Name: Wykorzystanie frakcjonowania gęstości gleby do oddzielenia odrębnych rezerwuarów węgla w glebie (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-12-16T14:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 19 s
Description: Poznaj metodę frakcjonowania gęstości gleby wykorzystującą roztwory sodowego polytungstanu do izolacji pół węgla organicznego. Technika ta umożliwia badaczom dokładne modelowanie dynamiki węgla w glebie.

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

Dla tej pracy, wsparcie zostało udzielone przez National Science Foundation Grants DEB-1257032 dla K.L. i DEB-1440409 dla programu H. J. Andrews Long Term Ecological Research.

1. Sporządzanie roztworów podstawowych poliwolframianu sodu (SPT)
UWAGA: SPT jest substancją drażniącą i jest szkodliwa w przypadku połknięcia lub wdychania. Jest toksyczny dla organizmów wodnych; unikać jego uwalniania do środowiska.
<ol>
	<li>Aby przygotować 1 l roztworu SPT o gęstości 1,85 g/cm3, rozpuść 1,051 g skrystalizowanego SPT w około 600 ml dejonizowanej wody destylowanej (DDI). Mieszać roztwór, aż SPT całkowicie się rozpuści, przez około 15 minut, a następnie doprowadzić objętość roztworu do 1 l za pomocą DDI. 
	UWAGA: Odzysk węgla przy użyciu gęstości roztworu <1,85 g/cm3 może zaniżać rekrutację lekkiej frakcji węgla pochodzącej z cząstek materii organicznej17,18, błędnie przedstawiając w ten sposób ilość węgla w próbce. W związku z tym sugeruje się, że gęstość roztworu SPT wynosi 1,85 g/cm3 8,17, aby w typowej próbce gleby (tj. większości piasku, mułu i gliny o zawartości C <10%).</li>
	<li>Aby przygotować 1 l roztworu SPT o gęstości 2,40 g/cm3, rozpuść 1,803 g stałego SPT w około 500 ml wody DDI. Mieszać roztwór, aż SPT całkowicie się rozpuści, a następnie doprowadzić objętość roztworu do 1 l za pomocą DDI. 
	UWAGA: Poza potencjalnym zastosowaniem do frakcjonowania gleby, roztwór o gęstości większej niż 1,85 g/cm3 jest często wymagany do dostosowania roztworu SPT na późniejszych etapach protokołu (patrz krok 3.2). Jeśli pozostanie dodatkowy roztwór o stężeniu 2,40 g/cm3, roztwór można rozcieńczyć do 1,85 g/cm3 wodą dejonizowaną i użyć do frakcjonowania gleby.</li>
	<li>Przed użyciem do frakcjonowania należy przeanalizować SPT pod kątem zawartości C i N. Analizę tę należy przeprowadzić przy użyciu analizatora pierwiastkowego ciał stałych lub cieczy (przykładowe metody: ISO 10694:1995, ISO 20236:2018).
	<ol>
		<li>Wykonać rozcieńczenie roztworu w stosunku 1:100 z kroku 1.1 dla analizatorów pierwiastkowych cieczy, aby zmniejszyć pogorszenie stanu płuczek elementarnych i katalizatorów. Tolerancja na zanieczyszczenie C i N w roztworze SPT będzie zależeć od próbki i późniejszych zastosowań frakcji glebowych. Zazwyczaj roztwór SPT o zawartości C i N odpowiednio <1 ppm i <0,1 ppm jest uważany za odpowiedni do użycia, ponieważ roztwory takie jak to mają minimalną zdolność do zmiany znacznie większych basenów C i N w glebie.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Rozpuszczenie gleby w SPT
<ol>
	<li>Dodać 50 g gleby, która jest wysuszona na powietrzu i przesiana na 2 mm do stożkowej probówki wirówkowej z polipropylenu o pojemności 250 ml. Zapisać masę z dokładnością do co najmniej czterech cyfr znaczących. Nie używaj gleby suszonej w piekarniku, ponieważ może to zwiększyć zawartość rozpuszczalnego węgla w wyniku lizy komórek wywołanej ciepłem31. 
	UWAGA: Można użyć wilgotnej gleby polowej31, ale w późniejszych krokach wymagana jest dalsza regulacja, aby utrzymać docelową gęstość roztworu SPT. Zaleca się przesiewanie materiału glebowego do 2 mm w celu usunięcia dużego materiału, który może zniekształcić wyniki frakcjonowania, takiego jak skały i gruz drzewny.
	<ol>
		<li>Dostosować masę gleby, aby zapewnić odzyskanie odpowiedniej masy każdej frakcji, aby uniknąć znacznego błędu w oznaczaniu ilościowym. Najczęstszym powodem regulacji masy jest niska zawartość POM (np. <2% całkowitej masy gleby). W przypadku takich gleb należy zapewnić dodatkową masę gleby, aby dokładnie określić ilościowo odzysk POM. Ogólnie rzecz biorąc, dopuszczalne jest dostosowanie masy gleby dla każdej pojedynczej próbki, ponieważ zmiana masy próbki nie zmieni proporcji POM do MAOM. Jednak często przydatne jest użycie stałej masy, aby wspomóc zrównoważenie wirówki.</li>
		<li>Traktuj gleby bogate w węglany, aby usunąć węglany nieorganiczne przed frakcjonowaniem32.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Dodaj 50 ml SPT o gęstości 1,85 g/cm3 do probówki wirówkowej i szczelnie załóż pokrywkę. Podobnie jak w przypadku ilości gleby, w razie potrzeby dostosuj objętość SPT. W glebach powierzchniowych bogatych w POM (np. wiele gleb leśnych strefy umiarkowanej) należy zastosować większy stosunek gleby do SPT (np. 30 g gleby na 60 ml SPT), aby uzyskać odpowiednią separację materiałów frakcji lekkiej i ciężkiej.</li>
	<li>Potrząsaj energicznie rurką ręcznie przez ~60 s, aby rozbić niestabilne dla wody agregaty. Pożądane jest silne zderzenie agregatów glebowych z bocznymi ściankami probówki wirówkowej, co oznacza, że samo wirowanie roztworu może być niewystarczające.</li>
	<li>Przymocuj rurkę do wytrząsarki platformowej. Często umieszczenie rurki na boku pomaga w dyspersji gleby poprzez zwiększenie siły chlupotania roztworu i zmniejszenie wysokości stojącej warstwy gleby. Upewnij się, że rurka jest szczelnie zamknięta i potrząsaj przez 2 godziny z prędkością 40-120 obr./min. Okresowo wyjmuj rurkę z wytrząsarki i energicznie potrząsaj ręcznie, aby zwiększyć mieszanie gęstszego zagregowanego materiału.</li>
</ol>
3. Przeprowadzanie frakcjonowania gleby gruboziarnistej
<ol>
	<li>Wyjmij rurkę z shakera. Wyrównaj masy probówek wirówek, ostrożnie dodając dodatkowy roztwór SPT, aby osiągnąć stałą masę w zestawie probówek do odwirowania, zapewniając energiczne potrząsanie ręką przez 30 s po dodaniu roztworu SPT. Wirować przez 10 minut przy 3 000 x g w wirówce z odchylanym wiadrem.</li>
	<li>Przed zasysaniem próbki należy zbadać gęstość supernatantu, pobierając pipetą 5 ml roztworu i sprawdzając masę na wadze. W razie potrzeby dostosuj gęstość SPT, aby osiągnąć żądaną gęstość. Wstrząsnąć i ponownie odwirować, jeśli przeprowadzono regulację gęstości roztworu.</li>
	<li>Podłącz kolbę boczną o pojemności 1 l do pompy próżniowej. Umieść filtr z włókna szklanego o średnicy 110 mm (wielkość porów 0.7 μm) w porcelanowym lejku Buchnera o średnicy wewnętrznej 12 cm. Ostrożnie uszczelnić lejek za pomocą stożkowej gumowej uszczelki na kolbie bocznej. 
	UWAGA: Filtry z włókna szklanego należy wstępnie umyć w suszarce w temperaturze 150 °C i przed użyciem spłukać DDI.</li>
	<li>Ustaw jedną dodatkową butelkę na broń boczną o pojemności 1 litra podłączoną do odkurzacza. Umieść gumowy korek w górnej części kolby z wystającą rurką o długości ~0,5 m przymocowaną do aspiracji. 
	UWAGA: Pomocne może być przymocowanie plastikowej końcówki (takiej jak jednorazowa końcówka do pipety o pojemności 5 ml, z końcem odciętym pod kątem) do końca rurki aspiracyjnej, aby poprawić kontrolę ssania podczas zasysania (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1).</li>
