Name: 토양 밀도 분별을 활용하여 뚜렷한 토양 탄소 풀 분리 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-12-16T14:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 19 s
Description: 배우세요 토양 밀도 분별법을 활용하여 토양 유기물을 경량 및 중량 분획으로 분리하는 방법을. 이 기술은 토양 탄소 고정 메커니즘을 연구하고 기후 변화에 따른 토양 반응을 모델링하는 데 필수적인 도구입니다.

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이 작업을 위해 국립 과학 재단 보조금 DEB-1257032는 KL에, DEB-1440409는 HJ Andrews 장기 생태 연구 프로그램에 의해 지원되었습니다.

1. 폴리 텅스텐 산 나트륨 (SPT)의 원액 만들기
주의: SPT는 자극성이며 삼키거나 흡입하면 해롭습니다. 수생 생물에 유독합니다. 환경으로의 방출을 피하십시오.
<ol><li>밀도가 1.85g/cm3인 SPT 용액 1L를 만들려면 결정화된 SPT 1,051g을 약 600mL의 탈이온수(DDI)에 녹입니다. SPT가 완전히 용해될 때까지 약 15분 동안 용액을 저어준 다음 DDI를 사용하여 용액 부피를 1L로 가져옵니다. 참고: 용액 밀도 <1.85g/cm3를 사용한 탄소 회수는 미립자 유기물에서 파생된 가벼운 분획 탄소를 과소 모집할 수 있습니다17,18, 따라서 샘플의 탄소 양을 잘못 표시합니다. 따라서, 1.85 g/cm3의 SPT 용액 밀도는 전형적인 토양 샘플(즉, C 함량<10%)을 갖는 대부분의 모래, 미사 및 점토 양토에 대한 미립자 유기물과 관련된 탄소를 보다 포괄하기 위해 8,17로 제안된다.</li>
	<li>밀도 2.40g/cm3의 SPT 용액 1L를 만들려면 고체 SPT 1,803g을 약 500mL의 DDI 물에 녹입니다. SPT가 완전히 용해될 때까지 용액을 저어준 다음 DDI를 사용하여 용액 부피를 1L로 가져옵니다. 참고: 토양 분획에 대한 잠재적 사용 외에도 프로토콜의 이후 단계에서 SPT 용액을 조정하기 위해 밀도가 1.85g/cm3보다 큰 용액이 필요한 경우가 많습니다(3.2단계 참조). 여분의 2.40g/cm3 용액이 남아 있는 경우, 용액을 탈이온수로 1.85g/cm3로 희석하여 토양 분획에 사용할 수 있습니다.</li>
	<li>분획에 사용하기 전에 C 및 N 함량에 대한 SPT를 분석합니다. 고체 또는 액체 원소 분석기(예: 방법: ISO 10694:1995, ISO 20236:2018)를 사용하여 이 분석을 수행합니다.<ol><li>액체 원소 분석기에 대해 1.1단계의 용액을 1:100 희석하여 원소 스크러버 및 촉매의 열화를 줄입니다. SPT 용액의 C 및 N 오염에 대한 허용 오차는 샘플과 토양 분획의 후속 사용에 따라 달라집니다. 전형적으로, C 및 N 함량이 각각 <1 ppm 및 <0.1 ppm 인 SPT 용액은 훨씬 더 큰 토양 C 및 N 풀을 변경하기위한 최소 용량을 제시하기 때문에 사용하기에 적합한 것으로 간주됩니다.</li>
	</ol></li>
</ol>2. SPT에서 토양 용해
<ol><li>공기 건조된 토양 50g을 2mm로 체질하여 250mL 원추형 폴리프로필렌 원심분리기 튜브에 넣습니다. 질량을 최소 4개의 유효 숫자로 기록합니다. 오븐에서 건조된 토양은 열에 의한 세포 용해로 인해 용해성 탄소를 증가시킬 수 있으므로 사용하지 마십시오31. 참고: 밭 습한 토양을 사용할 수 있지만31, SPT 용액의 목표 밀도를 유지하기 위해 이후 단계에서 추가 조정이 필요합니다. 암석 및 나무 파편과 같이 분별 결과를 왜곡할 수 있는 큰 물질을 제거하기 위해 토양 재료를 2mm로 체질하는 것이 좋습니다.<ol><li>정량화에서 심각한 오류를 피하기 위해 각 분획의 적절한 질량이 회수되도록 토양 질량을 조정합니다. 질량 조정의 가장 일반적인 이유는 낮은 POM 함량(예: 전체 토양 질량의 <2%)입니다. 이러한 토양의 경우 POM 회수를 정확하게 정량화하기 위해 추가 토양 질량을 제공합니다. 전반적으로, 샘플 질량을 변경해도 POM과 MAOM의 비율이 변경되지 않기 때문에 각 개별 샘플에 대한 토양 질량을 조정하는 것이 허용됩니다. 그러나 원심분리기의 균형을 돕기 위해 일정한 질량을 사용하는 것이 종종 유용합니다.</li>
		<li>탄산염이 풍부한 토양을 처리하여 분별 전에 무기 탄산염을 제거합니다32.</li>
	</ol></li>
	<li>50g/cm 1.85 밀도 SPT 3mL를 원심분리기 튜브에 넣고 뚜껑을 단단히 닫습니다. 토양 양과 마찬가지로 필요에 따라 SPT 부피를 조정하십시오. POM이 풍부한 표면 토양(예: 많은 온대 산림 토양)에서 SPT에 대한 토양의 더 큰 비율(예: 토양 30g 대 SPT 60mL)을 사용하여 경질 및 중질 분획 물질의 적절한 분리를 달성합니다.</li>
