Waiting
Login processing...

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

Environment

Kombinerad storlek och densitet fraktionering av jordar för undersökningar av Organo-Mineral interaktioner

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

Summary

Kombinerad storlek och täthet fraktionering (CSDF) är en metod att fysiskt skilja jord till fraktioner skiljer sig i struktur (partikelstorlek) och mineralogi (densitet). Syftet är att isolera fraktioner med olika reactivities mot markens organiska material (SOM), för att bättre förstå organo-mineral interaktioner och SOM dynamics.

Abstract

Kombinerad storlek och täthet fraktionering (CSDF) är en metod som används för att fysiskt skilja jord till fraktioner varierande partikelstorlek och mineralogi. CSDF är beroende av sekventiell densitet separation och sedimentering åtgärder för att isolera (1) gratis lätta fraktionen (uncomplexed organiskt material), (2) ockluderad lätta fraktionen (uncomplexed organiskt material instängd i jord aggregat) och (3) ett varierande antal tunga fraktioner (jord mineraler och deras associerade organiskt) skiljer sig i sammansättning. Förutsatt att parametrarna för CSDF (spridning energi, densitet cut-off, sedimentering tid) väljs korrekt, ger metoden tunga fraktioner av relativt homogena mineralsammansättning. Var och en av dessa fraktioner förväntas ha en olika komplexbildande förmåga mot organiskt material, vilket gör detta till en användbar metod för att isolera och studera arten av organo-mineral interaktioner. Att kombinera densitet och partikel storlek separation ger en förbättrad upplösning jämfört med enkel storlek eller densitet fraktionering metoder, så att separationen av tunga komponenter enligt både mineralogi och storlek (relaterat till yta) kriterier. Som är fallet för alla fysiska fraktionering metoder, kan det anses som mindre störande eller aggressiv än kemiskt-baserade extraktionsmetoder. Men CSDF är en tidskrävande metod och dessutom mängden material som erhållits i vissa fraktioner kan vara begränsande för efterföljande analys. Efter CSDF, fraktioner kan analyseras för mineralogiska sammansättning, jord organiskt kol koncentration och organiskt kemi. Metoden ger kvantitativ information om organiskt kol distribution inom ett jordprov och ger ljus till de olika, naturligt förekommande mineral faser, vilket ger mekanistiska information om den förmånliga sorptive kapacitet naturen av organo-mineral interaktioner i jordar (dvs., som mineraler, vilken typ av organiskt material).

Introduction

Marken är ett komplext system som innehåller element av geologiska och biologiska ursprung. Studiet av relationen mellan är en hörnsten i vår förståelse av ekosystemens funktion1. I synnerhet tros organo-mineral interaktioner spela en nyckelroll i markens organiska material (SOM) dynamics2. Reda SOM dynamics är för närvarande ett mycket aktivt forskningsområde av flera skäl. En jord med höga SOM lager tenderar att visa bra inneboende fertilitet och kan även utgöra en miljömässigt värdefulla kol kvarstad tillfälle3,4.

Organiskt material i marken är mycket heterogen, med vissa komponenter som välter i utrymmet inom några timmar medan andra kan kvarstå i tusentals år5. Faktorer som påverkar denna heterogenitet förbli ett kontroversiellt ämne, men föreningen med mineral matris tros vara särskilt viktigt6,7, särskilt för alv horisonter8. Som ett resultat, får mineral faser känt nära associera med organiska komponenter ökande intresse9,10,11.

Jordar innehåller ett brett spektrum av mineraler med kvalitativt och kvantitativt varierande sorptive potential mot SOM. Mineraler med stora specifika ytor eller mycket reaktiva ytor har visat sig ha en hög sorption kapacitet för organiska föreningar4,12. I jordar, sekundära mineraler såsom hög aktivitet phyllosilicates (t.ex. smectites), järn oxyhydroxides och dåligt kristallina aluminiumsilikater har alla visat att engagera sig avsevärt i sorptive bevarandet av vissa organiska föreningar13 , 14 , 15 , 16 , 17. separera jord till fraktioner skiljer sig i mineralogi kunde därmed hjälpa isolera organiskt pool med relativa funktionella homogenitet.

Syftet med denna uppsats är att presentera en metod för att isolera organo-minaral komplex enligt sammansättning, vilket då underlättar studier av deras egenskaper. Metoden kombinerar storlek och täthet fraktionering för att fysiskt skilja bulk jord till en sekvens av fraktioner av olika sammansättning. Kombinerad storlek och täthet fraktionering (CSDF) integrerar två effektiva fysiska fraktionering strategier (partikel storlek separation och densitet separation). Kombinationen av dessa två metoder ger förbättrad upplösning till vår förståelse av organo-mineral föreningar i jord.

I området i närheten finns det många olika metoder (kemiska, fysiska och / eller biokemiska) som kan användas för att ange fraktioner i en bulk jord prov18,19. Enkel densitet fraktionering är en fysisk separation som har använts av jord forskare för att studera SOM dynamics (se till exempel Grunwald et al., 2017 och referenser däri)20. I sin klassiska form avskiljer enkla densitet fraktionering material lättare än en given cutoff (allmänhet 1,6 till 1,85 g·cm-3) - den lätta fraktionen (LF) från tyngre material - den tunga fraktionen (hF). LF är ibland ytterligare uppdelad i gratis lätta fraktionen (fLF) och ockluderad lätta fraktionen (oLF)21.

I många jordar finns det största SOM i hF22. SOM i hF tros generellt vara mer stabil än i LF23, men det har visats att behålla en hög sammansättning och förmodligen, funktionella heterogenitet18. Detta pekar på behovet av att ytterligare separat hF i mer homogena och, med beskåda isolera pooler av SOM med distinkta biogeokemiska egenskaper (såsom uppehållstid eller funktionalitet). Sekventiell densitet fraktionering, som beskrivs av Sollins et al. (2009)24, har verkligen visat sig vara en framgångsrik metod; ännu riskerar en separation som gjort enbart på grundval av densitet att med utsikt över skillnader från variation i kornstorlek och därmed specifika yta. Exempelvis lermineralet har ungefär samma densitet som kvarts men kan avskiljas på grundval av dess storlek läge (tabell 1). CSDF innehåller övervägande av kornstorlek och förbättrar upplösningen på fraktioneringen.

SOM fraktionering baserat på fysiska, kemiska eller biokemiska egenskaper har en lång historia. Fysiska metoder såsom CSDF baseras på fysiska attribut av jord komponenter, till exempel storlek (av partiklar eller aggregat) eller densitet. Kemiska metoder inkluderar selektiva extraktioner av särskilda föreningar eller klasser av föreningar, samt kemisk oxidation. Biokemiska metoder är beroende av mikrobiell oxidation under olika experimentella förhållanden. Kemiska och biokemiska metoder bygger på olika principer och har olika mål jämfört med fysiska metoder men ses ändå kortfattat nedan.

