Использование фракционирования плотности почвы для разделения отдельных пулов углерода в почве

Этот метод позволяет исследователям изолировать небольшое количество функциональных пулов почвенного углерода на измеримые и моделируемые фракции в рамках исследований стабилизации углерода в почве. Этот метод прост в исполнении, обеспечивает большую воспроизводимость в различных типах почв и различает различные пулы почвенного углерода в зависимости от степени связи с различными минералами. Фракционирование почвы на органические вещества легкой фракции и минеральные компоненты тяжелой фракции выясняет механизмы связывания и стабилизации углерода в почве для моделирования скоростей оборота углерода в почве и размера пула минеральных органических ассоциаций.

Во время промывки и переноса легко потерять материал, поэтому последовательный и тщательный учет массы образца и содержания углерода является ключом к обеспечению как минимум 90% общего извлечения. Начните с добавления 50 граммов высушенного на воздухе образца почвы, просеянного до двух миллиметров, в коническую полипропиленовую центрифужную пробирку объемом 250 миллилитров и запишите массу как минимум до четырех значащих цифр. Затем добавьте 50 миллилитров раствора SPT 1,85 грамма на кубический сантиметр в пробирку центрифуги и плотно закройте пробирку.

Теперь энергично встряхните трубку рукой в течение примерно 60 секунд, чтобы разбить нестабильные в воде агрегаты. Затем прикрепите плотно закрытую трубку к шейкеру платформы и встряхивайте в течение двух часов со скоростью от 40 до 120 оборотов в минуту. Часто размещение трубки на боку способствует рассеиванию почвы за счет увеличения силы выплескивания и уменьшения высоты стояния слоя почвы.

Периодически вынимайте трубку из шейкера и энергично встряхивайте вручную, чтобы увеличить перемешивание более плотного агрегированного материала. После извлечения пробирки из шейкера выровняйте массы центрифужной пробирки по набору центрифугируемых пробирок, осторожно добавив дополнительный раствор SPT там, где это необходимо. Обязательно энергично встряхните рукой в течение 30 секунд после добавления раствора SPT.

Центрифугируют пробирки в течение 10 минут по 3 000 г в качающемся ведре центрифуги. После центрифугирования проверьте плотность надосадочной жидкости, набрав пипеткой пять миллилитров и проверив массу по весам. При необходимости отрегулируйте объем SPT для достижения желаемой плотности.

Встряхните и снова центрифугу, если была выполнена регулировка плотности раствора. Прикрепите к вакуумному насосу колбу объемом один литр и поместите 110-миллиметровый фильтр из стекловолокна с размером пор 0,7 микрона в фарфоровую воронку Бюхнера с внутренним диаметром 12 сантиметров. Аккуратно загерметизируйте воронку с помощью конической резиновой прокладки на колбе с боковым рычагом.

Используйте коллектор вакуумной линии для одновременной обработки нескольких образцов. Далее прикрепите к вакуумному насосу еще одну литровую колбу с боковым рычагом и поместите на нее резиновую пробку с прикрепленной трубкой для аспирации, имеющей выступающую трубку длиной около 0,5 метра. Аккуратно аспирируйте надосадочную жидкость, включая взвешенный материал в верхнем слое, по бокам центрифужной пробирки.

Не прикасайтесь к поверхности гранулированной почвы кончиком аспирационной трубки. Если не делать это осторожно, легко случайно аспирировать материал тяжелой фракции из гранулы. Чтобы очистить аспирационную трубку между образцами, очень быстро погрузите наконечник трубки в деионизированную/дистиллированную воду или воду DDI и пропустите примерно пять миллилитров воды через линию, применяя вакуум.

Повторяйте до тех пор, пока весь материал не будет смыт из вакуумной трубки. После аспирации снимите резиновую пробку и насадку аспирационной трубки с колбы с боковым рычагом и вылейте содержимое в верхнюю часть воронки Бюхнера, не выключая вакуумный насос. Промойте колбу водой DDI, перемешайте и вылейте содержимое колбы в воронку Бюхнера.

Повторяйте до тех пор, пока не будут удалены все остатки. Затем повторно суспендируйте гранулы почвы в 50 миллилитрах SPT, энергично встряхивая центрифужную трубку в течение 60 секунд вручную, чтобы разбить твердую гранулу на дне. Центрифугируют пробирку в течение 10 минут по 3 000 г.