	<li>Delikatnie zassać sklarowany sklarowany i zawieszony materiał, który osiadł w górnej warstwie roztworu wzdłuż boków probówki wirówkowej, uważając, aby nie dotknąć końcówką probówki aspiracyjnej do granulowanej powierzchni gleby pod spodem. 
	UWAGA: W przypadku omyłkowego zasysania jakiegokolwiek granulatu glebowego (frakcji ciężkiej) wraz z materiałem zawieszonym (frakcja lekka), procedurę frakcjonowania należy powtórzyć. Jeśli taki błąd nie zostanie zauważony, będzie to skutkowało większą niż oczekiwano masą frakcji lekkiej o niższej niż oczekiwano zawartości węgla, co może być widoczne w analizie danych próbek o podobnych właściwościach gleby.
	<ol>
		<li>Aby wyczyścić rurkę zasysającą między próbkami, szybko zanurz końcówkę rurki (np. zanurz na 0,1 s) w wodzie DDI i wciągnij ~5 ml wody DDI przez linię przy włączonej pompie próżniowej. Powtarzaj, aż cały materiał zostanie wypłukany z rury próżniowej.</li>
		<li>Zdjąć gumowy korek i nasadkę rurki aspiracyjnej z kolby bocznej i wlać zawartość do górnej części lejka Buchnera przy włączonej pompie próżniowej.</li>
		<li>Przepłukać kolbę wodą DDI, zawirować i wlać zawartość kolby do lejka Buchnera. Powtarzać tę czynność, aż wszystkie pozostałości przyklejone do ścianek kolby zostaną usunięte.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Dodaj 50 ml SPT do probówki wirówkowej i energicznie potrząsaj ręcznie przez 60 s (lub użyj stołu do wytrząsania, jeśli gleba nie rozprasza się szybko), upewniając się, że rozdrobniłeś twarde granulki na dnie probówki, aby cała pozostałość została ponownie zawieszona. Wirować przez 10 minut przy 3 000 x g.</li>
	<li>Powtórz krok 3.5. Wlać zawartość kolby do tego samego lejka Buchnera, który został użyty w kroku 3.5.2.</li>
	<li>Dodaj 50 ml SPT do probówki wirówkowej i energicznie wstrząśnij ręcznie, upewniając się, że rozdrobniłeś twarde osady na dnie probówki. Wirować przez 10 minut przy 3 000 x g.</li>
	<li>Powtórz krok 3.5. Wlać zawartość kolby do tego samego lejka Buchnera, który został użyty w kroku 3.5.2.</li>
</ol>
4. Dodatkowe separacje gęstości przy użyciu SPT o większej gęstości
UWAGA: Jeśli wykonujesz więcej niż jedną dodatkową frakcję gęstości, kolejne frakcjonowanie musi być wykonywane w kolejności rosnącej gęstości. Tutaj pokazano kroki izolacji przy użyciu SPT o gęstości 1,85-2,4 g/cm3 i >2,4 g/cm3.
<ol>
	<li>Dodać 50 ml 2,4 g/cm3 SPT do probówki wirówkowej zawierającej materiał glebowy o gramaturze >1,85 g/cm3 z kroku 3. Energicznie wstrząśnij ręką (>60 s), upewniając się, że rozdrobniłeś twardy granul na dnie tuby. Wirować przez 10 minut przy 3 000 x g.</li>
	<li>Przed zasysaniem próbki należy zbadać gęstość supernatantu, pobierając pipetą 5 ml roztworu i sprawdzając masę na wadze. W razie potrzeby dostosuj gęstość SPT, aby osiągnąć żądaną gęstość. Wstrząsnąć i ponownie odwirować, jeśli przeprowadzono regulację gęstości roztworu.</li>
	<li>Powtórzyć krok 3, używając roztworu SPT o stężeniu 2,4 g/cm3 zamiast roztworu 1,85 g/cm3 SPT stosowanego poprzednio. Pod koniec kroku 3 materiał wyizolowany w lejku Buchnera będzie miał gęstość w zakresie 1,85-2,4 g/cm3, podczas gdy materiał pozostały w probówce wirówkowej będzie miał gęstość >2,4 g/cm3.</li>
</ol>
5. Mycie SPT z próbek frakcji ciężkiej i lekkiej
UWAGA: Następujące kroki mycia muszą być wykonane dla całego frakcjonowanego materiału. Jeśli roztwór SPT nie zostanie całkowicie wypłukany z materiału, odpowiednie masy frakcji będą niedokładne.
<ol>
	<li>Dodaj 50 ml wody DDI do probówki wirówkowej z ciężkim materiałem frakcji i energicznie wstrząśnij ręcznie (60 s), upewniając się, że rozdrobniłeś twarde osady na dnie probówki. Wirować przez 10 minut przy 3 000 x g.</li>
	<li>Odsysać jak w kroku 3.5. W tym momencie cały materiał frakcji lekkiej powinien zostać usunięty. Wyrzuć klarowny zasysacz do wiadra na odpady zamiast dodawać go do lejka filtra.</li>
	<li>Powtórz kroki 5.1-5.2 dwukrotnie. Przed ostatecznym zasysaniem roztworu do probówki, należy użyć pipety transferowej, aby pobrać 25 ml supernatantu i sprawdzić gęstość, dzieląc masę roztworu przez objętość, aby upewnić się, że SPT został odpowiednio usunięty z próbki. Jeśli gęstość wynosi <1,01 g/ml, przejdź do następnego kroku. Jeśli gęstość wynosi 1.01 g/ml lub więcej, wykonaj dodatkowe płukanie wodą, jak powyżej, aż gęstość będzie mniejsza niż 1.01 g/ml.</li>
	<li>Aby zapewnić całkowite usunięcie SPT z frakcji lekkiej, napełnij każdy lejek Buchnera wodą DDI i przefiltruj zawartość przez filtry z włókna szklanego. Gdy woda całkowicie się przefiltruje, powtórz to jeszcze dwa razy. Jeśli gleba jest bogata w materię organiczną, filtracja może trwać do 48 godzin.</li>
</ol>
6. Zbieranie materiału o ciężkiej frakcji
<ol>
	<li>Ostrożnie zeskrob ziemię z probówki wirówkowej do czystej, oznakowanej szklanej zlewki lub słoika. Wlej tyle wody DDI do rurki, aby poluzować pozostałą glebę; Załóż nakrętkę i wstrząśnij, a następnie dodaj zawiesinę do szklanego pojemnika. Wypłucz całą pozostałą glebę z probówki wirówkowej i przenieś do szklanego pojemnika za pomocą wody dejonizowanej.</li>
	<li>Umieścić szklany pojemnik w suszarce w temperaturze 40-60 °C. Suszyć do osiągnięcia stałej suchej masy, zwykle przez 24-72 godziny.</li>
</ol>
7. Zbiór materiału frakcji lekkiej
<ol>
	<li>Wyłączyć pompę próżniową i wyjąć lejek z kolby bocznej. Trzymając lejek poziomo nad oznakowaną szklaną zlewką lub słoikiem, delikatnie spłucz cząstki z filtra za pomocą butelki do mycia wody DDI. 
	UWAGA: Może być konieczne delikatne zeskrobanie filtra za pomocą szpatułki i przepłukanie obu stron filtra w celu usunięcia wszystkich pozostałości.</li>
	<li>Umieścić szklany pojemnik w suszarce w temperaturze 40-60 °C. Suszyć do osiągnięcia stałej suchej masy, zwykle przez 24-72 godziny.</li>
</ol>
8. Ważenie suchej masy frakcjonowanego materiału
<ol>
	<li>Delikatnie zeskrob cały wysuszony materiał z każdego pojemnika do plastikowej łódki wagowej. Zapisz masę z dokładnością do czwartego miejsca po przecinku. Umieść próbkę w oznaczonej fiolce lub torbie do przechowywania.</li>
	<li>Powtórzyć te czynności dla wszystkich wysuszonych próbek.</li>
</ol>
9. Gromadzenie i analiza danych dla całkowitego węgla organicznego
<ol>
	<li>Postępować zgodnie z procedurami analizy zgodnie z przyrządem, który ma być używany do analizy zawartości pierwiastka C (np. ISO 10694:1995). 
	UWAGA: Mielenie wysuszonego materiału frakcji na drobny proszek jest powszechną praktyką mającą na celu zapewnienie jednorodności frakcjonowanej próbki przed analizą pierwiastkową.</li>
	<li>Upewnij się, że łączna masa wszystkich frakcji jest równa co najmniej ~90% pierwotnej masy próbki gleby. Jeśli ubytki materiału wynoszą >10%, zaleca się dodatkowe frakcjonowanie replikowane.</li>
	<li>Określ ilościowo skumulowany odzysk węgla organicznego w glebie (SOC) we frakcjach. Straty SOC mogą nie być idealnie skorelowane z ubytkiem masy ze względu na nieproporcjonalną utratę materiału frakcji i utratę rozpuszczonego węgla organicznego. Jednak straty SOC powinny również wynosić <10 % początkowego SOC w próbce gleby.</li>
</ol>

