Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Совокупный размер и плотность фракционирование почв для исследования взаимодействия органо минеральные

Published: February 15, 2019 doi: 10.3791/58927
Automatic Translation
1, 1
1Faculty of Geosciences and Environment, University of Lausanne

Summary

Комбинированные размер и плотность фракционирование (CSDF) является методом физически разделить почвы на фракции, различные текстуры (размера частиц) и минералогии (плотность). Цель заключается в том, чтобы изолировать дробей с разными определено к органического вещества почвы (СОМ), с тем чтобы лучше понять взаимодействие органо минеральных и динамика сом.

Abstract

Комбинированные размер и плотность фракционирование (CSDF) является метод, используемый для физически разделить фракции, различающихся по размеру частиц и Минералогия почв. CSDF опирается на последовательные плотности разделения и седиментации шаги для изоляции (1 свободный легкой фракции (uncomplexed органических веществ), (2 перекрытых легкой фракции (uncomplexed органического вещества ловушке в агрегатах почвы) и (3) переменное количество тяжелых дроби (минералы почвы и их связанные органических веществ) отличаются по составу. Условии, что правильно выбранных параметров CSDF (рассеивания энергии, плотность обрезков, время седиментации), метод дает тяжелых фракций относительно однородных минерального состава. Предполагается, что каждый из этих фракций имеют разные комплексообразующие способности к органического вещества, делает это полезный метод, чтобы изолировать и изучать характер взаимодействия органо минеральные. Объединив плотность и частиц размер разделение приносит улучшения резолюция, по сравнению с простых методов фракционирование размер или плотности, позволяя разделение тяжелых компонентов по минералогии и размер (относящиеся к площади поверхности) критерии. Как и в случае для всех методов физической фракционирования, он может рассматриваться как менее подрывной или агрессивны, чем методы экстракции химически на основе. Однако CSDF является трудоемким методом, и Кроме того, можно ограничить количество материала, полученные в некоторых фракций для последующего анализа. После CSDF фракции могут быть проанализированы для минералогического состава, концентрации почвы органического углерода и химии органического вещества. Этот метод обеспечивает количественную информацию о распределении органического углерода в рамках пробы почвы и приносит свет в сорбционной емкости различных, естественных минеральных фаз, обеспечивая тем самым механистическая информация о преференциальных характер взаимодействия органо минеральных почв (т.е.., который минералов, какой тип органического вещества).

Introduction

Почва представляет собой сложную систему, которая содержит элементы геологических и биологического происхождения. Изучение их взаимосвязи является краеугольным камнем нашего понимания экосистем функции1. В частности органо минеральных взаимодействия считается играть ключевую роль в почве органического вещества (SOM) динамика2. Распутыванию сом динамика в настоящее время зона очень активные исследования по нескольким причинам. Почвы с высоким сом запасов будет стремиться показать хорошие внутренние плодородия и могут также представлять собой экологически ценные углерода секвестрации возможность3,4.

Органические вещества в почве является весьма неоднородной, с некоторыми компонентами, перебирая в пространстве в течение нескольких часов, в то время как другие могут сохраняться в течение тысячи лет5. Детерминанты этой неоднородности остается противоречивым, но ассоциации с минеральной матрице считается особенно важным6,7, особенно для недр горизонты8. В результате минеральные фаз, известный тесно связать с органическими компонентами получают повышение интереса9,10,11.

Почвы содержат широкий спектр полезных ископаемых с и количественно и качественно различной сорбционной потенциал отношении сому. Минералы с большими областями поверхности и/или Высокореактивная поверхности было показано, что высокая сорбционная емкость для органических соединений4,12. В почвах, вторичных минералов, таких как высокая активность Филлосиликаты (например, smectites), oxyhydroxides железа и плохо кристаллический алюмосиликаты все было показано, значительно заниматься сорбционной сохранения некоторых органических соединений13 , 14 , 15 , 16 , 17. разделение на фракции, различающихся по минералогии почвы таким образом могут помочь изолировать пулов органического вещества с относительной однородности функциональных.

Цель данного документа – представить методологию для изолировать органо минеральных комплексов по составу, который затем облегчает изучение их свойств. Этот метод сочетает в себе размер и плотность фракционирование физически отделить основную почвы в последовательность фракций различного состава. Комбинированные размер и плотность фракционирование (CSDF) объединяет два подходы эффективной физической фракционирование (разделение частиц размер и плотность разделение). Сочетание этих двух подходов приносит улучшения резолюции для нашего понимания органо минеральных ассоциаций в почве.

Существует множество различных подходов (химические, физические и / или биохимических), которые могут использоваться для указания фракций в массовых почвы образца18,19. Фракционирование простой плотности является физическое разделение, которое широко используется учеными почвы для изучения динамики сом (см. например Грюнвальд et al., 2017 и ссылки на них)20. В своей классической форме простой плотность фракционирование отделяет материалы легче, чем заданный отсечки (как правило от 1.6 до 1,85 g·cm-3) - легкой фракции (LF) из тяжелых материалов - тяжелые фракции (hF). LF иногда далее разбить на свободной легкие фракции (ФАЛ) и перекрытых легких фракций (ФОО)21.

В многих почвах крупнейший бассейн SOM находится в ВЧ22. СОМ в ВЧ обычно считается более стабильной, чем в LF23, но было показано, чтобы сохранить высокий композиционные и, вероятно, функциональных неоднородность18. Это указывает на необходимость дальнейшего отдельные ВЧ в более однородных подгрупп, с мнением изолируя пулы сом с отдельных биогеохимических свойствами (например время пребывания или функциональность). Последовательные плотность фракционирования, как описано в Sollins et al. (2009)24, действительно оказался успешным методом; Однако разделение делается исключительно на основе плотности рискует видом на различия, обусловленные вариации в размер зерна и, таким образом, удельная поверхность. К примеру каолинит имеет примерно такой же плотности как кварц, но могут быть разделены на основе его размер режим (Таблица 1). CSDF включает рассмотрение размера зерна и улучшает резолюции фракционирования.

Фракционирование сом, основанные на физических, химических или биохимических свойств имеет долгую историю. Физические методы, такие как CSDF основаны на физических атрибутов почвы компонентов, таких как размер (частиц или агрегаты) или плотности. Химические методы включают селективного извлечения определенных соединений или классов соединений, а также химическое окисление. Биохимические методы полагаются на микробные окисления различных экспериментальных условиях. Химические и биохимические методы основаны на различных принципах и имеют разные цели, по сравнению с физическими методами, но тем не менее кратко рассматриваются ниже.

Щелочное экстрагирование (с гидроксидом натрия например) выстраивает в ряд среди ранних методов, используемых для химически изолировать компонент органических почв6. Более современные, химические методы для СОМ фракционирование примеры я) Щелочное экстрагирование с Na пирофосфата, направленных на изоляцию сом, обязан минералов; II) кислотного гидролиза (HCl), направленных на количественной старый, постоянные сом; и iii) селективного окисления сом с химическими агентами, направленных на нападение бесплатно или лабильной сом2. Хотя эти методы могут быть полезны, чтобы разобраться в бассейн функционально различных органических веществ, они страдают от нескольких ограничений. Во-первых извлечения может быть несовершенным или неполными. К примеру классической щелочной метод извлекает только 50-70% почвы органического углерода (SOC)6. Во-вторых фракционирование продукты не могут быть репрезентативными сом, найденных на месте и может быть трудно классифицировать5. В-третьих эти химические методы предлагают только ограниченное понимание взаимодействия органо минеральные, поскольку многие из них не сохраняют оригинальные связь между органические вещества и минералы.

Биохимические добычи, включая инкубаций экспериментов используются главным образом для изучения лабильных и реактивной сом (см. Strosser32 для обзора биохимических методов). Инкубационный экспериментов можно рассматривать как меру биохимическая потребность в кислороде и интуитивно хорошо подходит для определения биодоступной органических субстратов. Однако потребность в длительный инкубационный раз в условиях, которые отличаются от поля (температура, влажность, физические нарушения, отсутствие новых материалов) делает экстраполяции динамики сом в situ деликатный.

По сравнению с химические и биохимические методы, которые считаются трансформативных или разрушительной, фракционирование в физических методов можно рассматривать как более консервант22 (с важным исключением растворимых органических соединений, которые теряются во время процедуры). В их лучшее, физической почвы дроби можно рассматривать как «моментального снимка» твердой фазы почвы компонентов как на местах и может, таким образом более непосредственно касаются сом динамика в situ33. Кроме того неразрушающего характер метода означает, что фракции могут впоследствии квалифицироваться с использованием различных анализов или дальнейшего фракционированный согласно химические и биохимические методы.

Физические фракционирование почв идея не последние. Научная литература о физическое разделение методов восходит к середине 20 века. Применения плотности фракционирование сообщалось еще в 1965 году34,35. В тот же период и в последующие десятилетия публикации о динамике сом и его взаимодействие с минералами уже становится широко распространенной среди почвы ученых36,,3738,39 .

Разделение по плотности, совокупный размер размер или частиц являются наиболее распространенными физическое разделение методы, используемые в настоящее время. Одна из главных задач физического разделения является изоляции однородного функционального сом бассейнов, как определено очередь за скорость, размер или другие индикатор функции. Сочетание методов разделения или критерии, как CSDF, может помочь функциональным урегулирование фракций почвы; действительно эти методы, как представляется, больше и больше используется в комбинации18,40,,4142,43. Путем комбинирования последовательных плотности разделения, может приносить фракций с различных органических веществ и минералогического состава, с разделением размер, который приходится различий объясняется удельной площади поверхности, CSDF обещает дает представление о разнообразии и функции органо минеральных ассоциаций в почве.

