Summary
Het verwijderen van recent afgezet en onvolledig afgebroken plantenmateriaal uit bodemmonsters vermindert de invloed van tijdelijke seizoensinputs op organische koolstofmetingen in de bodem. Aantrekkingskracht op een elektrostatisch geladen oppervlak kan worden gebruikt om snel een aanzienlijke hoeveelheid organisch deeltjesmateriaal te verwijderen.
Abstract
Schattingen van organische koolstof in de bodem zijn afhankelijk van bodemverwerkingsmethoden, waaronder verwijdering van niet-afgebroken plantaardig materiaal. Onvoldoende scheiding van wortels en plantaardig materiaal van de bodem kan leiden tot zeer variabele koolstofmetingen. Methoden om het plantmateriaal te verwijderen zijn vaak beperkt tot de grootste, meest zichtbare plantaardige materialen. In dit manuscript beschrijven we hoe elektrostatische aantrekkingskracht kan worden gebruikt om plantmateriaal uit een bodemmonster te verwijderen. Een elektrostatisch geladen oppervlak dat dicht bij droge grond wordt doorgegeven, trekt van nature zowel ongedecomposeerde als gedeeltelijk ontbonden plantendeeltjes aan, samen met een kleine hoeveelheid minerale en geaggregeerde grond. Het bodemmonster wordt in een dunne laag op een vlak oppervlak of een bodemzeef verspreid. Een plastic of glazen petrischaal wordt elektrostatisch opgeladen door te wrijven met polystyreenschuim of nylon of katoenen doek. De opgeladen schotel wordt herhaaldelijk over de grond gepasseerd. De schotel wordt vervolgens schoongeborsteld en opgeladen. Het opnieuw verspreiden van de grond en het herhalen van de procedure resulteert uiteindelijk in een afnemende opbrengst van deeltjes. Het proces verwijdert ongeveer 1 tot 5% van het bodemmonster en ongeveer 2 tot 3 keer dat aandeel in organische koolstof. Net als andere methoden voor het verwijderen van deeltjes is het eindpunt willekeurig en worden niet alle vrije deeltjes verwijderd. Het proces duurt ongeveer 5 minuten en vereist geen chemisch proces, net als dichtheidsflotatiemethoden. Elektrostatische aantrekkingskracht verwijdert consequent materiaal met een hogere dan gemiddelde C-concentratie en C:N-verhouding, en veel van het materiaal kan visueel worden geïdentificeerd als plantaardig of faunamateriaal onder een microscoop.
Introduction
Nauwkeurige schattingen van organische koolstof in de bodem (SOC) zijn belangrijk bij het evalueren van veranderingen als gevolg van landbouwbeheer of het milieu. Fijnstof organisch materiaal (POM) heeft belangrijke functies in de ecologie en fysica van een bodem, maar het is vaak van korte duur en varieert op basis van verschillende factoren, waaronder seizoen, vochtomstandigheden, beluchting, monsterverzamelingstechnieken, recent bodembeheer, vegetatielevenscyclus en andere1. Deze tijdelijk onstabiele bronnen kunnen schattingen van langetermijntrends in stabiele en echt afgezonderde organische koolstof in de bodemverwarren 2.
Ondanks het feit dat POM goed gedefinieerd, gemeenschappelijk en belangrijk is, is pom niet gemakkelijk van de bodem te scheiden en is het ook niet gemakkelijk kwantitatief te meten. Organische deeltjes zijn gemeten als deeltjes die in vloeistoffen drijven (lichte fractie, meestal 1,4-2,2 g cm-3), of zoals die welke naar grootte kunnen worden gescheiden (bv. > 53-250 μm of > 250 μm), of een combinatie van de twee3,4,5. Zowel op grootte gebaseerde als op dichtheid gebaseerde technieken kunnen de kwantitatieve en chemische resultaten van POM-meting4beïnvloeden . Een zorgvuldige visuele inspectie van grond die met routinemethoden is gefractioneerd, onthult vaak lange, smalle structuren zoals wortels en stukjes blad of stengel die door het scherm zijn gegaan. Het is aangetoond dat het eenvoudig met de hand verwijderen van deze structuren de metingen van de totale SOC2,6 aanzienlijk vermindert, maar de methode is met name afhankelijk van de ijver en gezichtsscherpte van de exploitant. POM-scheiding van een bodemmonster omdat de lichte fractie tijdens flotatie in een dichte vloeistof7 niet alle POM vangt, en overmatig schudden tijdens het flotatieproces kan de hoeveelheid lichtfractie die uit een monster wordt teruggewonnen, daadwerkelijk verminderen8. Flotatie vereist vele stappen en stelt de bodem bloot aan chemische oplossingen die de chemische eigenschappen kunnen veranderen of kunnen oplossen en bestanddelen kunnen verwijderen die van belang kunnen zijn4.