Den alkalisk extraktionen (med natriumhydroxid till exempel) rangordnar bland de tidigaste metoder att kemiskt isolera komponenten organiska jordar6. Exempel på modernare, kemiska metoder för SOM fraktionering är jag) alkalisk extraktion med Na-pyrofosfat som syftar till att isolera SOM bunden till mineraler; (II) sur hydrolys (HCl) som syftar till att kvantifiera gamla, ihållande SOM; och iii) selektiv oxidation av SOM med kemiska agenser som syftar till att angripa gratis eller instabilt SOM2. Dessa metoder kan vara användbart att få insikt i funktionellt olika organiskt pool, lider de flera begränsningar. Först, extraktioner kan vara ofullständig eller ofullständig. Till exempel extraherar den klassiska alkaliska metoden bara 50-70% av jorden organiskt kol (SOC)6. Andra, fraktionering produkter kan inte är representativa för den SOM hittade på plats och kan vara svåra att kategorisera5. Tredje, erbjuder dessa kemiska metoder endast begränsad insikt organo-mineral samspelet eftersom många av dem inte bevarar den ursprungliga associeringen mellan organics och mineraler.

Biokemiska utvinning inklusive inkubationer experiment används främst för att studera labila och reaktiv SOM (se Strosser32 för en översyn av biokemiska metoder). Inkubation experiment kan ses som ett mått på biokemisk syreförbrukning och är intuitivt väl lämpad att fastställandet av biotillgängligt organiskt substrat. Men gör behovet av långa inkubationstider under förhållanden som skiljer sig från fältet (temperatur, fuktighet, fysiska störningar, avsaknad av nya ingångar) en extrapolering till in situ SOM dynamics delikat.

Jämfört med kemisk eller biokemisk metoder som tros vara omvälvande eller destruktiva, fysiska fraktionering tekniker kan betraktas som mer konserveringsmedel22 (viktigt med undantag av lösliga organiska föreningar, som förloras under förfarandet). På deras bästa, fysiska jord fraktioner kan ses som en ”ögonblicksbild” av fasta fasen jord komponenter som finns i fältet och kunde således mer direkt avse SOM dynamics i situ33. Dessutom innebär icke-förstörande tekniken att fraktioner därefter kan karakteriseras med hjälp av olika analyser eller ytterligare fractionated enligt kemiska eller biokemiska metoder.

Fysiska fraktionering av jordar är inte en senaste idé. Vetenskapliga litteraturen om fysisk separation tekniker datum tillbaka till mitten av 20-talet. Tillämpningar av densitet fraktionering rapporterades redan 196534,35. Under samma period och i efter årtiondena, publikationer om dynamiken i SOM och dess samspel med mineraler redan bli utbredd bland jord forskare36,37,38,39 .

Separation utifrån densitet, sammanlagda storlek eller partikel storlek är de vanligaste fysiska separationsmetoder som används för närvarande. En av de viktigaste utmaningarna av fysisk separation är isoleringen av homogen funktionella SOM pooler, som definieras av turn-over hastighet, storlek eller andra indikator på funktion. Att kombinera separationsmetoder eller kriterier, som i CSDF, kan bidra till funktionella upplösning till jord fraktioner; Ja, dessa metoder verkar användas mer och mer i kombination18,40,41,42,43. Genom att kombinera sekventiell densitet separation, kan ge fraktioner med olika ekologiska roll innehåll och mineralogiska sammansättning, med storlek separation, som står för skillnader hänförliga till specifika yta, CSDF håller löftet om ger inblick i mångfald och funktion av organo-mineral föreningar i jord.

CSDF syftar till att fysiskt fractionate bulk jordprover i fraktioner av relativa mineralogiska och textural homogenitet. De täthet och partikel storlek cut-off, liksom den spridning energi som används här har valts utifrån våra jordart, men dessa parametrar kan anpassas beroende på proven vara fraktionerat och syftet med studien. I det här exemplet har vi valt att använda en dispersion steg, två densitet och en storlek cut-off resulterar i separation av bulk smutsa till 6 fraktioner (tabell 2). Figur 1 ger en översikt över metoden. Materialen är fraktionerat här är tropiska jordar, men metoden kan tillämpas på alla jordart samt sediment. CSDF används vanligen som ett förberedande steg innan ytterligare analyser, även om fördelningen av material bland fraktioner kan vara mycket informativ i och för sig. När tillämpas på jordar, ger CSDF fraktioner skiljer sig i (1) mineraliska sammansättning (mineralogi och konsistens) och (2) SOM koncentration och sammansättning.

Protocol

1. provberedning

  1. Lufttorka och sikten 20 g eller mer av bulk jordar till 2 mm.
  2. Bestäm det kvarvarande fukt innehållet av bulk jord (massa vatten kvar i lufttorkad jord) för korrigering av inledande fraktionering massa44.

2. täta lösning förberedelse

  1. Lägg till natrium polytungstate (SPT) i portioner till avjoniserat vatten (DI) vatten värmas på en varm rör tallrik (~ 60 ° C) att få täta lösningar av den önska täthet (i.e., 1.62 och 2.78 g·cm-3). Använd tabell 3 för att approximera andelar av vatten och SPT att använda. Ställa in en kraftig agitation för att upplösa den sömlösa rör.
    FÖRSIKTIGHET: SPT är frätande, och det är skadligt vid förtäring. Det orsakar allvarliga ögonskador. Bära handskar/skyddsglasögon. Skadligt för vattenlevande organismer med långtidseffekter. Undvik utsläpp till miljön.
  2. Kontrollera den slutliga tätheten med en hydrometer när lösningen är tillbaka till rumstemperatur (mellan 20-25 ° C). Justera tätheten genom att lägga till SPT eller vatten.
    Obs: Det är enklast att förbereda SPT på en något större koncentration (+ 0,02-0,05 g·cm-3) än behövs sedan späd det krävs densiteten.
  3. SPT förvaras vid rumstemperatur i plastbehållare. SPT är känt för att rädda kalcium från glas och fällningen olösliga Ca metatungstate. SPT kan också reagera med låg kvalitet rostfritt stål och keramik. Undvik att förvara SPT i flera månader eftersom kristaller startar nukleations på lokala övermättad points.

3. lätta fraktionen (LF) Separation

Obs: AKU isoleras genom flotation på en lösning med tätheten av 1,62 g·cm-3 före ultraljud spridning (fLF) och följande spridning på 280 J·mL-1 (oLF).