CSDF стремится физически фракционировать массовых проб почвы на фракции относительной минералогических и текстурные однородности. Плотность и частиц размер отключений, а также рассеивания энергии, используемой здесь были выбраны на основе типа нашей почвы, но эти параметры могут быть адаптированы в зависимости от образцов быть фракционированный и цель исследования. В этом примере мы решили использовать дисперсии один шаг, два плотности и один размер обрезков, результате разделения сыпучих почв на 6 фракций (Таблица 2). Рисунок 1 дает концептуальный обзор метода. Материалы, будучи фракционированный здесь являются тропические почвы, но этот метод может применяться для любого типа почвы, а также отложениями. CSDF обычно используется в качестве подготовительного шага до дальнейшего анализа, несмотря на то, что распространение материалов среди фракции может быть очень информативным, само по себе. При применении к почвам, CSDF дает разные (1) минеральный состав (минералогии и текстуры) и концентрации (2) сом и состава фракций.

Protocol

1. Пробоподготовка

  1. Просушите и сито 20 г или более сыпучих грунтов до 2 мм.
  2. Определение остаточной влажности сыпучих почв (масса воды все еще присутствуют в воздушно-сухой почвы) для коррекции начальной фракционирование массового44.

2. густой раствор подготовка

  1. Добавьте polytungstate натрия (SPT) в части для деонизированной воды (DI) нагревают на тарелку горячего перемешать (~ 60 ° C) для получения густой решения желаемой плотности (т.е.., 1.62 и 2,78 g·cm-3). Использование таблицы 3 для приближенного пропорции воды и SPT для использования. Задать активную агитацию помочь распустить мсете
    Предупреждение: SPT коррозионные, и он вреден при проглатывании. Это вызывает повреждения серьезные глаз. Носите защитные перчатки/очки. Вредно для водных организмов с долгосрочными последствиями. Избегайте попадания в окружающую среду.
  2. Проверьте окончательный плотности с Ареометр после решение вернуться к комнатной температуре (от 20-25 ° C). Регулировка плотности, добавив SPT или воды.
    Примечание: Это легче готовить SPT на несколько большей концентрации (+ 0,02-0,05 g·cm-3) чем затем необходимо разбавить его необходимые плотности.
  3. Магазин ДПМ в пластиковых контейнерах при комнатной температуре. SPT известен спасти кальция из стекла и осадка нерастворимых Ca metatungstate. ДПМ может также реагируют с низкого качества из нержавеющей стали и керамики. Избегайте хранения SPT на несколько месяцев, поскольку кристаллы начнется Нуклеатор в местных точках перенасыщенным.

3. легкие фракции (LF) разделение

Примечание: ОРС изолируются методом флотации на растворе с плотностью 1.62 g·cm-3 до ультразвуковой дисперсии (ФАЛ) и следующие дисперсии на 280 J·mL-1 (ФОО).

  1. ФАЛ разделения
    1. Весят 5-8 г воздушно-сухой, котор фильтруют почвы в 50 мл конические пластиковых пробирок. Запись масса почвы с четырех значащих цифр.
      Примечание: Количество почвы, которые могут быть добавлены к каждой пробке зависит от почвы текстуры. Как правило меньшие суммы должны использоваться для глинистых грунтов и более высокие суммы могут быть использованы для песчаных почвах. Для того, чтобы получить достаточное количество материала в каждой фракции, это можно использовать несколько трубок для той же почве (мы обычно используют два) или больших (250 мл) коническая бутылки. Запуск экспериментального фракционирование может помочь получить представление о распределении почвы среди фракций и настроить начальный массы почвы.
    2. С помощью мерного цилиндра, добавьте 35-40 мл SPT (1.62 g·cm-3). Цель для почвы/решение соотношении 1:5 или ниже.
      Примечание: Для предотвращения совокупных гашения, это возможно для насыщения почвы, капиллярный подъем перед добавлением решения42,45.
    3. Баланс общая масса труб с крышками с учетом центрифугирования. Сравнять счет массы трубки с помощью SPT решения. Установка трубки на пожимая таблицы 10 минут при 200 об/мин.
      Примечание: В почвах с плохой статистической стабильностью, этот шаг может быть заменен нежный инверсии на руку6 или пропущены вообще42.
    4. Установка трубок вертикально и пусть содержание поселиться на по крайней мере 30 мин центрифуги для 90 мин на 2500 x g в центрифуге размахивая ведро позволить себе четкое разделение между фал и Пелле («тонуть» материала).
      Примечание: Центрифугирование может быть сокращено на песчаных или хорошо флокулированного образцов. Не рекомендуется для центрифуг скоростью приближается к максимальной возможности машины; делать так риск повреждения оси ротора. Имейте в виду, что большинство центрифуги предназначены не для обработки решения плотности, значительно превышающей воды.
    5. Удаление трубы из центрифуги очень осторожно, избегая любой шок. Установка вертикально.
      Примечание: на данный момент, это можно проверить плотность SPT дозирования 5 мл ясно супернатант между плавучего материала и гранул и весом его. Это особенно важно, если почва не была сухой.
    6. Залейте все плавающие и взвешенных материалов (ФАЛ) в 250 мл бутылка поликарбоната центрифуги. Убедитесь, что гранулы по-прежнему твердо подал в нижней части трубки.
    7. Промойте материал, придерживаясь стенке трубки в такой же бутылке поликарбоната. Используйте шприц бутылку с водой ди, держа трубку почти перевернутом выше поликарбоната бутылку. Будьте осторожны, чтобы не нарушить гранулы.
      Примечание: Для некоторых образцов, гранулы могут не придерживаться строго в нижней части трубки, затрудняет полное восстановление ФАЛ. В таких случаях может помочь стремление с помощью насоса или объемных дозаторов.
  2. Стиральная fLs ультрафильтрацией
    Примечание: LFs промыть ультрафильтрацией, так как плотность некоторых органических веществ может быть ниже, чем у воды, исключающие Стиральная центрифугированием. Ограничение ультрафильтрации, что югу Микрометрический, рассеянных коллоидов не могут быть сохранены. Обычно используется фильтр поры размеры варьируются от 0,2 до 1,2 мкм. Фильтры с более крупные поры не может удерживать коллоидов как эффективного, но менее подвержены засорению. Здесь мы использовали фильтры 0,45 мкм.
    1. Установки вакуумные ультрафильтрации линии с 0,45 мкм фильтрами. Слегка смочите фильтры и применить вакуум до ужесточения воронки, чтобы избежать слезы.
    2. Медленно Вылейте содержимое бутылки из поликарбоната в воронку блока вакуумной фильтрации. Не позволяют решение бассейн над глубиной больше ~ 1 см над фильтром. Промойте вне любых остатков слева в бутылке поликарбоната в блок фильтрации.
    3. После того как все решения прошло через фильтр, восстановите его в пластиковые банки, помечены «использованы ДПМ» для рециркуляции. Последующего полоскания может быть удален в раковину.
    4. Добавьте более чем в 10 мл воды ди к блоку фильтрации по крайней мере 3 раза для обеспечения удаления всех следов ДПМ. Убедитесь, что вы промойте стороне фильтрации воронку. Keep track of стирок, добавив знак на воронку при добавлении воды.
      Примечание: Полное удаление ДПМ может проверяться путем измерения электрической проводимости последнего полоскания. Проводимость должна быть ≤ 5 μS·cm-1-46.
  3. Восстановление и сохранение фал
    1. Релиз вакуум на линии фильтрации.
    2. Удаление воронку от блока фильтрации и восстановить материал, придерживаясь стороны в маркированных алюминия лодка, используя шприц бутылку с водой ди. Осторожно снять фильтр с помощью пинцета и полоскание Данный материал на нем в одной лодке алюминия, используя шприц бутылку с водой ди.
    3. Сухие лодка содержимое на максимум 65 ° C до постоянного веса (по крайней мере 48 ч после полного испарения). Прохладно в Эксикатор с свежий осушителем для по крайней мере 30 минут.
      Примечание: Еще одной возможностью является использование freeze-drier.
    4. Аккуратно соскрести материал Алюминиевый катер с пластиковой лопаточкой. Если образец сильно придерживаясь алюминиевой лодке, можно воспользоваться металлической лопаткой. Будьте осторожны, чтобы не поцарапать в алюминиевой лодке.
    5. Запись массы фал с четырех значащих цифр, а затем поместить образец в флаконе, хранения. Избегайте Пластиковые флаконы из-за статического электричества, что делает мелкие органические частицы придерживаться стороны.
  4. oLF-релиз Sonication
    Примечание: Цель заключается в том, чтобы уничтожить стабильной макро агрегатов и большие микро агрегаты, sonication, чтобы освободить закрыта твердых органических веществ, при сведении к минимуму извлечения или перераспределения сорбированных минеральных полимеров. Sonication энергии 280 J·mL-1 был выбран здесь. Смотрите секцию на стратегии совокупного нарушения в ходе обсуждения для того, чтобы помочь с выбором sonication энергии.
    1. Рассчитать количество времени, необходимое для достижения sonication цели энергии 280 J·mL-1 с помощью малой амплитуды (например,., 30%) и частотой 20 кГц.
      Примечание: Каждый sonifier должен регулярно калибруется соотнести время sonication для производства энергии; Смотреть Север47 (1976), чтобы помочь с калибровки.
    2. Добавьте 35-40 мл SPT (1.62 g·cm-3) для пластиковых пробирок, содержащие гранул от добычи ФАЛ. Вновь приостановите гранулы касания трубку вниз и vortexing.
    3. Вставьте ультразвуковой зонд на 2 см ниже поверхности раствора и поместить трубку в ледяной воде для предотвращения массовых раствора Отопление.
    4. Sonicate образца с помощью необходимое время достичь целевой энергии 280 J·mL-1. Всегда предпочитают низкой амплитуды и времени sonication. Высоких амплитуд сделать легкие материалы, такие как органические частицы слайд вверх зонда и брызг из трубки, приводя к потере образца.
  5. ФОО разделения
    1. Баланс общая масса труб с крышками с учетом центрифугирования. Сравнять счет массы трубки с помощью 1.62 решения SPT-3 g·cm.
    2. Установка трубок вертикально и пусть содержание поселиться на по крайней мере 30 мин центрифуги для 90 мин на 2500 x g в центрифуге размахивая ведро.
    3. Залейте все плавающие и взвешенных материалов (ФОО) в 250 мл бутылка поликарбоната центрифуги. Убедитесь, что гранулы по-прежнему твердо подал в нижней части трубки.
    4. Промойте перекрытых легкими органического материала, придерживаясь стенке трубки в такой же бутылке поликарбоната. Используйте шприц бутылку с водой ди, держа трубку почти перевернутом выше поликарбоната бутылку. Будьте осторожны, чтобы не нарушить Пелле, придерживаясь в нижней.
  6. Стиральная ФОО ультрафильтрацией
    1. Установки вакуумные ультрафильтрации линии с 0,45 мкм фильтрами. Слегка смочите фильтры и применить вакуум до ужесточения воронки, чтобы избежать слезы.
    2. Налейте небольшое количество подвеска из поликарбоната бутылки воронка блока вакуумной фильтрации. Если решение не идти легко, добавьте ди воды, чтобы разбавить содержимое флакона поликарбоната.
      Примечание: Образцы высоким содержанием органики (цветные) будет трудно фильтра. Если фильтр показывает признаки засорения, установите второй блок фильтрации или попробовать систему фильтрации давления. Другая возможность заключается в центрифуги разреженных содержимое Бутыли поликарбонатные; супернатант должны пройти через фильтр более легко, как он содержит меньше коллоидов и взвешенных частиц, чем оригинальные подвески. Затем можно снова приостановлено в воде и промыть центрифугированием поселились материал. В конце концов все материалы необходимо промыть по крайней мере 3 раза и восстановлены.
    3. Восстановите первый SPT фильтрата в пластиковые банки, помечены «использованы ДПМ» для рециркуляции. Последующего полоскания может быть удален в раковину.
    4. Промойте материал на блок фильтрации три раза с > 10 мл воды ди.
    5. Соберите ФОО в алюминиевой лодке и сухой на максимум 65 ° C до постоянного веса. Магазин в так же, как ФАЛ (см. шаг 3.3).

