Fractionering van de bodemdichtheid gebruiken om verschillende koolstofreservoirs in de bodem te scheiden

Deze methode stelt onderzoekers in staat om een klein aantal functionele pools van bodemkoolstof te isoleren in meetbare en modeleerbare fracties als onderdeel van onderzoek naar koolstofstabilisatie in de bodem. Deze techniek is eenvoudig uit te voeren, zorgt voor een grotere reproduceerbaarheid over verschillende bodemtypen en onderscheidt verschillende pools van bodemkoolstof op basis van de mate van associatie met verschillende mineralen. Het fractioneren van de bodem in lichte fractie organisch materiaal en zware fractie minerale componenten verheldert de koolstofvastlegging en stabilisatiemechanismen van de bodem voor het modelleren van koolstofomloopsnelheden in de bodem en de grootte van de minerale organische associatiepool.

Het is gemakkelijk om materiaal te verliezen tijdens het spoelen en overbrengen, dus consistent en zorgvuldig rekening houden met de monstermassa en het koolstofgehalte is de sleutel tot een minimum van 90% totale terugwinning. Begin met het toevoegen van 50 gram van het luchtgedroogde grondmonster gezeefd tot twee millimeter in een 250 milliliter conische polypropyleen centrifugebuis en noteer de massa tot ten minste vier significante cijfers. Voeg vervolgens 50 milliliter van de 1,85 gram per kubieke centimeter SPT-oplossing toe aan de centrifugebuis en sluit de buis goed af.

Schud de buis nu krachtig met de hand gedurende ongeveer 60 seconden om de niet-waterstabiele aggregaten te breken. Bevestig vervolgens de goed afgesloten buis aan een platformschudder en schud gedurende twee uur met 40 tot 120 rotaties per minuut. Vaak helpt het plaatsen van de buis op zijn kant bij de bodemdispersie door de klotsende kracht te vergroten en de stahoogte van de grondlaag te verminderen.

Verwijder periodiek de buis uit de schudder en schud krachtig met de hand om de agitatie van het dichtere geaggregeerde materiaal te vergroten. Nadat u de buis uit de schudder hebt verwijderd, egaliseert u de massa's van de centrifugebuis over de set buizen die moeten worden gecentrifugeerd door waar nodig voorzichtig extra SPT-oplossing toe te voegen. Zorg ervoor dat u krachtig met de hand schudt gedurende 30 seconden na het toevoegen van de SPT-oplossing.

Centrifugeer de buizen gedurende 10 minuten op 3.000 g in een draaiende emmercentrifuge. Test na het centrifugeren de dichtheid van het supernatant door vijf milliliter van hetzelfde te trekken met een pipet en de massa te controleren met een balans. Pas indien nodig het SPT-volume aan om de gewenste dichtheid te bereiken.

Schud en centrifugeer opnieuw als een aanpassing van de dichtheid van de oplossing is uitgevoerd. Bevestig een zijarmkolf van één liter aan een vacuümpomp en plaats een glasvezelfilter van 110 millimeter met een poriegrootte van 0,7 micron in een porseleinen Buchner-trechter met een inwendige diameter van 12 centimeter. Sluit de trechter voorzichtig af met een conische rubberen pakking op de zijarmkolf.

Gebruik een vacuümlijnspruitstuk om meerdere monsters tegelijkertijd uit te voeren. Bevestig vervolgens nog een zijarmkolf van een liter aan de vacuümpomp en plaats er een rubberen stop op met bevestigde buizen voor aspiratie met een uitstekende buislengte van ongeveer 0,5 meter. Zuig het supernatant voorzichtig op, inclusief het zwevende materiaal aan de bovenste laag, langs de zijkanten van de centrifugebuis.

Raak het gepelletiseerde grondoppervlak niet aan met de punt van de aspiratiebuis. Als dit niet zorgvuldig wordt gedaan, is het gemakkelijk om per ongeluk zwaar fractiemateriaal uit de pellet te zuigen. Om de aspiratiebuis tussen de monsters te reinigen, dompelt u de punt van de buis zeer snel in gedeïoniseerd / gedestilleerd of DDI-water en zuigt u ongeveer vijf milliliter van het water door de lijn door het vacuüm aan te brengen.

Herhaal dit totdat al het materiaal uit de vacuümbuis is gespoeld. Verwijder na het aanzuigen de rubberen stop en de aanzuigbuisbevestiging uit de zijarmkolf en giet de inhoud in de bovenkant van de Buchner-trechter terwijl u de vacuümpomp ingeschakeld houdt. Spoel de kolf af met DDI-water, draai rond en giet de inhoud van de kolf in de Buchner-trechter.

Herhaal dit totdat alle resten zijn verwijderd. Suspensie vervolgens de grondkorrel opnieuw in 50 milliliter SPT door de centrifugebuis gedurende 60 seconden krachtig met de hand te schudden om de harde pellet aan de onderkant te breken. Centrifugeer de buis gedurende 10 minuten op 3.000 g.