  1. fLF Separation
    1. Väga 5-8 g lufttorkad, sållen jord i en 50 mL konisk centrifugrör. Spela in massa jord med fyra signifikanta siffror.
      Obs: Mängden jord som kan läggas till varje rör beror på markens textur. I allmänhet mindre belopp ska användas för lerjordar och högre belopp kan användas för sandiga jordar. För att få tillräckliga mängder av material i respektive fraktion, är det möjligt att använda flera rör för samma jord (vanligtvis använder vi två) eller större (250 mL) koniska flaskor. En pilot fraktionering körning kan hjälpa få en uppfattning om fördelningen av mark bland fraktioner och justera start jord massorna.
    2. Med hjälp av en graderad cylinder, tillsätt 35-40 mL SPT (1.62 g·cm-3). Målet för ett jord-lösningsförhållande på 1:5 eller lägre.
      Obs: För att förhindra sammanlagda slaking, det är möjligt att mätta jorden genom kapillär stiga innan du lägger den lösning42,45.
    3. Balansera den totala massan av rör med lock med tanke på centrifugering. Utjämna tube massa använder SPT lösning. Installera rören på ett skakande bord för 10 min på 200 rpm.
      Obs: I jordar med dålig sammanlagda stabilitet, detta steg kan ersättas av en varsam inversion av hand6 eller hoppade alldeles42.
    4. Ställ in rören upprätt och låt den innehåll kvitta i minst 30 min. Centrifugera under 90 minuter vid 2500 x g i en svängande-hink centrifug råd med en tydlig åtskillnad mellan fLF och pelleten ('sjunka' material).
      Obs: Centrifugering gånger kan minskas för sandig eller väl flockade prover. Det rekommenderas inte att Centrifugera vid hastigheter som närmar sig maskinens maximala kapacitet. gör så riskerar skada rotoraxeln. Tänk på att de flesta centrifuger inte är avsedda att hantera lösningar av densitet kraftigt överstiger som vatten.
    5. Ta bort rören från centrifugen mycket noga, undvika någon chock. Ställ upprätt.
      Obs: vid denna punkt, det är möjligt att kontrollera tätheten av SPT pipettering 5 ml av den klara supernatanten mellan det flytande materialet och pelleten och tynga. Detta är särskilt viktigt om marken inte var torr.
    6. Häll alla flytande och suspenderat material (fLF) i en 250 mL polykarbonat centrifug flaska. Säkerställa att pelleten förblir fast lämnas in på botten av röret.
    7. Skölj det material som ansluter sig till väggen i röret in i samma polykarbonat-flaskan. Använd en spruta flaska fylld med DI vatten, hålla röret nästan upp och ner ovanför polykarbonat flaskan. Var noga med att inte störa pelleten.
      Obs: För vissa prover pelleten kan inte följa starkt till botten av röret, försvårar fullständig återhämtning av fLF. I sådana fall kan aspiration med en pump eller hög volym pipett hjälpa.
  2. Tvätta fLs av ultrafiltrering
    Obs: Sköljs LFs genom ultrafiltrering, eftersom tätheten av vissa organiska ämnen kan vara lägre än vatten, utgör hinder för tvättning genom centrifugering. En begränsning av ultrafiltrering är det sub Mikrometerinställning, spridda kolloider kan inte behållas. Vanligen används filter porstorlek storlekar varierar från 0,2 till 1,2 μm. Filter med större porer får inte behålla kolloider som effektivt men är mindre benägna att täppa igen. Här använde vi 0,45 μm filter.
    1. Setup en vakuum ultrafiltrering linje med 0,45 μm filter. Något Fukta filter och tillämpa vakuum innan åtdragning trattarna Undvik tårar.
    2. Häll långsamt innehållet i flaskan med polykarbonat i tratten dammsugarfilter enhet. Tillåt inte lösningen på pool över ett djup större än ~ 1 cm över filtret. Skölj ut några rester kvar i polykarbonat flaskan in i filtrering enheten.
    3. När all lösning har passerat genom filtret, återställa den i en plastburk som märkts ”används SPT” för återvinning. Efterföljande sköljningar kan kastas i diskhon.
    4. Lägga till mer än 10 mL DI vatten filtrering enheten minst 3 gånger att se till att alla spår av SPT avlägsnas. Se till att skölja sidan av filtreringen tratten. Håll koll på tvättarna genom att lägga till ett märke på tratten när du lägger till vatten.
      Obs: Fullständig borttagning av SPT kan kontrolleras genom att mäta den elektriska conductivityen av den sista sköljningen. Ledningsförmågan bör vara ≤ 5 μS·cm-1 46.
  3. Att återhämta sig och lagra fLF
    1. Frigör vakuumet på raden filtrering.
    2. Ta bort tratten från filtrering enhet och återkräva de materialet som ansluter sig till sidorna i en märkt aluminium båt med en sprutande flaska fylld med DI-vatten. Lyft försiktigt filtret med pincett och skölj den materiella närvarande på det i samma aluminium båt med en sprutande flaska fylld med DI-vatten.
    3. Torr båt innehållet högst 65 ° c till konstant vikt (minst 48 h efter komplett avdunstning). Svalna i en torkugn som innehåller färska torkmedel för minst 30 min.
      Obs: Användning av en freeze-drier är en annan möjlighet.
    4. Skrapa försiktigt materialet av aluminium båten med en plast spatel. Om provet starkt klibba till aluminium båt, är det möjligt att använda en metall spatel. Var noga med att inte repa i aluminium båten.
    5. Spela in massan av fLF med fyra signifikanta siffror, sedan placera provet i en injektionsflaska av lagring. Undvik plast flaskor på grund av statisk elektricitet vilket gör små organiska partiklar följer sidorna.
  4. oLF Release av ultraljudsbehandling
    Obs: Målet är att förstöra stabil makro-aggregat och stora mikro-aggregat av ultraljudsbehandling som gratis ockluderas organiska partiklar, samtidigt minimera extraktion eller omfördelning av mineral-sorbed polymerer. En ultraljudsbehandling energi 280 J·mL-1 valdes här. Se avsnittet om sammanlagda störningar strategi i diskussionen för att hjälpa till med valet av ultraljudsbehandling energi.
    1. Beräkna mängden tid som krävs för att nå den ultraljudsbehandling mål energin 280 J·mL-1 använder en låg amplitud (t.ex.., 30%) och 20 KHz frekvens.
      Obs: Varje sonifier bör regelbundet kalibreras för att ultraljudsbehandling tid avser energi produktion; Se norr (1976)47 att hjälpa till med kalibrering.
    2. Tillsätt 35-40 mL SPT (1.62 g·cm-3) till centrifugröret som innehåller pelleten från fLF utvinning. Resuspendera pelleten genom att trycka tuben upp och ner och vortexa.
    3. Infoga en ultraljudssond vid 2 cm under ytan av lösningen och placera röret i iskallt vatten för att förhindra bulk lösningen värme.
    4. Sonikera provet använder tid som behövs för att nå målet energi 280 J·mL-1. Föredra alltid låg amplitud och längre ultraljudsbehandling tid. Höga amplituder gör lätta material såsom organiska partiklar glida upp sonden och stänk av röret, vilket resulterar i en förlust av provet.
  5. oLF Separation
    1. Balansera den totala massan av rör med lock med tanke på centrifugering. Utjämna tube massa med 1,62 g·cm-3 SPT lösning.
    2. Ställ in rören upprätt och låt den innehåll kvitta i minst 30 min. Centrifugera under 90 minuter vid 2 500 x g i swinging-hink centrifugen.
    3. Häll alla flytande och suspenderat material (oLF) i en 250 mL polykarbonat centrifug flaska. Säkerställa att pelleten förblir fast lämnas in på botten av röret.
    4. Skölj det ockluderad lätta organiska material som ansluter sig till väggen i röret in i samma polykarbonat-flaskan. Använd en spruta flaska fylld med DI vatten, hålla röret nästan upp och ner ovanför polykarbonat flaskan. Var noga med att inte störa pelleten ansluter sig till botten.
  6. Tvätta oLF genom ultrafiltrering
    1. Setup en vakuum ultrafiltrering linje med 0,45 μm filter. Något Fukta filter och tillämpa vakuum innan åtdragning trattarna Undvik tårar.
    2. Häll en liten mängd suspension från flaskan med polykarbonat i tratten dammsugarfilter enhet. Om lösningen inte går igenom enkelt, lägga till DI vatten för att späda ut innehållet i flaskan med polykarbonat.
      Obs: Prover hög i organics (färgad) blir svårt att filtrera. Om filtret visar tecken på igensättning, en andra filtrering enhet inrättas eller prova ett tryck filtreringssystem. En annan möjlighet är att Centrifugera utspädda innehållet i polykarbonat flaskor; supernatanten bör gå genom filtret lättare eftersom den innehåller färre kolloider och suspenderade partiklar än den ursprungliga suspensionen. Fast material kan sedan åter uppslammat i vatten och sköljde genom centrifugering. Så småningom, måste allt material sköljas minst 3 gånger och återvinns.
    3. Återställa den första SPT filtratet i en plast burk märkt ”används SPT” för återvinning. Efterföljande sköljningar kan kastas i diskhon.
    4. Skölj materialet på filtrering enheten tre gånger med > 10 mL DI vatten.
    5. Samla oLF i en aluminium båt och torr vid högst 65 ° C till konstant vikt. Butiken på samma sätt som fLF (se steg 3.3).