4. разделение hFs согласно размер частиц

Примечание: Следующий шаг заключается в фракционировать остатки от шаг 3 (hF) согласно размер частиц. Размер производства здесь установлен на 8 мкм и производит глина + штраф ила дроби (< 8 мкм) и грубой Ил + песок фракции (> 8 мкм). Группирование глины и ила штраф в тонкой фракции отражает документально сродство глины и тонкой ила для почвы органического вещества сорбции33,48. Разделение частиц размер здесь делается путем седиментации, (на основании закона Стокса49). Для обрезков в 50 мкм или более разделение может осуществляться просто путем мокрого просеивания не рискуя слишком много ссадина или разрушение органо минеральных комплексов.

  1. Удаление остаточных SPT от ВЧ
    1. Добавьте 35-40 мл воды ди трубка, содержащая остатки из шага 4. Вновь приостановите остатки касания трубку вниз и vortexing. Центрифуги для 20 мин на 2500 x g.
    2. Вылейте супернатант. Если он выглядит облачно или молочный, собирать ее и центрифуги его снова для того, чтобы урегулировать коллоидов. Объединить новый шарик с одним результатом первого центрифугирования.
      Примечание: более чем одного полоскания может быть необходимым, если там было значительное количество SPT, остающихся в остатки от шаг 3 (например, неполный декантации супернатант). Плотность подвеска должна быть < 1.1-3 g·cm до седиментации.
  2. Диспергирование ВЧ и седиментации
    Примечание: Прежде чем седиментации, важно иметь хорошо дисперсной hF. Мы используем sonication вместо химических диспергентов, который будет трудно выполоскать. Стокса закон требует постоянной температуре (например, 20 ° C). Начиная с холодной подвеска до sonication является эффективным способом для предотвращения перегрева.
    1. Добавьте охлажденных DI воды в пробирку, содержащую Пелле (до отметки 40 мл). Поместите в холодильник на 30 мин.
    2. Sonicate на 75 J·mL-1. Рассчитайте необходимые sonication время как 3.4.1.
    3. Промойте ультразвуковой зонд с водой ди восстановить все материалы. С помощью DI воды, отрегулируйте громкость до отметки 50 мл в трубах. Проверьте температуру подвеска (он должен соответствовать комнатной температуры, используемые в вычислении времени седиментации).
    4. Однородный содержимое трубки, инвертирование вручную. Оставьте содержание отложениях на время, необходимое для разрешить материала (< 8 мкм) для урегулирования. Основываясь на закон Стокса на среднее частиц путешествия расстояние 7 см при 20 ° C, седиментации время – 20 мин.
    5. Накапайте из супернатант (до 10 мл Марк) в 50 мл пластиковых пробирок.
    6. Повторите шаг седиментации 3 раза (шаги 4.2.1 – 4.2.5). Собирайте каждый супернатант в новых пластиковых пробирок.
  3. Коллекции двух фракций размера
    1. Установите пробирки, содержащие супернатант испаряться в духовку на 45 ° C. Не дайте им высохнуть. После того, как достаточно уменьшается объем, объедините три supernatants в один тюбик 50 мл центрифуга, которая теперь содержит часть < 8 мкм.
    2. Место, пробирки, содержащие фракции < 8 мкм, а также содержащие > 8 мкм дроби (отложения из шага 5.2) обратно в духовку на 45 ° C для испарения оставшиеся лишнюю жидкость. Не позволяют содержимое полностью высохнуть.
      Примечание: Проверьте печи часто и удалите образцы, как только есть более обобщённые вода в трубах. Сушка может привести к сильным агрегации, особенно в мелких фракций.

5. разделение двух размер фракций по плотности

Примечание: Плотность фракционирование применяется здесь для обеих фракций размеров частиц. Цель заключалась в том, чтобы отделить силикаты от оксидов. Таким образом, мы выбрали для отключения плотности на 2,78 g·cm-3. Дополнительные, дополнительные цветоделение могут быть выполнены. Например 2,4 g·cm-3 решения позволило бы разделение высокой активности глины от каолинита и первичных силикатов. Имейте в виду, чем высокого органического вещества загрузки будет уменьшаться теоретическая плотность минеральных частиц43.

  1. Фракционирование плотность
    1. Добавьте 35 – 40 мл SPT с плотностью 2.78 g·cm-3 для каждого размера фракции. Баланс массы трубы с учетом центрифугирования, используя SPT решение.
    2. Вновь приостановите материал касания трубку вниз и vortexing. Агитируйте за минимум 4 h на таблицу тряску при 200 об/мин.
      Примечание: < 8 мкм фракция трудно правильно вновь приостановить. Если комья сохраняются после 4 ч, установите на таблице тряски на ночь. Sonication в очень густой раствор ДПМ не рекомендуется. Благодаря высокой плотности и вязкости sonication энергии также не распространяется.
    3. Установка трубок вертикально и пусть содержание поселиться на по крайней мере 30 мин центрифуги для 90 мин на 2500 x g.
    4. Залить все плавающие и взвешенных материалов (< 2.78 фракций g·cm-3 ) в 250 мл бутылку поликарбоната центрифуги. Гарантировать, что гранулы (> 2,78 g·cm-3 фракций) остается твердо подал в нижней части трубки.
  2. Стиральная четыре hFs центрифугированием
    Примечание: После разделения плотности, мы получили четыре hFs (hF1 до hF4; Таблица 2). Каждый необходимо промыть центрифугированием для удаления мсете ультрафильтрации не рекомендуется для hFs (и не представляется возможным для мелких фракций, Вч3 и hF4).
    1. Перевести > 2,78 g·cm-3 гранулы в поликарбонатные бутыли 250 мл, используя шприц бутылку с водой ди.
    2. Добавьте DI воды в Бутыли поликарбонатные снизить плотность, не превышая отметки в 200 мл. Сделайте это для всех фракций.
    3. Взвесить бутылки и крышки и выравнивания массы с помощью DI воды ввиду центрифугирования. Проверьте, что не превышается максимальная нагрузка ротора.
    4. Место на вихревые вновь приостановить материала. Центрифуги для 20 мин на 5000 x g.
    5. Декант супернатант в «использованы ДПМ» кувшин для рециркуляции. После полоскания может быть отброшены в раковину.
      Примечание: Будьте осторожны, чтобы не потерять мелкие частицы во время переливание. Остановите декантирующие как только супернатант показывает следы взвешенных частиц (сучки, хлопьев или Пасмурное возникновение).
    6. Вновь приостановить Пелле в воде ди (вымыть 1), не превышающий отметку 200 мл.
      Примечание: Важно обеспечить надлежащее ресуспендирования SPT, не может оставаться застрял между частицами. Мелкие частицы, придерживаясь стороне бутылки легче всего приостановлено с помощью струи воды от шприц бутылку. Гранулы можно вновь приостановлено путем выстукивать бутылку вверх дном и vortexing. Если образец остается гранулированных, используйте таблицу встряхивания. Возможна также низкой энергии sonication шаг (например, 75 J·mL-1).
    7. Повторите процедуру стиральные (шаги 5.2.3 – 5.2.6) еще два раза (мыть 2 и вымойте 3).
    8. Проверьте плотность последний супернатант путем взвешивания объемом 10 мл; его плотность должна быть < 1.01 g·cm-3. Если супернатант плотнее, чем это, выполните 4й мыть.
    9. Выполнение окончательного мыть с помощью 0,01 М NaCl в качестве полоскания решения для предотвращения дисперсии коллоидов. Полностью сцеживаться последнего полоскания решения.
    10. Собирайте hFs (пеллетные + штраф частицы, прилипшие к стороне бутылки) в алюминиевой лодке и сухой на максимум 105 ° C до постоянного веса. Хранить в так же, как ОРС.