<ol><li>Jackson, R. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ecology+of+soil+carbon%3A+Pools%2C+vulnerabilities%2C+and+biotic+and+abiotic+controls%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Ecology%2C+Evolution%2C+and+Systematics%22%5BJournal%5D)">The ecology of soil carbon: Pools, vulnerabilities, and biotic and abiotic controls.</a> Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 48, 419-445 (2017).</li>
<li>Crowther, T. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantifying+global+soil+carbon+losses+in+response+to+warming%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Quantifying global soil carbon losses in response to warming.</a> Nature. 540 (7631), 104-108 (2016).</li>
<li>Deng, L., Zhu, G., Tang, Z., Shangguan, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Global+patterns+of+the+effects+of+land-use+changes+on+soil+carbon+stocks%5BTitle%5D)+AND+%22Global+Ecology+and+Conservation%22%5BJournal%5D)">Global patterns of the effects of land-use changes on soil carbon stocks.</a> Global Ecology and Conservation. 5, 127-138 (2016).</li>
<li>Griscom, B. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Natural+climate+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Natural climate solutions.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (44), 11645-11650 (2017).</li>
<li>Fargione, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Natural+climate+solutions+for+the+United+States%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Advances%22%5BJournal%5D)">Natural climate solutions for the United States.</a> Science Advances. 4 (11), (2018).</li>
<li>Kögel-Knabner, I., Rumpel, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+molecular+approaches+for+understanding+soil+organic+matter+composition%2C+origin%2C+and+turnover%3A+A+historical+overview%5BTitle%5D)+AND+%22Advances+in+Agronomy%22%5BJournal%5D)">Advances in molecular approaches for understanding soil organic matter composition, origin, and turnover: A historical overview.</a> Advances in Agronomy. 149, 1-48 (2018).</li>
<li>Schmidt, M. W. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Persistence+of+soil+organic+matter+as+an+ecosystem+property%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Persistence of soil organic matter as an ecosystem property.</a> Nature. 478 (7367), 49-56 (2011).</li>
<li>Billings, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+organic+carbon+is+not+just+for+soil+scientists%3A+Measurement+recommendations+for+diverse+practitioners%5BTitle%5D)+AND+%22Ecological+Applications%22%5BJournal%5D)">Soil organic carbon is not just for soil scientists: Measurement recommendations for diverse practitioners.</a> Ecological Applications. 31 (3), 02290(2021).</li>
<li>von Lützow, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SOM+fractionation+methods%3A+Relevance+to+functional+pools+and+to+stabilization+mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Biology+and+Biochemistry%22%5BJournal%5D)">SOM fractionation methods: Relevance to functional pools and to stabilization mechanisms.</a> Soil Biology and Biochemistry. 39 (9), 2183-2207 (2007).</li>
<li>Poeplau, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolating+organic+carbon+fractions+with+varying+turnover+rates+in+temperate+agricultural+soils+-+A+comprehensive+method+comparison%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Biology+and+Biochemistry%22%5BJournal%5D)">Isolating organic carbon fractions with varying turnover rates in temperate agricultural soils - A comprehensive method comparison.</a> Soil Biology and Biochemistry. 125, 10-26 (2018).</li>
<li>Heckman, K., Lawrence, C. R., Harden, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+sequential+selective+dissolution+method+to+quantify+storage+and+stability+of+organic+carbon+associated+with+Al+and+Fe+hydroxide+phases%5BTitle%5D)+AND+%22Geoderma%22%5BJournal%5D)">A sequential selective dissolution method to quantify storage and stability of organic carbon associated with Al and Fe hydroxide phases.</a> Geoderma. 312, 24-35 (2018).</li>
<li>Frostegård, Å, Tunlid, A., Bååth, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial+biomass+measured+as+total+lipid+phosphate+in+soils+of+different+organic+content%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Microbiological+Methods%22%5BJournal%5D)">Microbial biomass measured as total lipid phosphate in soils of different organic content.</a> Journal of Microbiological Methods. 14 (3), 151-163 (1991).</li>
<li>Plante, A. F., Conant, R. T., Paul, E. A., Paustian, K., Six, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acid+hydrolysis+of+easily+dispersed+and+microaggregate-derived+silt-+and+clay-sized+fractions+to+isolate+resistant+soil+organic+matter%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Soil+Science%22%5BJournal%5D)">Acid hydrolysis of easily dispersed and microaggregate-derived silt- and clay-sized fractions to isolate resistant soil organic matter.</a> European Journal of Soil Science. 57 (4), 456-467 (2006).</li>
<li>Eusterhues, K., Rumpel, C., Kögel-Knabner, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stabilization+of+soil+organic+matter+isolated+via+oxidative+degradation%5BTitle%5D)+AND+%22Organic+Geochemistry%22%5BJournal%5D)">Stabilization of soil organic matter isolated via oxidative degradation.</a> Organic Geochemistry. 36 (11), 1567-1575 (2005).</li>
<li>Moni, C., Derrien, D., Hatton, P. -J., Zeller, B., Kleber, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Density+fractions+versus+size+separates%3A+does+physical+fractionation+isolate+functional+soil+compartments%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeosciences%22%5BJournal%5D)">Density fractions versus size separates: does physical fractionation isolate functional soil compartments.</a> Biogeosciences. 9 (12), 5181-5197 (2012).</li>
<li>Lavallee, J. M., Soong, J. L., Cotrufo, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conceptualizing+soil+organic+matter+into+particulate+and+mineral-associated+forms+to+address+global+change+in+the+21st+century%5BTitle%5D)+AND+%22Global+Change+Biology%22%5BJournal%5D)">Conceptualizing soil organic matter into particulate and mineral-associated forms to address global change in the 21st century.</a> Global Change Biology. 26 (1), 261-273 (2020).</li>
<li>Sollins, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organic+C+and+N+stabilization+in+a+forest+soil%3A+Evidence+from+sequential+density+fractionation%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Biology+and+Biochemistry%22%5BJournal%5D)">Organic C and N stabilization in a forest soil: Evidence from sequential density fractionation.</a> Soil Biology and Biochemistry. 38 (11), 3313-3324 (2006).</li>
<li>Sollins, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequential+density+fractionation+across+soils+of+contrasting+mineralogy%3A+evidence+for+both+microbial-+and+mineral-controlled+soil+organic+matter+stabilization%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Sequential density fractionation across soils of contrasting mineralogy: evidence for both microbial- and mineral-controlled soil organic matter stabilization.</a> Biogeochemistry. 96 (1-3), 209-231 (2009).</li>
<li>Crow, S. E., Swanston, C. W., Lajtha, K., Brooks, J. R., Keirstead, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Density+fractionation+of+forest+soils%3A+methodological+questions+and+interpretation+of+incubation+results+and+turnover+time+in+an+ecosystem+context%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Density fractionation of forest soils: methodological questions and interpretation of incubation results and turnover time in an ecosystem context.</a> Biogeochemistry. 85 (1), 69-90 (2007).</li>