	<li>~60초 동안 손으로 튜브를 세게 흔들어 물에 안정하지 않은 골재를 분해합니다. 토양 응집체와 원심분리기 튜브의 측벽의 강력한 충돌이 필요하며, 이는 단순히 용액을 와동시키는 것만으로는 충분하지 않을 수 있음을 의미합니다.</li>
	<li>튜브를 플랫폼 셰이커에 고정합니다. 종종 튜브를 옆으로 눕히면 용액의 슬로싱 력을 높이고 토양층의 서 있는 높이를 줄여 토양 분산을 돕습니다. 튜브가 단단히 밀봉되어 있는지 확인하고 40-120rpm에서 2시간 동안 흔들어줍니다. 주기적으로 셰이커에서 튜브를 제거하고 손으로 세게 흔들어 밀도가 높은 응집 물질의 교반을 증가시킵니다.</li>
</ol>3. 거친 토양 분별 수행
<ol><li>셰이커에서 튜브를 제거합니다. 원심분리할 튜브 세트에서 일관된 질량에 도달하도록 추가 SPT 용액을 조심스럽게 추가하여 원심분리기 튜브 질량을 균등화하고 SPT 용액을 추가한 후 30초 동안 손으로 세게 흔들도록 합니다. 스윙 버킷 원심분리기에서 3,000 x g 에서 10분 동안 원심분리기.</li>
	<li>샘플을 흡인하기 전에 피펫으로 5mL의 용액을 빼내고 저울에서 질량을 확인하여 상청액의 밀도를 테스트합니다. 원하는 밀도를 얻기 위해 필요에 따라 SPT 밀도를 조정합니다. 용액 밀도 조정이 수행된 경우 다시 흔들고 원심분리합니다.</li>
	<li>1L 사이드암 플라스크를 진공 펌프에 부착합니다. 110mm 유리 섬유 필터(0.7μm 기공 크기)를 12cm 내경(ID) 도자기 Buchner 깔때기에 넣습니다. 원뿔형 고무 개스킷을 사용하여 사이드암 플라스크에 깔때기를 조심스럽게 밀봉합니다. 알림: 유리 섬유 필터는 150°C의 건조 오븐에서 미리 세척하고 사용하기 전에 DDI로 헹궈야 합니다.</li>
	<li>진공에 부착된 1L 보조 암 플라스크 1개를 추가로 설치합니다. 흡인을 위해 ~0.5m 길이의 튜브가 부착된 플라스크 상단에 고무 마개를 놓습니다. 알림: 플라스틱 팁(예: 5mL 일회용 피펫 팁, 끝이 비스듬히 잘린 상태)을 흡인 튜브 끝에 부착하여 흡인 중 흡입 제어를 개선하는 것이 도움이 될 수 있습니다( 그림 1 참조).</li>
	<li>원심분리기 튜브의 측면을 따라 용액의 최상층에 침전된 상등액과 부유물질을 부드럽게 흡인하고, 흡인 튜브의 끝이 아래의 펠릿화된 토양 표면에 닿지 않도록 주의합니다. 알림: 토양 펠릿 물질(중분획)이 현탁(경질) 물질과 함께 잘못 흡인된 경우 분획 절차를 반복해야 합니다. 알아차리지 못한 경우, 이러한 오류는 예상보다 낮은 C 함량을 갖는 예상보다 무거운 경 분획 질량을 초래할 것이며, 이는 유사한 토양 특성을 가진 샘플의 데이터 분석을 통해 분명해질 수 있습니다.<ol><li>s와 샘플 사이의 흡인 튜브를 청소하려면 튜브 끝을 DDI 물에 빠르게 담그고(예: 0.1초 동안 담그기) 진공 펌프가 켜진 상태에서 라인을 통해 ~5mL의 DDI 물을 끌어옵니다. 모든 재료가 진공관에서 세척될 때까지 반복합니다.</li>
		<li>사이드암 플라스크에서 고무 마개와 흡인 튜브 부착물을 제거하고 진공 펌프를 켠 상태에서 내용물을 Buchner 깔때기 상단에 붓습니다.</li>
		<li>플라스크를 DDI 물로 헹구고 휘젓고 플라스크 내용물을 Buchner 깔때기에 붓습니다. 플라스크의 측면에 부착된 모든 잔류물이 제거될 때까지 반복합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>SPT 50mL를 원심분리기 튜브에 넣고 손으로 60초 동안 세게 흔들어주고(또는 토양이 빠르게 분산되지 않으면 셰이커 테이블을 사용) 튜브 바닥의 단단한 펠릿을 분해하여 모든 잔류물이 다시 부유되도록 합니다. 3,000 x g에서 10분 동안 원심분리합니다.</li>
	<li>3.5단계를 반복합니다. 플라스크 내용물을 3.5.2단계에서 사용한 것과 동일한 Buchner 깔때기에 붓습니다.</li>
	<li>SPT 50mL를 원심분리기 튜브에 넣고 손으로 세게 흔들어 튜브 바닥의 단단한 펠릿을 부수도록 합니다. 3,000 x g에서 10분 동안 원심분리합니다.</li>
	<li>3.5단계를 반복합니다. 플라스크 내용물을 3.5.2단계에서 사용한 것과 동일한 Buchner 깔때기에 붓습니다.</li>
</ol>4. 고밀도 SPT를 사용한 추가 밀도 분리
참고: 하나 이상의 추가 밀도 분획을 수행하는 경우 밀도가 증가하는 순서로 후속 분획을 수행해야 합니다. 여기서, 1.85-2.4 g/cm3 및 >2.4 g/cm3 밀도 SPT를 사용하여 분리하는 단계가 도시되어 있다.