Alternatieve methoden voor het verwijderen van POM zijn gebruikt om het gebruik van dichte waterige oplossingen te voorkomen of uit te breiden. Kirkby, et al.6 vergeleken lichte fractieverwijdering met behulp van twee flotatieprocedures met een droge zeef-/winnowingmethode9. Winnowing werd uitgevoerd door een lichte luchtstroom over een dunne laag grond te laten passeren om het licht voorzichtig weg te tillen van de zware fractie. De droge zeven/winnowing uitgevoerd op dezelfde manier als de twee flotatiemethoden met betrekking tot C, N, P en S inhoud; de auteurs suggereren echter dat droog zeven / winnowing "iets schonere" bodems produceerde6. POM is ook gescheiden van de bodem met behulp van elektrostatische aantrekkingskracht10,11 waarin organische deeltjes worden geïsoleerd door een elektrostatisch geladen oppervlak boven de grond te passeren. De elektrostatische aantrekkingsmethode heeft pom, ook wel natuurlijke deeltjes genoemd, met succes teruggewonnen uit gedroogde, gezeefde (> 0,315 mm) bodems met statistische herhaalbaarheid vergelijkbaar met andere methoden van grootte- en dichtheidsfractie10.
Hier laten we zien hoe elektrostatische aantrekkingskracht kan worden gebruikt om POM van groottes variërend van zichtbaar tot microscopisch te verwijderen. In tegenstelling tot andere gerapporteerde methoden verwijdert elektrostatische aantrekkingskracht van fijne grond ook een klein deel minerale en geaggregeerde grond die zichtbaar lijkt op de resterende grond. Gezien onze resultaten tot nu toe is het redelijk om aan te nemen dat het verwijderen van een klein deel van de niet-POM-grond geen substantieel effect zal hebben op de downstreamanalyses; deze veronderstelling moet echter voor een specifieke bodem worden geverifieerd als grote delen van het totale bodemmonster elektrostatisch worden verwijderd. De hier gegeven methoden en voorbeelden werden uitgevoerd op slib leem löss bodems uit een semi-droge omgeving.
Deze methode is misschien niet geschikt voor alle grondsoorten, maar heeft als voordeel dat het snel en efficiënt is in het verwijderen van deeltjes organisch materiaal dat te klein is om handmatig of door een luchtstroom te verwijderen. Processnelheid is belangrijk bij het verminderen van vermoeidheid, het waarborgen van consistentie en het aanmoedigen van meer replicatie voor een betere nauwkeurigheid van conclusies. Bovendien is het vermogen om zeer kleine deeltjes te verwijderen belangrijk om bias naar bodems met grotere in plaats van kleine deeltjesgroottes te voorkomen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Bodemvoorbereiding
- Verzamel bodemmonsters tot de gewenste diepte. Droog de grond grondig bij 40 °C of volg labspecifieke standaardprotocollen.
- Zeef de grond door grondzeven van de juiste grootte om ongeveer 10-25 g gezeefde grond te verkrijgen. Veel studies gebruiken een zeef van 1 of 2 mm. De hoeveelheid grond is gebaseerd op de massa die nodig is voor de downstreamanalyses en heeft invloed op het aantal keren dat de elektrostatische verwijderingsstap moet worden herhaald.
