Wykorzystanie frakcjonowania gęstości gleby do oddzielenia odrębnych rezerwuarów węgla w glebie

Metoda ta pozwala naukowcom na wyizolowanie niewielkiej liczby funkcjonalnych rezerwuarów węgla w glebie na mierzalne i modelowalne frakcje w ramach badań nad stabilizacją węgla w glebie. Technika ta jest prosta do wykonania, pozwala na większą odtwarzalność w różnych typach gleb i rozróżnia różne pule węgla w glebie na podstawie stopnia powiązania z różnymi minerałami. Frakcjonowanie gleby na lekką frakcję, materię organiczną i składniki mineralne frakcji ciężkiej wyjaśnia mechanizmy sekwestracji i stabilizacji węgla w glebie w celu modelowania szybkości obrotu węgla w glebie i wielkości puli asocjacji mineralno-organicznych.

Łatwo jest stracić materiał podczas płukania i przenoszenia, dlatego konsekwentne i staranne uwzględnianie masy próbki i zawartości węgla ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia co najmniej 90% całkowitego odzysku. Zacznij od dodania 50 gramów wysuszonej na powietrzu próbki gleby przesianej na dwa milimetry do stożkowej polipropylenowej probówki wirówkowej o pojemności 250 mililitrów i zapisz masę z dokładnością do co najmniej czterech cyfr znaczących. Następnie dodaj 50 mililitrów roztworu SPT o stężeniu 1,85 grama na centymetr sześcienny do probówki wirówkowej i szczelnie zamknij probówkę.

Teraz energicznie potrząsaj rurką ręcznie przez około 60 sekund, aby rozbić niestabilne dla wody agregaty. Następnie przymocuj szczelnie zamkniętą rurkę do wytrząsarki platformowej i potrząsaj przez dwie godziny z prędkością od 40 do 120 obrotów na minutę. Często umieszczenie rurki na boku pomaga w dyspersji gleby poprzez zwiększenie siły chlupotania i zmniejszenie wysokości stojącej warstwy gleby.

Okresowo wyjmuj rurkę z wytrząsarki i energicznie potrząsaj ręcznie, aby zwiększyć mieszanie gęstszego zagregowanego materiału. Po wyjęciu probówki z wytrząsarki wyrównaj masy probówek wirówkowych w zestawie probówek do odwirowania, ostrożnie dodając dodatkowy roztwór SPT tam, gdzie jest to wymagane. Upewnij się, że energicznie wstrząsasz ręką przez 30 sekund po dodaniu roztworu SPT.

Odwirować probówki przez 10 minut przy 3 000 g w wirówce z odchylanym wiadrem. Po odwirowaniu zbadać gęstość supernatantu, pobierając pipetą pięć mililitrów tego samego i sprawdzając masę za pomocą wagi. W razie potrzeby dostosuj głośność SPT, aby osiągnąć żądaną gęstość.

Wstrząsnąć i ponownie odwirować, jeśli przeprowadzono regulację gęstości roztworu. Przymocuj litrową kolbę boczną do pompy próżniowej i umieść 110-milimetrowy filtr z włókna szklanego o wielkości porów 0,7 mikrona w porcelanowym lejku Buchnera o średnicy wewnętrznej 12 centymetrów. Ostrożnie uszczelnić lejek za pomocą stożkowej gumowej uszczelki na kolbie bocznej.

Użyj kolektora linii próżniowej, aby uruchomić wiele próbek jednocześnie. Następnie przymocuj kolejną litrową kolbę boczną do pompy próżniowej i umieść na niej gumowy korek z dołączoną rurką do zasysania o wystającej długości około 0,5 metra. Delikatnie zassać supernatant, łącznie z zawieszonym materiałem w górnej warstwie, wzdłuż boków probówki wirówkowej.

Nie dotykaj powierzchni granulowanej gleby końcówką rurki aspiracyjnej. Jeśli nie zrobisz tego ostrożnie, łatwo jest przypadkowo zassać ciężki materiał frakcji z granulatu. Aby wyczyścić rurkę zasysającą między próbkami, bardzo szybko zanurz końcówkę rurki w wodzie dejonizowanej/destylowanej lub DDI i przeciągnij około pięciu mililitrów wody przez linię, stosując próżnię.

Powtarzaj, aż cały materiał zostanie wypłukany z rury próżniowej. Po zasysaniu zdjąć gumowy korek i nasadkę rurki zasysającej z kolby bocznej i wlać zawartość do górnej części lejka Buchnera, trzymając włączoną pompę próżniową. Przepłukać kolbę wodą DDI, zawirować i wlać zawartość kolby do lejka Buchnera.

Powtarzaj, aż wszystkie pozostałości zostaną usunięte. Następnie ponownie zawiesić granulat gleby w 50 mililitrach SPT, energicznie potrząsając ręcznie probówką wirówkową przez 60 sekund, aby rozbić twardy granul na dnie. Odwirować probówkę przez 10 minut przy stężeniu 3 000 g.