<ol><li>50단계의 2.4g/cm3 토양 물질이 들어 있는 원심분리기 튜브에 3mL의 >3g/cm3 SPT를 추가합니다. 손으로 세게 흔들어(>60초) 튜브 바닥에 있는 단단한 펠릿을 부숴야 합니다. 3,000 x g에서 10분 동안 원심분리합니다.</li>
	<li>샘플을 흡인하기 전에 피펫으로 5mL의 용액을 빼내고 저울에서 질량을 확인하여 상청액의 밀도를 테스트합니다. 원하는 밀도를 얻기 위해 필요에 따라 SPT 밀도를 조정합니다. 용액 밀도 조정이 수행된 경우 다시 흔들고 원심분리합니다.</li>
	<li>이전에 사용된 1.85g/cm3 SPT 용액 대신 2.4g/cm3 SPT 용액을 사용하여 3단계를 반복합니다. 3단계가 끝나면 Buchner 깔때기에서 분리된 재료는 1.85-2.4g/cm3의 밀도를 갖는 반면 원심분리기 튜브에 남아 있는 재료는 밀도>2.4g/cm3입니다.</li>
</ol>5. 무거운 분획 및 가벼운 분획 샘플로부터 SPT 세척
알림: 모든 분별 재료에 대해 다음 세척 단계를 수행해야 합니다. SPT 용액이 재료에서 완전히 헹구어지지 않으면 해당 분획 중량이 정확하지 않습니다.
<ol><li>무거운 분획 재료가 있는 원심분리기 튜브에 DDI 물 50mL를 넣고 손으로 세게 흔들면서(60초) 튜브 바닥의 단단한 펠릿이 부숴지도록 합니다. 3,000 x g에서 10분 동안 원심분리합니다.</li>
	<li>3.5단계에서와 같이 흡인합니다. 이 시점에서, 모든 광 분획 물질이 제거되어야 한다. 투명 흡인물은 필터 깔때기에 추가하는 대신 폐기물 통에 버리십시오.</li>
	<li>5.1-5.2단계를 두 번 반복합니다. 최종적으로 튜브에서 용액을 흡인하기 전에 이송 피펫을 사용하여 상층액 25mL를 빼내고 용액 중량을 부피로 나누어 밀도를 확인하여 SPT가 샘플에서 적절하게 제거되었는지 확인합니다. 밀도가 <1.01g/mL이면 다음 단계로 진행합니다. 밀도가 1.01g/mL 이상인 경우 밀도가 1.01g/mL 미만이 될 때까지 위와 같이 추가 물 세척을 수행하십시오.</li>
	<li>광 분획에서 SPT를 완전히 제거하려면 각 Buchner 깔때기를 DDI 물로 채우고 유리 섬유 필터를 통해 내용물을 여과합니다. 물이 완전히 스며들면 이 과정을 두 번 더 반복합니다. 토양에 유기물이 많으면 여과에 최대 48 시간이 걸릴 수 있습니다.</li>
</ol>6. 무거운 분획 물질의 수집
<ol><li>원심분리기 튜브의 흙을 깨끗하고 라벨이 붙은 유리 비커 또는 병에 조심스럽게 긁어냅니다. 남은 흙을 풀기 위해 튜브에 충분한 DDI 물을 붓습니다. 캡을 교체하고 흔들어 놓은 다음 슬러리를 유리 용기에 넣으십시오. 원심분리기 튜브에 남아 있는 흙을 모두 헹구고 탈이온수를 사용하여 유리 용기에 옮깁니다.</li>
	<li>유리 용기를 40-60°C로 설정된 건조 오븐에 넣습니다. 일정한 건조 중량에 도달할 때까지 일반적으로 24-72시간 동안 건조합니다.</li>
</ol>7. 광 분획 물질의 수집
<ol><li>진공 펌프를 끄고 사이드암 플라스크에서 깔때기를 제거합니다. 깔때기를 라벨이 붙은 유리 비커 또는 병 위에 수평으로 잡고 DDI 물 세척 병을 사용하여 필터에서 입자를 부드럽게 헹굽니다. 알림: 주걱을 사용하여 필터를 부드럽게 긁어내고 필터의 양쪽을 헹구어 잔여물을 모두 제거해야 할 수도 있습니다.</li>
	<li>유리 용기를 40-60°C로 설정된 건조 오븐에 넣습니다. 일정한 건조 중량에 도달할 때까지 일반적으로 24-72시간 동안 건조합니다.</li>
</ol>8. 분별 된 물질의 건조 질량 칭량
<ol><li>각 용기에서 건조된 모든 재료를 플라스틱 계량 보트에 부드럽게 긁어냅니다. 소수점 네 번째 자리까지 질량을 기록합니다. 라벨이 붙은 보관 바이알 또는 백에 샘플을 넣습니다.</li>
	<li>모든 건조된 샘플에 대해 반복합니다.</li>
</ol>9. 총 유기 탄소에 대한 데이터 수집 및 분석
<ol><li>원소 C 함량 분석에 사용되는 기기에 따라 분석 절차를 따르십시오(예: ISO 10694:1995). 참고: 건조된 분획 물질을 미세 분말로 분쇄하는 것은 원소 분석 전에 분획된 샘플의 균질성을 보장하기 위한 일반적인 관행입니다.</li>
	<li>모든 분획의 누적 질량이 원래 토양 샘플 질량의 ~90% 이상인지 확인하십시오. 재료 손실이 >10%인 경우 추가 반복 분획이 권장됩니다.</li>
	<li>분획에서 토양 유기 탄소(SOC)의 누적 회수율을 정량화합니다. SOC의 손실은 분획 물질의 불균형한 손실과 용존 유기 탄소의 손실로 인한 질량 손실과 완벽하게 상관관계가 없을 수 있습니다. 그러나 SOC의 손실은 토양 샘플에서 초기 SOC의 <10%여야 합니다.</li>
</ol>