- Plaats de grond in een schone, droge metalen of glazen pan met platte bodem die groot genoeg is om de grond dun te verspreiden (met een diameter van ten minste 20 cm). Schud de pan voorzichtig horizontaal om de grond gelijkmatig in een zo dun mogelijke laag te verdelen.
2. Laad een elektrostatisch oppervlak op
- Houd een glas met een diameter van 100 mm of een petrischaaltje met een diameter van 100 mm in één hand en wrijf het buitenoppervlak meerdere keren krachtig in met een schoon stuk nylondoek, katoenen doek of polystyreenschuim. Voer het opladen van het oppervlak uit de buurt van het monster uit om te voorkomen dat stoffragmenten in het monster worden geïntroduceerd.
- Inspecteer het oppervlak van de Petrischaal om er zeker van te zijn dat deze schoon is.
3. Verwijder organisch materiaal van deeltjes
- Verlaag het opgeladen oppervlak tot 0,5 cm tot 2 cm boven de grond en beweeg het horizontaal om zoveel mogelijk deeltjes op te nemen. Aantrekkingskracht op het oppervlak kan visueel en hoorbaar worden opgemerkt.
- Wanneer de Petrischaal geen extra deeltjes meer aantrekt, verplaatst u de schaal uit de buurt van het monster.
4. Reinig het elektrostatische oppervlak
- Houd het opgeladen oppervlak boven een opvangschaal en gebruik een fijne borstel om het elektrostatisch aangetrokken materiaal van het petrischaaloppervlak in de opvangschaal over te brengen. Een camel hairbrush werkt goed.
5. Herhaal dit totdat de opbrengst van deeltjes afneemt
- Herhaal stap 2 tot en met 4 totdat het aantal opgepikte organische stofdeeltjes afneemt. Herverdeel het bodemmonster door horizontaal schudden van de grondpan om nieuw materiaal aan het oppervlak bloot te leggen en elektrostatische verzameling voort te zetten.
OPMERKING: Het eindpunt is willekeurig en hangt af van het oordeel van de onderzoeker. Inspectie van het geladen oppervlak na blootstelling aan de bodem geeft een visuele indicatie of er nog een aanzienlijke hoeveelheid organische deeltjes uit de bodem wordt verwijderd. De eindproducten zijn grond met een verlaagd deeltjesgehalte en geconcentreerde POM die een kleine hoeveelheid elektrostatisch verwijderde grond bevat.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De hier gepresenteerde resultaten zijn gebaseerd op de analyse van slib leembodems van landbouwlocaties in het noordwesten van de Stille Oceaan (tabel 1). Bodems werden verzameld tot een diepte van 0-20 cm of 0-30 cm, gedroogd bij 40 °C, door een zeef van 2 mm en behandeld met een polystyreenoppervlak geladen met een nylon doek.
De hoeveelheid grond die elektrostatisch uit een monster is verwijderd, varieerde. Ongeveer 1% tot 6% van de totale bodemmassa werd verwijderd (Tabel 2). In alle gevallen was het aandeel van het totale monster C dat werd verwijderd groter dan de verwijderde bodemmassa. Ook was de C-concentratie en C:N-verhouding van de elektrostatisch verwijderde bodemfractie altijd groter dan de resterende grond. Deze factoren wijzen erop dat de methode de hoeveelheid onvolledig afgebroken organische stoffen heeft verminderd.
De omgevingsomstandigheden en de combinatie van materialen die werden gebruikt om het geladen oppervlak te produceren, beïnvloedden de resultaten (tabel 3). De elektrostatische verwijderingsmethode zal naar verwachting minder effectief zijn in een vochtigere laboratoriumomgeving vanwege lagere oppervlakteladingen. Alle materialen moeten zo droog mogelijk zijn voor het elektrostatische proces. Nylon is een goed materiaal voor elektrostatisch opladen omdat het pluisvrij is en, bij gebruik met polystyreen Petri-schalen, een van de grootste elektrostatische ladingen zou moeten produceren12. Als alternatief werken sommige soorten polystyreenschuim goed in combinatie met glas. De combinatie van een glazen schaal en polystyreenschuim verwijderde een grotere hoeveelheid aarde en C dan glas(schotel)/katoen of polystyreen(schotel)/nyloncombinaties.