6. Утилизация SPT

Примечание: SPT решения могут быть переработаны с учетом повторного использования, проходя через столбец, содержащий активированный уголь и катионообменной смолы50. Активированный уголь сохраняет органики в то время как натрия насыщенный катионообменной смолы удаляет кальция и других катионов из решения и заменяет их с натрием. Мы дайджест ДПМ в перекиси водорода до передачи его через колонку для обеспечения количественных удаление растворенных органических веществ.

  1. Настройка и изменение столбца рециркуляции
    1. 5-8 отверстия диаметром около 4-5 мм в основание цилиндра поликарбоната окончил 1000 мл.
    2. Вырежьте 2 круговой 11 мкм поры фильтры для размера и поместить их в нижней части цилиндра. Наложение фильтров с 3-5 см стекло шерсти. Добавьте 8-10 см активированного угля.
      Примечание: Поскольку большинство organics удаляются, H2O2 пищеварение, количество активированного угля в столбце может быть уменьшена по сравнению с рекомендацией шести50.
    3. Крышка с 3-5 см стекло шерсти. Добавьте 8-10 см новый или восстановленный катионного обмена смолы. Закончить с 3-5 см стекло шерсти.
    4. Зажим столбца вверх на металлической подставки. Место большие пластиковые воронки, оснащен 2,5 мкм поры фильтры в верхней и нижней части столбца. Нижней воронка будет подключен к трубки приводит к пластиковой бутылке.
    5. Промойте столбце путем передачи 2 Л ди воды через колонку перед первым использованием.
    6. Заменить активированного угля и регенерировать катионообменной смолы после примерно 10-15 Л SPT прошли через.
  2. SPT очистка
    1. Место используемое решение SPT на горячей плите с магнитным помешивая. Добавить 15 мл 35% H2O2 за каждый литр раствора используется ДПМ и дайджест за 24 ч при температуре около 60 ° C.
    2. Удаление SPT от горячей плиты и пусть раствор сдают минимум 7 дней при комнатной температуре в пластик.
    3. Процедить через столбце рециркуляции. Измените фильтры в последовательности каждый день.
    4. Промойте столбец с примерно 2 х 200 мл воды ди восстановить все мсете
  3. Испарение
    1. Место рециркулированных SPT на горячей плите с магнитным помешивая. Добавьте 15 мл, этанол 70% за каждый литр раствора SPT нейтрализовать любые оставшиеся окислительной способности. Избыток этанола будет легко испаряться из решения во время испарения.
    2. Испарения раствора на слабом огне до желаемой густоты.
    3. Cool решение и проверить плотность. Хранить в пластиковых бутылках.

Representative Results

Образцы являются тропические почвы, возникая от Альбертина Рифт-Валли в Уганде. Они состоят из профилей из 3 культивируемых сайтов получают внешние входные данные таких удобрений или фитосанитарных продуктов. Эти примеры были выбраны представляют большой спектр минералогии. Предварительный анализ показал, что сайт 1 наименее выветривания и богатых в первичной силикатов (Фельдшпаты). Сайт 2 показал признаки более продвинутые выветривания с высоким содержанием вторичные глины каолинита и относительной обогащения в кварц. Сайта 3 был сильно выдержали с признаки desilicification и остаточной накопление оксиды железа и oxyhydroxides. Сайта 3 содержится чрезвычайно высоким общего железа концентрации (34%, выраженный в виде Fe2O3 оксид) благодаря наличию plinthic материала (богатые железом уплотнения51,52). Для каждого профиля, были взяты пробы двух горизонты: почвы (A) и недр (B). В этих 6 образцов в четыре реплицирует CSDF была выполнена.

Первым шагом в оценке эффективности процедуры Фракционирование это посмотреть на ставки возмещения, (т.е., ли в конце эксперимента количественно извлекается исходного материала). Мы оценивали ставок возмещения на основе всей почвы и SOC содержимое.

Считается, что ставки возмещения в целом, весь почвы были очень хорошие, с 16 из 20 реплицирует после восстановления ставки более чем на 90% и 4 реплицирует показаны ставки возмещения между 85-90% (Таблица 4). Причиной неполного восстановления была скорее потеря растворенных и коллоидных веществ во время промывки. Два реплицирует показал небольшой прирост массы (порядка 1%) что возможно может быть вызвана весом неточности или SPT остатков. Следует отметить, что разумные массовые диспропорций (< 10-15%) являются общими и сделать обычно не компромисс действительность фракционирования.

SOC восстановления в целом в пределах докладов от других исследований,5354 и удивительно постоянно учитывая большие различия в начальное содержимое SOC (Таблица 5). Большинство образцов показал скорость восстановления SOC 80-85%. Потери обусловлены промывка растворимых C, которая является неизбежной особенностью метода; Однако растворимых органических C легко могут быть количественно с помощью отдельного добычи в воде, соли или химических диспергаторов55. Небольшая потеря рассеянных органических коллоидов во время фракционирования, вероятно, также. Один сайт показал небольшой прирост углерода, которая вероятно может объясняться аналитическая ошибка, как абсолютное значение разницы был невелик (3 мг).

Воспроизводимость метода может быть проверена путем анализа дисперсия между реплицирует. Мы оценили Среднеквадратичная ошибка среднего значения (SEM), а также коэффициент вариации (CV) долю массы между реплицирует.

Стандартные ошибки означают были небольшие (Таблица 6), будучи как правило, от 1 до 2 порядков меньше, чем средние значения. Это показывает, что работая в 4 реплицирует позволило нам достоверно оценить центральной тенденции для распространения материалов между фракциями.

Коэффициенты вариации, составлял от 2 до 70% (Таблица 7). Все резюме более чем 35% произошло для дробей с небольшим количеством материала (< 0,25 г). Эти высокие значения являются просто связано с тем, что деление на небольшой средней урожайности высокий CVs. Несколько hF1 и Вч3 фракций (грубой и тонкой силикаты) показали относительно высокой CVs, между 20-35%, но включает в себя большое количество материалов (1-4 g). Это может отражать высокий потенциал для человеческих ошибок во время нескольких важных шагов (т.е. (1) отделение плавающей и взвешенных материалов от гранул в плотных решений, (2) седиментации, чтобы изолировать фракций размеров частиц (3) попробуйте промывки и восстановления). Этот результат подтверждает необходимость работать в нескольких реплицирует получить надежные результаты. Рекомендуется также, что весь процесс обрабатываться же лицом, которое становится экспертом в выполнении манипуляций в воспроизводимый путь и остро заметят любые детали, которые могут отличаться от предыдущих пакетов.

Распределение материала массы между фракциями показали значительные различия между сайтами, как можно было бы ожидать, учитывая первоначальные различия в минералогии (рис. 2). На сайте 1, доминируют первичного силикаты, таких, как кварц, полевой шпат большая часть материала было восстановлено в hF1 (призваны сконцентрировать грубый силикаты). Сайт 2 показали больший процент Филлосиликаты (главным образом каолинит) во время минералогический анализ; соответственно Вч3 (призванные сконцентрировать тонкой силикаты) было больше материалов, чем на сайте 1. Наконец сайт 3 был самым богатым в оксидов и также показан наибольшее количество материала в hF2, призванные сконцентрировать грубый оксидов. Это указывает, что метод был успешным в физически фракционирования массовых проб в их основные минералогические компонентов.

Количество материалов, восстановленные в грубый (hF1 + hF2) против штрафа (Вч3 + hF4) фракций была по сравнению с тем, что ожидалось на основе распределения размера частиц определяется лазерной гранулометрии (Таблица 8). Соглашение было хорошо (< 10%) для трех образцов. Три других образцов показал избыток материала порядка 20% в грубой фракции. Большое количество оксидов в почвах (особенно на сайте 3) могут быть частично ответственность за эту разницу. Оксид зерна имеют большую плотность по сравнению с силикатами и быстрее будет отложений. Другие факторы могут включать неполные дисперсии или частичной флокуляции образцов при седиментации, так как мы не использовать химические дисперсии и снятие некоторых прекрасных материалов в легких фракций (ФАЛ и ФОО). Наконец лазерная гранулометрия основана на объем сметы предположение о шарообразности частиц, в то время как седиментирование урожайность массы на основе оценок. Такие контрастные принципы измерения, вероятно, дать несколько противоречивые результаты.

CSDF изолирует фракций относительной однородности минералогических и их связанные органических веществ (органо минеральные комплексы). Наиболее полезен в качестве шага подготовки до последующих геохимических, биохимических и минералогических анализов. Пожалуй наиболее мощных эксперименты будет стремиться характеризуют органического вещества и минералы в каждой фракции. Это обеспечит прямые доказательства для природы органо минеральные ассоциации в почвах.

Пример анализа может включать определение количества сом (например, элементного анализа органических C и общего азота) и качество (например, дифференциальные преобразования Фурье ИК-спектроскопии, пиролизные газовая хроматография, масс-спектрометрия или тепловой анализ таких рок-Eval пиролиза56,,57-58). При взгляде на минеральные партнера, полезный анализ может включать анализ крупности частиц, количественная оценка реактивного алюминия и железа фазы59, рентгеновской дифракции (XRD) на порошковых образцов для сыпучих минералогии или ориентированной слайды для минералогия 60.