<li>Cotrufo, M. F., Ranalli, M. G., Haddix, M. L., Six, J., Lugato, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+carbon+storage+informed+by+particulate+and+mineral-associated+organic+matter%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Geoscience%22%5BJournal%5D)">Soil carbon storage informed by particulate and mineral-associated organic matter.</a> Nature Geoscience. 12 (12), 989-994 (2019).</li>
<li>Hatton, P. -J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transfer+of+litter-derived+N+to+soil+mineral-organic+associations%3A+Evidence+from+decadal+15N+tracer+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Organic+Geochemistry%22%5BJournal%5D)">Transfer of litter-derived N to soil mineral-organic associations: Evidence from decadal 15N tracer experiments.</a> Organic Geochemistry. 42 (12), 1489-1501 (2012).</li>
<li>Lajtha, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+to+particulate+versus+mineral-associated+soil+carbon+after+50+years+of+litter+manipulation+in+forest+and+prairie+experimental+ecosystems%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Changes to particulate versus mineral-associated soil carbon after 50 years of litter manipulation in forest and prairie experimental ecosystems.</a> Biogeochemistry. 119 (1-3), 341-360 (2014).</li>
<li>Yeasmin, S., Singh, B., Johnston, C. T., Sparks, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organic+carbon+characteristics+in+density+fractions+of+soils+with+contrasting+mineralogies%5BTitle%5D)+AND+%22Geochimica+et+Cosmochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">Organic carbon characteristics in density fractions of soils with contrasting mineralogies.</a> Geochimica et Cosmochimica Acta. 218, 215-236 (2017).</li>
<li>Wagai, R., Kajiura, M., Asano, M., Hiradate, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nature+of+soil+organo-mineral+assemblage+examined+by+sequential+density+fractionation+with+and+without+sonication%3A+Is+allophanic+soil+different%5BTitle%5D)+AND+%22Geoderma%22%5BJournal%5D)">Nature of soil organo-mineral assemblage examined by sequential density fractionation with and without sonication: Is allophanic soil different.</a> Geoderma. 241-242, 295-305 (2015).</li>
<li>Volk, M., Bassin, S., Lehmann, M. F., Johnson, M. G., Andersen, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((13C+isotopic+signature+and+C+concentration+of+soil+density+fractions+illustrate+reduced+C+allocation+to+subalpine+grassland+soil+under+high+atmospheric+N+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Soil+Biology+and+Biochemistry%22%5BJournal%5D)">13C isotopic signature and C concentration of soil density fractions illustrate reduced C allocation to subalpine grassland soil under high atmospheric N deposition.</a> Soil Biology and Biochemistry. 125, 178-184 (2018).</li>
<li>Yonekura, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soil+organic+matter+dynamics+in+density+and+particle-size+fractions+following+destruction+of+tropical+rainforest+and+the+subsequent+establishment+of+Imperata+grassland+in+Indonesian+Borneo+using+stable+carbon+isotopes%5BTitle%5D)+AND+%22Plant+and+Soil%22%5BJournal%5D)">Soil organic matter dynamics in density and particle-size fractions following destruction of tropical rainforest and the subsequent establishment of Imperata grassland in Indonesian Borneo using stable carbon isotopes.</a> Plant and Soil. 372 (1-2), 683-699 (2013).</li>
<li>Virto, I., Moni, C., Swanston, C., Chenu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Turnover+of+intra-+and+extra-aggregate+organic+matter+at+the+silt-size+scale%5BTitle%5D)+AND+%22Geoderma%22%5BJournal%5D)">Turnover of intra- and extra-aggregate organic matter at the silt-size scale.</a> Geoderma. 156 (1-2), 1-10 (2010).</li>
<li>Poeplau, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reproducibility+of+a+soil+organic+carbon+fractionation+method+to+derive+RothC+carbon+pools%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Soil+Science%22%5BJournal%5D)">Reproducibility of a soil organic carbon fractionation method to derive RothC carbon pools.</a> European Journal of Soil Science. 64 (6), 735-746 (2013).</li>
<li>Cerli, C., Celi, L., Kalbitz, K., Guggenberger, G., Kaiser, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Separation+of+light+and+heavy+organic+matter+fractions+in+soil+-+Testing+for+proper+density+cut-off+and+dispersion+level%5BTitle%5D)+AND+%22Geoderma%22%5BJournal%5D)">Separation of light and heavy organic matter fractions in soil - Testing for proper density cut-off and dispersion level.</a> Geoderma. 170, 403-416 (2012).</li>
<li>Kaiser, K., Guggenberger, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distribution+of+hydrous+aluminium+and+iron+over+density+fractions+depends+on+organic+matter+load+and+ultrasonic+dispersion%5BTitle%5D)+AND+%22Geoderma%22%5BJournal%5D)">Distribution of hydrous aluminium and iron over density fractions depends on organic matter load and ultrasonic dispersion.</a> Geoderma. 140 (1-2), 140-146 (2007).</li>
<li>Helbling, E., Pierson, D., Lajtha, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sources+of+soil+carbon+loss+during+soil+density+fractionation%3A+Laboratory+loss+or+seasonally+variable+soluble+pools%5BTitle%5D)+AND+%22Geoderma%22%5BJournal%5D)">Sources of soil carbon loss during soil density fractionation: Laboratory loss or seasonally variable soluble pools.</a> Geoderma. 382, 114776(2021).</li>
<li>Nelson, D. W., Sommers, L. E. Total carbon, organic carbon, and organic matter. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNelson%2C+DW+%22Methods+of+Soil+Analysis%3A+Part+3+Chemical+Methods%22">Methods of Soil Analysis: Part 3 Chemical Methods</a>. Sparks, D. L., Page, A. L., Helmke, P. A., Loeppert, R. H. , Soil Science Society of America, Inc., American Society of Agronomy, Inc. 539-579 (2015).</li>
<li>Pierson, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mineral+stabilization+of+soil+carbon+is+suppressed+by+live+roots%2C+outweighing+influences+from+litter+quality+or+quantity%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeochemistry%22%5BJournal%5D)">Mineral stabilization of soil carbon is suppressed by live roots, outweighing influences from litter quality or quantity.</a> Biogeochemistry. 154 (3), 433-449 (2021).</li>
<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>
<li>Kaiser, M., Asefaw Berhe, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+does+sonication+affect+the+mineral+and+organic+constituents+of+soil+aggregates%3F-A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Plant+Nutrition+and+Soil+Science%22%5BJournal%5D)">How does sonication affect the mineral and organic constituents of soil aggregates?-A review.</a> Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 177 (4), 479-495 (2014).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W całym protokole frakcjonowania gęstości gleby istnieje kilka konkretnych procedur, które muszą być ściśle monitorowane, aby pomóc zmniejszyć błędy w rozdzielaniu i analizie frakcji gleby. Krytycznym krokiem w procedurze frakcjonowania gęstości gleby jest wielokrotna weryfikacja gęstości roztworu SPT. Wilgoć w próbce gleby często rozcieńcza roztwór SPT, obniżając w ten sposób gęstość SPT. Dlatego badacz musi zawsze upewnić się, że po odwirowaniu osiągnięto całkowite oddzielenie lekkich i ciężkich roztworów. Jeśli frakcj...