Zoals eerder aangetoond, zuig het supernatant op en verzamel het in dezelfde kolf na het filteren door dezelfde Buchner-trechter. Om SPT van het zware fractiemateriaal te wassen, voegt u 50 milliliter DDI-water toe aan de centrifugebuis met de zware fractiekorrel en schudt u de buis krachtig met de hand gedurende 60 seconden, waarbij u ervoor zorgt dat de harde pellet breekt. Centrifugeer de buis gedurende 10 minuten op 3.000 g.

Zuig het supernatant aan zoals eerder beschreven. Alle zwevende deeltjes die overblijven, moeten met de rest van het lichte fractiemateriaal aan de trechter worden toegevoegd. Herhaal de wasprocedure twee keer.

Schraap vervolgens voorzichtig de grond uit de centrifugebuis in een schoon gelabeld glazen bekerglas of pot. Giet voldoende DDI-water in de buis om de resterende grond los te maken en schud de buis voordat u de slurry aan de glazen container toevoegt. Spoel de buis goed af met DDI-water en doe de was terug in de glazen container.

Plaats de glazen container in een droogoven tussen 40 en 60 graden Celsius en droog tot een constant drooggewicht is bereikt, wat meestal 24 tot 72 uur duurt. Om ervoor te zorgen dat de SPT volledig uit de lichte fractie wordt verwijderd, vult u de Buchner-trechter met het lichte fractiemateriaal met DDI-water en filtert u de inhoud door glasvezelfilters. Zodra het water volledig is doorgefilterd, herhaalt u het wassen twee keer.

Verwijder de trechter uit de zijarmkolf nadat u de vacuümpomp hebt uitgeschakeld. Houd nu de trechter horizontaal boven een gelabeld glazen bekerglas of pot en spoel de deeltjes voorzichtig uit het filter met DDI-water uit een wasfles. Plaats de glazen container in een droogoven tussen 40 en 60 graden Celsius en droog tot een constant drooggewicht is bereikt, wat meestal 24 tot 72 uur duurt.

Om het drooggewicht van de gefractioneerde materialen te wegen, neemt u elke container en schraapt u al het gedroogde materiaal er voorzichtig uit in een plastic weegboot. Noteer de massa tot op de vierde decimaal voordat u het monster in een gelabelde opslagflacon of een zak plaatst. Elke fractie, evenals de bulkgrond, is nu klaar voor analyse.

De volgende figuren tonen de effectiviteit van de methode en het inzicht in koolstofreservoirs in de bodem. Hier vertoonde de terugwinning van organische koolstof in de bodem in verschillende fracties verschillende effecten van de detritale behandelingen op de lichte en zware fracties, vooral ten opzichte van de waargenomen effecten op het bulkgehalte. Aanvullende dichtheidsfractionering toonde aan dat de behandelingseffecten op het mineraal-geassocieerde organische materiaal voornamelijk beperkt waren tot het materiaal met een hogere dichtheid, maar de tussenliggende fractie vertoonde geen significant effect, ondanks grotere variabiliteit.

Het koolstof-stikstofgehalte van de bulkgrond ten opzichte van de gefractioneerde pools heeft duidelijk de effectiviteit aangetoond van de dichtheidsfractioneringsmethode voor het scheiden van plantaardig fijnstof van minerale stoffen. Zwembaden met dichtheden onder de 2,20 gram per kubieke centimeter reageerden meer op de behandelingen, in vergelijking met zwembaden met hogere dichtheden. De isotopenanalyse toonde de invloed van bodemmineralogie op de biogeochemische eigenschappen in bodemdichtheidspoelen.

Verder heeft de analyse van drie dichtheidspools, in tegenstelling tot zes of meer, grotendeels de isotopische trends vastgelegd. Voor het lichte fractiegehalte leverde het drogen in de oven een significant groter koolstofverlies op in de vorm van opgeloste organische koolstof, hoewel de hoeveelheid verlies onbeduidend was. Ten tweede werd er geen seizoensgebondenheid waargenomen in de koolstofpool.

Controleer de dichtheid van de SPT-oplossing zorgvuldig om er zeker van te zijn dat deze consistent blijft en niet wordt verdund door water dat in monsters aanwezig is. Een te lage of te hoge oplossingsdichtheid geeft een verkeerde voorstelling van de koolstofhoeveelheid in monsters. De combinatie van 13C, 14C en 15N isotopenanalyse en massaspectroscopie biedt extra inzicht in de SOC-cyclusdynamiek, terwijl nog steeds rekening wordt gehouden met de geschiedenis van de locatie en bodemkenmerken.

Deze techniek stelt onderzoekers in staat om direct meetbare pools van koolstof te isoleren die aanzienlijk verschillen in omzettijd, stabilisatiemechanisme en chemie om bodemkoolstofmodellering nauwkeuriger te informeren.