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<li>Kramer, M. G., Lajtha, K., Thomas, G., Sollins, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contamination+effects+on+soil+density+fractions+from+high+N+or+C+content+sodium+polytungstate%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Contamination effects on soil density fractions from high N or C content sodium polytungstate.</a> Biogeochemistry. 92 (1-2), 177-181 (2009).</li>
<li>Throop, H. L., Lajtha, K., Kramer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Density+fractionation+and+13C+reveal+changes+in+soil+carbon+following+woody+encroachment+in+a+desert+ecosystem%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Density fractionation and 13C reveal changes in soil carbon following woody encroachment in a desert ecosystem.</a> Biogeochemistry. 112 (1-3), 409-422 (2013).</li>
<li>Amelung, W., Zech, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Minimisation+of+organic+matter+disruption+during+particle-size+fractionation+of+grassland+epipedons%5BTitle%5D)+AND+%22Geoderma%22%5BJournal%5D)">Minimisation of organic matter disruption during particle-size fractionation of grassland epipedons.</a> Geoderma. 92 (1-2), 73-85 (1999).</li>
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</ol>

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토양 밀도 분획 프로토콜 전반에 걸쳐 토양 분획의 분리 및 분석 오류를 줄이기 위해 면밀히 모니터링해야 하는 몇 가지 특정 절차가 있습니다. 토양 밀도 분별 절차에서 중요한 단계는 SPT 용액의 밀도를 반복적으로 확인하는 것입니다. 토양 샘플의 수분은 종종 SPT 용액을 희석하여 SPT의 밀도를 낮춥니다. 따라서 연구원은 원심분리 후 가벼운 용액과 무거운 용액이 완전히 분리되었는지 항상 확인해야 합니다. 분획이 적절하게 분리되지 않으면 더 많은 SPT 용액을 첨가하거나 토양의 질량을 줄여야합니다. 모래 토양은 빠르게 분리되는 반면, 특히 옥시졸과 같은 미세한 질감의 토양은 미세 입자의 높은 부유 부하로 인해 원심분리 중에 오랫동안 흐린 상태를 유지할 수 있습니다. 원심분리 후 용액이 흐려지면 원심분리 시간이나 속도를 높여야 합니다. 대안으로서, 부유 퇴적물로부터의 C 손실의 추정치는 흡인된 용액의 C 함량을 분석함으로써 결정될 수 있다.
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토양은 육상 탄소 (C)의 가장 큰 저장고이며, 상단 1m에 1,500 Pg 이상의 C를 함유하고 있으며 전 세계적으로 더 깊은 수준에서는 그 양의 거의 두 배이므로 토양은 식물 바이오 매스보다 더 많은 C를 함유하고 대기를 합친 것입니다1. 토양 유기물(SOM)은 물과 토양 영양분을 유지하며 식물 생산성과 육상 생태계의 기능에 필수적입니다. 토양 건강 및 농업 생산성을 위한 적절한 SOM 재고의 중요성에 대한 세계적인 인식에도 불구하고 토양 C 재고는 지속 불가능한 산림 및 농업 관리, 경관 변화 및 기후 온난화로 인해 상당히 고갈되었습니다 2,3. 토양 건강 회복과 토양 C 보유를 자연 기후 솔루션의 핵심 요소로 사용하는 것에 대한 관심이 높아짐에 따라 다양한 환경에서 토양 C 격리 및 안정화를 제어하는 요인을 이해하려는 노력이 이루어졌습니다 4,5.
토양 유기물(SOM)은 부분적으로 분해된 유리 식물 성분부터 토양 응집체에 함유된 미생물 변형 화합물(여기서는 별도의 단위 또는 품목의 조합에 의해 형성된 물질로 정의됨), 반응성 토양 광물과 강한 연관성을 가진 고도로 가공된 미생물 부산물에 이르기까지 다양한 화합물의 복잡한 혼합물입니다6 . SOM에서 개별 화합물의 전체 제품군을 식별하는 것이 비현실적인 경우, 조사관은 종종 물리적 현실로 존재하고 회전율, 일반적인 화학 성분 및 토양의 미네랄 성분에 따른 안정화 정도에 따라 달라지는 소수의 C의 기능적 풀을 식별하는 데 중점을 둡니다1, 7입니다. 풀(pool)을 비판적으로 해석하고 모델링하기 위해서는 분리된 풀(pool)의 수가 적어야 하고, 이론적인 것이 아니라 직접 측정할 수 있어야 하며, 구성과 반응성에서 분명한 차이를 보여야 한다8.
의미 있는 토양 C 웅덩이를 분리하기 위해 화학적 및 물리적 기술의 많은 다른 기술이 사용되었으며, 이는 von Lützow et al.9 및 Poeplau et al.10에 의해 잘 요약되어 있습니다. 화학적 추출 기술은 결정성이 낮거나 결정질인 Fe 및 Al11과 관련된 C와 같은 특정 풀을 분리하는 것을 목표로 합니다. 유기 용매는 지질12와 같은 특정 화합물을 추출하는 데 사용되어 왔으며 SOM의 가수 분해 또는 산화는 C13,14의 불안정한 풀의 척도로 사용되었습니다. 그러나 이러한 추출 방법 중 어느 것도 C의 모든 풀을 측정 가능하거나 모델링 가능한 분수로 분류하지 않습니다. 토양의 물리적 분획은 크기에 따라 모든 토양 C를 웅덩이로 분류하고 식물 파편의 분해로 인해 파편화되고 점점 더 작은 입자가 발생한다고 가정합니다. 크기만으로는 광물 관련 SOM15에서 유리 식물 파편을 분리할 수 없지만, 형성 및 회전율의 공통적인 공간적, 물리적, 생지화학적 차이로 인해 이 두 풀을 정량화하는 것은 토양 C 안정화를 이해하는 데 중요합니다16.