Jak wykazano wcześniej, należy zassać supernatant i zebrać go do tej samej kolby po przefiltrowaniu przez ten sam lejek Buchnera. Aby umyć SPT z materiału o ciężkiej frakcji, dodaj 50 mililitrów wody DDI do probówki wirówkowej zawierającej osad ciężkiej frakcji i energicznie potrząsaj probówką ręcznie przez 60 sekund, upewniając się, że rozdrobniłeś twardy granul. Odwirować probówkę przez 10 minut przy stężeniu 3 000 g.

Odessać supernatant zgodnie z wcześniejszym opisem. Wszelkie unoszące się w powietrzu cząstki, które pozostały, należy dodać do lejka wraz z resztą materiału frakcji lekkiej. Powtórz procedurę prania dwukrotnie.

Następnie ostrożnie zeskrob ziemię z probówki wirówkowej do czystej, oznakowanej szklanej zlewki lub słoika. Wlej tyle wody DDI do probówki, aby poluzować pozostałą glebę, i potrząśnij rurką przed dodaniem gnojowicy do szklanego pojemnika. Dobrze wypłucz probówkę wodą DDI i włóż pranie z powrotem do szklanego pojemnika.

Umieść szklany pojemnik w suszarce w piekarniku ustawionym w temperaturze od 40 do 60 stopni Celsjusza i susz, aż do osiągnięcia stałej suchej masy, co zwykle trwa od 24 do 72 godzin. Aby zapewnić całkowite usunięcie SPT z frakcji lekkiej, należy napełnić lejek Buchnera zawierający materiał frakcji lekkiej wodą DDI i przefiltrować zawartość przez filtry z włókna szklanego. Gdy woda całkowicie się przefiltruje, powtórz pranie dwukrotnie.

Wyjąć lejek z kolby bocznej po wyłączeniu pompy próżniowej. Teraz, trzymając lejek poziomo nad oznakowaną szklaną zlewką lub słoikiem, delikatnie spłucz cząsteczki z filtra wodą DDI z butelki do mycia. Umieść szklany pojemnik w suszarce w piekarniku ustawionym w temperaturze od 40 do 60 stopni Celsjusza i susz, aż do osiągnięcia stałej suchej masy, co zwykle trwa od 24 do 72 godzin.

Aby zważyć suchą masę frakcjonowanych materiałów, weź każdy pojemnik i delikatnie zeskrob z niego cały wysuszony materiał do plastikowej łódki wagowej. Zapisać masę z dokładnością do czwartego miejsca po przecinku przed umieszczeniem próbki w oznakowanej fiolce do przechowywania lub w torbie. Każda frakcja, a także gleba luzem, jest teraz gotowa do analizy.

Poniższe rysunki pokazują skuteczność metody i wgląd w rezerwuary węgla w glebie. W tym przypadku odzyskiwanie węgla organicznego w glebie w różnych frakcjach wykazało wyraźny wpływ zabiegów detrytycznych na frakcje lekkie i ciężkie, zwłaszcza w porównaniu z wpływem zaobserwowanym na zawartość masy. Dodatkowe frakcjonowanie gęstości ujawniło, że wpływ obróbki na materię organiczną związaną z minerałami był głównie ograniczony do materiału o większej gęstości, ale frakcja pośrednia nie wykazała znaczącego wpływu, pomimo większej zmienności.

Zawartość węgla w stosunku do azotu w glebie luzem w stosunku do frakcjonowanych basenów wyraźnie określiła skuteczność metody frakcjonowania gęstości w oddzielaniu cząstek stałych pochodzenia roślinnego od materii mineralnej. Baseny o gęstości poniżej 2,20 grama na centymetr sześcienny bardziej reagowały na zabiegi w porównaniu z basenami o większej gęstości. Analiza izotopowa wykazała wpływ mineralogii gleby na właściwości biogeochemiczne w basenach o dużej gęstości gleby.

Co więcej, analiza trzech basenów gęstości, w przeciwieństwie do sześciu lub więcej, w dużej mierze uchwyciła trendy izotopowe. Ze względu na zawartość frakcji lekkiej suszenie w piecu przyniosło znacznie większe straty węgla w postaci rozpuszczonego węgla organicznego, chociaż wielkość strat była nieznaczna. Po drugie, nie zaobserwowano sezonowości w rezerwuarze węgla.

Dokładnie sprawdź gęstość roztworu SPT, aby upewnić się, że pozostaje spójny i nie jest rozcieńczany przez wodę obecną w próbkach. Zbyt niska lub zbyt wysoka gęstość roztworu wypacza ilość węgla w próbkach. Połączenie analizy izotopowej 13C, 14C i 15N oraz spektroskopii mas zapewnia dodatkowy wgląd w dynamikę cykli SOC, przy jednoczesnym uwzględnieniu historii terenu i charakterystyki gleby.

Technika ta pozwala naukowcom na wyizolowanie bezpośrednio mierzalnych rezerwuarów węgla, które znacznie różnią się czasem obrotu, mechanizmem stabilizacji i składem chemicznym, aby dokładniej informować o modelowaniu węgla w glebie.