Методы могут приносить одновременно информацию о органических и неорганических компонентов могут представлять особый интерес. Элементаль сопоставление масс-спектрометрия вторичных ионов (SIMS) или электронной микроскопии, в сочетании с рентгеновский микроанализ (WDS или ЭЦП, волны или энергии дисперсионных рентгеновская спектроскопия) можно разрешить для локализации совместно C, N и элементы, связанные с реактивной Минеральные этапов, например Fe, Al, Mn или Ca. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) может выявить химический состав сом и поверхности элементный состав каждой фракции61.

Figure 1
Рисунок 1: схема. Здесь представлены шаги фракционирования и обрезков, используемые в методе. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Figure 2
Рисунок 2: распространение материалов между дроби как функция Минералогия почв для двух горизонтов (A и B) на трех участках. (A) бар диаграмма, показывающая распределение материалов между фракциями. Бары представляют собой среднее и погрешностей представляют Среднеквадратичная ошибка среднего четырех реплицирует. Для каждого образца, пять баров суммы до 100%. (B) массовая образца минералогии, оцененные по порошковой дифракции рентгеновских лучей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Почвы компонент Класс Плотность [g cm-3] Распределение размеров Источник
Органические Органические вещества 1,00-1,50 Переменная Несколько источников. 25 см Rühlmann et al. (2006) для обзора
Imogolite Плохо кристаллической фазы 1.70-2.33 Глина Вада и Вада (1977)26
Аллофаном Плохо кристаллической фазы 1,84-2,35 Глина Вада и Вада (1977)26 ; Уилсон (2013)27
Опал Плохо кристаллической фазы 1.90-2.30 Переменная Гудзоновский институт минералогии (2017)28
Монтмориллонита Минеральные глины 2.30-2,35 Глина Вада и Вада (1977)26; Уилсон (2013)27
Вермикулит Минеральные глины 2.30-2.50 Глина Уилсон (2013)27
Гидраргиллит Al-оксид 2.34-2,42 Переменная Гудзоновский институт минералогии (2017)28
K-полевых шпатов Основная Si богатые силикаты 2,54-2.57 Ила и песка Кляйн и Филпотс (2017)29; Гудзоновский институт минералогии (2017)28
Альбит Основная Si богатые силикаты 2.60-2.62 Ила и песка Кляйн и Филпотс (2017)29; Гудзоновский институт минералогии (2017)28
Каолинит Минеральные глины 2.60-2.68 Глины и ила Кляйн и Филпотс (2017)29; Уилсон (2013)27
Кварц Основная Si богатые силикаты 2.63-2,66 Ила и песка Кляйн и Филпотс (2017)29; Гудзоновский институт минералогии (2017)28
Кальцит Карбонат 2.71 Переменная Кляйн и Филпотс (2017)29; Гудзоновский институт минералогии (2017)28
Анортит Основная Si богатые силикаты 2.74-2.76 Ила и песка Кляйн и Филпотс (2017)29; Гудзоновский институт минералогии (2017)28
Иллит Мелкозернистый слюды 2,75-2,80 Глина Уилсон (2013)27; Гудзоновский институт минералогии (2017)28
Москвичка Слюда 2.77-2.88 Переменная Кляйн и Филпотс (2017)29; Гудзоновский институт минералогии (2017)28
Биотитовый Слюда 2.78-3.20 Переменная Кляйн и Филпотс (2017)29; Skopp (2000)30
Доломит Карбонат 2.84-2,86 Переменная Кляйн и Филпотс (2017)29; Гудзоновский институт минералогии (2017)28
Амфиболы Первичный ferromagnesian силикаты 3.00-3.40 Ила и песка Кляйн и Филпотс (2017)29; Гудзоновский институт минералогии (2017)28
Пироксенов Первичный ferromagnesian силикаты 3.20-3,60 Ила и песка Кляйн и Филпотс (2017)29; Гудзоновский институт минералогии (2017)28
Гётит Оксида Fe 3.30-4.37 Переменная Hiemstra и Ван Riemskijk (2009)31; Кляйн и Филпотс (2017)29
Ferrihydrite Оксида Fe 3.50-3,90 Глина Hiemstra и Ван Riemskijk (2009)31
Лепидокрокит Оксида Fe 4.00-4.13 Переменная Hiemstra и Ван Riemskijk (2009)31; Гудзоновский институт минералогии (2017)28
Гематит Оксида Fe 4,80-5.30 Переменная Кляйн и Филпотс (2017)29; Skopp (2000)30

Таблица 1: основные компоненты почвы в порядке увеличения плотности. Их распространенность в основных классах текстурные (фракции глины, 0-2 мкм; долю иловые, 2-50 мкм; песок фракции, 50-2000 мкм) для умеренно выветривания почвы также указывается.

Имя фракции Аббревиатура Обрезков
Бесплатные органика ФАЛ < 1.62 g см-3 (до sonication)
Перекрытых органика ФОО < 1.62 g см-3 (после sonication)
Грубый силикаты hF1 > 8 мкм, 1.62 g cm-3< < 2.78 g hF1 см-3
Грубый оксиды hF2 > 8 мкм, > 2.78 g см-3
Тонкой силикаты Вч3 < 8 мкм, 1.62 g cm-3< < 2.78 g Вч3 см-3
Тонкой оксиды hF4 < 8 мкм, > 2.78 g см-3

Таблица 2: Список фракций, обусловленные CSDF, используя один sonication, два плотности и один размер разделения шаги.

Решение объем [мл] Желаемой плотности [g cm-3] Масса SPT [g] Объем H2O [мл]
1000 1.6 741 856
1000 1.8 990 810
1000 2 1250 750
1000 2.2 1490 715
1000 2.4 1803 595
1000 2.6 2052 545
1000 2.8 2297 504
1000 3 2552 450

Таблица 3: Руководство по подготовке общих SPT решений.

Сайт Горизонт Репликация Начиная массы
[g]		 Окончательный масса
[g]		 Разница
[g]		 Разница
[%]
1 A 1 10.110 9,531 0.579 5.73
2 10.057 9.354 0,703 6.99
3 10.010 8.589 1.421 14.19
4 10.043 10.197 -0.154 -1.53
B 1 10.054 9.891 0.163 1.62
2 10.069 9.746 0.323 3.21
3 10.058 9.699 0.359 3.57
4 10.059 9.782 0,277 2.76
2 A 1 10.130 9.252 0,878 8.67
2 10.182 9.246 0,936 9.20
3 10,053 9.372 0.681 6.77
4 10.031 9.577 0.454 4.53
B 1 10.123 8.824 1.299 12,83
2 10.052 8.938 1.114 представляем 11.08
3 10.029 9,006 1.023 10.20
4 10.086 9.118 0.968 9.60
3 A 1 10.020 9.187 0.833 8.32
2 10.060 9.139 0.921 9.15
3 10.069 9.386 0.683 6.79
4 10.049 9.638 0.411 4.09
B 1 10.071 9.207 0.864 8.58
2 10.065 9.314 0.751 7.46
3 10.155 10.241 -0.086 -0.85
4 10.046 9.549 0.497 4.95

Таблица 4: скорость восстановления всей почвы, показаны начало массового в начале процедуры фракционирования и окончательный массы рассчитывается как сумма всех фракций. Различия выражаются в виде % начиная массы.

Сайт Горизонт Начиная масса SOC Окончательный SOC масса Разница Разница
[g] [g] [g] [%]
1 A 0,50 0,41 0,09 18.07
B 0,026 0,029 -0.003 -10.63
2 A 0,34 0,27 0,07 20.19
B 0,07 0,06 0.01 12.33
3 A 1.08 0,94 0,14 12.56
B 0.31 0,27 0.05 14.51

Таблица 5: скорость восстановления почвы органического углерода. Начальное содержимое SOC была рассчитана как продукт концентрации органических C измеряется элементного анализа и первоначальный образец массы. Окончательное содержимое SOC была рассчитана как продукт органических C концентрация и каждая часть массы, суммированные для всех фракций. Различия выражаются в виде % начиная массы.

Сайт Горизонт ФАЛ
1.62 g см-3 		ФОО
1.62 g см-3 		hF1
> 8 мкм
< 2,78 g см-3 		hF2
> 8 мкм
> g 2,78 см-3 		Вч3
< 8 мкм
< 2,78 g см-3 		hF4
< 8 мкм
> g 2,78 см-3
1 A 0.0794 ± 0.0052 0.1093 ± 0.0076 5.2188 ± 0.3079 0.3925 ± 0.0416 3.3699 ± 0.1504 0.2478 ± 0.0689
B 0,0044 ± 0,0005 0.0074 ± 0.0011 8.4351 ± 0,16 0.2569 ± 0.0301 0.9528 ± 0.1013 0.1226 ± 0.0124
2 A 0,066 ± 0,011 0.1353 ± 0.0152 5.722 ± 0.1033 0.2575 ± 0,008 3.0761 ± 0.1464 0.1047 ± 0.0364
B 0.0024 ± 0.0002 0,0165 ± 0,0022 4.5416 ± 0.0387 0.3082 ± 0.0072 4.0005 ± 0.0547 0.1025 ± 0,0268
3 A 0.2107 ± 0.0099 0.1489 ± 0.0223 3.8507 ± 0.6801 1.762 ± 0.0923 3.2862 ± 0.4892 0.0792 ± 0.0165
B 0.0305 ± 0,0035 0.0433 ± 0,0065 2.5929 ± 0.376 4.1277 ± 0.1025 2.6909 ± 0,13 0.0927 ± 0.0087

Таблица 6: означает значение и SEM для фракция массы (g). Каждая ячейка представляет среднее 4 реплицирует.

