><td>1AA112</td><td></td></tr><tr><td>シナピス・アルバの種子とnbsp;</td><td>マイクロバイオテスト、ベルギー</td><td></td><td></td></tr><tr><td>分光光度計 M4 UV-可視分光器</td><td>VWR</td><td>76520-716</td><td></td></tr><tr><td>使い終わったコーヒーかすバイオチャー</td><td>チェコ共和国科学アカデミー研究所</td><td></td><td>650 & 70°Fで生産され、注記;</td></tr><tr><td>トウヒ材バイオチャー</td><td>オレスニツェ、チェコ共和国</td><td></td><td>600度&7度で生産;注記;</td></tr><tr><td>立体顕微鏡 MSZ5000-T-IL-TL</td><td>A.Kruss Optronic、ドイツ</td><td>MSZ5000-T-IL-TL</td><td></td></tr><tr><td>トリス・ベース&nbsp;</td><td>シグマ・アルドリッヒ、チェコ共和国</td><td>252859</td><td></td></tr><tr><td>ビデオ接眼レンズ VOPC93 USB 2.0</td><td>A.Kruss Optronic、ドイツ</td><td>&nbsp;VOPC93</td><td></td></tr><tr><td>体重計 ケルン EMB&nbsp;</td><td>ケルン、ドイツ</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

土壌の健康と生物活性に対する廃棄物由来バイオ炭の評価

Assessment of Waste-Derived Biochars on the Health and Biological Activity of Soil