Как было продемонстрировано ранее, аспирируйте надосадочную жидкость и соберите ее в ту же колбу после фильтрации через ту же воронку Бюхнера. Чтобы промыть SPT от материала тяжелой фракции, добавьте 50 миллилитров воды DDI в пробирку центрифуги, содержащую гранулы тяжелой фракции, и энергично встряхните пробирку вручную в течение 60 секунд, обязательно разбивая твердую гранулу. Центрифугируют пробирку в течение 10 минут по 3 000 г.

Аспирируйте надосадочную жидкость, как описано ранее. Любые плавающие частицы, которые остаются, должны быть добавлены в воронку с остальной частью материала легкой фракции. Повторите процедуру стирки дважды.

Затем осторожно соскребите почву из пробирки центрифуги в чистый стеклянный стакан или банку с этикеткой. Налейте в трубку достаточное количество воды DDI, чтобы разрыхлить оставшуюся почву, и встряхните трубку перед добавлением суспензии в стеклянный контейнер. Хорошо промойте тюбик водой DDI и поместите промывку обратно в стеклянную емкость.

Поместите стеклянный контейнер в сушильный шкаф при температуре от 40 до 60 градусов по Цельсию и сушите до тех пор, пока не будет достигнут постоянный сухой вес, что обычно занимает от 24 до 72 часов. Чтобы обеспечить полное удаление SPT из легкой фракции, заполните воронку Бюхнера, содержащую материал легкой фракции, водой DDI и отфильтруйте содержимое через фильтры из стекловолокна. После того, как вода полностью отфильтруется, повторите стирку дважды.

Извлеките воронку из колбы с бокового рычага после выключения вакуумного насоса. Теперь, держа воронку горизонтально над маркированным стеклянным стаканом или банкой, аккуратно промойте частицы из фильтра водой DDI из бутылки для мытья. Поместите стеклянный контейнер в сушильный шкаф при температуре от 40 до 60 градусов по Цельсию и сушите до тех пор, пока не будет достигнут постоянный сухой вес, что обычно занимает от 24 до 72 часов.

Чтобы взвесить сухую массу фракционированных материалов, возьмите каждую емкость и аккуратно соскребите из нее весь высушенный материал в пластиковую весовую лодку. Запишите массу с точностью до четвертого знака после запятой, прежде чем помещать образец в маркированный флакон для хранения или пакет. Каждая фракция, а также насыпной грунт теперь готовы к анализу.

Следующие рисунки демонстрируют эффективность метода и понимание пулов углерода в почве. В данном случае извлечение почвенного органического углерода в различных фракциях показало отчетливое воздействие обломочных обработок на легкую и тяжелую фракции, особенно по сравнению с воздействием, наблюдаемым на массовом содержании. Дополнительное фракционирование плотности показало, что воздействие обработки на связанное с минералами органическое вещество было преимущественно ограничено материалом с более высокой плотностью, но промежуточная фракция не проявляла значительного эффекта, несмотря на большую изменчивость.

Содержание углерода и азота в объемной почве по сравнению с фракционированными бассейнами ясно установило эффективность метода фракционирования плотности для отделения твердых частиц растительного происхождения от минерального вещества. Бассейны с плотностью ниже 2,20 грамма на кубический сантиметр больше реагировали на обработку по сравнению с бассейнами с более высокой плотностью. Изотопный анализ показал влияние минералогии почв на биогеохимические свойства в бассейнах плотности почв.

Кроме того, анализ трех пулов плотности, в отличие от шести или более, в значительной степени отразил изотопные тенденции. Что касается содержания легких фракций, то сушка в печи давала значительно большие потери углерода в виде растворенного органического углерода, хотя величина потерь была незначительной. Во-вторых, в углеродном пуле не наблюдалось сезонности.

Тщательно проверяйте плотность раствора SPT, чтобы убедиться, что он остается стабильным и не разбавляется водой, присутствующей в образцах. Слишком низкая или слишком высокая плотность раствора искажает количество углерода в образцах. Сочетание изотопного анализа 13C, 14C и 15N и масс-спектроскопии дает дополнительное представление о динамике цикла SOC, в то же время учитывая историю участка и характеристики почвы.

Этот метод позволяет исследователям изолировать непосредственно измеримые пулы углерода, значительно различающиеся по времени оборота, механизму стабилизации и химическому составу, чтобы более точно информировать моделирование углерода в почве.