Summary
本稿では、土壌生物の活動を通じて鉱物風化を促進すると同時に、風化を刺激することが知られている非生物的変数を操作する実験装置の構築と運用について紹介する。セットアップとサンプル分析の機能から得られた代表的な結果と、改善点について説明します。
Abstract
強化耐候性(EW)は、気候変動の緩和に貢献できる新しい二酸化炭素(CO2)除去技術です。この技術は、このプロセスを支配する非生物的変数、特に鉱物の粒径と水に溶解した酸への曝露を操作することにより、土壌中の鉱物風化の自然なプロセスを加速することに依存しています。EWは、主に無機炭素隔離を強化することにより、大気中のCO2 濃度を低減することを目的としています。これまでEWの知識は、主に鉱物の風化を刺激することが知られている非生物的変数に焦点を当てた実験を通じて得られ、生物的成分の潜在的な影響を無視してきました。バクテリア、菌類、ミミズはミネラルの風化速度を高めることが知られているが、EWの文脈での土壌生物の使用は未だに十分に研究されていない。
このプロトコルは、非生物的条件を同時に制御しながら、土壌生物による鉱物風化速度を高めるために開発された実験装置の設計と構築について説明します。このセットアップは、土壌生物の活動を維持しながら、風化速度を最大化するように設計されています。これは、岩石粉末と有機物で満たされた多数のカラムで構成され、気候チャンバーに配置され、ダウンフロー灌漑システムを介して水が適用されます。ジェリカンが入った冷蔵庫の上にカラムを配置し、浸出水を収集します。代表的な結果は、この装置が土壌生物の活性を確保し、無機炭素隔離への影響を定量化するのに適していることを示しています。浸出水の損失を最小限に抑え、恒温槽内の換気を均一に確保し、カラムの浸水を回避するという課題が残っています。この設定により、土壌生物相の活動を通じて鉱物の風化速度を高め、EWのドライバーとしての生物的および非生物的要因の影響を解きほぐすための革新的で有望なアプローチが提案されています。
Introduction
強化耐候性(EW)は、比較的新しくローテクな二酸化炭素除去(CDR)技術であり、気候変動を緩和する大きな可能性を秘めています1,2,3。この技術の原理は、土壌中の天然鉱物風化プロセスを加速し、二酸化炭素(CO2)を無機炭素(IC)3として隔離することに依存しています。強化風化は、鉱物の風化を支配する要因を人為的に最適化することにより、ICの隔離を増加させ、それによって風化が人間に関連する時間スケールで発生する速度を高めることを目的としています3。EWを最も効果的にするためには、速風化ケイ酸塩鉱物をマイクロメートルからミリメートルの範囲の粒度分布の粉末に粉砕して、~1 m2·g-1の範囲3,4の高い反応表面積に到達します。
これまでのところ、EWに関する知識は、主に鉱物が溶解する速度を支配する非生物的要因に焦点を当てた実験によって提供されてきました5。これらには、ミネラルの反応性と表面積、温度、溶液組成、水の滞留時間、および酸性度4,6,7が含まれますが、この文脈で研究を行う必要があります。非生物的要因の影響を受けるだけでなく、特に自然システム、特に土壌は、微生物からミミズなどのマクロ動物に至るまで、膨大な数の生物によって形成されています。いくつかの研究は、鉱物溶解の生物活性の影響をほとんどまたはまったく示していませんが8,9,10、他の研究では、バクテリア11,12、真菌13,14、ミミズ15,16などの土壌生物が証拠を提供しています鉱物の風化速度を高めることができます。したがって、生物的成分は、EW5の実際のIC隔離の可能性を理解するための鍵となる可能性があります。
土壌生物がミネラルの溶解を加速できる最初の一般的なメカニズムは、呼吸中のCO2放出を介してであり、土壌の酸性化を増加させます17。さらに、バクテリアや真菌は、プロトン、キレート、有機酸、酵素を滲み出させることでミネラルの風化を増加させる可能性があり、これらはすべてミネラルの溶解を促進します18,19,20,21。例えば、カルボキシル基とヒドロキシル基によるキレート化は、イオンの不均衡を引き起こし、元素を鉱物の表面から輸送し、飽和状態を低下させる可能性があります20,22。これにより、二次鉱物の生成が少なくなり、EWの効率が高まる可能性があります。さらに、土壌粒子を餌とすることで、ミミズの体壁の強い作用により、ミネラル粒子をより細かい粒子に分解し、利用可能な反応表面積を増やすことができる23。ミミズの腸や新鮮な糞に生息する微生物は、これらの小さな粒子をさらに攻撃し、有機酸や酵素をさらに滲出させる可能性があります24,25。ミミズは、その穴掘り活動を通じて、有機粒子とミネラル粒子の混合に寄与することに加えて、水流が飽和した細孔空間を迂回することを可能にするマクロ孔も作り出す17。これにより、水がさまざまな鉱物表面と相互作用し、水と岩石の接触率を高めることができます。
これまで、土壌生物を用いたEW率、ひいてはIC隔離を研究するための装置は構築されておらず、水投入量、温度、鉱物の種類、鉱物粒径など、関連するさまざまな非生物的条件を最適化する可能性を確保していました。ここでは、小さなメソコスモスにおける土壌生物の活動を通じてEW率を高めることを目的とした革新的なセットアップの設計と構築ステップの説明が提示されます。実験装置は、203本のカラム(長さ15 cm、直径7 cm)を25°Cの気候チャンバー(4.54 m x 2.72 m)に8週間置いたものです。203本のカラムは、18本ずつの10グループと10本ずつの2つのグループに分けられ、恒温室に収まります。10 桁の 2 つのグループのうちの 1 つを使用して、さらに 3 つの列を挿入し、ブランクとして使用します。各グループは冷蔵庫の上に置かれ、遠隔操作可能な灌漑システムによって上部に置かれ、冷蔵庫内および冷蔵庫間でさまざまな灌漑速度が可能です。各カラムの浸出水は、冷蔵庫で一定温度に保たれたジェリカンに集められます(図1)。1台の冷蔵庫でカラム群の浸出水を回収するため、1台の冷蔵庫を18本または10本のカラムからなる1つのシステムと見なすことができます。したがって、この実験セットアップの列数は、最大203列の実験要件に応じて調整できます。
図1:5カラムを示すが、18カラムのシステムを考慮したセットアップの概略側面図。柱を固定するフレームは、ステンレス鋼板、ステンレス鋼ネジ、アクリル板でできています。柱はフレームの中央に配置され、その上に灌漑システムが置かれています。カラムの下では、漏斗がパイプを介してジェリカンに接続され、浸出水が収集されます。ジェリカンは、システム全体を保持する冷蔵庫に入っています。冷蔵庫は蓋を持ち上げることで開けることができます。この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
このセットアップでは、特定の粒径のケイ酸塩岩石粉末を使用することで、高い風化速度を達成でき、特別に選択されたバクテリア、真菌、ミミズを接種することで、この人工システムでの生物活性が得られます。このセットアップでは、溶存 IC と固体 IC の両方、および全アルカリ度 (TA) を測定することにより、固体サンプルと液体サンプル中に隔離された炭素を同時に定量できます。さらに、浸出水中のpH、電気伝導率(EC)、イオンなどの他のパラメータを風化の指標として測定できます。このセットアップにより、土壌生物の生存と活動の影響を評価することもできます。代表的な結果は、風化速度の増加が非生物的要因だけでなく生物的要因にも由来するセットアップを構築するためのこのプロトコルの適合性を証明することが示されています。
