토양 밀도 분별을 활용하여 뚜렷한 토양 탄소 풀 분리

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.