Gleba jest największym magazynem węgla ziemskiego (C), zawierającym ponad 1,500 Pg węgla w górnej części 1 m i prawie dwukrotnie większą ilość na głębszych poziomach globalnie, co oznacza, że gleba zawiera więcej C niż biomasa roślinna i atmosfera razem wzięte1. Materia organiczna gleby (SOM) zatrzymuje wodę i składniki odżywcze gleby i jest niezbędna dla produktywności roślin i funkcjonowania ekosystemu lądowego. Pomimo globalnego uznania znaczenia odpowiednich zasobów SOM dla zdrowia gleby i wydajności rolnictwa, zasoby gleby C zostały znacznie uszczuplone z powodu niezrównoważonej gospodarki leśnej i rolnej, zmian krajobrazu i ocieplenia klimatu2,3. Rosnące zainteresowanie przywracaniem zdrowia gleby i wykorzystaniem retencji węgla w glebie jako kluczowego gracza w naturalnych rozwiązaniach klimatycznych doprowadziło do wysiłków na rzecz zrozumienia czynników kontrolujących sekwestrację i stabilizację gleby C w różnych środowiskach4,5.
Materia organiczna gleby (SOM) to skomplikowana mieszanina różnych związków, które obejmują zakres od wolnych, częściowo zdegradowanych składników roślinnych do bardziej mikrobiologicznie zmienionych związków znajdujących się w agregatach glebowych (zdefiniowanych tutaj jako materiał utworzony przez połączenie oddzielnych jednostek lub elementów) do wysoko przetworzonych mikrobiologicznych produktów ubocznych o silnych powiązaniach z reaktywnymi minerałami glebowymi6. W przypadkach, w których niepraktyczne jest zidentyfikowanie pełnego zestawu poszczególnych związków w SOM, badacze często koncentrują się na identyfikacji mniejszej liczby funkcjonalnych pul C, które istnieją jako rzeczywistość fizyczna i które różnią się w zależności od szybkości obrotu, ogólnego składu chemicznego i stopnia stabilizacji składnikami mineralnymi gleby1, 7. Aby baseny mogły być krytycznie interpretowane i modelowane, ważne jest, aby oddzielone pule były małe, były mierzalne bezpośrednio, a nie tylko teoretyczne, oraz wykazywały wyraźne różnice w składzie i reaktywności8.
Wiele różnych technik, zarówno chemicznych, jak i fizycznych, zostało wykorzystanych do wyizolowania znaczących zbiorników gleby C, które zostały dobrze podsumowane przez von Lützow et al.9 oraz Poeplau et al.10. Techniki ekstrakcji chemicznej mają na celu wyizolowanie określonych pul, takich jak C, związanych ze słabo krystalicznym lub krystalicznym Fe i Al11. Rozpuszczalniki organiczne zostały użyte do ekstrakcji określonych związków, takich jak lipidy12, a hydroliza lub utlenianie SOM zostały użyte jako miara labilnej puli C13,14. Jednak żadna z tych metod ekstrakcji nie kategoryzuje wszystkich pul C na frakcje mierzalne lub modelowalne. Fizyczne frakcjonowanie gleby kategoryzuje całą glebę C w baseny na podstawie wielkości i zakłada, że rozkład resztek roślinnych powoduje rozdrobnienie i coraz mniejsze cząstki. Chociaż sam rozmiar nie jest w stanie oddzielić wolnych szczątków roślinnych od minerałów SOM15, ilościowe określenie tych dwóch basenów ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia stabilizacji gleby C ze względu na powszechne przestrzenne, fizyczne i biogeochemiczne różnice w powstawaniu i obrocie16.
Frakcjonowanie gleby C na podstawie gęstości jest coraz częściej stosowane, łatwe do przeprowadzenia i identyfikuje różne pule C na podstawie stopnia powiązania z różnymi minerałami17,18,19; dlatego frakcjonowanie gęstości gleby może pomóc wyjaśnić różne mechanizmy stabilizacji gleby C. Podstawowym wymogiem frakcjonowania gleby jest zdolność do pełnego rozproszenia cząstek organicznych i mineralnych. Po zdyspergowaniu zdegradowana materia organiczna, która jest stosunkowo wolna od minerałów, unosi się w roztworach lżejszych niż ~1,85 g/cm3, podczas gdy minerały zwykle mieszczą się w zakresie 2-4,5 g/cm3, chociaż tlenki żelaza mogą mieć gęstość do 5,3 g/cm3. Frakcja lekka lub wolna frakcja cząstek ma zwykle krótszy czas obrotu (chyba że występuje znaczne zanieczyszczenie węglem drzewnym) i wykazano, że jest wysoce wrażliwa na uprawę i inne zakłócenia. Frakcja ciężka (>1,85 g/cm3) lub związana z minerałami często ma dłuższy czas obrotu ze względu na odporność na rozkład za pośrednictwem mikroorganizmów, która powstaje, gdy cząsteczki organiczne wiążą się z reaktywnymi powierzchniami mineralnymi. Jednak frakcja ciężka może się nasycić (tj. osiągnąć górną granicę zdolności kompleksowania minerałów), podczas gdy frakcja lekka może teoretycznie gromadzić się prawie w nieskończoność. W ten sposób zrozumienie fizycznego rozmieszczenia materii organicznej w rezerwuarach materii organicznej związanej z minerałami i cząstkami stałymi pomaga wyjaśnić, którymi ekosystemami można zarządzać w celu efektywnej sekwestracji dwutlenku węgla i jak różne systemy będą reagować na zmiany klimatyczne i zmieniające się wzorce zakłóceń antropogenicznych20.
Chociaż użycie frakcjonowania gęstości przy użyciu roztworów politungmianu sodu o różnych gęstościach znacznie wzrosło w ciągu ostatniej dekady, techniki i protokoły znacznie się różnią, co utrudnia porównywanie wyników z różnych badań i różnych ekosystemów. Chociaż wykazano, że gęstość 1,85 g/cm3 pozwala odzyskać największą ilość frakcji wolnego światła przy minimalnym włączeniu mineralnej materii organicznej (MAOM)17, w wielu badaniach stosowano gęstości w zakresie 1,65-2,0 g/cm3. Podczas gdy większość badań podzieliła gleby na zaledwie dwa baseny (frakcję lekką i frakcję ciężką, dalej LF i HF), inne badania wykorzystywały wielokrotne gęstości, aby dalej rozdrobnić frakcję ciężką w baseny, które różnią się minerałami, z którymi są związane, względnym stosunkiem minerałów do powłoki organicznej lub stopniem agregacji (np. 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). Ponadto zasugerowano bardziej złożone procedury frakcjonowania, które łączą separację zarówno wielkości, jak i gęstości, co skutkuje większą liczbą pul (np. Yonekura i in.26, Virto i in.27, Moni i in.15, Poeplau i in.10), ale także więcej miejsca na błędy, zarówno w metodologii, jak i w odniesieniu do wielkości puli. Co więcej, autorzy stosowali również sonikację o różnej intensywności i czasie w celu rozproszenia agregatów i MAOM z powierzchni mineralnych28,29,30.
Tutaj opisujemy solidną procedurę frakcjonowania gęstości, która identyfikuje, po pierwsze, dwie unikalne pule węgla glebowego (LF i HF, lub POM i MAOM), i oferujemy zarówno techniki, jak i argumenty do dalszego podziału puli HF na dodatkowe frakcje, które różnią się w zależności od ich mineralogii, stopnia powłoki organicznej lub agregacji. Wykazano, że zidentyfikowane tutaj frakcje różnią się pod względem składu chemicznego, czasu obrotu, stopnia przetworzenia mikrobiologicznego i stopnia stabilizacji minerałów18,19.
Poniższa procedura rozdziela glebę na cząstki materii organicznej (POM) i mineralną materię organiczną (MAOM) poprzez zmieszanie znanej ilości gleby w roztworze o określonej gęstości. Skuteczność procedury mierzy się poprzez łączny odzysk masy gleby i węgla w stosunku do początkowej masy próbki gleby i zawartości węgla. Gęsty roztwór uzyskuje się przez rozpuszczenie poliwolframianu sodu (SPT) w wodzie dejonizowanej. Gleba jest początkowo mieszana z gęstym roztworem SPT i mieszana w celu dokładnego wymieszania i rozproszenia agregatów glebowych. Wirowanie jest następnie stosowane do oddzielenia materiałów glebowych, które unoszą się na wodzie (frakcja lekka) lub toną (frakcja ciężka) w roztworze. Etapy mieszania, izolacji, odzysku i mycia są powtarzane wielokrotnie, aby zapewnić oddzielenie frakcji lekkich i ciężkich, wraz z usunięciem SPT z materiału. Na koniec frakcje gleby są suszone, ważone i analizowane pod kątem zawartości węgla. Frakcjonowany materiał może być wykorzystany do kolejnych procedur i analiz.