Protocol
以下では、セットアップのさまざまな部分を構築するための詳細なプロトコルが、18列のシステムを考慮して説明されています。
1. 柱を固定するフレームの構築
- 浸出水を集めるための灌漑システム、柱、漏斗、パイプを保持するためのアクリル板を準備します。
- 63cm×67cmのアクリル板(アクリル板1〜3)3枚と、45cm×56cmのアクリル板(アクリル板4)1枚をカットします。
- 各アクリル板に、以下の手順に従って18個の穴を開けます。
- アクリル板1-天板:後で灌漑システムのチューブを挿入するために直径0.7 cmの穴を開けます。
- アクリル板2 - 天板から2番目:柱を後で挿入するために直径8cmの穴を開けます(図2)。
- アクリル板3-底板から2番目:後で漏斗を挿入するために直径1.2cmの穴を開けます。
- アクリル板4-底板:直径1.2cmの穴を開けて、浸出液をジェリカンに運ぶプラスチックパイプを後で挿入します。
- さらに、アクリル板1〜3の四隅に直径1.1cmの穴を1つ、側面に直径1.1cmの穴を1つ開けて、ステンレス鋼のネジを差し込みます。
- アクリル板ごとに、ラベルプリンターを使用して列の番号(1〜18)をプラスチックラベルに印刷し、それぞれの穴の下に貼り付けます。
注意: アクリルプレート2、3、および4に18列の数に応じてラベルを貼り付けると、設置中にセットアップのさまざまな部分をそれぞれの場所に配置するのに役立ちます。
- アクリル板を固定するには、ステンレス鋼板とネジを使用してください。
- 図3に示すデザインに従って作られた、寸法63.6 cm x 67.3 cm x 4 cm、厚さ1.5 mmのオーダーメイドのステンレス鋼板を取ります。
- 各ステンレス鋼板のすべての角と側面に直径1.1cmの穴を開けます。
- ステンレス鋼のネジ(長さ50 cm)を取ります。
- アクリル板1(灌漑管)、2(柱)、3(漏斗)の順番でステンレスネジにアクリル板を差し込みます。各コーナーに2つの六角ナットと2つのワッシャーキャリアを使用して、アクリルプレートを所定の位置に保ちます。
注意: 後でさまざまなコンポーネントを挿入できるように、各アクリルプレートの間に十分な距離を保ってください。アクリル板1からアクリル板2までは~19.5cm、アクリル板2からアクリル板3までは~10.5cm、アクリル板3からアクリル板4までは~16.5cmの距離を保ってください。 - 各コーナーに2つの六角ナットと2つのワッシャーキャリアを使用して、上部と下部のステンレス鋼板をステンレス鋼のネジに取り付けます。
- 冷蔵庫システムの構築が完了したら、システム全体を冷蔵庫の上に置きます。
図2:柱が配置されているアクリル板2の設計の概略上面図。番号付きのラベルは、対応する列を配置する必要がある場所を示します。この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
図3:ステンレス板のデザイン。 (A,B)トッププレート。(C、D)底板。この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
2. 浸出水回収用冷凍システムの構築
- 冷蔵庫を設置してジェリカンを入れます。
- 冷蔵庫から両方の蓋を取り外し、裏蓋をアクリル板4に交換します。
注意: 一度取り付けたら、このアクリル板を取り外すことはできません。冷蔵庫内で作業するには、前蓋を持ち上げて取り外します。 - 冷蔵庫をクライメートチャンバーに置き、プラグを差し込みます。
- 冷蔵庫の温度を4°Cに設定し、冷蔵庫内にデータロガーを置きます。
- 前蓋で冷蔵庫を閉じます。
- データロガーによって記録されたデータを一晩監視します。温度が希望の値から逸脱した場合は、冷蔵庫の底にある格子を取り外して温度を調整してください。希望の温度に達するまで、この手順を繰り返します。
- 冷蔵庫から両方の蓋を取り外し、裏蓋をアクリル板4に交換します。
- ポリ塩化ビニル(PVC)パイプを使用して、漏斗をジェリカンに接続します。
- 18本の塩ビパイプ(内径0.8 cm)を適切な長さにカットして、それぞれの番号に応じて異なる漏斗から各ジェリカンに到達します。
注意: 長さは、最短チューブの最小38cmから最長チューブの最大81cmまでさまざまです。 - 最初に使用する前に、パイプを半水ですすいでください。それ以外の場合は、炭酸沈殿物を除去するために30 gのクエン酸生成物を希釈した50 Lの水に4日間浸します。その後、パイプをデミウォーターで再度すすぎます。
注意:クエン酸の製品が安全に使用できる場合でも、適切な保護対策を講じて、目との接触や皮膚との長時間の接触を避けてください。
注:超純水が利用可能な場合は、半水の代わりに使用することをお勧めします。 - パイプを24時間風乾させます。
- パイプをアクリル板4にそれぞれの番号に従って挿入します。
- 18本の塩ビパイプ(内径0.8 cm)を適切な長さにカットして、それぞれの番号に応じて異なる漏斗から各ジェリカンに到達します。
- 漏斗を設置して、浸出液をジェリカンに向けます。
- 最初の使用前に18個の漏斗をエタノールで拭きます。それ以外の場合は、PVCパイプに記載されているのと同じ手順に従ってください。
注意: エタノールは可燃性であり、目、皮膚、気道の炎症、めまい、浅い呼吸を引き起こす可能性があります。エタノールは、摂取、吸入、または皮膚吸収によって有害です。 - 漏斗をアクリル板3に挿入し、番号に従ってそれぞれのパイプに接続します。
- 最初の使用前に18個の漏斗をエタノールで拭きます。それ以外の場合は、PVCパイプに記載されているのと同じ手順に従ってください。
- 浸出水を集めるためにジェリカンを設置します。
- 容量10Lの高密度ポリエチレン(HDPE)ジェリカンを10個、容量5LのHDPEジェリカンを8個用意します。
注:5 Lのジェリカンは低い灌漑速度に使用され、10 Lのジェリカンは高い灌漑速度に使用されます( 表1を参照)。HDPEのジェリカンは、この材料が化学的に不活性であるため、選択されます。 - 50 mLの食器洗い機用石鹸を10 Lの水道水で希釈します。ジェリカンをこの溶液で一度、水道水で一度、デミウォーターで一度すすぎます。他の使用の前に、このクリーニング手順を繰り返してください。
注:超純水が利用可能な場合は、半水の代わりに使用することをお勧めします。 - ジェリカンを24時間風乾させます。
- 直径1.2cmの各ジェリカンの蓋に穴を開けてプラスチックチューブを挿入し、浸出液を収集します。
- それぞれの蓋でジェリカンを閉じます。
- 図4に示すスキームに従って、冷蔵庫内のジェリカンを2層に置き、同時にチューブをジェリカンに接続します。
- 容量10Lの高密度ポリエチレン(HDPE)ジェリカンを10個、容量5LのHDPEジェリカンを8個用意します。
図4:冷蔵庫内のジェリカンを底層(左側)と上層(右側)の2層に積み重ね た概略図。黒い円は蓋の方向を示し、青と緑の長方形はそれぞれ10Lと5Lのジェリカンを示しています。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