4. separation av hFs enligt partikelstorlek

Obs: Nästa steg är att fractionate rester från steg 3 (hF) enligt partikelstorlek. Storlek cut-off här är inställt på 8 µm och producerar en lera + fina silt bråkdel (< 8 µm) och en grov silt + sand bråkdel (> 8 µm). Gruppering av lera och fina silt i finare fraktionen återspeglar både lera och fina silt dokumenterade affinitet för jord organiskt material sorberande33,48. Partikel storlek separation här görs genom sedimentering (baserat på Stokes lag49). För cut-off vid 50 µm eller större kan separation enkelt ske genom våtsiktningen utan att riskera för mycket nötning eller störning av organo-minaral komplex.

  1. Ta bort kvarstående SPT från hF
    1. Lägga till 35-40 mL DI vatten i röret som innehåller rester från steg 4. Återsuspendering rester genom att trycka tuben upp och ner och vortexa. Centrifugera i 20 min vid 2 500 x g.
    2. Häll ut supernatanten. Om det ser grumlig eller mjölkaktig, samla in det och centrifugera igen för att lösa kolloiderna. Kombinera nya pelleten med den en följd av den första centrifugeringen.
      Obs: mer än en skölj kan vara nödvändigt om det fanns en betydande mängd SPT kvar i rester från steg 3 (t.ex. ofullständig dekantering av supernatanten). Tätheten av suspensionen ska vara < 1.1 g·cm-3 innan sedimentering.
  2. Dispergering av hF och sedimentering
    Obs: Innan sedimentering är det viktigt att ha en väl spridd hF. Vi använder ultraljudsbehandling i stället för kemiska dispergeringsmedel, som skulle vara svåra att skölja ur. Stokes lag kräver en konstant temperatur (t.ex. 20 ° C). Börjar med en kall suspension innan ultraljudsbehandling är ett effektivt sätt att förhindra överhettning.
    1. Lägg kylda DI vatten till röret som innehåller pelleten (till 40 mL märket). Placera i kylen i 30 min.
    2. Sonikera på 75 J·mL-1. Beräkna den nödvändiga ultraljudsbehandling tid liksom 3.4.1.
    3. Skölj ultraljudssond med DI vatten för att återställa alla material. Med DI vatten volymen till 50 mL märket i rören. Kontrollera temperaturen på fjädringen (det ska matcha den rumstemperatur som används i beräkningen av sedimentering tid).
    4. Homogenisera tube innehåll genom att invertera för hand. Låt innehållet till sediment i den tid som krävs för att tillåta material (< 8 µm) sedimentera. Baserat på Stokes lag för genomsnittliga partikel resor avstånd 7 cm vid 20 ° C, är sedimentering tid 20 min.
    5. Pipettera ut supernatanten (ned till 10 mL mark) i en 50 mL centrifugrör.
    6. Upprepa steget sedimentering 3 gånger (steg 4.2.1 – 4.2.5). Samla varje supernatanten i en ny centrifugrör.
  3. Samling av de två storleksfraktionerna
    1. Ställa in rören som innehåller supernatanten avdunsta i ugn på 45 ° C. Inte Tillåt dem att torka. När volymen sänks tillräckligt, konsolidera tre supernatanterna i en 50 mL centrifugrör, som nu innehåller < 8 µm fraktionen.
    2. Plats rören som innehåller < 8 µm fraktionen samt de som innehåller det > 8 µm bråkdel (sediment från steg 5.2) tillbaka in i ugn på 45 ° C avdunsta de återstående överflödig vätskan. Tillåt inte innehållet torka helt.
      Obs: Kontrollera ugnen ofta och ta bort proverna så snart det finns inga fler poolade vatten i rören. Uttorkning kan leda till stark aggregation, särskilt i de fina fraktionerna.

5. separation av de två storleksfraktionerna enligt densitet

Obs: Densitet fraktionering tillämpas här på både partikel storleksfraktioner. Syftet var att separera silikater från oxider. Vi valde således en densitet cut-off av på 2.78 g·cm-3. Tillval, extra separationer kan utföras. Exempelvis skulle en 2,4 g·cm-3 lösning möjliggöra separationen av hög aktivitet leror från lermineralet och primära silikater. Hålla i åtanke än hög organiskt lastning minskar teoretiska tätheten av mineralpartiklar43.