<table><tbody><tr><td>Aspirator/wężyk próżniowy 1/4 x 1/2"</td><td>Kimble</td><td>10847-216</td><td></td></tr><tr><td>Stożkowa polipropylenowa probówka wirówkowa, 250mL</td><td>Thermo Scientific</td><td>376814</td><td></td></tr><tr><td>Stożkowa gumowa uszczelka do kolb filtracyjnych</td><td>DWK Nauki Przyrodnicze</td><td>292020001</td><td></td></tr><tr><td>Szpatułka/skrobak ze stali nierdzewnej z podwójnym płaskim zakończeniem</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-373-25A</td><td></td></tr><tr><td>Filtr z włókna szklanego, klasa GF/F, 110 mm</td><td>Szklany słoik z masonem Whatman</td><td>WHA1825110</td><td></td></tr><tr><td>, 16 uncji</td><td>Ball Corporation</td><td></td><td>Zlewka 500 ml lub szklane naczynie do ważenia są również odpowiednie&nbsp;</td></tr><tr><td>Polipropylenowy stożkowy adapter do butelek, 250 ml</td><td>Beckman Coulter</td><td>369385</td><td></td></tr><tr><td>Porcelanowy lejek buchner, 90mm</td><td>FisherBrand</td><td>FB966F</td><td></td></tr><tr><td>Wytrząsarka szablasta, 2-biegowa</td><td>Eberbach</td><td>E6000.00</td><td></td></tr><tr><td>Kolba boczna, 1000mL</td><td>VWR</td><td>89000-386</td><td></td></tr><tr><td>Poliwolfram sodu, krystaliczny</td><td>Sometu</td><td>SPT-0 lub SPT-1, patrz Dyskusja dla Wybór SPT</td><td>Wysyłka za pośrednictwem FedEx z Niemiec</td></tr><tr><td>Wirówka z wiadrem wahadłowym&nbsp;</td><td>Beckman Coulter</td><td>3362020</td><td></td></tr></tbody></table>