3. 柱とメッシュシステムの構築
- 塩ビカラムをメソコスモスとして使用し、岩石粉末や土壌生物をインキュベートします
- 塩ビ管を長さ15cmの18列に切ります。
- カラムを初めて使用する場合は手順 1 に従ってクリーニングし、それ以外の場合は手順 2 に従ってカラムをクリーニングします。
- 手順 1:
- カラムを半水に48時間浸します。
注:超純水が利用可能な場合は、半水の代わりに使用することをお勧めします。 - カラムをデミウォーターですすいでください。カラムを乾燥させ、エタノールで拭きます。
- ラベルを使用するか、チューブ上のマーカーを使用して直接列に番号を付けます。
- カラムを半水に48時間浸します。
- 手順 2:
- カラムを水に1日浸します。
- ブラシを使用して、実験の残骸をこすり落とします。
- カラムを乾燥させ、エタノールで拭きます。
- 手順 1:
- 中央のリングを使用して、漏斗の上にカラムを保持します。
- 3Dプリンターでリング(直径8.5cm、厚さ0.5cm)をデザインします。柱の安定性を高めるために、アクリル板2の穴に収まる別のリングを底に描いてください(図5)。
- 熱可塑性ポリウレタン(TPU)95A材料を使用した3Dプリンターで18個のリングをプリントします。
- 漏斗から2〜3 cm上にカラムを維持する位置で、カラムにリングを置きます。
- カラムの下部にメッシュシステムを使用して浸出水をろ過し、粒子の損失を最小限に抑えます。
- メッシュ(孔径10μmと20μm)を12cm×12cmの正方形にカットします。
- メッシュを超純水に2日間浸します。メッシュを風乾させます。
- カラムの下部に、20 μmの最初のメッシュを配置します。20μmのメッシュの上に1cmのプラスチックビーズの層を置きます。
- 20μmのメッシュとプラスチックビーズの層の上に、10μmの2番目のメッシュを置きます。
- メッシュシステムを所定の位置に保つために、2つのケーブルタイを配置します。結束バンドを締め、端を切ります。
メモ: 図 6 は、コラムの下部にメッシュシステムを組み立てる方法を示しています。
- ミミズの逃げないように上部メッシュを使用してください。
- 孔径1mmのメッシュを12cm×12cmの正方形にカットします。
- 柱に岩粉を充填し、ミミズを導入したら(セクション7)、柱の上にメッシュを配置します。
注:このメッシュは、ミミズがカラムから逃げるのを防ぐために、カラムの上に配置する必要があります。ミミズが持ち込まれない場合でも、このメッシュを使用して、すべてのカラムで同じ条件を維持することをお勧めします。 - メッシュの周りに輪ゴムを置き、所定の位置に保ちます。
図5:3Dプリンターのコラムを保持するリングのモデル。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
図6:コラム下部のメッシュシステムの構築スキーム。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
4. 灌漑システムの構築
- 柱に水を均等に散布するスプリンクラーを設計および作成します
- 3D プリンターを使用して、 図 7 に示すモデルと相対寸法に従ってスプリンクラーの設計を行います。
- TPU 95A材料を使用して、3Dプリンターで18個のスプリンクラーを印刷します。
注意: 印刷後、スプリンクラーを少なくとも24時間乾かしてから、PEマイクロホースに挿入して破損しないようにしてください。
- 灌漑システムを設置します:バルブとチューブ。
- 2つのソレノイドバルブの前面にある2つのノーズピースをねじ込み、ソレノイドバルブの背面にある2つのTピースプラグインフィッティングをねじ込みます。
注意: ウォーターホースをこのシステムで終了し、他のシステムに継続しない場合は、冷蔵庫の端に向かって配置されるバルブの背面に、Tピースプラグインフィッティングの代わりに2つの接続を備えたプラグインフィッティングをねじ込みます。このようにして、水の接続はここで終わります。 - 上部のステンレス鋼板の片側に2つのソレノイドバルブを取り付けます。
注:1つのバルブが1本の灌漑チューブを制御し、合計18本のカラムのうち8本または10本のカラムを灌漑します。 - 低密度ポリエチレン(LDPE)灌漑パイプを53cmの2本のチューブに切断します。
- 各チューブの片側をエンドキャップで閉じます。
- チューブのもう一方の端をポリテトラフルオロエチレン(PFTE)テープで包み、ソレノイドバルブに接続します。
- 最初の灌漑チューブに8つの穴を冷蔵庫の前面に近づけ、2番目の灌漑チューブに冷蔵庫の前面から遠くに10個の穴を開けます。
注:圧力調整器の正しい位置と機能に必要であるため、ハンドパンチを使用して穴を開けることは非常に重要です。他のツールをドリルとして使用することはお勧めしません。 - 圧力調整器を2本のチューブの穴に挿入します。
- ポリエチレン(PE)マイクロホースを長さ20cmの18本の小さなチューブに切断して、灌漑パイプからカラムに到達し、圧力調整器に取り付けます。
- 小さなチューブをアクリル板1の穴に挿入します。
- スプリンクラーを柱の表面に対して水平に小さなチューブに挿入します。
注意: 灌漑システムの問題(水流の閉塞や制御不能な水流など)が発生した場合、これは次の原因である可能性があります:(a)バルブの誤動作、(b)チューブ内に残っている粒子。(c)PFTEテープがチューブの端に適切に巻き付けられていない。ポイントaについては、バルブを交換します。ポイントbとcについては、カラムの散水を開始する前にチューブを洗浄し、PFTEテープの残留物がそれぞれチューブからぶら下がっていないことを確認してください。バルブの正常な機能を妨げる可能性のある粒子の移動を避けることが重要です。
- 2つのソレノイドバルブの前面にある2つのノーズピースをねじ込み、ソレノイドバルブの背面にある2つのTピースプラグインフィッティングをねじ込みます。
- 水の輸送のための接続を設定します。
- ポリウレタン(PU)ホースを3つの異なるホースに切断して、水接続を行います。ホースの正確な長さは、システムとチャンバーの設計によって異なります。最初のホースを使用して最初のバルブのTピースをタップに接続し、2番目のホースを使用して各バルブのTピースを接続し、3番目のホースを使用して2番目のバルブのTピースを次のシステムに接続します。
メモ: 次のシステムに接続する必要がない場合は、3 本目のホースを切断する必要はありません。 - PUホースをソレノイドバルブの背面にあるTピースプラグインフィッティングに接続します。
- アダプターリングに2つの接続部を持つプラグインフィッティングをねじ込んで、最初のバルブのPUホースをタップに接続します。
- 蛇口を開けて、水がチューブに流れ込むようにします。
- ポリウレタン(PU)ホースを3つの異なるホースに切断して、水接続を行います。ホースの正確な長さは、システムとチャンバーの設計によって異なります。最初のホースを使用して最初のバルブのTピースをタップに接続し、2番目のホースを使用して各バルブのTピースを接続し、3番目のホースを使用して2番目のバルブのTピースを次のシステムに接続します。