밀도에 기초한 토양 C의 분별은 점점 더 많이 사용되고 있으며, 다른 광물과의 연관성 정도에 따라 C의 다른 풀을 수행하고 식별하는 것이 쉽습니다17,18,19; 따라서 토양 밀도 분별은 다양한 토양 C 안정화 메커니즘을 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 토양을 분별하기 위한 주요 요구 사항은 유기 및 광물 입자를 완전히 분산시키는 능력입니다. 일단 분산되면 상대적으로 미네랄이 없는 분해된 유기물은 ~1.85g/cm3보다 가벼운 용액에 떠 있는 반면, 광물은 일반적으로 2-4.5g/cm3 범위에 속하지만 산화철은 밀도가 최대 5.3g/cm3일 수 있습니다. 경질 또는 자유 미립자 분획은 회전 시간이 더 짧은 경향이 있으며(숯에 의한 심각한 오염이 없는 한) 재배 및 기타 교란에 매우 민감하게 반응하는 것으로 나타났습니다. 중질(>1.85g/cm3) 또는 미네랄 관련 분획은 유기 분자가 반응성 미네랄 표면과 결합할 때 얻어지는 미생물 매개 분해에 대한 저항성으로 인해 종종 더 긴 회전 시간을 갖습니다. 그러나, 무거운 분획은 포화될 수 있는 반면(즉, 광물 착물 용량에 대한 상한에 도달), 가벼운 분획은 이론적으로 거의 무한정 축적될 수 있다. 따라서 광물 관련 유기물 대 미립자 유기물 풀에서 유기물의 물리적 분포를 이해하면 효율적인 탄소 격리를 위해 어떤 생태계를 관리할 수 있는지, 그리고 다양한 시스템이 기후 변화와 인위적 교란의 변화하는 패턴에 어떻게 대응할 것인지를 설명하는 데 도움이 됩니다20.
지난 10 년 동안 다양한 밀도의 폴리 텅스텐 산 나트륨 용액을 사용한 밀도 분획의 사용이 크게 증가했지만 기술과 프로토콜이 크게 다르기 때문에 다른 연구와 다른 생태계의 결과를 비교하기가 어렵습니다. 1.85 g/cm3의 밀도가 광물 관련 유기물(MAOM)의 최소 포함으로 가장 많은 양의 자유광 분획을 회수하는 것으로 나타났지만17, 많은 연구에서 1.65-2.0 g/cm3 범위의 밀도를 사용했습니다. 대부분의 연구에서는 토양을 단 두 개의 웅덩이(경분획 및 중분획, 이하 LF 및 HF)로 분류했지만, 다른 연구에서는 여러 밀도를 사용하여 무거운 분획을 관련된 광물, 유기 코팅에 대한 광물의 상대적 비율 또는 응집 정도(예: Sollins et al.17, Sollins et al.18, Hatton et al.21, Lajtha et al.22, Yeasmin et al.23, Wagai et al.24, Volk et al.25). 또한, 크기와 밀도 분리를 결합하는 보다 복잡한 분획 절차가 제안되어 더 많은 수의 풀(예: Yonekura et al.26, Virto et al.27, Moni et al.15, Poeplau et al.10)뿐만 아니라 방법론 및 풀 크기와 관련하여 오류의 여지가 더 많습니다. 또한, 저자는 또한 미네랄 표면28,29,30에서 응집체와 MAOM을 분산시키기 위해 다양한 강도와 시간에 초음파 처리를 사용했습니다.
여기에서는 먼저 두 개의 고유한 토양 탄소 풀(LF 및 HF 또는 POM 및 MAOM)을 식별하는 강력한 밀도 분별 절차를 설명하고, HF 풀을 광물학, 유기 코팅 정도 또는 응집 정도에 따라 다른 추가 분획으로 추가로 분리하는 기술과 주장을 모두 제공합니다. 여기에서 확인된 분획은 화학적 조성, 회전율, 미생물 처리 정도 및 광물 안정화 정도 측면에서 다른 것으로 나타났습니다18,19.
다음 절차는 특정 밀도의 용액에 알려진 양의 토양을 혼합하여 벌크 토양을 미립자 유기물(POM)과 광물 관련 유기물(MAOM)로 분리합니다. 절차의 효능은 초기 토양 샘플 질량 및 C 함량에 대한 토양 질량과 탄소의 결합 회수에 의해 측정됩니다. 고밀도 용액은 폴리 텅스텐 산 나트륨 (SPT)을 탈 이온수에 용해시킴으로써 달성된다. 토양은 초기에 조밀 한 SPT 용액과 혼합되고 교반되어 토양 응집체를 완전히 혼합하고 분산시킵니다. 그런 다음 원심분리를 사용하여 용액에 부유(경분) 또는 가라앉는(중분획) 토양 물질을 분리합니다. 혼합, 분리, 회수 및 세척 단계는 재료에서 SPT를 제거하는 것과 함께 가벼운 분획과 무거운 분획의 분리를 보장하기 위해 여러 번 반복됩니다. 마지막으로, 토양 분획을 건조시키고, 칭량하고, C 함량에 대해 분석한다. 분획된 물질은 후속 절차 및 분석에 사용될 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>흡인기/진공 튜빙 1/4 x 1/2"</td><td>Kimble</td><td>10847-216</td><td></td></tr><tr><td>원추형 폴리프로필렌 원심분리기 튜브, 250mL</td><td>Thermo Scientific</td><td>376814</td><td></td></tr><tr><td>플라스크 필터링용 원추형 고무 개스킷</td><td>DWK Life Sciences</td><td>292020001</td><td></td></tr><tr><td>더블 플랫 엔드 스테인리스강 주걱/스크레이퍼</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-373-25A</td><td></td></tr><tr><td>유리 섬유 필터, 등급 GF/F, 110 mm</td><td>Whatman</td><td>WHA1825110</td><td></td></tr><tr><td>유리 메이슨 항아리, 16 oz</td><td>Ball Corporation</td><td></td><td>500 ml 비커 또는 유리 무게 접시도 적합합니다&nbsp;</td></tr><tr><td>폴리프로필렌 원뿔형 병 어댑터, 250mL</td><td>Beckman Coulter</td><td>369385</td><td></td></tr><tr><td>도자기 버크너 깔때기, 90mm</td><td>FisherBrand</td><td>FB966F</td><td></td></tr><tr><td>왕복 셰이커, 2단</td><td>Eberbach</td><td>E6000.00</td><td></td></tr><tr><td>사이드암 플라스크, 1000mL</td><td>VWR</td><td>89000-386</td><td></td></tr><tr><td>폴리텅스텐 산나트륨, 결정질</td><td></td><td>Sometu SPT-0 또는 SPT-1, 에 대한 토론 참조 SPT 선택</td><td>독일에서 FedEx를 통해 배송</td></tr><tr><td>스윙 버킷 원심분리기&nbsp;</td><td>Beckman Coulter</td><td>3362020</td><td></td></tr></tbody></table>