wykorzystanie frakcjonowania gęstości gleby do oddzielenia odrębnych rezerwuarów węgla w glebie

Utilizing Soil Density Fractionation to Separate Distinct Soil Carbon Pools

Materia organiczna gleby (SOM) to skomplikowana mieszanina różnych związków, które obejmują zakres od wolnych, częściowo zdegradowanych składników roślinnych, przez bardziej mikrobiologicznie zmienione związki przechowywane w agregatach glebowych, aż po wysoko przetworzone mikrobiologiczne produkty uboczne o silnym powiązaniu z reaktywnymi minerałami glebowymi. Naukowcy zajmujący się glebą starali się znaleźć sposoby na rozdzielenie gleby na frakcje, które są łatwe do zmierzenia i przydatne do modelowania węgla w glebie (C). Coraz częściej stosuje się frakcjonowanie gleby na podstawie gęstości, które jest łatwe do wykonania i daje pule C w oparciu o stopień powiązania między SOM a różnymi minerałami; w związku z tym frakcjonowanie gęstości gleby może pomóc w scharakteryzowaniu SOM i zidentyfikowaniu mechanizmów stabilizacji SOM. Jednak zgłoszone protokoły frakcjonowania gęstości gleby znacznie się różnią, co sprawia, że wyniki różnych badań i ekosystemów są trudne do porównania. W tym miejscu opisujemy solidną procedurę frakcjonowania gęstości, która oddziela cząstki stałe i materię organiczną związaną z minerałami, oraz wyjaśniamy zalety i wady dzielenia gleby na dwie, trzy lub więcej frakcji gęstości. Frakcje takie często różnią się składem chemicznym i mineralnym, czasem obrotu i stopniem przetworzenia mikrobiologicznego, a także stopniem stabilizacji minerałów.

Frakcjonowanie gęstościowe gleby jest idealnie dostosowane do badania różnic w zawartości materii organicznej cząsteczkowej i związanej z minerałami w glebach. Rozdzielenie SOC na te dwie odrębne puly otwiera drogę do wyjaśnienia zmian w zawartości C w glebie oraz dynamiki stabilizacji, które w innym przypadku mogłyby pozostać niejasne podczas obserwacji trendów w całkowitej zawartości C w glebie. Dalsze rozdzielenie frakcji ciężkiej (gęstość &gt;1,85 g/cm3) dostarcza dodatkowych informacji na temat zmian i tr...

Frakcjonowanie gęstości gleby rozdziela materię organiczną gleby na odrębne pule o różnych mechanizmach stabilizacji, chemii i czasach obrotu. Roztwory poliwolframianów sodu o określonych gęstościach umożliwiają oddzielenie wolnej materii organicznej w postaci cząstek stałych od materii organicznej związanej z minerałami, w wyniku czego uzyskuje się frakcje materii organicznej odpowiednie do opisania reakcji gleby na zarządzanie i zmiany klimatu.