- 制御システムを設置し、灌漑システムへの接続を設定します。
- Web 対応コントローラ、8 リレー拡張モジュール、およびレール電源を接続します。メーカーの指示に従って、ポリカーボネートの筐体に入れます。
メモ: 1 つのモジュラー コントローラが 1 つのデバイスに対応し、8 つのリレーを制御します。1つのリレーが、特定のバルブの開閉を制御します。 - 電気ケーブルを使用して2つのバルブを相互に接続し、電源ケーブルを各バルブに接続します。
- 電源ケーブルのもう一方の端を Web 対応コントローラに接続します。
- すべてを電気プラグに接続し、Web対応コントローラーのインターネット接続を確立します。
- Web 対応コントローラ、8 リレー拡張モジュール、およびレール電源を接続します。メーカーの指示に従って、ポリカーボネートの筐体に入れます。
- 灌漑設定のオンライン制御を設定して、灌漑速度を設定します。
- 製造元が提供する指示に従って、構成とセットアップを行います。プログラミングとテストには、Web ブラウザーを使用します。
- http://10.73.10.250/setup.html に移動します。
- ユーザー名とパスワードを使用してログインします。
- 左側のメニューで、[制御/ ロジック ]、[ タスク]/[関数]の順に移動します。
- 1つのリレーが1つのバルブの開閉を制御します。各リレーには 2 つのタスクがあり、1 つはリレーをオン (バルブが開く) にし、もう 1 つはリレーをオフにする (バルブが閉じます)。各タスクの設定を変更するには、[ 編集]をクリックします。
- リレーのタスクをオンにする場合は、[ 開始日 ] と [開始時刻] をクリックして、リレーが動作を開始する日時を設定します (例: 2022年 5 月 4 日 7:45:00、 図 8 を参照)。水やりの頻度を設定するには、[ Set Repeat ] と [Repeat Every] をクリックします (たとえば、1 日1回の散水頻度の場合は、毎日 1 日ごと、 図 8 を参照)。リレーが動作を停止する日付を設定するには、[ 繰り返しの終了日] をクリックします (例: 2022年 5 月 20 日 23:59:59、 図 8 を参照)。
- リレーのタスクを開始する場合は、リレーが動作を停止する時刻を設定します。これは、必要な灌漑速度と散水頻度によって異なります(たとえば、毎日繰り返す場合は時間を7:46:30に設定します)。これは、リレーが1日1回の散水頻度で50mL・day-1 の水量で1分30秒間作動することを意味します( 表1を参照)。開始日と終了日は、リレーをオンにするタスク、および散水頻度と同じです。
- 各リレーの設定が完了したら、必ず「 変更を保存」をクリックしてください。
メモ: システムの過負荷を防ぐために、すべてのリレーが同時に動作している必要はありません。異なるリレーのタスクの間には、常に少なくとも30秒の間隔を空けてください(たとえば、デバイス1のリレー1は07:46:30にタスクを終了し、デバイス1のリレー2は07:47:00にタスクを開始します)。 - 各リレーの設定の開始日と終了日が同じであることを確認します。表1は、異なる散水頻度で異なる水灌漑速度に必要な時間の例を示しています。
注意: 灌漑システムでは、リストされているもの以外にも、より多くの水灌漑速度と散水頻度が可能ですが、さまざまな量の水に対してバルブを開いたままにしておく必要がある時間をテストする必要があります。 表1にリストされている灌漑速度については、水圧とシステムの設計に応じて変化する可能性があるため、これが有効かどうかを最初のテストで確認することをお勧めします。
図7:灌漑システム用スプリンクラーの相対寸法のモデル 。 (A)スプリンクラーの上面図。(B)スプリンクラーの側面図。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
図8:リレーをONにするための灌漑システムの設定表示の例。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。
| 灌水速度(mL・day-1) | 水やり回数(回数・日-1) | リレーが機能する時間 |
| 50 |
1 | 95 |
| 2 | 50 | |
| 5 | 23 | |
| 100 |
1 | 190 |
| 2 | 100 | |
| 5 | 45 | |
| 150 |
1 | 280 |
| 2 | 140 | |
| 5 | 55 |
表1:異なる散水頻度で異なる灌漑速度を可能にするためにバルブを開くのに必要な時間の目安。
5. 岩石粉、有機物、土壌生物相の選定
注:この実験では、岩石粉末、有機物、および土壌生物は、入手可能性、局所的な産出量、および文献レビューに基づいて選択されます。さらに、微生物は、生物剤の技術規則(TRBA)の分類によって決定される非病原性に基づいて選択されます26,27,28。正確なリサーチクエスチョンに応じて、これらの要因が調整される場合があります。
- 実験用の岩石粉末を選択します。
注:これらの実験のために選択された岩石粉末は、デュナイトやダイアベースなどのさまざまな鉱物学的組成の超苦鉄質岩と苦鉄質岩の両方です。各岩石には、細かい(マイクロメートルの範囲)と粗い(ミリメートルの範囲)の2つの主要なクラスの粒度があります。 - 実験用の有機材料を選択します。
注:土壌生物相の食料源としてこれらの実験に選択された有機物は、麦わらであり、肥料や動物飼料の残渣から消化されます。 - 実験するバクテリアを選択します。
注:これらの実験のために選択された細菌は、 枯草菌 と Cupriavidus metalliduransです。バクテリアはライプニッツ研究所DSMZ(ドイツ)から供給されています。- バクトペプトン(10 g·L-1)、肉エキス(3g・肉エキス)L-1)、塩化ナトリウム(10g・10g・塩化ナトリウム)L-1)を超純水(18.2mΩ)に溶解し、サプライヤーの指示に従ってください。
- 古い培養液を接種する前に、すべての培地を121°Cで20分間オートクレーブします(容量=新しい培養液の1%)。
- 血球計算盤による細胞カウントで細胞密度を決定し、フローサイトメトリーで細胞カウントを確認します。
注:この研究では、バイオレットレーザー(405 nm)と青色レーザー(488 nm)を装備し、流速10 μL/minのフローサイトメーターを使用し、FL1チャンネル(EX 488、EM 525/40)で検出しました。
- 実験する菌類を選択します。
注:これらの実験のために選択された菌類は、Knufia petricola、Suillus variegatus、および Aerobasidium pullulansです。 菌類はライプニッツ研究所DSMZ(ドイツ)から供給されていますが、 K.ペトリコラはウェステルダイク研究所(オランダ)から供給されています。- 麦芽エキス(20g・麦芽エキス)からなる麦芽エキスブロスで菌類培養物を増殖させる。L-1)、D-(+)-グルコース(20 g·L-1)、カゼイン加水分解物(3 g·L-1)を超純水(18.2mΩ)に溶解し、サプライヤーの指示に従ってください。
- 古い培養液を接種する前に、すべての培地を121°Cで20分間オートクレーブします(容量=新しい培養液の1%)。血球計算盤による細胞カウントにより細胞密度を測定します。