토양 밀도 분별을 활용하여 뚜렷한 토양 탄소 풀 분리

Utilizing Soil Density Fractionation to Separate Distinct Soil Carbon Pools

토양 유기물(SOM)은 부분적으로 분해된 유리 식물 성분부터 토양 응집체에 보유된 미생물 변형 화합물, 반응성 토양 광물과 강한 연관성을 가진 고도로 가공된 미생물 부산물에 이르기까지 다양한 화합물의 복잡한 혼합물입니다. 토양 과학자들은 토양을 쉽게 측정할 수 있고 토양 탄소(C) 모델링에 유용한 분획으로 분리하는 방법을 찾기 위해 고군분투해 왔습니다. 밀도를 기준으로 토양을 분류하는 것이 점점 더 많이 사용되고 있으며 SOM과 다른 광물 사이의 연관 정도에 따라 수행하기 쉽고 C 풀을 생성합니다. 따라서 토양 밀도 분별은 SOM을 특성화하고 SOM 안정화 메커니즘을 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 보고된 토양 밀도 분별 프로토콜은 크게 다르기 때문에 다양한 연구와 생태계의 결과를 비교하기 어렵습니다. 여기에서는 미립자 및 광물 관련 유기물을 분리하는 강력한 밀도 분획 절차를 설명하고 토양을 2개, 3개 또는 그 이상의 밀도 분율로 분리할 때의 장점과 단점을 설명합니다. 이러한 분획은 종종 화학적 및 광물 조성, 회전율 시간, 미생물 처리 정도 및 광물 안정화 정도가 다릅니다.

토양 밀도 분별은 토양의 미립자 및 미네랄 관련 유기물 함량이 어떻게 다른지 조사하는 데 이상적입니다. SOC를 이 두 개의 별개의 풀로 분리하면 벌크 토양 C 함량의 추세를 관찰할 때 불분명할 수 있는 토양 C 함량 및 안정화 역학의 변화를 설명할 수 있는 방법이 제공됩니다. 중질 물질(밀도 &gt;1.85g/cm3)의 추가 분리는 토양 C 안정화의 변화와 추세에 대한 추가 통찰력을 제공하지만 절차 및 관련 해석의 복잡성을 증가시키고 추가 비용과 관련이 있습니다. 그럼에도 불구하고 토양을 3개 이상의 밀도 풀로 분별하면 토양 C 풀의 복잡한 경향과 화학적 차이를 설명할 수 있습니다. 모든 토양 분획 절차와 마찬가지로 이러한 토양 C 풀의 분리는 불완전하며 결과를 보고할 때 이러한 오류의 잠재적 영향과 방법의 가정을 인식해야 합니다. 마지막으로, 실무자는 존재하는 다양한 토양 분별 방법과 그 고유한 강점과 약점을 알고 있어야 합니다(von Lützow et al.9 및 Poeplau et <sup class=...

토양 밀도 분별은 토양 유기물을 안정화 메커니즘, 화학 물질 및 회전 시간이 다른 별개의 풀로 분리합니다. 특정 밀도의 폴리 텅스텐 산 나트륨 용액은 유리 미립자 유기물과 미네랄 관련 유기물을 분리하여 관리 및 기후 변화에 대한 토양 반응을 설명하기에 적합한 유기물 분획을 생성합니다.

Soil organic matter (SOM) is a complicated mixture of different compounds that span the range from free, partially degraded plant components to more ...