Сайт Горизонт ФАЛ
< 1.62 g см-3 		ФОО
< 1.62 g см-3 		hF1
> 8 мкм
< 2,78 g см-3 		hF2
> 8 мкм
> g 2,78 см-3 		Вч3
< 8 мкм
< 2,78 g см-3 		hF4
< 8 мкм
> g 2,78 см-3
1 A 0,13 0,14 0,12 0,21 0,09 0.56
B 0,22 0.29 0,04 0,23 0,21 0,20
2 A 0,33 0,22 0,04 0,06 0.10 0,70
B 0.17 0.26 0.02 0.05 0,03 0,52
3 A 0,09 0.30 0,35 0.10 0.30 0.42
B 0,23 0.30 0.29 0.05 0.10 0.19

Таблица 7: Коэффициенты вариации часть массы для 4 реплицирует.

Сайт Горизонт Текстура
< 8 мкм
%		 Текстура
> 8 мкм
%		 Материалы в мелких фракций
(Вч3 + hF4)
%		 Материалы в грубой фракции
(hF1 + hF2)
%		 Крупная фракция
«излишки»
%
1 A 48 52 39 61 9
B 31 69 11 89 20
2 A 43 57 35 65 8
B 46 54 46 54 1
3 A 58 42 37 63 21
B 52 48 29 71 23

Таблица 8: сравнение между почвы текстуры определяются лазерной гранулометрический состав и распределение частиц в размер фракций. Последний столбец показывает излишки материалов в грубой фракции, по сравнению с тем, что ожидалось на основе текстурного анализа.

Discussion

Успех CSDF экспериментов зависит от выбора соответствующих параметров для метода, так что фракций относительно однородные композиции могут быть изолированы. Ниже обсуждаются основные соображения при выборе параметров фракционирования.

ФАЛ представляет органического вещества, для которого взаимодействие с минералами является минимальным. Извлечение этой фракции является деликатным, поскольку перемешивания почвы с густой раствор может уже распад некоторых макропоказателей. Есть, однако, признаки органического вещества, присутствующие в макропоказателей может быть больше похож на фал stricto sensu , чем к ФОО, выпущенное высокоэнергетических sonication18. Некоторые авторы даже предложили низкой энергии sonication шаг, чтобы изолировать пул свободных и слабо взаимодействующих минерал органического вещества, называют «внутри совокупных органических частиц», iPOM54.

Для выпуска перекрытых органического вещества различные методы существуют сорвать агрегатов почвы. Наиболее распространенными являются sonication, агитации с стеклярусом и использование химических диспергентов33,,6263. Sonication был выбран здесь, потому что выход энергии может точно управляться и считается более или менее равномерно распределить в образце. На исключающее необходимость использование химических диспергентов, sonication может рассматриваться как относительно консервант к органо минеральных комплексов22,33. Дисперсия шаг, однако, остается одним из наиболее сложных операций. С одной стороны слабая дисперсия будет оставить нетронутыми агрегатов и может привести к завышенной оценке ВЧ SOC; с другой стороны весьма энергичные дисперсии шаг может привести к перераспределению SOC различных фракций частичное разрушение органо минеральных комплексов. Слабые органические песок ассоциации могут быть особенно уязвимы в этот процесс. Так как окклюзии агрегатов и поверхности сорбционных процессов происходящих вдоль континуума2, идеального решения не существует. Таким образом уровень энергии sonication необходимо скорректировать задумчиво согласно свойств почвы. Кайзер и Берхе64 опубликовал весьма полезный обзор, который предлагает стратегию для сведения к минимуму артефактов, вызванных УЗИ при диспергировании почвы.

Сообщил sonication энергии в диапазоне от 60 до 5000 J·mL-1. Несколько исследовательских групп сообщили, что 100 J·mL-1 может быть достаточно уничтожить макропоказателей и эффективно разгонять песчаных почвах, в то время как 500 J·mL-1 будет уничтожить большие microaggregates и обеспечить разумную диверсификацию реактивной почвы63,65,,6667,68. В схемах физических фракционирования полной дисперсии ила и глины размера агрегатов не может быть необходимым, поскольку механизм защиты может стать неотличимым от сорбционной стабилизации в этих диапазонах размера. Разумную цель дисперсии до размера или плотности фракционирование может быть сорвать макро-(> 250 мкм) и большой микро-(> 53 мкм) агрегатов. Энергии 100 J·mL-1 (песчаных почвах)-200 J·mL-1 (суглинистые почвы) может быть соответствующие варианты. Энергия 200 J·mL-1 уже может извлечь часть микробных метаболитов (предположительно связанных минеральной)69, таким образом на использование энергий высших sonication должно быть предупреждение. Однако минералогически реактивной почвы с укрепил агрегатов может потребоваться до 500 J·mL-1 , чтобы разойтись. Важно скорректировать рассеивания энергии, с тем чтобы соответствовать каждый тип почвы, а также изучить цели. Наконец важно помнить, что даже после якобы полной ультразвуковой дисперсии, глина размера microaggregates скорее всего сохранится70.

Трудности с согласования методов физической фракционирование проживает в неоднородности, найденный в почвах, в частности в их минерального состава. Выбор плотной решения должны приниматься на основе известных или выведен Минералогия почв, с конечной целью изолировать фракций, которые максимально возможной однородности.

В этой статье густой раствор используется был SPT - рН 371,72. Низкий рН минимизирует потери растворимых органических соединений. Однако плотность фракционирования может выполняться с различными плотной решения. Исторически органические жидкости были используемые (tetrabromoethane, тетрахлороматана), но постепенно были покинуты на прибыль неорганических солей (натрия йодид, SPT) из-за токсичности галогенированные углеводороды и присущие загрязнение почвы Органика. В настоящее время, SPT является предпочтительным решением, потому что его плотности может быть скорректирована между 1.0 до 3.1 g·cm-3, он может быть переработан и имеет низкую токсичность (если организм)22,50. Основные производители предлагают диапазон SPT сортов, отличающихся уровнем загрязнения углерода и азота. Для фракционирования плотности грунтов чистейшей класса рекомендуется, особенно если фракции должны быть проанализированы для изотопного состава.

Раствор плотностью 1,6 g·cm-3 классически был использован для отделения легких органических от связанных с минеральной фракций - см, например, Golchin et al.21. Хотя некоторые авторы полагают, что плотность 1 g·cm-3 (вода) может быть достаточно, чтобы извлечь большую часть легкой фракции73,74, другие имеют предложенных выше плотность обрезков например 1.62 или 1,65 g·cm-3 на основе идея о том, что некоторые органические компоненты может показать плотность до 1,60 g·cm-3 33,,7576. Плотность выше, чем 1.85 g·cm-3 были даже занятых50. При выборе плотности отделить свет от тяжелых фракций, следует отметить, что существует не идеальное решение. Действительно снизить риск плотности, приписывая некоторые «свет» organics тяжелых фракций, при более высокой плотности риска, включая некоторые минералы в легких фракций. Этот последний эффект может быть обнаружен при наблюдении содержание углерода легких фракций, с % SOC ниже 40-45%, указывающий определенную степень минеральных загрязнений.

Для тяжелых фракций, предварительный анализ таких XRD может обеспечить проницательность в минералогии основная образца60 и помочь определить плотность обрезков способен различать между основными компонентами минеральные почвы, имея в виду, что высокие органические нагрузок будет ниже плотности минерала по сравнению с его теоретическое значение. Аналогично для разделения размер частиц, текстурного анализа77,78 может помочь установить соответствующие ограничения. Размер частиц разделение является особенно привлекательным дополнением к простой плотность фракционирования, всякий раз, когда последовательные плотность фракционирование трудно. Это так например для грунтов, содержащих большое количество oxyhydroxides и низкой активности глин, которые приводят в пример дисперсии и предотвратить ясно цветоделения в тяжелых жидкостей. Размер частиц разделения шаг указывается также отделить минералы плотностей аналогичных но разных размеров (например, quartz и Иллита).

Ионы кальция бесплатные будет реагировать с SPT образовать нерастворимый Ca metatungstate. Таким образом процедура не подходит для щелочных почвах, содержащих большое количество плохо кристаллический, pedogenic карбонатов. Небольшое количество карбонатов низкой реактивности не мешают фракционирования, пока образцы не оставили контакт с SPT слишком долго. CA metatungstate осадков приведет к завышенной оценке фракция масс. Если LFs запускаются на элементарный анализатор концентрации C, проблема будет обнаружен, но фракционирование будет скомпрометирован.

Помимо этих технических трудностей фундаментальное ограничение CSDF (или любой схемы физической фракционирование) проистекает из того факта, что реактивной минералов в почвах редко встречаются как дискретные отделяет, но вместо этого, как покрытия и цементов. Возникновение высокой сорбционной но очень тонких покрытий на иное инертных минералов (таких, как кварц) может привести к предвзятое мнение органо минеральных ассоциаций. Осторожность требуется, таким образом при интерпретации результатов, особенно для почв, чьи реактивности доминируют плохо кристаллический и фазы оксида. Дальнейшие характеристика фракций могут помочь облегчить такую неопределенность. Тем не менее детальной физической фракционирование методы, такие как CSDF имеют непревзойденную возможность разобраться в состав естественным органо минеральных комплексов. Такое понимание ожидается выход нового понимания биогеохимии крупнейший бассейн органического вещества в почвах, минеральной связанные одной.

Disclosures

Авторы не имеют ничего сообщать.