- 実験するミミズを選択します。
注:これらの実験に選ばれたミミズは、内生生物 Aporrectodea caliginosa と Allolobophora chloroticaです。 ミミズは、実験前にオランダのワーヘニンゲン大学&研究所(北緯51度58分51.8秒、東経5度39分38.0秒)近くのDe Blauwe Bergen公園から採取された。
6. 列を埋める
- 岩石粉末と有機材料の保水能力(WHC)は、最初に各材料を105°Cで乾燥させることにより決定します。 次に、乾燥した材料をボウルに入れ、重量を記録します。材料が十分に濡れるまで少しずつ水を加え、最終的な重量を記録します。WHCは 式1で与えられます。
(1) - 6mmのグラインダーでストローを挽きます。
- ミネラルと有機物を40°Cで2日間連続してオーブン乾燥します。
- ボウルに400gのミネラルと10gの有機物を入れます。
注:量は実験のニーズに応じて調整できますが、材料混合物はカラム内に収まる必要があります。 - ミネラルの種類、ミネラル粒径、および存在する有機源に応じて、WHCを80%に調整します。
- 金属製のスプーンですべてを注意深く混ぜます。
- カラムに混合物を充填します。
- 充填したカラムを、 図 2 に示すように、クライメートチャンバーのそれぞれの位置に配置します。カラムをすぐに恒温槽に設置できない場合は、15°Cで保存し、水分の損失を防ぎ、初期条件の変化を制限するためにプラスチックシートで覆ってください。
注意: 柱を下部に持ち、内容物が失われないように、アクリル板に注意して挿入してください。 図 9 は、列を埋めるために従う必要のある手順を概略的に示しています。
(1)
図9:カラムを埋めるためのさまざまなステップの概略図。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
7. 土壌生物相の接種
- カラムを充填している間(方法1)またはミミズを添加する直前(方法2)の2つの瞬間に細菌と真菌を接種します。
- メソッド 1
- 所望の接種密度(細菌の場合は1カラムあたり1.5 x 109〜4.8 x 10 10細胞、真菌の場合は1カラムあたり5.5 x 107〜5.5 x10 8細胞の範囲)に応じて、ピペットを使用して処理に従って水を加えた後、異なる微生物種をミネラルと有機物の混合物に接種します。
注:添加水は、接種によって添加される量(ミリリットル)が、WHCの80%に達するように添加される水の総量から差し引かれるように、それに応じて調整する必要があります。 - 金属製のスプーンですべてを注意深く混ぜます。
- カラムに混合物を充填します。
- 連続して使用する材料をエタノールと混合するために使用したボウルとスプーンを拭きます。
- 柱を上部メッシュで覆います。
- 所望の接種密度(細菌の場合は1カラムあたり1.5 x 109〜4.8 x 10 10細胞、真菌の場合は1カラムあたり5.5 x 107〜5.5 x10 8細胞の範囲)に応じて、ピペットを使用して処理に従って水を加えた後、異なる微生物種をミネラルと有機物の混合物に接種します。
- メソッド2:
- 所望の接種密度に応じて、ピペットを用いて処理に応じてカラム表面の異なる微生物種を接種します。
- 柱を上部メッシュで覆います。
- メソッド 1
- 希望の密度(カラムあたり4匹、8匹、または10匹のミミズ)に応じて、ミミズをカラムの表面に静かに堆積させることにより、処理に従ってカラムにミミズを導入します。その後、柱を上部メッシュで覆います。
注意: 微生物とミミズの両方を、水やりが始まる1日前に接種して、システムに適応できるようにする必要があります。接種密度は、実験の必要性に応じて変更することができます。これは無菌環境ではなく、空気、水、または投入物によって輸送される微生物による汚染の可能性があることに注意してください。換気による細菌汚染を防ぐため、カラム上部に0.2 μmフィルターを追加してください。
8. サンプルの収集と分析
- 実験期間の終了時にチャンバーからカラムを取り出します。
- ミミズを集めて数え、生存率を決定し、その活動を評価します。
- 岩石粉末と有機材料の混合物を均質化し、微生物分析のためにサブサンプルを採取して、目的の微生物の存在と活性をさらに特徴付けます。
- カラムの内容物を40°Cで5〜7日間乾燥させ、その後の固体無機炭素(SIC)の固相分析を行います。
- ジェリカンを秤量して最終的な浸出水量を決定し、TA、溶存無機炭素(DIC)、pH、EC、イオンなどのさらなる分析のために浸出水サンプルを収集します。
- 実験のエンドポイントは、土壌生物がこのシステムの風化速度を強化できるかどうかを決定し、考慮された変数の最適な組み合わせを見つけることであり、これにより、最高の炭素隔離ポテンシャルがもたらされます。これは、さまざまな組み合わせに従って分析されたパラメーターの結果を比較することによって決定します。
注:サンプリング戦略とさらなる分析は、実験設定と研究ニーズに応じて調整できます。
Representative Results
提示されたセットアップは、25°Cの恒温チャンバーに配置された合計203本のカラムで構成されています(図10)。恒温槽内に設置することで、温度と相対湿度を一定に制御することができました。ジェリカンを4°Cの冷蔵庫に入れると、微生物の活動によって浸出液の組成が時間の経過とともに変化しないことが保証されました。
図10:恒温槽内の実験装置の写真。 (A) 単一システムの概要。(B)1列のクローズアップ。(C)冷蔵庫の中のジェリカンのクローズアップ。(D)空調室のすべてのシステムの概要。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
高度な自動灌漑システムを使用することで、オンライン制御システムを使用して、カラムにさまざまな速度と頻度で散水することができました(図11)。灌漑システムは、柱が受け取る水の量を変更することを可能にしました。システムの検証では、異なるカラム間で与えられる水の量に最小1%の差、最大6%の差があることが示されました(図12)。灌漑速度が低いほど差が小さく、灌漑速度が高いほど差が大きかった。全体として、50 mL・day-1と150 mL・day-1の平均は低く、100 mL・day-1の灌漑速度では高かった(図12)。
図11:平均水量対時間。 灌漑速度50mL・day-1 で、1日1回、1日2回、1日5回の3回の灌漑頻度で8カラムで24時間にわたって分配した平均水量。バーは標準誤差を示します。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
図12:平均水量と灌漑速度 8カラムで50mL・day-1、10カラムで100mL・day-1および150mL・day-1の灌漑速度で測定した平均水量。バーは標準誤差を示します。この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