Wykorzystanie frakcjonowania gęstości gleby do oddzielenia odrębnych rezerwuarów węgla w glebie

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

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.

utilizing-soil-density-fractionation-to-separate-distinct-soil-carbon

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Fosfolipidowe kwasy tłuszczowe dostarczają informacji o strukturze zbiorowisk mikroorganizmów glebowych. Przedstawiono metody ekstrakcji z próbek glebowych za pomocą jednofazowej mieszaniny chloroformu, frakcjonowania wyekstrahowanych lipidów za pomocą kolumn ekstrakcyjnych do fazy stałej oraz metalizy do produkcji estrów metylowych kwasów tłuszczowych, które są analizowane za pomocą kapilarnej chromatografii gazowej.

Ekstrakcja i analiza mikrobiologicznych fosfolipidowych kwasów tłuszczowych w glebie

Labilny węgiel organiczny (LOC) i potencjalny wskaźnik obrotu węgla są czułymi wskaźnikami zmian w procesach obiegu składników odżywczych w glebie. Podano szczegółowe informacje na temat metody opartej na fumigacji i inkubacji gleby w serii cykli oraz wykorzystaniu CO2 nagromadzonego w okresach inkubacji w celu oszacowania tych parametrów.

Ocena labilnego węgla organicznego w glebie za pomocą sekwencyjnych procedur inkubacji fumigacji

Ostatnio wykazano, że wielokrotne pobieranie próbek gleby jest skutecznym sposobem monitorowania zmian w glebie leśnej na przestrzeni lat i dekad. Aby wesprzeć jego stosowanie, przedstawiono protokół, który syntetyzuje najnowsze informacje na temat metod ponownego próbkowania gleby, aby pomóc w projektowaniu i wdrażaniu skutecznych programów monitorowania gleby.

Metody pobierania próbek gleby w celu monitorowania zmian stężeń chemicznych w glebach leśnych

Przestrzenne wzorce erozji i osadzania się gleby można wywnioskować z różnic w wysokości gruntu odwzorowanych w odpowiednich przyrostach czasu. Takie zmiany wysokości są związane ze zmianami węglanów glebowych przy powierzchni. Opisano tutaj powtarzalne metody pomiarów terenowych i laboratoryjnych tych wielkości oraz metody analizy danych.

Pomiar i mapowanie wzorców erozji i depozycji gleby związanych ze stężeniami węglanów w glebie w ramach gospodarki rolnej

SOM leży u podstaw wielu funkcji i procesów glebowych, ale jego charakterystyka za pomocą spektroskopii FTIR jest często kwestionowana przez zakłócenia mineralne. Opisana metoda może zwiększyć użyteczność analizy SOM za pomocą spektroskopii FTIR poprzez odejmowanie zakłóceń mineralnych w widmach glebowych za pomocą empirycznie uzyskanych widm referencyjnych minerałów.

Poprawa charakterystyki materii organicznej gleby za pomocą spektroskopii w podczerwieni za pomocą odejmowania spektralnego

Procesy krajobrazowe są kluczowymi składnikami formowania gleby i odgrywają ważną rolę w określaniu właściwości gleby i struktury przestrzennej w krajobrazach. Proponujemy nowe podejście wykorzystujące krokową regresję głównych składowych do przewidywania redystrybucji gleby i węgla organicznego w glebie w różnych skalach przestrzennych.

Wykorzystanie głównych komponentów do skalowania modeli topograficznych w celu mapowania redystrybucji gleby i węgla organicznego w glebie

Tradycyjna procedura pobierania próbek gleby arbitralnie określa liczbę próbek gleby. W tym przypadku zapewniamy prosty, ale wydajny projekt grupowego pobierania próbek gleby, aby zademonstrować niejednorodność przestrzenną gleby i ilościowo określić wymaganą liczbę próbek gleby i związaną z tym dokładność pobierania próbek.

Pobieranie próbek gleb na niejednorodnej powierzchni badawczej

Frakcjonowanie o połączonej wielkości i gęstości (CSDF) to metoda fizycznego rozdzielania gleby na frakcje różniące się teksturą (wielkością cząstek) i mineralogią (gęstością). Celem jest wyizolowanie frakcji o różnej reaktywności w stosunku do materii organicznej gleby (SOM), aby lepiej zrozumieć interakcje organiczno-mineralne i dynamikę SOM.

Połączone frakcjonowanie wielkości i gęstości gleb do badań interakcji organiczno-mineralnych

Ten protokół przedstawia przepływ pracy dla sub-mm wizualizacji 2D wielu labilnych nieorganicznych składników odżywczych i zanieczyszczeń rozpuszczonych za pomocą gradientów dyfuzyjnych w cienkich warstwach (DGT) w połączeniu z obrazowaniem spektrometrii mas. Pobieranie próbek substancji rozpuszczonych i analiza chemiczna o wysokiej rozdzielczości są szczegółowo opisane w celu ilościowego mapowania substancji rozpuszczonych w ryzosferze roślin lądowych.

Dwuwymiarowa wizualizacja i kwantyfikacja labilnych, nieorganicznych składników odżywczych roślin i zanieczyszczeń w glebie

Usunięcie ostatnio zdeponowanego i niekompletnie rozłożonego materiału roślinnego z próbek gleby zmniejsza wpływ tymczasowych sezonowych danych na pomiary węgla organicznego w glebie. Przyciąganie do powierzchni naładowanej elektrostatycznie może być wykorzystane do szybkiego usunięcia znacznej ilości cząstek materii organicznej.

Elektrostatyczna metoda usuwania cząstek organicznych z gleby

Opisana tutaj metoda weryfikacji jest przystosowana do monitorowania pedogenicznej sekwestracji węgla nieorganicznego w różnych glebach rolnych wzbogaconych skałami zawierającymi krzemian metali ziem alkalicznych, takich jak wollastonit, bazalt i oliwin. Ten rodzaj walidacji jest niezbędny dla programów kredytów węglowych, które mogą przynieść korzyści rolnikom, którzy sekwestrują dwutlenek węgla na swoich polach.

Monitorowanie pedogennej akumulacji węgla nieorganicznego spowodowanej wietrzeniem zmodyfikowanych minerałów krzemianowych w glebach rolnych.

Poznaj metodę frakcjonowania gęstości gleby wykorzystującą roztwory sodowego polytungstanu do izolacji pół węgla organicznego. Technika ta umożliwia badaczom dokładne modelowanie dynamiki węgla w glebie.

Wykorzystanie frakcjonowania gęstości gleby do oddzielenia odrębnych rezerwuarów węgla w glebie

Przeglądaj więcej filmów