Acknowledgments

Развитие этого метода было поддержано любящая(ий) инвестиционный фонд (функции FРАСПОБР) Факультет геологии в университете Лозанны. Мы признаем Уганды Национальный совет по науке и технике и Управление дикой природы Уганды для предоставления нам разрешение на сбор образцов для исследований. Далее авторы хотели бы поблагодарить профессора Тьерри Adatte CHN и XRD анализа. Мы признательны для проф Erika Марин-Spiotta для обеспечения начальной подготовки в классической плотность фракционирования. Мы также благодарим Лаборатория менеджер Laetitia Monbaron за помощь в обеспечении снабжения и оборудования.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Fractionation
Sodium polytungstate Sometu SPT 0 (low C and N) is recommended. Lower grade polytungstate may contaminate samples.
Hydrometers (1-1.5, 1.5-2, 2-2.5, 2.5-3 g.cm-3) Allafrance Calibrated at 20 °C, e.g. 3050FG250/20-qp
Vortex mixer Fisher Fixed speed standard vortex mixer, e.g. 02-215-410
Sonifier VWR Qsonica LLC - Q500 system with standard probe 4220
Sonifier stand VWR Large clamp stand
Sonifier enclosure VWR Soundproof cabinet (optional)
Swinging-bucket centrifuge Beckman Able to achieve speeds of 4000 g or more, fitted with rotor accommodating 50 mL Falcon tubes
High-speed centrifuge with fixed angle rotor Beckman Able to achieve speeds of 7500 g or more, fitted with rotor accommodating 250 mL bottles
50 mL centrifuge Falcon tubes Corning e.g. 352070
250 mL centrifuge bottles Beckman Polycarbonate bottles (e.g. 352070) are recommended because they are clearer than other plastics.
Vaccum filtration units Semadeni Polusulfone reusable units, e.g. 3029
Polypropylene hose Semadeni To connect the filtration unit to vaccuum source
Ultrafiltration disks, 0.45 µm pore size Millipore e.g. HAWP04700
Dessicator cabinet Fisher scientific 3 shelves, e.g. 305317-0120
Drierite absorbent indicating Millipore Blue drierite, e.g. 10276750
Scintillation vials Fisher scientific HDPE - separated cap 20mL, e.g. 12341599
150 mL aluminium boats (smooth sides) Fisher scientific Any model.
Laboratory oven Fisher scientific Any model.
Recycling SPT column
Cation exchange resin Sigma-Aldrich Dowex® Marathon™ C sodium form, strongly acidic, 20-50 mesh
Activated charcoal Sigma-Aldrich Darco S-51, 4-12 mesh
Glass wool Fisher scientific Pyrex
Filter paper, 2.5 µm pore size Sigma-Aldrich Whatman grade 42, e.g. WHA1442150
Hydrogen peroxide Sigma-Aldrich Reagent grade.
Ethanol Sigma-Aldrich Reagent grade.
Polycarbonate 1000mL graduated cylinder Semadeni Any model.
Stand and clamp Sigma-Aldrich Size L - 2-prong
Polypropylene hose Semadeni Any model.
Polypropylene hose clamp Semadeni Any model.
Polypropylene funnels Semadeni Any model.
Polypropylene bottle (1L, 2L) Semadeni Any model.
Heating plate Fisher scientific Any model.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Adhikari, K., Hartemink, A. E. Linking soils to ecosystem services — A global review. Geoderma. 262 (Supplement C), 101-111 (2016).
  2. Kögel-Knabner, I., et al. Organo-mineral associations in temperate soils: Integrating biology, mineralogy, and organic matter chemistry. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 171 (1), 61-82 (2008).
  3. Hansen, J., et al. Young people’s burden: requirement of negative CO2 emissions. Earth System Dynamics. 8 (3), 577-616 (2017).
  4. Lützow, M. v, et al. Stabilization of organic matter in temperate soils: mechanisms and their relevance under different soil conditions - a review. European Journal of Soil Science. 57 (4), 426-445 (2006).
  5. Schmidt, M. W. I., et al. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature. 478 (7367), (2011).
  6. Lehmann, J., Kleber, M. The contentious nature of soil organic matter. Nature. 528 (7580), 60 (2015).
  7. Rowley, M. C., Grand, S., Verrecchia, ÉP. Calcium-mediated stabilisation of soil organic carbon. Biogeochemistry. 137 (1-2), 27-49 (2018).
  8. Matteodo, M., et al. Decoupling of topsoil and subsoil controls on organic matter dynamics in the Swiss Alps. Geoderma. 330, 41-51 (2018).
  9. Coward, E. K., Thompson, A. T., Plante, A. F. Iron-mediated mineralogical control of organic matter accumulation in tropical soils. Geoderma. 306 (Supplement C), 206-216 (2017).
  10. Torres-Sallan, G., et al. Clay illuviation provides a long-term sink for C sequestration in subsoils. Scientific Reports. 7, 45635 (2017).
  11. Rasmussen, C., et al. Beyond clay: towards an improved set of variables for predicting soil organic matter content. Biogeochemistry. 137 (3), 297-306 (2018).
  12. Khomo, L., Trumbore, S., Bern, C. R., Chadwick, O. A. Timescales of carbon turnover in soils with mixed crystalline mineralogies. SOIL. 3 (1), 17-30 (2017).
  13. Basile-Doelsch, I., et al. Mineralogical control of organic carbon dynamics in a volcanic ash soil on La Réunion. European Journal of Soil Science. 56 (6), 689-703 (2005).
  14. Basile-Doelsch, I., Brun, T., Borschneck, D., Masion, A., Marol, C., Balesdent, J. Effect of landuse on organic matter stabilized in organomineral complexes: A study combining density fractionation, mineralogy and δ13C. Geoderma. 151 (3), 77-86 (2009).
  15. Kleber, M., Mikutta, R., Torn, M. S., Jahn, R. Poorly crystalline mineral phases protect organic matter in acid subsoil horizons. European Journal of Soil Science. 56 (6), 717-725 (2005).
  16. Krull, E. S., Baldock, J. A., Skjemstad, J. O. Importance of mechanisms and processes of the stabilisation of soil organic matter for modelling carbon turnover. Functional Plant Biology. 30 (2), 207-222 (2003).
  17. Sposito, G., Skipper, N. T., Sutton, R., Park, S., Soper, A. K., Greathouse, J. A. Surface geochemistry of the clay minerals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (7), 3358-3364 (1999).
  18. Poeplau, C., et al. Isolating organic carbon fractions with varying turnover rates in temperate agricultural soils - A comprehensive method comparison. Soil Biology and Biochemistry. 125, 10-26 (2018).
  19. Poeplau, C., et al. Reproducibility of a soil organic carbon fractionation method to derive RothC carbon pools. European Journal of Soil Science. 64 (6), 735-746 (2013).
  20. Grunwald, D., et al. Influence of elevated soil temperature and biochar application on organic matter associated with aggregate-size and density fractions in an arable soil. Agriculture, Ecosystems & Environment. 241 (Supplement C), 79-87 (2017).
  21. Golchin, A., Oades, J., Skjemstad, J., Clarke, P. Study of free and occluded particulate organic matter in soils by solid state 13C Cp/MAS NMR spectroscopy and scanning electron microscopy). Australian Journal of Soil Research. 32 (2), 285 (1994).
  22. Lützow, M. v, et al. SOM fractionation methods: Relevance to functional pools and to stabilization mechanisms. Soil Biology and Biochemistry. 39 (9), 2183-2207 (2007).
  23. Christensen, B. T. Physical fractionation of soil and structural and functional complexity in organic matter turnover. European Journal of Soil Science. 52 (3), 345-353 (2001).
  24. Sollins, P., et al. Sequential density fractionation across soils of contrasting mineralogy: evidence for both microbial- and mineral-controlled soil organic matter stabilization. Biogeochemistry. 96 (1-3), 209-231 (2009).
  25. Rühlmann, J., Körschens, M., Graefe, J. A new approach to calculate the particle density of soils considering properties of the soil organic matter and the mineral matrix. Geoderma. 130 (3-4), 272-283 (2006).
  26. Wada, S. I., Wada, K. Density and structure of allophane. Clay Minerals. 12, 289-298 (1977).
  27. Wilson, M. J. Sheet Silicates: Clay Minerals, 2nd edition. Rock-Forming Minerals. Deer, W. A., Howie, R. A., Zussman, J. 3C, The Geological Society of London. (2013).
  28. mindat.org. , Hudson Institute of Mineralogy. Available from: https://www.mindat.org/ (2017).
  29. Klein, C., Philpotts, A. Earth Materials: Introduction to Mineralogy and Petrology. , 2nd edition, Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2017).
  30. Skopp, J. M. Physical properties of primary particles. Handbook of soil science: properties and processes. Huang, P. M., Li, Y., Sumner, M. E. , 2nd edition, CRC Press. Boca Raton. 1.1-1.10 (2012).
  31. Hiemstra, T., Van Riemsdijk, W. H. A surface structural model for ferrihydrite I: Sites related to primary charge, molar mass, and mass density. Geochimica et Cosmochimica Acta. 73 (15), 4423-4436 (2009).
  32. Strosser, E. Methods for determination of labile soil organic matter: An overview. Journal of Agrobiology. 27 (2), (2010).
  33. Christensen, B. T. Physical fractionation of soil and organic matter in primary particle size and density separates. Advances in Soil Science. , 1-90 (1992).
  34. Greenland, D. J. Interaction between clays and organic compounds in soils. Part I. Mechanisms of interaction between clays and defined organic compounds. Soils Fertility. 28, 415-425 (1965).
  35. Greenland, D. J. Interaction between clays and organic compounds in soils. Part II. Adsorption of soil organic compounds and its effect on soil properties. Soils Fertility. 28, 521-532 (1965).
  36. Allison, F. E., Sherman, M. S., Pinck, L. A. Maintenance of soil organic matter: I. Inorganic soil colloid as a factor in retention of carbon during formation of humus. Soil Science. 68 (6), 463 (1949).