この装置の構造と設計により、(処理された)岩粉と有機物からなるカラム内の固形分と、実験期間全体にわたってカラムから滴下される浸出水の総量の両方を収集することができました(図13)。浸出水の回収には成功したものの、最終的に採取された浸出水量は、灌漑速度から実験終了時に回収される予定の浸出水量よりも少なかった(図14)。収集された浸出水の減少は、直接蒸発とカラムの底部での浸出水の流出の結果である可能性が最も高いです。分析結果を分析する際には、この点を考慮する必要があります。
図13:カラムと浸出液の代表画像。 実験開始時に岩石粉末と有機物を充填したカラム(左側)、実験終了時にジェリカンに集めた浸出水(右側)。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
図14:灌漑速度あたりの実験終了時に収集された総リットル数。破線は実験期間ごとの灌漑速度に応じた浸出水の推定採取量を示し、50mL・day-1は水色の線、100mL・day-1は濃い青色の線、150mL・day-1は緑色の線で示しています。この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
岩石粉末と有機物の混合物を分析して、バクテリアと菌類の微生物群集組成、およびミミズの生存と活動の観点から土壌生物相の成功率を評価しました(図15)。
図15:ミミズの真菌の成長と生存。 実験の最後に、サンプリングの前に、岩石粉末と有機物で満たされたカラムに、真菌の成長(左側)とミミズの生存(右側)の視覚的な兆候が見られました。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
他のパラメータに加えて、TAとICは鉱物の風化速度4,29,30,31の優れたプロキシであるため、浸出水はTAとDICについて分析されました。TAはメトロームのタイトランド29,30で測定し、DICはSkalar全有機炭素(TOC)分析装置で測定しました。DICはTOC分析装置を用いて、総溶存炭素(DC)と溶存有機炭素(DOC)の差から算出します。図16と図17は、1回の実験実行について、これらの分析から得られたいくつかのサンプル値の累積分布を示しています。この実験設定により、TAの値は0.019 molから0.025 molの範囲であり、DICの値は7.352 mg Cから259.279 mg Cの範囲でした(図16および図17)。
図16:実験期間終了時に採取した浸出液中のTAについて測定した例値の確率分布。 列があふれている処理は表示されません。値はmolで表され、実験終了時に収集された浸出液の総量に対して補正されます。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
図17:実験期間終了時に採取した浸出水中のDICの測定例値の確率分布 列があふれている処理は表示されません。値は炭素(C)mgで表され、実験終了時に収集された浸出液の総量に対して補正されます。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
Discussion
現在の研究の文脈の中で、このセットアップは、土壌生物相の活動を通じて鉱物の風化を促進すると同時に、風化を刺激することで知られる非生物的要因を操作することで、無機炭素隔離を最適化するように独自に設計されています。このセットアップでは、固形処理された材料と浸出液の両方を収集できるため、両方の画分の完全な特性評価が可能になります。膨大な量のカラムにもかかわらず、サンプルの収集と実行された分析により、高品質のデータ収集が保証されます。さらに、1回の実験で多数の組み合わせを持つことは、機械学習などの最新かつ高度な統計手法で収集されたデータを分析するために非常に重要です。これらの方法を使用して、高い風化速度とさらなる炭素隔離につながる主な変数を決定できます。したがって、このセットアップは、土壌生物がEWおよびIC隔離に及ぼす影響の理解を深める機会を提供します。これは、EWの境界と大気中のCO2 濃度を低減する効率について、より現実的な制約を確立するための基本です。このセットアップは、EWと土壌生物の影響を調査した既存の研究と比較して、いくつかの独創性を示しています。
非生物的要因がEWに及ぼす影響については、以前の研究ですでに調査されています4,29,30,31,32,33,34。これらの研究のいくつかは、異なる量、種類、粒径の岩石を比較したが、そのセットアップはポット実験32,33で構成されていたか、岩粉と土壌34を混合することを含んでいた。他の実験では、灌漑速度の異なる1つの岩石タイプに焦点を当てたが、自動化されたシステムで頻繁に灌漑する可能性がなかったり、複数の灌漑速度と頻度に焦点を当てたりした35。他の研究では、現在のプロトコルで提示されているものと同様のセットアップが提示されており、岩石粒のサイズとタイプを変化させることに加えて、灌漑速度を調整し、温度を一定に保つ可能性があります29,30。さらに、これらのセットアップの設計は、本稿で提案されているものに匹敵し、さらなる分析のために浸出水を収集するように設計されました29,30。さらに、CO2濃度は、風化を促進する別の要因として、これらの研究で変化しました29。しかし、これらの先行研究はいずれも、EWの促進に対する生物的要因の影響に焦点を当てていませんでした。このセットアップでは、特定のバクテリア、真菌、ミミズに接種し、それらがEWをどの程度加速できるかを決定することにより、風化プロセスを強化し、さらにIC隔離を強化することを目的としています。
EWに対する生物的要因の影響に関連して、EWに特化していないが、土壌生物が鉱物の風化に影響を与えることができるかどうかを調査した研究はほとんどない。これらの研究は、主に、培地19,21、ペトリ皿36、土壌に埋められたナイロン袋14、または他の基質と混合された少量の岩粉36,37を使用して、土壌生物によって風化がどのように影響を受けるかを調査しました。このような小さなシステムやセットアップを使用すると、生物の影響を他の変数から切り離すことが困難になります。いくつかの実験では、ここで提案されているものと同様の設定を使用しましたが、規模は小さく、岩粉で満たされた柱に土壌生物38、39、40を接種しました。しかし、これらの実験は植物を同時に生やし、特定の土壌生物の排他的な効果に焦点を当てていなかったか13,35、または浸出水36を収集しませんでした。さらに、バクテリア、真菌、ミミズがミネラルの風化を増加させることを示した研究のほとんどは、IC隔離ではなく、風化の指標として栄養素の放出に対するこれらの生物の影響に焦点を当てています11,13,14,19,36,37,38.とりわけ、これらの初期の研究のどれもEWを促進することを目的としておらず、実験期間を通じて非生物的要因を調整し維持する可能性を提示していませんでした。このセットアップでは、すべての非生物的要因を一定に保つ代わりに、土壌生物の活動を通じてEWを促進することを目的として、水の灌漑速度と頻度、岩石粉末の種類、粒径などの4つの非生物的要因について多数の組み合わせがテストされます。
さらに、非生物的要因または生物的要因がEWに及ぼす影響に焦点を当てた以前の研究では、1回の実験実行で非常に多くの列と変数が存在する可能性を提示していませんでした。このセットアップでは、セットアップが設計されているカラム数が非常に多いため、1回の実験でさまざまな変数の複数の異なる組み合わせをテストできますが、高品質の結果が得られます。セットアップの斬新さを考慮して、将来の同様のセットアップを設計する際に考慮できるいくつかの可能な改善点と残りの課題を以下に示します。