  1. Densitet fraktionering
    1. Lägga till 35 – 40 mL SPT med tätheten av 2.78 g·cm-3 bråk varje storlek. Balansera rör massan med tanke på centrifugering använda SPT lösning.
    2. Återsuspendering materialet genom att trycka tuben upp och ner och vortexa. Agitera för minsta 4 h på skakningar bord på 200 rpm.
      Obs: < 8 µm fraktionen är svårt att korrekt återsuspendering. Om jordklumpar kvarstår efter 4 h, ange i tabellen skakar över natten. Ultraljudsbehandling i mycket tät SPT lösning rekommenderas inte. På grund av den höga densitet och viskositet sprids den ultraljudsbehandling energin inte väl.
    3. Ställ in rören upprätt och låt den innehåll kvitta i minst 30 min. Centrifugera under 90 minuter vid 2 500 x g.
    4. Häll alla flytande och suspenderat material (< 2.78 g·cm-3 fraktioner) till en 250 mL polykarbonat centrifug flaska. Säkerställa att pelleten (> 2,78 g·cm-3 fraktioner) förblir fast inkom till botten av röret.
  2. Tvätta de fyra hFs genom centrifugering
    Obs: Efter densitet separation, vi har fått fyra hFs (hF1 till hF4; (Se tabell 2). Varje behov sköljas genom centrifugering ta bort sömlösa rör ultrafiltrering är inte rekommenderade för hFs (och inte möjligt för fina fraktioner, hF3 och hF4).
    1. Över > 2,78 g·cm-3 pellets till 250 mL polykarbonat flaskor med en sprutande flaska fylld med DI-vatten.
    2. Tillsätt DI vatten polykarbonat flaskorna till lägre densitet, utan att överskrida de 200 mL-märket. Gör detta för alla fraktioner.
    3. Väga flaskorna och locken och utjämna massorna med DI vatten med tanke på centrifugering. Kontrollera att den maximala belastningen av rotorn inte överskrids.
    4. Placera på vortex för återsuspendering materialet. Centrifugera i 20 min på 5 000 x g.
    5. Dekantera supernatanten i ”används SPT” burk för återvinning. Efter sköljningar kan kasseras i diskhon.
      Obs: Var noga med att inte förlora fina partiklar medan dekantering. Stoppa den dekantering så snart supernatanten visar spår av suspenderade partiklar (virvlar, flingor eller molnigt utseendemässigt).
    6. Resuspendera pelleten i DI-vatten (tvätta 1), överstiger inte 200 mL märket.
      Obs: Det är viktigt att säkerställa korrekt resuspension så att SPT inte kan fastnar mellan partiklar. Fina partiklar ansluter sig till sidan av flaskan är lättast upphängda med en vattenstråle från en sprutande flaska. Pelleten kan avbrytas igen genom att trycka burken uppochner och vortexa. Om provet förblir pelleterat, använda tabellen skakningar. En låg energi ultraljudsbehandling steg (t.ex. 75 J·mL-1) är också möjligt.
    7. Upprepa förfarandet för tvätt (steg 5.2.3 – 5.2.6) två gånger (tvätta 2 och tvätta 3).
    8. Kontrollera tätheten av senaste supernatanten genom vägning en volym av 10 mL; dess densitet bör < 1,01 g·cm-3. Om supernatanten är tätare än detta, utföra en 4: e tvätt.
    9. Utföra en sista tvätt med 0,01 M NaCl som en skölj lösning för att förhindra spridning av kolloider. Fullt Dekantera sista skölj lösningen.
    10. Samla hFs (pellets + fina partiklar fast vid sidan av burkarna) i en aluminium båt och torr på max 105 ° C till konstant vikt. Förvara på samma sätt som AKU.

6. återvinning av SPT

Obs: SPT lösningen kan återvinnas med tanke på återanvändning genom passering genom en kolumn som innehåller aktivt kol och en katjonbytare harts50. Aktivt kol behåller organics medan det natrium-mättade katjonbytarharts avlägsnar kalcium och andra katjoner från lösningen och ersätter dem med natrium. Vi smälta SPT i väteperoxid innan passerar det genom kolonnen för att säkerställa kvantitativa borttagning av upplösta organiska.

  1. Ställa in och ändra kolumnen återvinning
    1. Borra 5-8 hål på cirka 4-5 mm i diameter vid basen av en 1 000 mL polykarbonat graderad cylinder.
    2. Skär 2 cirkulär 11 μm-por-storlek filter storlek och placera dem på botten av cylindern. Överlagra filtren med 3-5 cm glasull. Lägg till 8-10 cm av aktivt kol.
      Obs: Eftersom majoriteten av organiska ämnen tas bort av H2O2 matsmältningen, av aktivt kol i kolumnen kan minskas jämfört med rekommendation av sex50.
    3. Täck med 3-5 cm av glasull. Lägg till 8-10 cm av nya eller regenererad katjoniska utbyte harts. Avsluta med 3-5 cm av glasull.
    4. Klämma kolumnen upp på en metall stativ. Plats stora plast trattar försedd med 2,5 μm-por-storlek filter på toppen och botten av kolumnen. Botten tratten kommer att anslutas till slangar leder till en plastflaska.
    5. Skölj kolonnen genom att passera 2 L di vatten genom kolumnen före första användningen.
    6. Ersätta den aktivt kol och regenerera katjonbytarharts efter cirka 10-15 L av SPT har passerat.
  2. SPT rengöring
    1. Plats används SPT lösningen på en värmeplatta med magnetisk omrörning. Tillsätt 15 mL 35% H2O2 för varje liter används SPT lösning och digest för 24 h vid ungefär 60 ° C.
    2. Ta bort SPT från värmeplattan och låt lösningen stå i rumstemperatur i plasticware i minst 7 dagar.
    3. Tränga igenom kolumnen återvinning. Ändra filtren i trattarna varje dag.
    4. Skölj kolonnen med cirka 2 x 200 mL DI vatten för att återställa alla sömlösa rör.
  3. Avdunstning
    1. Plats i återvunnet SPT på en värmeplatta med magnetisk omrörning. Tillsätt 15 mL 70% etanol för varje liter av SPT lösning att neutralisera eventuella återstående oxiderande kapacitet. Överskjutande etanol kommer lätt avdunsta från lösningen under avdunstning.
    2. Indunsta lösningen på låg värme till önskad densitet.
    3. Kyl lösningen och kontrollera tätheten. Lagra i plastflaskor.

Representative Results

Proverna är tropiska jordar med ursprung från Albertine rift valley i Uganda. De består av profiler från 3 odlade platser får inga externa insatsvaror såsom gödningsmedel eller fytosanitära produkter. Dessa prover valdes att representera ett stort spektrum av mineralogi. Preliminära analyser visade webbplatsen 1 minst väderbitna och rikaste i primära silikater (feldspars). Plats 2 visade tecken på mer avancerade vittring med ett högt innehåll av sekundära leror som lermineralet och en relativ berikning i kvartar. Plats 3 var mycket vittrade med tecken på desilicification och resterande ackumulering av järnoxider och oxyhydroxides. Plats 3 innehöll en extremt höga totala järnkoncentrationen (34%, uttryckt som Fe2O3 oxid) på grund av plinthic material (järnrik induration51,52). För varje profil, två horisonter var urvalet: matjord (A) och alv (B). CSDF utfördes på dessa 6 prover i fyra replikat.

Det första steget i utvärdering av effektiviteten av fraktionering förfarandet är att titta på återvinningen, (dvs.om det ursprungliga materialet hämtas kvantitativt i slutet av experimentet). Vi bedömde återvinningsprocent baserat på hela jorden och SOC innehållet.

Övergripande, hela jord återvinningsprocent ansågs vara mycket bra, med 16 av 20 replikat med återvinningsprocent på mer än 90% och 4 replikerar visar återvinningsprocent mellan 85-90% (tabell 4). Orsaken till ofullständig återhämtning var troligen en förlust av upplöst och kolloidala ämnen under sköljningen. Två replikat visade en liten vinst av massa (omkring 1%) som kan möjligen orsakas av SPT restsubstanser eller vägning oklarheter. Det bör noteras att rimliga massa obalanser (< 10-15%) är vanliga och gör inte allmänt kompromiss giltigheten av fraktioneringen.