化学的特性評価 バイオ炭は元素組成に有意差を示しました(表2)。カルシウム(Ca)とカリウム(K)は、タバコの吸い殻と使用済みホップのバイオ炭で最も高かった。トウヒ材のバイオ炭には、アルミニウム(Al)と鉄(Fe)が最も多く含まれていました。銅(Cu)とマグネシウム(Mg)は、使用済みホップバイオ炭に強く豊富に含まれています。鉛(Pb)、カドミウム(Cd)、およびその他の微量金属は、すべてのサンプルに少量存在していました。
表2:バイオ炭の化学組成。 研究で使用されたさまざまなバイオ炭の主な元素含有量。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68994/68994_Table%202.xlsx" target="_blank">この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>
潜伏期間にわたるpHの変動 すべての処理において、土壌とバイオ炭の混合物のpHは時間の経過とともにわずかに上昇する傾向がありました(図2)。タバコの吸い殻バイオ炭との混合物では、10% w/w で最高の pH 値が記録され、15 日目に 9.48 に達しました。この治療は、時間の経過とともに最大の増加を示しました。コーヒーかすバイオ炭も徐々に増加し、15日目には10%w/wで最大pHが8.94になりました。ホップバイオ炭はpHを16.57%上昇させ、10%w/wで最大9.20上昇した。対照的に、トウヒと木材のバイオ炭混合物は、10% w/w で pH 8.56 に達しました。対照は、経時変化が最小限で、6.57から7.66の範囲で最も低いpHを示しました。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68994/68994fig2.jpg"> 
図2:土壌とバイオ炭の混合物の経時的なpH変化。 0日目、10日目、15日目に、バイオ炭改良ごとに1%、5%、および10%w/wで測定された土壌pH。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68994/68994fig2largev2.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
保水と減量 すべての種類のバイオ炭の保水能力は、バイオ炭を使用しない対照土壌よりも低かった(図3)。対照は15日間で体重の3.67%を失い、最も高い水分保持を示しています。バイオ炭の中で、たばこ吸い殻処理は水分損失が最も少なく、インキュベーションに比べて5.89%減少したため、バイオ炭の中で最も保持力が高かった。ホップバイオ炭でも同様の、より中程度のパターンが観察されました(総重量減少は9.22%、濃度が高いほど損失が大きくなります)。コーヒーかすバイオ炭は最大の重量減少(最大16.56%)を示し、保水率が最も低いことを示しています。トウヒと木材の混合物は平均10.22%減少しました。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68994/68994fig3.jpg"> 
図3:インキュベーション中の土壌とバイオ炭の混合物の重量減少。 すべてのバイオ炭と濃度について、15日間にわたる保水の指標としての重量変化。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68994/68994fig3largev2.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
E.アルビダス 毒性および繁殖試験 の繁殖 E. albidus 5% w/w バイオ炭での顕著な原料依存性を示しました。OECD土壌管理では、人口は15人から24人に増加しました(60%増加、 図4)。トウヒ材のバイオ炭はわずか7人の生存者をもたらしました(53%の阻害、 図5)。ホップとコーヒーかすのバイオ炭は、それぞれ12人の生存者をもたらしました(20%の阻害、 図5)。タバコの吸い殻バイオ炭は繁殖を33%刺激し、子孫を含む合計20匹のワームが繁殖しました。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68994/68994fig4.jpg"> 
図4:の正味個體群変化 E . albidus バイオ炭処理土壌中。 最初と最後のワームは5日後にカウントされます。各バイオ炭の5%w/w濃度を試験した。データは平均±標準偏差(n = 3)を表します。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68994/68994fig4largev2.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68994/68994fig5.jpg"> 
図5:E.アルビドゥスに対する毒性または刺激効果。対照と比較したワームに対する正味の効果。正の値は抑制を示します。負の値は刺激を示します。データは平均±標準偏差を表します。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68994/68994fig5largev2.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
薬害 根の伸長 S. alba 1%、5%、および10% w / wで10日間のインキュベーション後に測定されました(図6)。未改良の土壌では、平均根の長さは237mmでした。1% w/w のコーヒーかすバイオ炭は 79.16% の刺激を生成しました。高濃度は阻害を引き起こし、5% w/w で最大 47.08% に達しました。トウヒ材のバイオ炭は、すべての濃度で成長を刺激し、10% w/wで206.66%でピークに達しました。タバコの吸い殻バイオ炭は、1% w/w で 41.01% の刺激をもたらしましたが、5% と 10% w/w で成長を阻害し、10% w/w で 62.36% の阻害に達しました。ホップバイオ炭は、すべての速度で成長を刺激しました(それぞれ38.97%、31.75%、162.96%、1%、1%、w/wで5%)。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68994/68994fig6.jpg"> 
図6:シナピスアルバに対する植物毒性の影響。すべてのバイオ炭処理における10日間の成長後の対照に対する根の成長阻害または刺激。正の値は抑制を示します。負の値は刺激を示します。データは平均±標準偏差(n = 3)を表します。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68994/68994fig6largev2.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
細菌コロニーの定量化 細菌コロニー数は10日後に評価されました(図7)。対照は平均 8.47 × 104 CFU/mL でした。コーヒーバイオ炭は、1% w/w で 7.33 ×10 4 CFU/mL を生成し、5% w/w でそれぞれ 1.18 × 105 および 1.50 × 105 CFU/mL に増加しました。トウヒ材のバイオ炭は、1% w/w で 1.97 × 105 CFU/mL を生成し、5% および 10% w/w で 9.73 × 104 および 4.93 × 104 CFU/mL に減少しました。タバコの吸い殻バイオ炭は、1% w/w で 5.40 × 104 CFU/mL を生成し、10% w/w (1.00 × 106 CFU/mL) で最高の刺激を生成しました。ホップバイオ炭はすべての濃度でわずかな刺激を示し、5% w/w で 1.07 × 105 CFU/mL でピークに達しました。
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68994/68994fig7.jpg"> 
図7:バイオ炭で処理した土壌中の細菌の増殖。 すべての処理と濃度について、10日間のインキュベーション後の細菌CFU/mL。比較のためにコントロールが含まれています。データは平均±標準偏差(n = 3)を表します。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68994/68994fig7largev2.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
デヒドロゲナーゼ活性 コーヒーかすバイオ炭は、濃度全体で最高のデヒドロゲナーゼ活性を生成し、1% w/w(3.53 × 10-3 mU/g)でピークに達し、5%および10% w/w(2.38 × 10-3 および2.62 × 10-3 mU/g)で同等のままでした( 図8を参照)。ホップバイオ炭は、1% w/w(2.39 × 10-3 mU/g)で活性を高めましたが、5%(6.34 × 10-4 mU/g)で減少し、10% w/w(-8.30 × 10-4 mU/g)でマイナスになりました。タバコの吸い殻バイオ炭は、1% w/w(1.29 × 10-3 mU/g)で陽性であり、5%および10% w/wで-7.26×10-4 および-8.53×10-4 mU/gに減少しました。トウヒ材バイオ炭は、すべての濃度で陰性でした(1%および5% w/wで-5.53 × 10-4 および-5.19 ×10-4 mU/g、10% w/wで-3.11×10-4 mU/g)、対照よりも低いままでした。
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68994/68994fig8.jpg"> 
図8:バイオ炭で改良された土壌中のデヒドロゲナーゼ活性。 すべてのバイオ炭の種類と濃度にわたる微生物酵素活性。値は、バイオ炭を添加していない対照土壌に対する相対的な値です。正の値は対照と比較して酵素活性が高いことを示し、負の値は対照よりも酵素活性が低いことを示します。データは平均±標準偏差(n = 3)を表します。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68994/68994fig8largev2.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
結果の概要については、 表3 および 表4 を参照してください。
表3:土壌pHと保水に対するバイオ炭の影響。 初期および最終pH値、ΔpH、およびインキュベーション中の水分損失率を示します。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68994/68994_Table_3.xlsx" target="_blank">この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>
表4:生物学的効果とDHAの結果の概要。 すべての治療におけるワームの繁殖、植物毒性、微生物数、酵素活性に関する複合データ。 <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/68994/68994eq6.jpg" style="margin: auto;"> は刺激を示し、 <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/68994/68994eq7.jpg" style="margin: auto;"> は抑制を示します。DHAの結果では、正の値は対照と比較して酵素活性が高いことを示し、負の値は対照よりも酵素活性が低いことを示します。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68994/68994_Table%204.xlsx" target="_blank">この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>
データの可用性: データはパブリックリポジトリにアップロードされます:DOI/URL:https://doi.org/10.6084/m9.figshare.30128803.v1