インキュベーションチャンバー内の空気条件は均質にする必要があります。恒温槽内に設置することで、温度と相対湿度を一定に保ちました。換気の制約(例えば、空気の流れ)は、大気条件に空間的な変動性を生み出し、したがって、この種のセットアップ35で一般的な現象である、特定の場所での柱からの不均衡な蒸発につながった可能性があります。この欠点に対処するために、複製とランダム化が不可能な場合は、チャンバー全体のさまざまな場所に配置されたカラムの水収支を計算することをお勧めします。
浸出水の損失を防ぐために、アクリル板に挿入したら、カラムを漏斗と慎重に位置合わせする必要があります。検討した実験期間中、漏斗の誤った位置またはメッシュの目詰まりにより、カラムの底部から浸出水の損失が発生しました。蒸発と合わせて、これは、収集された浸出水が予想と比較して少なかった理由を部分的に説明できます(図13)。これらの損失を最小限に抑えるには、漏斗がカラムの下に最適に配置されていることを確認することが重要です。より幅の広い漏斗を使用することも実行可能なオプションです。この場合、アクリル板の施工時の穴の直径とアクリル板間の距離に注意する必要があります。
水が頻繁に適用される土壌柱実験では、水の流れが遅くなることが繰り返し問題になります7,30,40。提示されたセットアップで実施された実験では、場合によっては、かなり高い灌漑速度と非常に細かい鉱物粒径が使用され、最初は土壌で通常観察されるような構造を欠いていました。これにより、実験の実行中に、微細なミネラルのみを含むカラムの下部にあるメッシュの細孔が詰まった可能性があります。そのため、水がカラム内を流れる速度が十分でなかったため、カラムが浸水し、水の浸透と浸出水の収集が減少し、カラム内の無酸素状態になり、生物地球化学的プロセスに影響を与えました。この問題を軽減するには、常に一定の割合の粗い鉱物粒径と細かい鉱物粒径を混合し、100%非常に細かい鉱物粒径の混合物を避けることが重要です。別のオプションは、カラムが土壌構造の形成を開始するために一定数の湿潤/乾燥サイクルを経験できるようにし、したがって水の浸透を改善することです。また、実験開始前に、飽和・不飽和流動や保水曲線などの基本的な土壌水分動態をいくつかのメソコスモスで決定することは、ガスの流れ、ミネラル飽和状態、生物の活動の要因をよりよく理解するために有用です。
提示された実験装置は、使いやすく、簡単な設置が可能で、研究ニーズに応じて調整することができます。鉱物風化の文脈では、必要な調整を行うことで、ガスチャンバーと組み合わせて、固相および水相の炭素を特徴付けるだけでなく、気相中の炭素のダイナミクスも調べることができます。さらに、この設定は、これらの時間的ダイナミクスが風化に強く影響する可能性があるため、乾湿シーケンスによる現実的な水浸透率を研究するために使用できます41。このセットアップは、ケイ酸塩鉱物のみに焦点を当てた実験に限定されるものではなく、異なる基質を使用するカラム実験で実装できます。また、実験の必要性に応じて実験期間を短縮または延長したり、列数を変更したりできます。固体処理材料と浸出水の両方からサンプルを収集できるため、2つの成分の1つまたは両方に焦点を当てたさまざまな分析を実行できます。知識を提示するために、これは、ケイ酸塩鉱物と有機材料のみで作られたシステムで、土壌生物を使用して鉱物の風化を促進しながら、同時に非生物的条件を制御することを目的とした、並外れた数の柱でこれまでに構築された唯一のセットアップです。
Disclosures
著者は何も開示していません。
Acknowledgments
灌漑システムの開発に尽力したトゥポラのトン・ファン・デル・ザルム氏に感謝します。さらに、TupolaのJaco Baars氏には、このセットアップの構築中に笑いと精神的なサポートをしてくれたことに感謝します。灌漑システムが機能していないときに、手動で柱に水をまくのを手伝ってくれたPeter GaramszegiとÁngel Velasco Sánchezに感謝します。また、サンプリング中に提供された協力してくれた Steven Heesterman 氏、Xuming Li 氏、Karen Morán Rivera 氏、Jonna van den Berg 氏、Kangying Xie 氏にも感謝します。Peggy Bartsch氏、Tom Jäppinen氏、Peter Nobels氏、Brent Rotgans氏、Andre van Leeuwen氏、Gerlinde Vink氏には、ラボでのご協力、サンプルの分析、実りある議論に感謝いたします。最後に、Unifarm の Jeroen Zonneveld 氏には、気候室の提供とメンテナンスに感謝します。この施設は、助成金契約964545に基づき、研究とイノベーションのための欧州連合のホライズン2020フレームワークプログラムによって資金提供されているBio-Accelerated Mineral Weathering(BAM!)プロジェクトの一環として構築されました。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acryl sheet plates | WSV kunststoffen BV | N/A | Used for holding columns, funnels, irrigation tubes and pipes. |
| Adapter ring | Tameson | FL2S-FM-B-014G-034G | Used ot make the system to connect the PU hose to the tap. |
| Cable ties | Gamma | 456196 | Used for holding the mesh system. |
| Citric acid | Nortembio (amazon.nl) | B01BDLOGW2 | Used for cleaning pipes and funnels. |
| CytoFLEX flow cytometer | Beckam Coulter | CytoFLEX | |
| Dishwasher soap | BOOM | 77000307.9010 | Used for cleaning the jerrycans. |
| Eight relay expansion module | Control by web | X-12s | Used to control the valves of hte irrigation system. |
| End cap | Wildkamp | 819906 | Used to close one end of the main tube of the irrigation system. |
| Fridges | HorecaGemak | DIA-BVL031/6P | Used for storing the jerrycans. |
| Funnels | Praxisdienst | 135864 | Used for directing the leachate from the columns to the jerrycans. 75 mm diamater. |