Generellt var SOC återhämtningen inom spänna av rapporter från andra studier53,54 och anmärkningsvärt konstant med tanke på den stora variationen i inledande SOC innehåll (tabell 5). De flesta prover visade en SOC återvinningsgrad på 80-85%. Förluster kan tillskrivas genomspolning av lösliga C, som är en oundviklig del av metoden. lösliga organiska C kan dock enkelt kvantifieras med en separat extraktion i vatten, salt eller kemiska dispergeringsmedel55. Det troligen också en liten förlust av spridda organiska kolloider under fraktionering. En webbplats visade en liten vinst på kol vilket troligen kan hänföras till analytiska fel, eftersom det absoluta värdet för skillnaden var liten (3 mg).

Metoden reproducerbarhet kan verifieras genom att analysera spridning mellan replikat. Vi bedömde standardavvikelsen för medelvärdet (SEM) samt variationskoefficienten (CV) massa bråk mellan replikat.

Standardfel för medelvärdet var små (tabell 6), att vara allmänt 1 till 2 storleksordningar mindre än medelvärden. Detta visar att arbeta i 4 replikat tillät oss att tillförlitligt beräkna centrala tendensen för distribution av material mellan fraktioner.

Variationskoefficienter varierade från 2 till 70% (tabell 7). Alla CVs större än 35% uppstod för fraktioner med små mängder material (< 0,25 g). Dessa höga värden är helt enkelt på grund av det faktum att division med en liten menar ger hög CVs. Några hF1 och hF3 fraktioner (grova och fina silikater) visade relativt hög CVs, mellan 20-35%, ännu bestod av stora mängder material (1-4 g). Detta kan avspegla den höga risken för mänskliga fel under flera känsliga steg (dvs., (1) separation av flytande och svävande material från pelleten i täta lösningar, (2) sedimentering att isolera partikel storleksfraktioner, (3) prova sköljning och återvinning). Detta resultat bekräftar behovet av att arbeta i flera replikat att få stabila resultat. Det rekommenderas också att hela processen hanteras av samma person, som blir en expert på utför manipulationer på ett reproducerbart sätt och akut kommer att märka några detaljer som kan skilja sig från tidigare omgångar.

Fördelningen av materiella massa mellan fraktioner visade starka skillnader mellan platser, som kan förväntas med tanke på de initiala skillnaderna i mineralogi (figur 2). På plats 1, dominerad av primära silikater som kvarts och fältspat, återfanns det mesta av materialet i hF1 (för att koncentrera grova silikater). Plats 2 visade en större andel av phyllosilicates (mestadels lermineralet) under mineralogisk analys; hF3 (för att koncentrera fina silikater) hade således mer material än på plats 1. Slutligen webbplats 3 var den rikaste i oxider och visade också den största mängden material i hF2, designad att koncentrera grova oxider. Detta indikerar att metoden var framgångsrik i fysiskt installera bulk prover i deras mineralogiska huvudkomponenter.

Mängden material som återvinns i grova (hF1 + hF2) kontra böter (hF3 + hF4) var fraktioner jämfört med vad som förväntades baserat på partikel-storlek distribution bestäms av laser kornstorlek (tabell 8). Avtalet var bra (< 10%) för tre prover. De tre andra proverna visade ett överskott av material i storleksordningen 20% i de grövre fraktionerna. Den stora mängden kväveoxider i smutsar (särskilt på plats 3) kan vara delvis ansvarig för denna skillnad. Oxid korn har en större densitet jämfört med silikater och kommer sediment snabbare. Andra faktorer kan innehålla ofullständiga spridning eller partiell flockning av prover under sedimentering, eftersom vi inte använde kemiska spridning, och avlägsnande av vissa fina material i lätta fraktioner (fLF och oLF). Slutligen, laser kornstorlek baseras på volym uppskattningar under antagandet att partikeln sfärisk, medan sedimentering ger massa-baserade uppskattningar. Dessa kontrasterande principer för mätning sannolikt ger något avvikande resultat.

CSDF isolerar fraktioner av relativa mineralogiska homogenitet och deras associerade organiskt material (organo-minaral komplex). Det är mest användbart som en förberedelse steg före efterföljande geokemiska, biokemiska och mineralogiska analyser. Utan tvekan, de mest kraftfulla experiment syftar till att karakterisera både organiskt material och mineraler i respektive fraktion. Detta kommer att ge direkta bevis för typ av organo-mineral association i jordar.

Analysresultatet kan omfatta bestämning av SOM kvantitet (t.ex. elementaranalys av organiska C och total kväve) och kvalitet (t.ex. differentiell Fourier-transform infraröd spektroskopi, pyrolys gaskromatografi-masspektrometri eller termisk analys såsom Rock-Eval pyrolys56,57,58). När man tittar på mineral partner, kunde användbar analyser innehålla partikel storlek analys, kvantifiering av reaktiva aluminium och järn faser59, röntgendiffraktion (XRD) på pulveriserad prover för bulk mineralogi eller orienterade bilder för lera mineralogi 60.

Tekniker kunna ge samtidig information om både organiska och oorganiska komponenter kan vara av särskilt intresse. Elementär kartläggning av sekundära ion mass spectrometry (SIMS) eller elektronmikroskopi tillsammans med röntgen mikroanalys (WDS eller EDS, våglängd eller energy dispersive X-ray spektroskopi) kan tillåta för samtidig localizationen av C, N och element som är associerade med reaktiva mineraliska faser såsom Fe, Al, Mn eller Ca. röntgen fotoelektronen spektroskopi (XPS) kan avslöja den kemiska sammansättningen av SOM och ytan elementärt sammansättningen av varje fraktion61.

Figure 1
Figur 1: flödesschema. Här presenteras cut-off används i metoden och fraktionering steg. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: fördelning av material mellan fraktioner som en funktion av jord mineralogi för två horisonter (A och B) på tre platser. (A) stapeldiagram som visar fördelningen av material mellan fraktioner. Barer representerar medelvärdet och standardavvikelsen för medelvärdet av fyra replikat felstaplar. För varje prov, fem barer summan till 100%. (B) Bulk prov mineralogi bedömt genom pulver röntgendiffraktion. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Jord-komponent Klass Densitet [g cm-3] Storleksfördelning Källa
Ekologisk Organiskt material 1,00-1,50 Variabel Flera källor. Se Rühlmann et al. (2006)25 för en granskning
Imogolite Dåligt kristallin fas 1,70-2,33 Lera WADA och Wada (1977)26
Allophane Dåligt kristallin fas 1.84-2,35 Lera WADA och Wada (1977)26 . Wilson (2013)27
Opal Dåligt kristallin fas 1,90-2,30 Variabel Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Montmorillonit Lermineral 2.30-2.35 Lera WADA och Wada (1977)26. Wilson (2013)27
Vermikulit Lermineral 2,30-2,50 Lera Wilson (2013)27
Gibbsite Al oxid 2.34-2,42 Variabel Hudson Institute of mineralogi (2017)28
K-feldspars Primära Si-rika silikater 2,54-2,57 Silt och sand Klein och Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Albit Primära Si-rika silikater 2,60-2,62 Silt och sand Klein och Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Lermineralet Lermineral 2,60-2,68 Lera och silt Klein och Philpotts (2017)29; Wilson (2013)27
Quartz Primära Si-rika silikater 2,63-2,66 Silt och sand Klein och Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Kalcit Karbonat 2,71 Variabel Klein och Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Anorthite Primära Si-rika silikater 2,74-2,76 Silt och sand Klein och Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Illite Finkornig glimmer 2,75-2,80 Lera Wilson (2013)27. Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Muscovite Mica 2,77-2,88 Variabel Klein och Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Biotit Mica 2,78-3,20 Variabel Klein och Philpotts (2017)29; Skopp (2000)30
Dolomit Karbonat 2.84-2,86 Variabel Klein och Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Amfibol Primära ferromagnesian silikater 3,00-3.40 Silt och sand Klein och Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Pyroxener Primära ferromagnesian silikater 3.20-3.60 Silt och sand Klein och Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Goethit FE oxid 3.30-4,37 Variabel Hiemstra och van Riemskijk (2009)31; Klein och Philpotts (2017)29
Ferrihydrite FE oxid 3,50-3,90 Lera Hiemstra och van Riemskijk (2009)31
Lepidocrocite FE oxid 4.00-4.13 Variabel Hiemstra och van Riemskijk (2009)31; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Hematit FE oxid 4,80-5.30 Variabel Klein och Philpotts (2017)29; Skopp (2000)30