이 방법을 통해 연구자들은 토양 탄소 안정화 연구의 일환으로 소수의 기능적 토양 탄소 풀을 측정 가능하고 모델링 가능한 분획으로 분리할 수 있습니다. 이 기술은 수행이 간단하고 다양한 토양 유형에서 더 큰 재현성을 허용하며 다양한 광물과의 연관 정도에 따라 다양한 토양 탄소 풀을 구별합니다. 토양을 경질 분획 유기물과 중질 분획 광물 성분으로 분류하면 토양 탄소 회전율 및 광물 결합 풀 크기를 모델링하기 위한 토양 탄소 격리 및 안정화 메커니즘이 설명됩니다.헹굼 및 이송 중에 물질이 손실되기 쉽기 때문에 시료 질량과 탄소 함량을 일관되고 신중하게 고려하는 것이 최소 90%의 총 회수율을 보장하는 데 중요합니다. 250 밀리리터 원추형 폴리 프로필렌 원심 분리기 튜브에 2 밀리미터로 체로 쳐진 공기 건조 토양 샘플 50 그램을 넣고 질량을 적어도 4 개의 유효 숫자로 기록하십시오. 그런 다음 입방 센티미터 당 1.85g의 SPT 용액 50 밀리리터를 원심 분리기 튜브에 넣고 튜브를 단단히 막습니다.이제 약 60초 동안 손으로 튜브를 세게 흔들어 물에 안정하지 않은 골재를 분해합니다. 다음으로, 단단히 밀봉된 튜브를 플랫폼 셰이커에 고정하고, 분당 40 내지 120회 회전으로 2시간 동안 흔들어준다. 종종 튜브를 옆으로 눕히면 슬로싱 력을 높이고 토양층의 서 있는 높이를 줄여 토양 분산을 돕습니다.주기적으로 셰이커에서 튜브를 제거하고 손으로 세게 흔들어 밀도가 높은 응집 물질의 교반을 증가시킵니다. 셰이커에서 튜브를 제거한 후 필요할 때마다 추가 SPT 용액을 조심스럽게 추가하여 원심분리할 튜브 세트에서 원심분리기 튜브 질량을 균등화합니다. SPT 용액을 추가한 후 30초 동안 손으로 세게 흔들어야 합니다.스윙 버킷 원심 분리기에서 3, 000 g에서 10 분 동안 튜브를 원심 분리합니다. 원심 분리 후, 피펫으로 5 밀리리터를 뽑아 상청액의 밀도를 시험하고 저울로 질량을 확인한다. 원하는 밀도를 얻기 위해 필요한 경우 SPT 볼륨을 조정하십시오.용액 밀도 조정이 수행된 경우 다시 흔들고 원심분리합니다. 1리터 사이드암 플라스크를 진공 펌프에 부착하고, 내경이 12cm인 도자기 Buchner 깔때기에 0.7 미크론 기공 크기를 갖는 110mm 유리 섬유 필터를 배치한다. 원뿔형 고무 개스킷을 사용하여 사이드암 플라스크에 깔때기를 조심스럽게 밀봉합니다.진공 라인 매니폴드를 사용하여 여러 시료를 동시에 실행할 수 있습니다. 다음으로, 또 다른 1리터 사이드암 플라스크를 진공 펌프에 부착하고 약 0.5미터의 돌출된 튜브 길이를 갖는 흡입력용 튜브가 부착된 고무 마개를 그 위에 놓습니다. 원심분리기 튜브의 측면을 따라 최상층의 부유 물질을 포함한 상층액을 부드럽게 흡인합니다.흡인 튜브의 끝으로 펠릿 토양 표면을 만지지 마십시오. 조심스럽게 수행하지 않으면 실수로 펠릿에서 무거운 분획 물질을 흡인하기 쉽습니다. 샘플 사이의 흡인 튜브를 청소하려면 튜브의 끝을 탈이온/증류수 또는 DDI 물에 매우 빠르게 담그고 진공을 적용하여 라인을 통해 약 5밀리리터의 물을 끌어들입니다.모든 재료가 진공관에서 세척될 때까지 반복합니다. 흡입 후 측면 암 플라스크에서 고무 마개와 흡인 튜브 부착물을 제거하고 진공 펌프를 켠 상태에서 내용물을 Buchner 깔때기 상단에 붓습니다. 플라스크를 DDI 물로 헹구고 휘젓고 플라스크 내용물을 Buchner 깔때기에 붓습니다.모든 잔여물이 제거될 때까지 반복합니다. 그런 다음 원심분리기 튜브를 손으로 50초 동안 세게 흔들어 바닥에 있는 단단한 펠릿을 분해하여 토양 펠릿을 60밀리리터의 SPT에 다시 현탁합니다. 튜브를 3, 000 g에서 10 분 동안 원심 분리한다.앞서 설명한 바와 같이, 상층액을 흡인하고, 동일한 Buchner 깔때기를 통해 여과한 후 동일한 플라스크에 수집한다. 무거운 분획 물질에서 SPT를 세척하려면, 50 무거운 분획 펠릿이 들어 있는 원심분리기 튜브에 DDI 물 밀리리터, 그리고 60초 동안 손으로 튜브를 세게 흔들어 단단한 펠릿을 부수도록 합니다. 튜브를 3, 000 g에서 10 분 동안 원심 분리한다.앞에서 설명한 대로 상청액을 흡인합니다. 남아 있는 부유 미립자는 나머지 가벼운 분획 물질과 함께 깔때기에 추가해야 합니다. 세척 절차를 두 번 반복하십시오.그런 다음 원심분리기 튜브의 흙을 조심스럽게 긁어내어 깨끗한 라벨이 붙은 유리 비커 또는 병에 넣습니다. 튜브에 DDI 물을 충분히 부어 남은 흙을 풀고 튜브를 흔든 후 슬러리를 유리 용기에 넣습니다. DDI 물을 사용하여 튜브를 잘 헹구고 세척액을 유리 용기에 다시 넣습니다.유리 용기를 섭씨 40도에서 60도 사이로 설정된 건조 오븐에 넣고 일정한 건조 중량에 도달할 때까지 건조하며, 일반적으로 24시간에서 72시간이 걸립니다. 광 분획에서 SPT를 완전히 제거하려면, 광 분획 물질이 들어 있는 Buchner 깔때기를 DDI 물로 채우십시오., 유리 섬유 필터를 통해 내용물을 여과합니다. 물이 완전히 스며들면 세척을 두 번 반복합니다.진공 펌프를 끈 후 사이드암 플라스크에서 깔때기를 제거합니다. 이제 깔때기를 라벨이 붙은 유리 비커 또는 병 위에 수평으로 잡고 세척 병의 DDI 물을 사용하여 필터의 입자를 부드럽게 헹굽니다. 유리 용기를 섭씨 40도에서 60도 사이로 설정된 건조 오븐에 넣고 일정한 건조 중량에 도달할 때까지 건조하며, 일반적으로 24시간에서 72시간이 걸립니다.분획된 물질의 건조 질량을 측정하려면 각 용기를 가져다가 건조된 모든 재료를 플라스틱 계량 보트에 부드럽게 긁어냅니다. 샘플을 라벨이 붙은 보관 바이알 또는 백에 넣기 전에 소수점 이하 네 번째 자리까지 질량을 기록합니다. 이제 벌크 토양뿐만 아니라 각 분획을 분석할 준비가 되었습니다.다음 그림은 토양 탄소 풀에 대한 방법의 효과와 통찰력을 보여줍니다. 여기서, 상이한 분획에서 토양 유기 탄소의 회수는 특히 벌크 함량에서 관찰된 효과와 관련하여 경질 및 중질 분획에 대한 유해 처리의 뚜렷한 효과를 나타냈다. 추가 밀도 분획은 광물 관련 유기물에 대한 처리 효과가 주로 고밀도 물질에 국한된 것으로 나타났지만, 중간 분획은 더 큰 변동성에도 불구하고 유의한 효과를 나타내지 않았습니다.분획된 풀에 대한 벌크 토양의 탄소-질소 함량은 광물에서 식물 기반 미립자 물질을 분리하기 위한 밀도 분별 방법의 효과를 명확하게 확립했습니다. 밀도가 입방 센티미터 당 2.20 그램 미만인 수영장은 밀도가 높은 수영장에 비해 처리에 더 많이 반응했습니다. 동위원소 분석은 토양 광물학이 토양 밀도 풀에 걸쳐 생지화학적 특성에 미치는 영향을 입증했습니다.또한, 6개 이상이 아닌 3개의 밀도 풀에 대한 분석은 동위원소 경향을 크게 포착했습니다. 가벼운 분획 함량의 경우, 오븐 건조는 손실량이 미미했지만 용해된 유기 탄소의 형태로 훨씬 더 큰 탄소 손실을 산출했습니다. 둘째, 탄소 풀에서 계절성이 관찰되지 않았습니다.SPT 용액 밀도가 일정하게 유지되고 샘플에 존재하는 물에 의해 희석되지 않는지 확인하기 위해 전체적으로 SPT 용액 밀도를 부지런히 확인합니다. 용액 밀도가 너무 낮거나 너무 높으면 샘플의 탄소량을 잘못 나타냅니다. 13C, 14C 및 15N 동위원소 분석과 질량 분광법을 결합하면 SOC 순환 역학에 대한 추가 통찰력을 제공하는 동시에 현장 이력 및 토양 특성을 고려할 수 있습니다.이 기술을 통해 연구자들은 회전율 시간, 안정화 메커니즘 및 화학 작용이 크게 다른 직접 측정 가능한 탄소 풀을 분리하여 토양 탄소 모델링을 보다 정확하게 알릴 수 있습니다.