| Hand punch | Wildkamp | 719928 | Used to cut holes for small tubes in the main tube of the irrigation tube. |
| HDPE Jerrycan 10 L | Glas-shop.be | 105157 | Come with lid. Used to collect the leachate. |
| HDPE Jerrycan 5 L | Glas-shop.be | 105156 | Come with lid. Used to collect the leachate. |
| Hexagon nut | Fabory | 51080.100.001 | Used to block acryl sheets on metal screws. |
| Label printer | Brother | PT-H107B | Used for printing labels to stick on acryl sheets. |
| Ldpe irrigation pipe | Wildkamp | 15382585 | Used to make main tube of the irrigation system. |
| Luggage scale | United Entertainment | 8718274546996 | Used to weigh jerrycans. |
| Mesh 10 μm | Franz Eckert | PES-10/2 | Used for the mesh system. |
| Mesh 20 μm | Franz Eckert | PES-20/13 | Used for the mesh system. |
| Metal screws | Schroeven goothandel.nl | 100975401010 | Used to install acryl sheets. |
| Micro hose for drip irrigation | Wildkamp | 15119128 | Used to make small tubes of the irrigation system. |
| Middle ring | self-made with 3D printer | self-made with 3D printer | Used for holding the columns a few centimeters above the funnels. |
| Nosepiece | Wildkamp | 15045986 | Used to connect the solenoid valve to the irrigation pipe. |
| Nylon mesh | Sefar | N/A | 1 mm mesh used for the top of the columns to prevent earthworms' escape. |
| Plastic beads | lyondelbasell | TRC 352N C12507 | Used for the mesh system. |
| Plug-in fitting with 2 connections | Tameson | F24V5 | Used at the end of the system to end the PU hose. |
| Polycarbonate enclosure | RS | 498-5387 | Used to house the electronical compontents of the irrigation system. |
| Power cable | RS | 775-6075 | Used to connect the valves. |
| pp coupling | Wildkamp | 719780 | Used to make the system to connect the PU hose to the tap. |
| Pressure regulator | Wildkamp | 719943 | Used to make sure all small tubes were releasing same amount of water. |
| PTFE tape | GAMMA | 237001 | Used ot wrap the end of hte irrigation pipe. |
| PU hose | Tameson | PU-8-1198-50-1 | Used to connect all the valves with eath other and to the tap. |
| PVC pipes | Rubbermagazijn | 99001230 | Used for connecting the funnels to the jerrycans. |
| PVC tubes | Wildkamp | 91700 | Used to make the columns. |
| Rail power supply | RS | 145-7873 | Used to supply power to the eight relay expansion module. |
| Rubber bands | PasschierTerpo | 8714603820621 | Used to hold the mesh for earthworms. |
| Solenoid valve | Tameson | CM-DA014B020E-024DC | Used for opening and closing of the waterflow. |
| Sprinklers | self-made with 3D printer | self-made with 3D printer | Used for evenly distribute the water over the columns. |
| Stainless steel plates | 24/7 tailor steel | N/A | Used as a frame for the set-up above the fridge. |
| T-piece plug in fitting | Tameson | F25DT | Used to connect the solenoid valve to the PU hose. |
| TPU 95A material | MakerPoint | 1756 | Used to print components with 3D printer. |
| Washer carriers | Fabory | 50095.100.001 | Used to put below hexagon nut. |
| Web Enabled Controller | Control by web | X-400-I(9-28 VDC) | Used for allowing online control of the irrigation settings. |
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