Tabell 1: jord huvudkomponenter i ökande täthet. Deras förekomst i de viktigaste textural klasserna (lera bråkdel, 0-2 µm; silt bråkdel, 2-50 µm; sand bråkdel, 50-2000 µm) för måttligt väderbitna jordar är också indicerat.

Namn i bråk Förkortning Cut-off
Gratis organics fLF < 1,62 g cm-3 (innan ultraljudsbehandling)
Ockluderad organics oLF < 1,62 g cm-3 (efter ultraljudsbehandling)
Grova silikater hF1 > 8 µm, 1,62 g cm-3< hF1 < 2.78 g cm-3
Grova oxider hF2 > 8 µm, > 2.78 g cm-3
Fina silikater hF3 < 8 µm, 1,62 g cm-3< hF3 < 2.78 g cm-3
Fina oxider hF4 < 8 µm, > 2.78 g cm-3

Tabell 2: Förteckning över fraktioner som följd av CSDF med en ultraljudsbehandling, två densitet och en storlek separation steg.

Lösningsvolym [mL] Önskad densitet [g cm-3] Massa SPT [g] Volym H2O [mL]
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

Tabell 3: Guide till utarbetandet av gemensamma SPT lösningar.

Webbplats Horisont Replikera Börjar samlas
[g]		 Slutliga massan
[g]		 Skillnaden
[g]		 Skillnaden
[%]
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 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 SEK
4 10.046 9.549 0.497 4,95

Tabell 4: återvinningsgrad på hela jorden, visar start samlas i början av förfarandet för fraktionering och sista massa beräknas som summan av alla fraktioner. Skillnaderna är uttryckt som % börjar samlas.

Webbplats Horisont Start SOC massa Slutliga SOC massan Skillnaden Skillnaden
[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

Tabell 5: återvinningsgraden av organiskt kol i marken. Ursprungliga SOC innehållet beräknas som produkten av organiska C koncentration mätt elementaranalys och initial prova massa. Slutliga SOC innehållet beräknas som produkten av organiska C koncentration och varje bråkdel mässa, summeras för alla fraktioner. Skillnaderna är uttryckt som % börjar samlas.

Webbplats Horisont fLF
1,62 g cm-3 		oLF
1,62 g cm-3 		hF1
> 8 µm
< 2.78 g cm-3 		hF2
> 8 µm
> 2.78 g cm-3 		hF3
< 8 µm
< 2.78 g cm-3 		hF4
< 8 µm
> 2.78 g cm-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

Tabell 6: menar värde och SEM för bråkdel massa (g). Varje cell representerar ett medelvärde på 4 replikat.

Webbplats Horisont fLF
< 1,62 g cm-3 		oLF
< 1,62 g cm-3 		hF1
> 8 µm
< 2.78 g cm-3 		hF2
> 8 µm
> 2.78 g cm-3 		hF3
< 8 µm
< 2.78 g cm-3 		hF4
< 8 µm
> 2.78 g cm-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

Tabell 7: Variationskoefficienter massa bråk för 4 replikerar.

Webbplats Horisont Konsistens
< 8 µm
%		 Konsistens
> 8 µm
%		 Material i fina fraktioner
(hF3 + hF4)
%		 Material i grova fraktioner
(hF1 + hF2)
%		 Grov fraktion
'överskott'
%
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

Tabell 8: jämförelse mellan markens textur bestäms av laser kornstorlek och fördelningen av partiklar i storleksfraktioner. Den sista kolumnen visar överskott av material i grova fraktioner jämfört med vad som förväntades baserat på textural analys.

Discussion

Framgången av CSDF experiment gångjärn på urvalet av lämpliga parametrar för metoden, så att fraktioner av relativt homogen sammansättning kan isoleras. Viktiga överväganden vid val av fraktionering parametrar diskuteras nedan.

FLF representerar organiskt material som interaktion med mineraler är minimal. Utvinning av denna fraktion är delikat, eftersom blandning av jord med tät lösningen kan redan sönder några macroaggregates. Det finns dock indikationer på att organiskt material i macroaggregates kan vara mer lik den fLF stricto sensu än till den oLF släpptes av high-energy ultraljudsbehandling18. Några författare har även föreslagit ett lågenergi-ultraljudsbehandling steg för att isolera poolen av gratis och svagt mineral-interagera organiskt material, kallas 'intra sammanlagda organiska partiklar', iPOM54.

För lanseringen av ockluderad organiskt material finns olika tekniker för att störa jord aggregat. Den mest utbredda är ultraljudsbehandling, agitation med glaspärlor och användning av kemiska dispergeringsmedel33,62,63. Ultraljudsbehandling valdes här eftersom energin som utdata kan styras fint och tros distribuera mer eller mindre jämnt i provet. Genom att behovet av att använda kemiska dispergeringsmedel, kan ultraljudsbehandling anses som relativt konserveringsmedel mot organo-minaral komplex22,33. Det dispersion steget, förblir dock en av de mest känsliga operationerna. Dels, en svag spridning kommer lämna aggregaten intakt och kan leda till en överdriven uppskattning av hF SOC; Däremot, orsaka en mycket kraftig spridning steg omfördelning av SOC över fraktioner av partiell förstörelse av organo-minaral komplex. Svag organisk-sand föreningar kan vara särskilt sårbara för denna process. Eftersom ocklusion inom aggregat och ytan sorption processer som sker längs ett kontinuum2finns ingen perfekt lösning. Energinivån i ultraljudsbehandling måste därför justeras eftertänksamt beroende på markens egenskaper. Kaiser och Berhe64 har publicerat en bra recension som föreslår en strategi för att minimera artefakter orsakat av ultraljud dispergering jordar.