Biochar is the product obtained by heating biomass through pyrolysis at high temperatures and has emerged as a common soil amendment based on its ...

assessment-waste-derived-biochars-on-health-biological-activity

Research

JoVE Journal

Environment

環境

バイオ炭は、持続可能な基板の品質と収着汚染物質を向上させる、炭素を隔離する能力を持つ土壌改良として使用される炭素が豊富な材料である。このプロトコルは、以前の環境ではこれらの改訂の大規模な実装に必要とされるバイオ炭の特徴付けに使用17分析方法について説明します。...

汚染サイトの修復のために製造シックスBiocharsの物理的、化学的および生物学的特性評価

オートクレーブ内の植物性食品廃棄物の熱水炭化のためのプロトコルが提示され、揮発性有機物質を脱塩する連続フロー反応器で275°Cでのその後の乾燥熱処理が提示される。土壌修正品や基板成分に適した炭素材料を生産することを目的としています。...

有機家庭の残り物を泥炭代替品に変える

ユタ州バイオマス資源グループ(UBRG)は、森の中でのバイオ炭生産を可能にするビッグボックスキルンと呼ばれる金属製の箱を使用して、危険な燃料の削減とバイオ炭生産への革新的なアプローチで、シンプルなバイオ炭キルンをスケールアップしました。...

ビッグボックスバイオ炭窯の運用とベストプラクティス

林業用スラッシュパイルを所定の位置に処分する新しい方法は、森林土壌の健全性を回復し、炭素の除去と隔離のために発熱性炭素を生成します。ここでは、新しい炭素除去会計手法とデジタルアプリケーションを統合したバイオ炭製造方法を紹介します。...

ポータブルフレームキャップキルンを使用した森でのバイオ炭の生産、特性評価、定量化

この方法は、連続13℃で均一または差動植物組織標識用15 N同位体標識室を構築し、操作する方法について説明します。代謝およびAndropogonのgerardiiの構造的な標識からの代表的な結果が説明されています。...

連続の設計および動作<sup&gt; 13</sup&gt; Cと<sup&gt; 15</sup均一または差動、代謝および構造·&gt; N標識化会議所、工場同位体ラベル化

本論文では、からの流出水に化学成分の定量化のために選択された間隔で、時間と流出サブサンプル集で、総流出量を測定するために装備24の個別33.6メートル2フィールドプロットを含む千メートル2施設の設計、建設、および機能について説明しますシミュレートされた家の芝生。...

アーバン流出研究施設の設計と建設

ライシメータ二酸化炭素グラデーション施設は、250〜500μlのL -1粘土、シルト質粘土、および砂質土壌モノリスの温度制御室ハウジング草原植物群落における線形二酸化炭素勾配を作成します。施設は、過去と未来の二酸化炭素濃度は、草原の炭素循環にどのように影響するかを決定するために使用されます。...

CO<sub&gt; 2</subテスト用のCO&gt;濃度勾配施設<sub&gt; 2</sub&gt;濃縮および草地生態系の機能に及ぼす土壌の影響

5つの異なるパッシブサンプリングデバイスの特性評価と適用に関するプロトコルが提示されます。...

水中の農薬のモニタリングのための特性とパッシブサンプラーの応用

不安定な有機炭素(LOC)と潜在的な炭素代謝率は、土壌の栄養循環プロセスの変化の敏感な指標です。一連のサイクルで土壌を燻蒸およびインキュベートし、インキュベーション期間中に蓄積されたCO2を使用してこれらのパラメータを推定する方法について詳細が提供されています。...

シーケンシャル燻蒸インキュベーション・プロシージャを使用した土壌中の不安定な有機炭素の評価

苛立つだけの豊かさを考慮したのではなく、また考慮に関連事業所破損を取って、クリタマバチの被害を評価するの一般的です。従ってより現実的な損傷の評価を有効にする最も重要な分岐機能を考慮した複合損傷指標を提案する.

クリタマバチの評価-ヨーロッパグリを照射

学ぶ廃棄物由来バイオ炭が土壌微生物活性、植物成長、無脊椎動物への生態毒性に与える影響を評価する方法。原料の種類が土壌健康に及ぼす効果を理解し、持続可能な農業実践に役立てます。

土壌の健康と生物活性に対する廃棄物由来バイオ炭の評価

さらに動画を探す