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인지질의 지방산 토양 미생물 커뮤니티의 구조에 대한 정보를 제공한다. 우리는 단상 클로로포름 혼합물을 고체상 추출 칼럼을 사용하여 추출한 지질의 분류 및 모세관 가스 크로마토 그래피로 분석 지방산 메틸 에스테르를 생성하기 위해 메탄과 토양 시료로부터 추출하기위한 방법을 제시한다.

추출 및 토양의 미생물 인지질 지방산의 분석

불안정한 유기탄소(LOC)와 잠재적 탄소 회전율은 토양 영양분 순환 과정의 변화를 나타내는 민감한 지표입니다. 일련의 주기로 토양을 훈증 및 배양하고 배양 기간 동안 축적된CO2를 사용하여 이러한 매개변수를 추정하는 방법에 대한 세부 정보가 제공됩니다.

순차 훈증 배양 절차를 사용하여 토양으로 불안정 유기 탄소의 평가

반복 토양 샘플링은 최근 세 년간 산림 토양의 변화를 모니터링 할 수있는 효과적인 방법이 될 것으로 나타났다. 그것의 사용을 지원하기 위해 프로토콜 성공 토양 모니터링 프로그램의 설계 및 구현에 도움이 토양 리샘플링 방법에 관한 최신 정보를 합성이 제공된다.

토양 리샘플링하는 방법은 산림 토양의 화학 물질 농도의 변화를 모니터링하기

토양 침식과 증 착의 공간 패턴 지상 해발 고도 적절 한 시간 간격에 매핑된 차이에서 유추 될 수 있습니다. 상승에서 이러한 변화는 표면 근처 토양 탄산염에 변화 관련이 있습니다. 이러한 수량 및 데이터 분석 방법의 현장 및 실험실 측정 반복 방법 여기 설명 되어 있습니다.

측정 및 토양 침식과 토양 탄산 농도 농업 관리에 관련 된 증 착 패턴 매핑

SOM 기초가 많은 토양 기능 및 프로세스, 하지만 FTIR 분광학에 의해 그것의 특성은 종종 미네랄 간섭에 의해 도전. 설명된 방법을 경험적으로 얻은 사용 하 여 토양 스펙트럼에 미네랄 방해 미네랄 참조 스펙트럼을 빼서 FTIR 분광학에 의해 솜 분석 유틸리티를 높일 수 있습니다.

스펙트럼 차감으로 토양 유기 물질의 적외선 분광학 특성 개선

프리 프로세스 토양 형성의 중요 한 구성 요소 이며 토양 속성 및 풍경에 공간 구조 결정에 중요 한 역할. 우리 stepwise 주성분 회귀를 사용 하 여 다양 한 공간적 스케일에 걸쳐 토양 재배포 및 토양 유기 탄소를 예측 하는 새로운 접근 방식을 제안 합니다.

토양 재배포 및 토양 유기 탄소를 매핑할 지형 모델 확장에 대 한 주요 부품의 사용

전통적인 토양 샘플링 절차 임의로 토양 샘플의 수를 결정합니다. 효율적인 클러스터 토양 샘플링 디자인 토양 공간이 고 양적 필요한 토양 샘플 및 관련된 샘플링 정확도의 수를 결정을 아직 여기, 우리 간단 하 게 제공 합니다.

다른 유형의 연구에 샘플링 토양 플롯

결합 된 크기와 밀도 분류 (CSDF) 물리적으로 서로 다른 텍스처 (입자 크기) 및 광물 (밀도) 조각으로 먼지를 분리 하는 방법입니다. 목적은 유기-미네랄의 상호 작용 및 솜 역학을 이해 하기 위해서는 토양 유기 물 (SOM)으로 다른 reactivities와 분수를 분리 하는 것 이다.

결합 된 크기와 유기-미네랄의 상호 작용의 수사를 위해 토양의 밀도 분류

이 프로토콜은 대량 분광화상 이미징과 결합된 박막(DGT)의 확산 그라데이션을 사용하여 다중 음순 무기 영양소 및 오염 물질 용성 종의 하위 mm 2D 시각화를 위한 워크플로우를 제공합니다. 솔루트 샘플링 및 고해상도 화학 분석은 지상 식물의 뿌리 부피에서 솔틸테의 정량적 매핑을 위해 자세히 설명된다.

토양의 2차원 시각화 및 래빌, 무기 식물 영양소 및 오염 물질의 정량화

토양 샘플에서 최근에 퇴적되고 불완전하게 분해된 식물 재료를 제거하면 토양 유기 탄소 측정에 일시적인 계절적 입력의 영향을 줄여줍니다. 정전기 충전 표면에 대한 매력은 상당한 양의 미립자 유기물을 신속하게 제거하는 데 사용할 수 있습니다.

토양에서 미립자 유기물을 제거하는 정전기 방법

여기서 설명된 검증 방법은 울라토니트, 현무암 및 올리바인과 같은 알칼리성 지구 금속 규산염 함유 바위로 개정된 다양한 농업 토양에서 페도게닉 무기 탄소 격리를 모니터링할 수 있다. 이러한 유형의 검증은 탄소 신용 프로그램에 필수적이며, 이는 해당 분야에서 탄소를 격리하는 농부들에게 혜택을 줄 수 있습니다.

농업 토양에서 수정 된 실리케이트 미네랄의 풍화로 인해 페도게닉 무기 탄소 축적모니터링.

배우세요 토양 밀도 분별법을 활용하여 토양 유기물을 경량 및 중량 분획으로 분리하는 방법을. 이 기술은 토양 탄소 고정 메커니즘을 연구하고 기후 변화에 따른 토양 반응을 모델링하는 데 필수적인 도구입니다.

토양 밀도 분별을 활용하여 뚜렷한 토양 탄소 풀 분리

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