Ongeacht de materialen die worden gebruikt voor het opladen van het oppervlak, heeft elektrostatische behandeling een groter deel van C uit de bodem verwijderd en een monster geproduceerd met een lagere C:N-verhouding in vergelijking met de forceps/winnowing-methode, hoewel de verschillen alleen significant waren met glas/schuim. In vergelijking was flotatie effectiever dan elektrostatische behandeling bij het verwijderen van geconcentreerde deeltjes C uit het monster, zoals blijkt uit de laagste C:N-verhouding van het resterende monster en de grootste C:N van de verwijderde fractie.
De elektrostatische behandeling kan meerdere keren worden herhaald, hoewel de behandelingen grotere hoeveelheden grond zullen beginnen te verwijderen als gevolg van afnemende hoeveelheden deeltjes die naar het schoteloppervlak worden aangetrokken. De effecten van behandelingseindpunten werden onderzocht door een reeks van drie elektrostatische monsters achter elkaar uit hetzelfde bodemmonster te verzamelen (tabel 4). De eerste behandeling verzamelde de grootste hoeveelheid C en hoewel de volgende twee behandelingen minder verzamelden, waren beide nog steeds sterk verrijkt in C in vergelijking met de resterende grond. De C:N-verhouding daalde in de verwijderde fractie, wat aangeeft dat bij elke opeenvolgende stap grotere hoeveelheden grond tot POM werden verwijderd.
Bij het uitvoeren van de ES-procedure met behulp van een polystyreen petrischaal waren krassen op het oppervlak van de polystyreenschaal zichtbaar, wat suggereert dat C uit de plastic schaal de grondmonsters kan verontreinigen. Toen de ES-behandeling werd uitgevoerd op gewassen, C-vrij zand met behulp van een polystyreenschaal, was er geen detecteerbare C in ES-fracties, zelfs niet na vier herhaalde behandelingen op dezelfde ES-fractie (gegevens niet weergegeven).
Ten slotte werd de hoeveelheid deeltjesmateriaal die elektrostatisch kon worden verwijderd uit de fijne slibgroottefractie die door een scherm van 53 μm ging, getest op vijf slib leembodems (tabel 5). De elektrostatisch verwijderde fracties vertoonden zeer weinig verrijking van organisch materiaal in deeltjes. Uit microscopische inspectie blijkt dat POM wel voorkomt in de <53 μm fractie van deze bodems (figuur 1), maar in zeer kleine hoeveelheden. Als de fijne grondfractie (d.w.z. <53 μm) zeer weinig POM bevat, kan die fractie vóór elektrostatische behandeling worden verwijderd om de hoeveelheid te behandelen grond te verminderen. Zeef de grond over een zeer fijne zeef, zoals 53 μm. Verwijder de grond van de bovenkant van de zeef en plaats deze in de lade voor de elektrostatische behandeling, of gebruik de zeef gewoon als lade voor het verspreiden van het monster. Breng de fijne fractie (grond die door de zeef gaat) terug naar de elektrostatisch behandelde grond voorafgaand aan chemische analyse.
| grond | grondsoort | beheer | Collectiediepte | Gemiddelde jaarlijkse neerslag (mm) | plaats |
| Thatuna | Thatuna slib leem (fijnslib, gemengd, mesisch Xeric Argialboll) | Tarwe/braak | 0-30 cm | 450 | Pullman, WA |
| Ritzville-R | Ritzville slib leem (grof-silty, gemengd, superactief, mesic Calcidic Haploxeroll) | Tarwe/braak | 0-30 cm | 301 | Ritzville, WA |
| Ritzville-E | Ritzville slib leem (grof-silty, gemengd, superactief, mesic Calcidic Haploxeroll) | Tarwe/braak | 0-30 cm | 290 | Echo, OF |
| Walla Walla-M | Walla Walla slib leem (grofslibachtig, gemengd, superactief, mesisch Typic Haploxeroll) | Tarwe/braak | 0-30 cm | 282 | Moro, OF |
| NT-AW | Walla Walla slib leem (grofslibachtig, gemengd, superactief, mesisch Typic Haploxeroll) | Geen grondbewerking eenjarige wintertarwe | 0-20 cm | 420 | Pendleton, OF |
Tabel 1: Geteste bodems. Lijst van monsters die worden gebruikt om het elektrostatische proces voor de verwijdering van organische deeltjes te vergelijken.
| Bodem | Herhalingen | fractie | Aandeel van het totaal | C | N | C:N | Geschatte POM C:N | |
| massa | C | g kg-1 | ||||||
| Thatuna | 10 | Verwijderd | 0.01 (0.00) | 0.05 (0.01) | 54.02 (4.33) | 2.85 (0.15) | 18.68 (0.62) | 24.39 (0.55) |
| rest | 14.52 (0.15) | 1.25 (0.01) | 11.58 (0.11) | |||||
| Ritzville-R | 5 | Verwijderd | 0.02 (0.01) | 0.08 (0.03) | 36.24 (3.29) | 2.61 (0.21) | 13.83 (0.16) | 16.01 (0.15) |
| rest | 9.61 (0.24) | 0.95 (0.01) | 10.10 (0.18) | |||||
| Ritzville-E | 8 | Verwijderd | 0.02 (0.00) | 0.07 (0.01) | 36.73 (3.10) | 2.65 (0.24) | 13.89 (0.17) | 15.94 (0.32) |
| rest | 7.31 (0.10) | 0.78 (0.01) | 9.40 (0.07) | |||||
| Walla Walla-M | 5 | Verwijderd | 0.02 (0.00) | 0.04 (0.00) | 15.88 (0.55) | 1.17 (0.04) | 13.54 (0.21) | 17.37 (0.91) |
| rest | 7.86 (0.05) | 0.71 (0.01) | 11.15 (0.20) | |||||
| NT-AW | 6 | Verwijderd | 0.06 (0.01) | 0.18 (0.02) | 63.20 (9.25) | 3.81 (0.47) | 16.32 (0.50) | 19.75 (0.49) |
| rest | 15.7 (0.31) | 1.40 (0.03) | 11.21 (0.09) | |||||
Tabel 2: Representatieve verwijderingspercentages. De hoeveelheid grond in de elektrostatisch verwijderde fractie (Verwijderd) en de resterende bodemfractie verminderd in deeltjes (Rest) als percentage van de totale monstermassa en als aandeel van het totale monster C. Ook worden de concentraties C, N en C:N gegeven. De geschatte POM C:N geeft de berekende C:N van de verwijderde fractie boven de concentraties in de rest, wat vermoedelijk de C:N van de POM is. Getallen tussen haakjes zijn standaardfouten van het gemiddelde. Analyse van variantie wees uit dat Verwijderd groter was dan Rest voor zowel C als C:N (p > F van minder dan 0,0001). Repliceert geeft het aantal voorbeeld replicaties per waarde aan. De elektrostatische scheiding werd uitgevoerd met een polystyreenschaal geladen met nylon doek na het zeven van de fijne fractie (<53 μm).
| Methode† | fractie | Aandeel van het totaal verwijderd | C | N | C:N | |
| massa | C | g kg-1 | ||||
| ES polystyreen/nylon | Verwijderd | 0.03 (0.01) | 0.08 (0.01) | 31.34 (4.21) | 1.95 (0.15) | 15.99 (1.07) |
| rest | 14.07 uur ab | 1.23 (0.02) ab | 11.40 uur ab | |||
| ES glas/katoen | Verwijderd | 0.04 (0.01) | 0.10 (0.01) | 28.20 (2.32) | 1.87 (0.13) | 15.08 (0.49) |
| rest | 14.12 (0.32) ab | 1.23 (0.02) ab | 11.47 (0.12) ab | |||
| ES glas/schuim | Verwijderd | 0.08 (0.02) | 0.13 (0.03) | 24.59 (2.85) | 1.74 (0.11) | 14.10 (1.11) |
| rest | 13.95 (0.20) v.Chr. | 1.20 (0.01) bc | 11.60 uur ab | |||
| ES glas/schuim, vochtig | Verwijderd | 0.05 (0.01) | 0.12 (0.02) | 31.34 (4.58) | 2.03 (0.2) | 15.40 (0.75) |
| rest | 13.96 (0.36) v.Chr. | 1.23 (0.03) ab | 11.30 uur b | |||
| Tang/Winnow | Verwijderd | 0.03 (0.01) | 0.05 (0.01) | 25.84 (2.61) | 1.61 (0.09) | 16.10 (1.40) |
| rest | 14,86 (0,57) a | 1,25 (0,04) a | 11,90 (0,42) a | |||
| Flotatie, 1,7 g cm3 | Verwijderd | 0.01 (0.00) | 0.10 (0.01) | 141.28 (15.63) | 7.63 (0.62) | 18.50 (0.58) |
| rest | 13.19 uur c | 1,18 (0,02) c | 11.10 uur b | |||
| Hele grond | 14.50 uur ab | 1.25 (0.02) a | 11.60 (0.44) ab | |||
| † ES-combinaties worden genoteerd als de samenstelling van de schotel gevolgd door het oplaadoppervlak. Schuim is polystyreen. | ||||||
Tabel 3: Techniekvergelijking. Verwijdering van organisch materiaal van deeltjes uit Thatuna-bodem met behulp van elektrostatische aantrekkingskracht (ES), handmatige verwijdering van zichtbare deeltjes met tang en lucht (Forceps/winnow) en flotatie op natriumjodideoplossing bij 1,7 g cm-3. Elektrostatische aantrekkingskracht werd uitgevoerd met een polystyreenschaal opgeladen met een nylon doek, of een glazen oppervlak geladen met een katoenen doek of polystyreenschuim. Glas/schuim werd ook getest onder bevochtigde omstandigheden. Handmatige verwijdering van deeltjes werd uitgevoerd door zachtjes lucht over het oppervlak van een dun verspreide grond te blazen om deze naar de zijkant te verplaatsen en het zichtbare residu met een tang te verwijderen. Gegevens zijn het gemiddelde van zes replica's. Middelen gevolgd door een gemeenschappelijke letter zijn niet significant verschillend volgens de Tukey-test op het 5%-niveau van betekenis.
| fractie | Aandeel van het totaal | C | N | s | C:N | Geschatte POM C:N | |
| massa | C | g kg-1 | |||||
| 1e behandeling | 0.01 (0.00) | 0.04 (0.01) | 48.70 (6.67) | 2.93 (0.41) | 0.27 (0.03) | 16,6 (0,96) a | 21.0 (1.88) |
| 2e behandeling | 0.01 (0.00) | 0.03 (0.01) | 32.07 (3.56) | 2.30 (0.28) | 0.23 (0.03) | 14.1 (0.63) ab | 18.4 (1.89) |
| 3rd behandeling | 0.01 (0.00) | 0.03 (0.01) | 32.48 (4.68) | 2.45 (0.40) | 0.25 (0.04) | 13.4 (0.46) v.Chr. | 16.7 (1.29) |
| rest | 0.60 (0.04) | 0.60 (0.04) | 12.02 (1.46) | 1.11 (0.11) | 0.14 (0.02) | 10.8 (0.29) | |
| < fractie van 53 μm | 0.37 (0.04) | 0.03 (0.03) | 9.51 (1.13) | 0.96 (0.08) | 0.11 (0.02) | 9.7 (0.45) | |
Tabel 4: Onderzoek naar eindpunten. Resultaten van drie opeenvolgende elektrostatische behandelingen om organisch materiaal van deeltjes te verwijderen. Gemiddelde van drie monsters van de Thatuna bodem en een elk van de Ritzville-R, Ritzville-E, Walla Walla-M bodems. De bodemfractie die door een zeef van 53 μm gaat, werd vóór elektrostatische behandeling verwijderd en afzonderlijk geanalyseerd. Gegevens zijn het gemiddelde van de zes analyses met de standaardfout tussen haakjes. Analyse van de geproduceerde variantie p = 0,06 voor zowel C als geschatte POM C:N. Letters in de kolom C:N laten significante verschillen zien tussen opeenvolgende behandelingen bij p < 0,05.
| Bodem | fractie | Aandeel van de massa | C | N | C:N | Verschil in C:N |
| g kg-1 | ||||||
| Ritzville-R | Verwijderd | 0.02 | 6.88 | 0.80 | 8.57 | 0.06 |
| rest | 6.79 | 0.80 | 8.51 | |||
| Ritzville-E | Verwijderd | 0.02 | 6.27 | 0.70 | 8.96 | 0.87 |
| rest | 6.11 | 0.76 | 8.09 | |||
| Thatuna | Verwijderd | 0.01 | 12.57 | 1.22 | 10.27 | -0.45 |
| rest | 12.04 | 1.12 | 10.72 | |||
| Walla Walla-M | Verwijderd | 0.02 | 7.33 | 0.75 | 9.75 | 0.20 |
| rest | 8.01 | 0.84 | 9.56 | |||
| NT-AW | Verwijderd | 0.01 | 13.13 | 1.25 | 10.47 | -0.12 |
| rest | 13.77 | 1.30 | 10.58 | |||
Tabel 5: Fijnstof in de fijne bodemfractie. Test van de verwijdering van elektrostatische deeltjes op de fijne fractie (<53 μm) van vijf bodemmonsters van tarweteeltsystemen. Een analyse van de variantie van Verwijderd versus Rest was niet significant voor C en C:N. Het verschil in C:N was niet constant groter in de verwijderde fracties.
Figuur 1: Visuele identificatie van organisch materiaal in deeltjes. Microscopiebeelden van de NT-AW-bodem als (A) hele grond, (B) verwijderde fractie op het geladen polystyreenoppervlak, (C) <53 μm bodemfractie, en (D) materiaal dat naar het oppervlak van een watermest van de <53 μm fractiegrond zweefde. De foto's zijn gemaakt met 50x of 100x vergroting. Afbeeldingen verzameld over verschillende brandpunten werden gecombineerd in ImageJ software13 met behulp van de Stack Focuser plugin (https://imagej.nih.gov/ij/plugins/stack-focuser.html). Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De elektrostatische aantrekkingsmethode was effectief bij het verwijderen van POM uit de slib leembodems. De hier beschreven methode verschilt enigszins van Kaiser, et al.10 die een combinatie van glas/katoen gebruikten. We behandelden alles behalve de fijnste bodemfractie en gebruikten polystyreen in plaats van glas vanwege het tribo-elektrische verschil, dat voor polystyreen / nylon 100 nC / J is in vergelijking met glas / katoen bij 20 nC / J12. Glas en polystyreenschuim zijn effectief en handig gebleken in recentere ervaring. De relatieve luchtvochtigheid van de opslagruimte en werkruimte kan op sommige locaties tijdens bepaalde seizoenen van het jaar een probleem zijn. De hier gepresenteerde methodologie werd uitgevoerd in een werkruimte met consistent lage (20% tot 30%) relatieve vochtigheid. Van de temperatuur wordt niet verwacht dat deze de elektrostatische aantrekkingskracht onafhankelijk van de vochtigheid verandert.
Uit onze ervaring met de bodems die voor dit onderzoek worden gebruikt, kan de < 53 μm grond uit het monster worden gezeefd voordat het elektrostatische proces wordt gebruikt. Het verwijderen van de fijne grondfractie voorafgaand aan het elektrostatische proces leek de aantrekkingskracht van deeltjes op het geladen oppervlak te verbeteren. Bovendien bleken onze bodems geen significante hoeveelheden deeltjes in de fijne bodemfractie te hebben, zoals blijkt uit de lage C:N-verhouding. Het elektrostatische proces was niet effectief bij het verwijderen van de organische deeltjes die in deze bodemfractie aanwezig waren (tabel 5). Dit geldt misschien niet voor andere bodems.
Onderzoekers moeten overwegen of ze bereid zijn om een kleine hoeveelheid minerale grond te verwijderen, samen met organisch materiaal met deeltjes. Theoretisch kunnen de niet-organische deeltjes (minerale) grond en aggregaten die met de elektrostatische fractie worden verwijderd chemisch anders zijn of worden bedekt met organisch materiaal van een andere aard dan het resterende bodemmonster dat zal worden gebruikt voor chemische analyse. Als aanzienlijke hoeveelheden minerale grond worden verwijderd, kan een chemische vergelijking gerechtvaardigd zijn.
Adequate verwijdering van POM is een belangrijk proces voor bodem C-schattingen. De elektrostatische methode heeft enkele voordelen ten opzichte van andere methoden, waaronder droogverwijdering en flotatie. Deze voordelen omvatten de mogelijkheid om zeer kleine deeltjes te verwijderen, de procestijd te verkorten en de POM-fractie te behouden voor aanvullende analyses. Deze methode is mogelijk niet geschikt voor alle bodemtypen of omgevingsomstandigheden, dus onderzoekers worden aangemoedigd om de methode te valideren voor hun specifieke monsters en omstandigheden.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets bekend te maken.
Acknowledgments
Dit werk werd uitsluitend ondersteund door USDA-ARS-basisfinanciering. De auteurs waarderen Mikayla Kelly, Caroline J. Melle, Alex Lasher, Emmi Klarer en Katherine Son zeer voor hun technische hulp.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| brush, camel-hair | |||
| petri dish, glass or plastic | |||
| polystyrene foam, cotton or nylon cloth | |||
| soil | |||
| soil sieves |
References
- Gosling, P., Parsons, N., Bending, G. D. What are the primary factors controlling the light fraction and particulate soil organic matter content of agricultural soils. Biology and Fertility of Soils. 49 (8), 1001-1014 (2013).
- Gollany, H. T., et al. Soil organic carbon accretion vs. sequestration using physicochemical fractionation and CQESTR simulation. Soil Science Society of America Journal. 77 (2), 618-629 (2013).
- Cambardella, C. A., Gajda, A. M., Doran, J. W., Wienhold, B. J., Kettler, T. A. Assessment methods for soil carbon. Kimble, J. M., Lal, R., Follett, R. F., Stewart, B. A. , CRC Press. 349-359 (2001).
- Wander, M. Soil organic matter in sustainable agriculture. , CRC Press. 67-102 (2004).
- Curtin, D., Beare, M. H., Qiu, W., Sharp, J. Does particulate organic matter fraction meet the criteria for a model soil organic matter pool. Pedosphere. 29 (2), 195-203 (2019).
- Kirkby, C. A., et al. Stable soil organic matter: A comparison of C:N:P:S ratios in Australian and other world soils. Geoderma. 163 (3-4), 197-208 (2011).
- Strickland, T. C., Sollins, P. Improved method for separating light- and heavy-fraction organic material from soil. Soil Science Society of America Journal. 51 (5), 1390-1393 (1987).
- Golchin, A., Oades, J. M., Skjemstad, J. O., Clarke, P. Study of free and occluded particulate organic matter in soils by solid state 13C Cp/MAS NMR spectroscopy and scanning electron microscopy. Soil Research. 32 (2), 285-309 (1994).
- Theodorou, C. Nitrogen transformations in particle size fractions from a second rotation pine forest soil. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 21 (5-6), 407-413 (1990).
- Kaiser, M., Ellerbrock, R. H., Sommer, M. Separation of coarse organic particles from bulk surface soil samples by electrostatic attraction. Soil Science Society of America Journal. 73 (6), 2118-2130 (2009).
- Kuzyakov, Y., Biriukova, O., Turyabahika, F., Stahr, K. Electrostatic method to separate roots from soil. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 164 (5), 541 (2001).
- Lee, W. AlphaLab Inc., The Tribo-Electric Series. AlphaLab In, BC. (TriField.com). , Available from: http://www.trifield.com/content/tribo-electric-series (2017).
- Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nature Methods. 9 (7), 671-675 (2012).