Rapporterade ultraljudsbehandling energier varierar från 60 till 5.000 J·mL-1. Flera forskargrupper har rapporterat att 100 J·mL-1 kan vara tillräckligt för att förstöra macroaggregates och effektivt skingra sandiga jordar, medan 500 J·mL-1 skulle förstöra stora microaggregates och ge en rimlig spridning av reaktiva jordar63,65,66,67,68. I fysiska fraktionering system kanske komplett dispersion av silt och lera-stora aggregat inte nödvändigt, eftersom skydd mekanismen är sannolikt att bli omöjlig att skilja från sorptive stabilisering i dessa intervall. Ett rimligt mål av dispersion före storlek eller densitet fraktionering kanske störa makro-(> 250 µm) och stora mikro-(> 53 µm) aggregat. Energier 100 J·mL-1 (sandiga jordar) till 200 J·mL-1 (loamy smutsar) kan vara lämpliga val. En energi av 200 J·mL-1 kan redan extrahera en del av mikrobiella metaboliter (förment mineral-associerade)69, således användningen av högre ultraljudsbehandling energi bör omfattas av försiktighet. Mineralogically reaktiv jordar med cementerade aggregat kan dock kräva upp till 500 J·mL-1 att skingra. Det är viktigt att den spridning energin anpassas för att matcha varje jordart samt studera mål. Slutligen är det viktigt att komma ihåg att även efter förment komplett ultraljud spridning, lera och medelstora microaggregates sannolikt kvarstår70.

En svårighet med att harmonisera fysiska fraktionering tekniker är bosatt i den heterogenitet som finns i marken, särskilt i sin mineralsammansättning. Valet av täta lösningar bör göras på grundval av kända och tillfälligheter jord mineralogi, med slutmålet att isolera fraktioner som är så homogena som möjligt.

I artikeln var tät lösningen används SPT - pH 371,72. Lågt pH minimerar förluster av lösliga organiska föreningar. Dock kan densitet fraktionering utföras med olika täta lösningar. Historiskt, organiska vätskor var används (tetrabromoethane, tetraklormetan), men övergavs gradvis på vinsten av oorganiska salter (natriumjodid, SPT) på grund av toxiciteten av halogenerade kolväten och den inneboende föroreningen av mark Organics. Nuförtiden, SPT är den föredragna lösningen eftersom dess densitet kan justeras mellan 1,0 till 3,1 g·cm-3, det kan återvinnas och har en låg toxicitet (såvida inte intas)22,50. Främsta tillverkarna erbjuder ett utbud av SPT betyg skiljer sig i av kol och kväve kontaminering. För densitet fraktionering av jordar rekommenderas renaste betyget, särskilt om fraktioner skall analyseras för isotopsammansättning.

En lösning av densitet 1,6 g·cm-3 har klassiskt används för att separera ljus ekologisk från mineral-associerade fraktioner - se till exempel Golchin et al.21. Medan vissa författare har föreslagit att en densitet av 1 g·cm-3 (vatten) kan vara tillräcklig för att extrahera de flesta av den lätta fraktionen73,74, har andra föreslagna högre densitet cut-off såsom 1.62 eller 1,65 g·cm-3 baserat på idén att vissa organiska komponenter kunde Visa tätheter upp till 1.60 g·cm-3 33,75,76. Tätheter så hög som 1,85 g·cm-3 har även varit anställd50. När du väljer en densitet att skilja ljus från tunga fraktioner, bör det noteras att det finns ingen perfekt lösning. Faktiskt lägre tätheter risk tillskriva de tunga fraktionerna, medan högre tätheter risk inklusive vissa mineraler i de lätta fraktionerna vissa 'ljus' organics. Denna sista effekten kan upptäckas när observerar kolhalten i de lätta fraktionerna, med % SOC lägre än 40-45% som anger en viss mineral kontaminering.

För tunga fraktioner, preliminär analys såsom XRD kan ge insikt i mineralogyen av huvuddelen prova60 och hjälpa till att definiera densitet cut-off kunna skilja mellan mineral huvudkomponenterna i en jord, att hålla i åtanke att höga ekologiska belastningar kommer lägre tätheten av ett mineral jämfört dess teoretiska värde. Likaså för partikelstorlek separation, kan en textural analys77,78 hjälpa ange lämpliga begränsningar. Partikelstorlek separation är en särskilt attraktiv tillägg till enkel densitet fraktionering närhelst sekventiell densitet fraktionering är svårt. Detta gäller till exempel för jordar som innehåller stora mängder oxyhydroxides och lågaktivt leror, vilket resultera i provet dispersion och förhindra tydliga separationer i tunga vätskor. En partikelstorlek separation steg anges även för att separera mineraler av liknande densiteter men olika storlekar (t.ex. kvarts och illite).

Fria kalciumjoner reagerar med SPT att bilda olösliga Ca metatungstate. Förfarandet är således olämpligt för alkaliska jordar som innehåller stora mängder dåligt kristallint, pedogenic karbonater. Små mängder av låg-reaktivitet karbonater stör inte fraktioneringen så länge proverna inte lämnas i kontakt med SPT för länge. Ca metatungstate fällningar leder till en överdriven uppskattning av bråkdel massorna. Om LFs körs på en elementär analysator för C koncentration, problemet kommer att upptäckas men fraktioneringen kommer att äventyras.

Förutom dessa tekniska svårigheter härrör den grundläggande begränsningen av CSDF (eller någon fysisk fraktionering Stödordningens) från det faktum att reaktiva mineraler i marken sällan förekommer som diskret avskiljer, utan istället som beläggningar och cement. Förekomsten av mycket sorptive men mycket tunna beläggningar på annars föga reaktivt mineraler (t.ex. kvarts) kan leda till en partisk bild av organo-mineral föreningar. Det krävs således försiktighet vid tolkningen av resultaten, särskilt för jordar vars reaktivitet domineras av dåligt kristallin och oxid faser. Ytterligare karakterisering av fraktioner kan lindra sådana oklarheter. Detaljerade fysiska fraktionering metoder såsom CSDF har dock en oöverträffad förmåga att få insikt i sammansättningen av naturligt förekommande organiska-minaral komplex. Sådan insikt förväntas ge ny förståelse av biogeokemi av den största poolen med organiskt material i marken, en mineral-associerade.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Utvecklingen av denna metod stöddes av den Fond d'Investissement (FINV) av fakulteten av geosciencesna på universitetet i Lausanne. Vi erkänner Uganda nationella rådet för vetenskap och teknik och Uganda Wildlife Authority för att bevilja oss behörighet att samla in forskningsprover. Författarna ytterligare vill tacka professor Thierry Adatte för CHN och XRD analyser. Vi är tacksamma att Prof. Erika Marin-Spiotta för att tillhandahålla grundutbildning i klassisk densitet fraktionering. Vi tackar också laboratoriechef Laetitia Monbaron för hennes hjälp att säkra varor och utrustning.

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

Miljövetenskap fråga 144 jord organiskt material organo-minaral komplex tunga bråkdel ockluderad bråkdel gratis lätta fraktionen organiskt kol stabilisering natrium polytungstate smutsa mineralogi oxider silikater
Kombinerad storlek och densitet fraktionering av jordar för undersökningar av Organo-Mineral interaktioner
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