  37. Anderson, D. W. The effect of parent material and soil development on nutrient cycling in temperate ecosystems. Biogeochemistry. 5 (1), 71-97 (1988).
  38. Oades, J. M. The retention of organic matter in soils. Biogeochemistry. 5 (1), 35-70 (1988).
  39. Tiessen, H., Stewart, J. W. B., Hunt, H. W. Concepts of soil organic matter transformations in relation to organo-mineral particle size fractions. Plant and Soil. 76 (1-3), 287-295 (1984).
  40. Trumbore, S. E., Zheng, S. Comparison of fractionation methods for soil organic matter 14C analysis. Radiocarbon. 38 (2), 219-229 (1996).
  41. Moni, C., Derrien, D., Hatton, P. -J., Zeller, B., Kleber, M. Density fractions versus size separates: does physical fractionation isolate functional soil compartments? Biogeosciences. 9 (12), 5181-5197 (2012).
  42. Mueller, C. W., et al. Initial differentiation of vertical soil organic matter distribution and composition under juvenile beech (Fagus sylvatica L.) trees. Plant and soil. 323 (1-2), 111-123 (2009).
  43. Schweizer, S. A., Hoeschen, C., Schlüter, S., Kögel-Knabner, I., Mueller, C. W. Rapid soil formation after glacial retreat shaped by spatial patterns of organic matter accrual in microaggregates. Global Change Biology. 24 (4), 1637-1650 (2018).
  44. Kalra, Y. P., Maynard, D. G. Methods manual for forest soil and plant analysis. , Information report NOR-X-319, Forestry Canada, Northwest region, Northern Forestry Centre, Edmonton, AB, Canada (1991).
  45. Mueller, C. W., Rethemeyer, J., Kao-Kniffin, J., Löppmann, S., Hinkel, K. M., Bockheim, J. G. Large amounts of labile organic carbon in permafrost soils of northern Alaska. Global Change Biology. 21, 2804-2817 (2015).
  46. Höfle, S., Rethemeyer, J., Mueller, C., John, S. Organic matter composition and stabilization in a polygonal tundra soil of the Lena Delta. Biogeosciences. 10, (2013).
  47. North, P. F. Towards an absolute measurement of soil structural stability using ultrasound. Journal of Soil Science. 27 (4), 451-459 (1976).
  48. Grand, S., Lavkulich, L. M. Depth distribution and predictors of soil organic carbon in Podzols of a forested watershed in Southwestern Canada. Soil Science. 176, 164-174 (2011).
  49. Laird, D. A., Dowdy, R. H. Preconcentration techniques in soil mineralogical analyses. Quantitative Methods in Soil Mineralogy. Amonette, J. E., Zelazny, L. W. , SSSA miscellaneous publications. Madison, WI, USA. (1994).
  50. Six, J. Recycling of sodium polytungstate used in soil organic matter studies. Soil Biology and Biochemistry. 31 (8), 1193-1196 (1999).
  51. dos Anjos, L. H. C., Franzmeier, D. P., Schulze, D. G. Formation of soils with plinthite on a toposequence in Maranhaño State, Brazil. Geoderma. 64 (3), 257-279 (1995).
  52. Soil Survey Staff. Keys to Soil Taxonomy | NRCS Soils. , USDA-Natural Resources Conservation Service. Washington, DC. Available from: https://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/soils/survey/class/taxonomy/?cid=nrcs142p2_053580 (2014).
  53. Baldock, J. A., et al. Aspects of the chemical structure of soil organic materials as revealed by solid-state 13C NMR spectroscopy. Biogeochemistry. 16, 1-42 (1992).
  54. Vos, C., Jaconi, A., Jacobs, A., Don, A. Hot regions of labile and stable soil organic carbon in Germany - Spatial variability and driving factors. SOIL. 4, 153-167 (2018).
  55. Magid, J., Gorissen, A., Giller, K. E. In search of the elusive "active" fraction of soil organic matter: three size-density fractionation methods for tracing the fate of homogeneously 14C-labelled plant materials. Soil Biology and Biochemistry. 28 (1), 89-99 (1996).
  56. Albrecht, R., Sebag, D., Verrecchia, E. Organic matter decomposition: bridging the gap between Rock-Eval pyrolysis and chemical characterization (CPMAS 13C NMR). Biogeochemistry. 122 (1), 101-111 (2015).
  57. Disnar, J. R., Guillet, B., Keravis, D., Di-Giovanni, C., Sebag, D. Soil organic matter (SOM) characterization by Rock-Eval pyrolysis: scope and limitations. Organic Geochemistry. 34 (3), 327-343 (2003).
  58. Sebag, D., Disnar, J. R., Guillet, B., Di Giovanni, C., Verrecchia, E. P., Durand, A. Monitoring organic matter dynamics in soil profiles by ‘Rock-Eval pyrolysis’: bulk characterization and quantification of degradation. European Journal of Soil Science. 57 (3), 344-355 (2006).
  59. Shang, C., Zelazny, L. W., Ulery, A. L., Richard Drees, L. Selective dissolution techniques for mineral analysis of soils and sediments. Methods of Soil Analysis, part 5. Mineralogical Methods. Ulery, A. L., Drees, L. R. , SSSA Book Series no 5. Madison, WI, USA. (2008).
  60. Harris, W., Norman White, G., Ulery, A. L., Richard Drees, L. X-ray diffraction techniques for soil mineral identification. Methods of Soil Analysis, part 5. Mineralogical Methods. Ulery, A. L., Drees, L. R. , SSSA Book Series no 5. Madison, WI, USA. (2008).
  61. Jones, E., Singh, B. Organo-mineral interactions in contrasting soils under natural vegetation. Frontiers in Environmental Science. 2, 2 (2014).
  62. Amelung, W., Zech, W. Minimisation of organic matter disruption during particle-size fractionation of grassland epipedons. Geoderma. 92 (1), 73-85 (1999).
  63. Schmidt, M. W. I., Rumpel, C., Kögel-Knabner, I. Particle size fractionation of soil containing coal and combusted particles. European Journal of Soil Science. 50 (3), 515-522 (1999).
  64. Kaiser, M., Berhe, A. A. How does sonication affect the mineral and organic constituents of soil aggregates?—A review. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 177 (4), 479-495 (2014).
  65. Asano, M., Wagai, R. Evidence of aggregate hierarchy at micro- to submicron scales in an allophanic Andisol. Geoderma. 216, 62-74 (2014).
  66. Heckman, K., et al. Sorptive fractionation of organic matter and formation of organo-hydroxy-aluminum complexes during litter biodegradation in the presence of gibbsite. Geochimica et Cosmochimica Acta. , 667-683 (2013).
  67. Schrumpf, M., Kaiser, K., Guggenberger, G., Persson, T., Kögel-Knabner, I., Schulze, E. -D. Storage and stability of organic carbon in soils as related to depth, occlusion within aggregates, and attachment to minerals. Biogeosciences. 10, 1675-1691 (2013).
  68. Rumpel, C., Eusterhues, K., Kögel-Knabner, I. Location and chemical composition of stabilized organic carbon in topsoil and subsoil horizons of two acid forest soils. Soil Biology and Biochemistry. 36, 177-190 (2004).
  69. Höfle, S., Rethemeyer, J., Mueller, C., John, S. Organic matter composition and stabilization in a polygonal tundra soil of the Lena Delta. Biogeosciences. 10, (2013).
  70. Chenu, C., Plante, A. F. Clay-sized organo-mineral complexes in a cultivation chronosequence: revisiting the concept of the ‘primary organo-mineral complex. European Journal of Soil Science. 57 (4), 596-607 (2006).
  71. Gregory, M. R., Johnston, K. A. A nontoxic substitute for hazardous heavy liquids—aqueous sodium polytungstate (3Na2WO4.9WO3.H2O) solution (Note). New Zealand Journal of Geology and Geophysics. 30 (3), 317-320 (1987).
  72. Munsterman, D., Kerstholt, S. Sodium polytungstate, a new non-toxic alternative to bromoform in heavy liquid separation. Review of Palaeobotany and Palynology. 91 (1), 417-422 (1996).
  73. Spielvogel, S., Prietzel, J., Kögel-Knabner, I. Changes of lignin phenols and neutral sugars in different soil types of a high-elevation forest ecosystem 25 years after forest dieback. Soil Biology and Biochemistry. 39 (2), 655-668 (2007).
  74. Kaiser, M., Wirth, S., Ellerbrock, R. H., Sommer, M. Microbial respiration activities related to sequentially separated, particulate and water-soluble organic matter fractions from arable and forest topsoils. Soil biology and Biochemistry. 42 (3), 418-428 (2010).
  75. Sollins, P., et al. Organic C and N stabilization in a forest soil: Evidence from sequential density fractionation. Soil Biology and Biochemistry. 38 (11), 3313-3324 (2006).
  76. Wander, M. Soil organic matter fractions and their relevance to soil function. Soil Organic Matter in Sustainable Agriculture. Magdoff, F., Weil, R. , CRC Press. Boca Raton. (2004).
  77. Gee, G. W., Or, D. 2.4 Particle-size analysis. Methods of Soil Analysis: Part 4 Physical Methods. Dane, J. H., Topp, C. G. , SSSA Book Series no 5. Madison, WI, USA. (2002).
  78. Sheldrick, B. H., Wang, C. Particle size distribution. Soil Sampling and Methods of Analysis. Carter, M. R., Gregorich, E. G. , second edition, CRC press. Boca Raton, FL, USA. (1993).

Tags

Науки об окружающей среде выпуск 144 почвы органического вещества органо минеральных комплексов тяжелые фракции перекрытых фракция бесплатные легкой фракции стабилизации органического углерода натрия polytungstate Минералогия почв оксиды силикаты
Совокупный размер и плотность фракционирование почв для исследования взаимодействия органо минеральные
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Viret, F., Grand, S. Combined Size… More

Viret, F., Grand, S. Combined Size and Density Fractionation of Soils for Investigations of Organo-Mineral Interactions. J. Vis. Exp. (144), e58927, doi:10.3791/58927 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter