Summary
从土壤样本中去除最近沉积和不完全分解的植物材料，可减少临时季节性输入对土壤有机碳测量的影响。吸引静电表面可以用来快速去除大量的颗粒有机物。
Abstract
土壤有机碳的估计取决于土壤处理方法，包括去除未分解的植物材料。根部和植物材料与土壤的分离不足可能导致碳测量发生高度可变。去除植物材料的方法通常仅限于最大、最显眼的植物材料。在这份手稿中，我们描述了静电吸引力如何用于从土壤样本中去除植物材料。电静电表面经过接近干燥土壤时，自然会吸引未分解和部分分解的植物颗粒，以及少量的矿物和聚合土壤。土壤样本分布在平坦表面或土壤筛子上的薄层中。塑料或玻璃培养皿通过摩擦聚苯乙烯泡沫或尼龙或棉布而静电充电。带电的菜反复通过土壤。然后，将菜刷干净并充电。重新铺开土壤并重复该过程最终导致颗粒物产量下降。这个过程去除大约1%到5%的土壤样本，大约2到3倍于有机碳的比例。与其他颗粒清除方法一样，终点是任意的，并非所有免费颗粒物都被移除。这个过程大约需要5分钟，不需要化学过程，密度上市方法也是如此。静电电感一致地去除浓度高于平均 C 浓度和 C：N 比率的材料，并且大部分材料可以在显微镜下直观地识别为植物或动物材料。
Introduction
对土壤有机碳 （SOC） 的准确估计对于评估农业管理或环境所产生的变化非常重要。颗粒有机物（POM）在土壤的生态学和物理学中具有重要作用，但它往往是短暂的，并且因季节、水分条件、空气化、样品收集技术、最近的土壤管理、植被生命周期等几个因素而变化。这些暂时不稳定的来源可能会混淆对稳定和真正隔离土壤有机碳2的长期趋势的估计。
尽管 POM 定义明确、常见且重要，但与土壤分离并不容易，也不容易定量测量。颗粒有机物被测量为漂浮在液体中（光分，通常为1.4-2.2克厘米-3），或可按大小（例如，>53-250微米或>250微米）或两个3，4，5的组合。基于尺寸和密度的技术都可能影响 POM 测量4的定量和化学结果。仔细观察使用常规方法进行大小分割的土壤时，通常会发现长而窄的结构，如根部和穿过屏幕的叶片或茎片。简单地用手去除这些结构已被证明可以大大减少SC2，6的总测量，但该方法明显取决于操作员的勤奋和视觉敏锐度。POM 与土壤样本分离，因为在稠密液体7中上市时的光分数不会捕获所有 POM，在浮选过程中过度摇晃实际上可以减少从样品8中回收的光分数量。漂浮需要许多步骤，使土壤暴露在化学溶液中，这些化学溶液可以改变化学特性或溶解和去除可能感兴趣的成分。
已使用替代方法去除 POM，以避免或增加使用密集水溶液。柯克比等人6比较光分数去除使用两个上市程序干筛/赢取方法9。温诺翼是通过将一股轻流穿过一层薄薄的土壤，轻轻地将光从重的分数中移开来进行的。干筛/输赢在C、N、P和S内容方面与两种上市方法类似：然而，作者建议，干筛/温诺产生"稍微清洁"的土壤6。POM还利用静电电位10，11与土壤分离，其中有机颗粒通过在土壤上方通过静电表面进行分离。静电吸引法成功地从干燥、筛子（>0.315毫米）土壤中回收了POM，称为过程有机颗粒，其统计可重复性可与其他大小和密度分馏方法10可比。
在这里，我们演示如何使用静电吸引来去除从可见到显微大小的 POM。与其他报告的方法不同，细质土壤的静电吸引也会去除一小部分矿物和聚合土壤，这明显与剩余土壤类似。鉴于我们迄今的结果，有理由认为，清除一小部分非 POM 土壤不会对下游分析产生重大影响：但是，如果静电去除总土壤样本的很大一部分，则应验证这一假设。这里提供的方法和例子是在半干旱环境中的淤泥黄土上进行的。
这种方法可能不适合所有土壤类型，但具有快速高效去除颗粒有机物的优点，小到不能手动清除或通过气流去除。过程速度对于减少疲劳、确保一致性以及鼓励更大的复制以获得更好的结论准确性非常重要。此外，去除非常小的颗粒物的能力对于避免对较大而非小颗粒物大小的土壤的偏差非常重要。
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Protocol
1. 土壤准备
- 收集土壤样本到所需的深度。在 40 °C 或遵循实验室特定的标准协议时彻底干燥土壤。
- 通过适当大小的土壤筛筛筛土壤，获得约10-25克筛土。许多研究使用1毫米或2毫米筛子。土壤量基于下游分析所需的质量，将影响静电去除步骤需要重复的次数。
- 将土壤放入干净、干燥的金属或玻璃平底平底平底平底锅中，其大到足以使土壤扩散稀薄（直径至少 20 厘米）。轻轻摇动平底锅，使土壤尽可能薄地均匀地分布在一层薄层中。
2. 给静电表面充电
- 一手拿着直径为100毫米的玻璃或聚苯乙烯培养皿顶部或底部，用一块干净的尼龙布、棉布或聚苯乙烯泡沫大力擦擦外表面数次。执行表面充电远离样品，以防止织物碎片被引入样品。
- 检查培养皿的表面，以确保其清洁。
3. 去除颗粒有机物
- 将带电表面降低到土壤上方 0.5 厘米至 2 厘米以内，水平移动以拾取尽可能多的颗粒物。对表面的吸引力可以从视觉和声音上注意到。
- 当培养皿不再吸引额外的颗粒时，将菜从样品中移开。
4. 清洁静电表面
- 将带电表面保持在收集盘上，并用细刷将静电吸引的材料从培养皿表面转移到收集盘中。骆驼发刷效果很好。
5. 重复，直到颗粒物产量下降
- 重复步骤 2 到 4，直到拾取的有机物颗粒数量减少。通过水平摇动土壤平底锅重新分配土壤样本，以暴露表面的新材料，并继续静电收集。
注：终点是任意的，取决于研究人员的判断。在接触土壤后对带电表面的检查可直观地指示是否仍有大量有机颗粒物从土壤中去除。最终产品是颗粒物含量降低的土壤，浓缩 POM 含有少量静电去除的土壤。
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Representative Results
本文的结果表明，基于对西北太平洋农业用地淤泥土壤的分析（表1）。土壤收集到0-20厘米或0-30厘米的深度，在40°C干燥，通过2毫米筛子，并用用尼龙布充电的聚苯乙烯表面处理。
从样品中静态去除的土壤量各不相同。约1%至6%的土壤质量被移除（表2）。在所有情况下，清除的C样本总数比例都大于去除的土壤质量。此外，静电去除土壤分数的C浓度和C：N比例始终大于剩余土壤。这些因素表明，该方法减少了不完全分解的有机物质的数量。
环境条件和用于生产带电表面的材料组合影响了结果（表3）。由于表面电荷较低，静电去除方法在较潮湿的实验室环境中效果较差。静电过程的所有材料应尽可能干燥。尼龙是静电充电的好材料，因为它是无绒毛的，当与聚苯乙烯培养皿一起使用时，应产生最大的静电电荷之一12。或者，某些类型的聚苯乙烯泡沫与玻璃结合效果良好。玻璃盘和聚苯乙烯泡沫的组合比玻璃（菜）/棉或聚苯乙烯（菜）/尼龙组合去除更多的土壤和C。
无论用于表面充电的材料如何，静电处理从土壤中去除更大比例的 C，并产生与钳子/赢曳方法相比较低的 C：N 比例的样品，尽管与玻璃/泡沫的差异不大。相比之下，浮选比静电处理更有效，从样品中去除浓缩颗粒 C，如剩余样品的最低 C：N 比率和去除的分数中最大的 C：N 比率所示。
静电处理可以重复多次，尽管由于吸引到菜面的颗粒物量减少，处理将开始去除更大比例的土壤。通过从同一土壤样本（表4）中收集一系列三个静电样品来检查处理端点的效果。第一次治疗收集的C量最大，虽然以下两种治疗收集较少，但与剩余土壤相比，两种治疗在C中仍然高度丰富。C：N 比例在删除的分数中下降，表明每个连续步骤都清除了更大比例的土壤与 POM。
使用聚苯乙烯培养皿执行 ES 程序时，聚苯乙烯盘表面的划痕是可见的，这表明塑料盘中的 C 可能污染土壤样本。当ES治疗在使用聚苯乙烯盘的洗涤无C砂上进行时，即使在对同一ES分数进行四次重复处理（未显示数据）后，ES分数中也未检测到C。
最后，在五个淤泥土壤（表5）上测试了可静电从通过53微米屏幕的细淤泥大小的颗粒物质量。静电去除的分数显示颗粒有机物的富集很少。微观检查表明，POM确实存在于这些土壤的<53μm部分（图1），但数量非常小。如果细土部分（即<53 μm）所含的 POM 很少，则可以在静电处理之前去除该分数，以减少正在处理的土壤量。将土壤筛在非常精细的筛子上，如 53 μm。从筛子顶部取出土壤，放在托盘中进行静电处理，或简单地使用筛子作为托盘来传播样品。在进行化学分析之前，将细微的分数（通过筛子的土壤）返回静电处理的土壤。
| 土 | 土壤类型 | 管理 | 收集深度 | 年平均降水量（毫米） | 位置 |
| 那乌纳 | 那纳淤泥洛姆 （细淤泥， 混合， 美西奇 Xeric 阿吉亚尔波尔） | 小麦/休养 | 0-30 厘米 | 450 | 华盛顿州铂尔曼 |
| 里茨维尔-R | 里茨维尔淤泥洛姆 （粗泥， 混合， 超级活跃， 迷信钙化哈普洛塞罗） | 小麦/休养 | 0-30 厘米 | 301 | 华盛顿州里茨维尔 |
| 里茨维尔-E | 里茨维尔淤泥洛姆 （粗泥， 混合， 超级活跃， 迷信钙化哈普洛塞罗） | 小麦/休养 | 0-30 厘米 | 290 | 回声，或 |
| 瓦拉·瓦拉-M | 瓦拉瓦拉淤泥洛姆 （粗泥， 混合， 超级活跃， 迷信泰皮克哈普洛塞罗） | 小麦/休养 | 0-30 厘米 | 282 | 莫罗， 或 |
| NT-AW | 瓦拉瓦拉淤泥洛姆 （粗泥， 混合， 超级活跃， 迷信泰皮克哈普洛塞罗） | 每年不耕种冬小麦 | 0-20 厘米 | 420 | 彭德尔顿， 或 |
表1：土壤测试。 用于比较静电过程的颗粒有机物去除样本列表。
| 土壤 | 代表 | 分数 | 占总数的比例 | C | N | C：N | 估计 POM C：N | |
| 质量 | C | g 公斤-1 | ||||||
| 那乌纳 | 10 | 删除 | 0.01 (0.00) | 0.05 (0.01) | 54.02 (4.33) | 2.85 (0.15) | 18.68 (0.62) | 24.39 (0.55) |
| 剩余 | 14.52 (0.15) | 1.25 (0.01) | 11.58 (0.11) | |||||
| 里茨维尔-R | 5 | 删除 | 0.02 (0.01) | 0.08 (0.03) | 36.24 (3.29) | 2.61 (0.21) | 13.83 (0.16) | 16.01 (0.15) |
| 剩余 | 9.61 (0.24) | 0.95 (0.01) | 10.10 (0.18) | |||||
| 里茨维尔-E | 8 | 删除 | 0.02 (0.00) | 0.07 (0.01) | 36.73 (3.10) | 2.65 (0.24) | 13.89 (0.17) | 15.94 (0.32) |
| 剩余 | 7.31 (0.10) | 0.78 (0.01) | 9.40 (0.07) | |||||
| 瓦拉·瓦拉-M | 5 | 删除 | 0.02 (0.00) | 0.04 (0.00) | 15.88 (0.55) | 1.17 (0.04) | 13.54 (0.21) | 17.37 (0.91) |
| 剩余 | 7.86 (0.05) | 0.71 (0.01) | 11.15 (0.20) | |||||
| NT-AW | 6 | 删除 | 0.06 (0.01) | 0.18 (0.02) | 63.20 (9.25) | 3.81 (0.47) | 16.32 (0.50) | 19.75 (0.49) |
| 剩余 | 15.7 (0.31) | 1.40 (0.03) | 11.21 (0.09) | |||||
表2：代表删除率。 静电去除的分数（去除）中的土壤量和剩余的土壤分数在颗粒物（剩余）中减少，占总样本质量的比例和占总样本 C 的比例减少。也给出了C，N和C：N的浓度。估计 POM C：N 给出的已删除分数的计算 C：N 超过剩余部分的浓度，这大概是移除 POM 的 C：N。括号中的数字是平均值的标准误差。对方差的分析表明，已删除的 C 和 C：N（p > F 小于 0.0001）的删除大于剩余。复制表示每个值的样本复制次数。静电分离用一个聚苯乙烯盘，在筛出细分（<53微米）后，用尼龙布充电。
| 方法† | 分数 | 删除总数的比例 | C | N | C：N | |
| 质量 | C | g 公斤-1 | ||||
| ES 聚苯乙烯/尼龙 | 删除 | 0.03 (0.01) | 0.08 (0.01) | 31.34 (4.21) | 1.95 (0.15) | 15.99 (1.07) |
| 剩余 | 14.07 （0.35） ab | 1.23 （0.02） ab | 11.40 （0.18） ab | |||
| ES 玻璃/棉 | 删除 | 0.04 (0.01) | 0.10 (0.01) | 28.20 (2.32) | 1.87 (0.13) | 15.08 (0.49) |
| 剩余 | 14.12 （0.32） ab | 1.23 （0.02） ab | 11.47 （0.12） ab | |||
| ES 玻璃/泡沫 | 删除 | 0.08 (0.02) | 0.13 (0.03) | 24.59 (2.85) | 1.74 (0.11) | 14.10 (1.11) |
| 剩余 | 13.95 （0.20） bc | 1.20 （0.01） bc | 11.60 （0.15） ab | |||
| ES 玻璃/泡沫，潮湿 | 删除 | 0.05 (0.01) | 0.12 (0.02) | 31.34 (4.58) | 2.03 (0.2) | 15.40 (0.75) |
| 剩余 | 13.96 （0.36） bc | 1.23 （0.03） ab | 11.30 （0.13） b | |||
| 钳子/温诺 | 删除 | 0.03 (0.01) | 0.05 (0.01) | 25.84 (2.61) | 1.61 (0.09) | 16.10 (1.40) |
| 剩余 | 14.86 （0.57） a | 1.25 （0.04） a | 11.90 （0.42） a | |||
| 浮选， 1.7 g cm3 | 删除 | 0.01 (0.00) | 0.10 (0.01) | 141.28 (15.63) | 7.63 (0.62) | 18.50 (0.58) |
| 剩余 | 13.19 （0.58） c | 1.18 （0.02） c | 11.10 （0.50） b | |||
| 整个土壤 | 14.50 （0.52） ab | 1.25 （0.02） a | 11.60 （0.44） ab | |||
| † ES 组合被注意为菜的组成，然后是充电表面。泡沫是聚苯乙烯。 | ||||||
表3：技术比较。 使用静电吸引（ES）从萨图纳土壤中去除颗粒有机物，用力和空气手动去除可见颗粒（Forceps/winnow），并在1.7克厘米-3的碘化钠溶液上漂浮。静电吸引力是用一个多苯乙烯盘，用尼龙布，或玻璃表面用棉布或聚苯乙烯泡沫充电。玻璃/泡沫也在潮湿条件下进行了测试。手动清除颗粒物是通过在稀薄的土壤表面轻轻吹空气将其移到一边，用钳子去除可见的残留物来执行的。数据是六个复制的均值。根据图基测试在 5% 的意义级别，通用字母后面的手段没有显著差异。
| 分数 | 占总数的比例 | C | N | S | C：N | 估计 POM C：N | |
| 质量 | C | g 公斤-1 | |||||
| 1次 治疗 | 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) |
| 第二次治疗 | 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) |
| 第三次治疗 | 0.01 (0.00) | 0.03 (0.01) | 32.48 (4.68) | 2.45 (0.40) | 0.25 (0.04) | 13.4 （0.46） bc | 16.7 (1.29) |
| 剩余 | 0.60 (0.04) | 0.60 (0.04) | 12.02 (1.46) | 1.11 (0.11) | 0.14 (0.02) | 10.8 (0.29) | |
| < 53μm 分数 | 0.37 (0.04) | 0.03 (0.03) | 9.51 (1.13) | 0.96 (0.08) | 0.11 (0.02) | 9.7 (0.45) | |
表4：端点调查。 连续三次静电处理的结果，以去除颗粒有机物。平均三个样本从塔图纳土壤和一个每个从里茨维尔-R，里茨维尔-E，瓦拉瓦拉-M土壤。通过53μm筛子的土壤部分在静电处理前被移除，并单独分析。数据是六种分析的均值，括号中的标准错误。C 和 C：N 列中估计的 POM C：N. 字母产生的方差分析显示，在 p < 0.05 的连续处理之间存在显著差异。
| 土壤 | 分数 | 质量比例 | C | N | C：N | C：N 的差异 |
| g 公斤-1 | ||||||
| 里茨维尔-R | 删除 | 0.02 | 6.88 | 0.80 | 8.57 | 0.06 |
| 剩余 | 6.79 | 0.80 | 8.51 | |||
| 里茨维尔-E | 删除 | 0.02 | 6.27 | 0.70 | 8.96 | 0.87 |
| 剩余 | 6.11 | 0.76 | 8.09 | |||
| 那乌纳 | 删除 | 0.01 | 12.57 | 1.22 | 10.27 | -0.45 |
| 剩余 | 12.04 | 1.12 | 10.72 | |||
| 瓦拉·瓦拉-M | 删除 | 0.02 | 7.33 | 0.75 | 9.75 | 0.20 |
| 剩余 | 8.01 | 0.84 | 9.56 | |||
| NT-AW | 删除 | 0.01 | 13.13 | 1.25 | 10.47 | -0.12 |
| 剩余 | 13.77 | 1.30 | 10.58 | |||
表5：细土部分颗粒有机物。 在小麦种植系统五个土壤样本的细分（<53 μm）上测试静电颗粒去除。对删除与剩余方差的分析对 C 和 C：N 没有显著意义。在删除的分数中，C：N 的差异并非一贯较大。
图1：颗粒有机物的视觉识别。 NT-AW 土壤的显微镜图像为（A）整个土壤，（B）去除带电聚苯乙烯表面的分数，（C）<53 μm 土壤分数，和（D）漂浮到<53 μm 部分土壤水浆表面的材料。图像的放大倍数是 50 倍或 100 倍。使用堆栈对焦器插件（https://imagej.nih.gov/ij/plugins/stack-focuser.html）将收集的多个不同焦点的图像组合在 ImageJ 软件13 中。 请单击此处查看此图的较大版本。
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Discussion
静电吸引法有效地从淤泥土壤中去除POM。此处描述的方法与使用玻璃/棉组合的凯撒等人10 略有不同。我们处理所有，但最好的土壤分数和使用聚苯乙烯，而不是玻璃由于三聚电的差异，其中聚苯乙烯/尼龙是100 nC/J相比，玻璃/棉花在20 nC/J12。玻璃和聚苯乙烯泡沫已被证明是有效和方便的，在最近的经验。在一年中的某些季节，存储区和工作空间的相对湿度可能是某些位置的问题。此处介绍的方法是在持续低的工作空间（20% 至 30%）相对湿度。温度不会因为湿度而改变静电吸引力。
根据我们对本研究所用土壤的经验，在使用静电工艺之前，可以从样品中筛选出<53微米土壤。静电过程之前去除细小的土壤部分似乎提高了颗粒物对带电表面的吸引力。此外，我们的土壤在细土部分似乎没有大量的颗粒物，正如其低C：N比率所表明的那样。静电过程不能有效地去除土壤中存在的有机颗粒物（表5）。其他土壤的情况可能并非如此。
研究人员需要考虑他们是否愿意去除少量的矿物土壤和颗粒有机物。从理论上讲，与用于化学分析的剩余土壤样本相比，用静电部分去除的非有机颗粒物（矿物）土壤和聚合物可能具有化学差异或涂层的有机物性质不同。如果大量矿物土壤被清除，可能需要进行化学比较。
充分清除 POM 是土壤 C 估计的重要过程。静电法比其他方法（包括干燥去除和浮选）具有一定的优点。这些优势包括能够去除非常小的颗粒物，减少处理时间，并保留 POM 分数进行额外的分析。这种方法可能不适合所有土壤类型或环境条件，因此鼓励研究人员验证其特定样本和条件的方法。
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Disclosures
作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
这项工作完全由美国农业部-ARS基地资助。作者非常感谢米凯拉·凯利、卡罗琳·梅尔、亚历克斯·拉舍、埃米·克拉勒和凯瑟琳·儿子的技术帮助。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| brush, camel-hair | |||
| petri dish, glass or plastic | |||
| polystyrene foam, cotton or nylon cloth | |||
| soil | |||
| soil sieves |
References
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