Summary
הסרת חומר צמחי שהופקד לאחרונה מפורק לחלוטין מדגימות קרקע מפחיתה את ההשפעה של תשומות עונתיות זמניות על מדידות פחמן אורגניות בקרקע. משיכה למשטח טעון אלקטרוסטטי יכול לשמש כדי להסיר במהירות כמות משמעותית של חומר אורגני חלקיקי.
Abstract
אומדנים של פחמן אורגני בקרקע תלויים בשיטות עיבוד הקרקע כולל הסרת חומר צמחי שלא הוטל עליו. הפרדה לקויה של שורשים וחומר צמחי מהאדמה יכולה לגרום למדידות פחמן משתנות מאוד. שיטות להסרת החומר הצמחי מוגבלות לעתים קרובות לחומרים הצמחיים הגדולים והגלויים ביותר. בכתב יד זה אנו מתארים כיצד ניתן להשתמש באטרקציה אלקטרוסטטית כדי להסיר חומר צמחי מדגם אדמה. משטח טעון אלקטרוסטטית שעבר קרוב לאדמה יבשה מושך באופן טבעי חלקיקי צמחים לא מפורקים וחלקיים, יחד עם כמות קטנה של אדמה מינרלית ומצטברת. דגימת הקרקע מפוזרת בשכבה דקה על משטח שטוח או מסננת אדמה. צלחת פטרי פלסטיק או זכוכית טעונה אלקטרוסטטית על ידי שפשוף עם קצף פוליסטירן או ניילון או מטלית כותנה. המנה הטעונה מועברת שוב ושוב על האדמה. לאחר מכן המנה מוברשת נקייה ונטענת. הפצה מחדש של הקרקע וחזרה על ההליך בסופו של דבר גורמת לתפוקה פוחתת של חלקיקים. התהליך מסיר כ 1 עד 5% מדגם הקרקע, ועל 2 עד 3 פעמים את שיעור זה פחמן אורגני. בדומה לשיטות אחרות להסרת חלקיקים, נקודת הקצה שרירותית ולא כל החלקיקים החופשיים מוסרים. התהליך אורך כ-5 דקות ואינו דורש תהליך כימי כמו גם שיטות ציפה בצפיפות. משיכה אלקטרוסטטית מסירה באופן עקבי חומר עם ריכוז C גבוה מהממוצע ויחס C:N, וחלק גדול מהחומר יכול להיות מזוהה חזותית כחומר צמחי או פאונלי תחת מיקרוסקופ.
Introduction
הערכות מדויקות של פחמן אורגני בקרקע (SOC) חשובות בהערכת שינויים הנובעים מניהול חקלאי או מהסביבה. חומר אורגני חלקיקי (POM) יש פונקציות חשובות באקולוגיה ובפיזיקה של אדמה אבל זה לעתים קרובות קצר חי ומשתנה בהתבסס על מספר גורמים כולל העונה, תנאי לחות, aeration, טכניקות איסוף מדגם, ניהול הקרקע האחרונות, מחזור החיים צמחייה, ואחרים1. מקורות לא יציבים אלה יכולים לבלבל הערכות של מגמות ארוכות טווח באדמה יציבה ומבודדת באמת פחמן אורגני2.
למרות היותו מוגדר היטב, נפוץ, וחשוב, POM אינו מופרד בקלות מן הקרקע וגם לא קל למדוד כמותית. חומר אורגני חלקיקי נמדד ככזה שצף בנוזלים (שבר אור, בדרך כלל 1.4-2.2 גרםס"מ -3), או ככזה שניתן להפריד לפי גודל (למשל, > 53-250 מיקרומטר או > 250 מיקרומטר), או שילוב של שני3,4,5. הן טכניקות מבוססות גודל והן טכניקות מבוססות צפיפות יכולות להשפיע על התוצאות הכמותיות והכימיות של מדידת POM4. בדיקה ויזואלית קפדנית של אדמה שעברה שברי גודל בשיטות שגרתיות מגלה לעתים קרובות מבנים ארוכים וצרים כמו שורשים ורסיסים של עלה או גזע שעברו דרך המסך. כל שעליך לעשות הוא להסיר מבנים אלה ביד הוכח להפחית באופן משמעותי את המדידות של SOC הכולל2,6 אבל השיטה כפופה בעיקר חריצות חדות חזותית של המפעיל. הפרדת POM מדגם קרקע כמו שבר האור במהלך ציפה בנוזל צפוף7 אינו לוכד את כל POM, ורעידות מוגזמות במהלך תהליך הציפה יכול למעשה להפחית את כמות שבר האור התאושש מדגם8. ציפה דורשת צעדים רבים וחושפת את הקרקע לפתרונות כימיים שיכולים לשנות את המאפיינים הכימיים או להתמוסס ולהסיר מרכיבים שעשויים להיותמעניינים 4.
שיטות חלופיות להסרת POM שימשו כדי למנוע או להגדיל את השימוש בפתרונות מימיים צפופים. Kirkby, ואח'6 השווה הסרת שבר אור באמצעות שני הליכי ציפה לשיטת מסננת / winnowing יבש9. Winnowing בוצע על ידי העברת זרם קל של אוויר על פני שכבה דקה של אדמה כדי להרים בעדינות את האור מהשבר הכבד. ההטיה היבשה/winnowing בוצעה באופן דומה לשתי שיטות הציפה ביחס לתוכן C, N, P ו- S; עם זאת, המחברים מציעים כי מסננת יבשה / winnowing מיוצר "מעט נקי" קרקעות6. POM גם הופרד מאדמה באמצעות משיכה אלקטרוסטטית10,11 שבו חלקיקים אורגניים מבודדים על ידי העברת משטח טעון אלקטרוסטטית מעל הקרקע. שיטת המשיכה האלקטרוסטטית התאוששה בהצלחה POM, המכונה כמובן חלקיקים אורגניים, מן יבש, מנופה (> 0.315 מ"מ) קרקעות עם חזרה סטטיסטית דומה לשיטות אחרות של גודל ושברצפיפות 10.
כאן אנו מדגימים כיצד משיכה אלקטרוסטטית יכולה לשמש להסרת POM של גדלים החל גלוי מיקרוסקופי. שלא כמו שיטות אחרות שדווחו, משיכה אלקטרוסטטית של אדמה עדינה גם מסירה חלק קטן של אדמה מינרלית ומצטברת שהיא בבירור כמו הקרקע הנותרת. בהתחשב בתוצאות שלנו עד כה, סביר להניח כי הסרת חלק קטן של אדמה שאינה POM לא תהיה השפעה מהותית על ניתוחים במורד הזרם; עם זאת, הנחה זו צריכה להיות מאומתת עבור אדמה מסוימת אם חלקים גדולים של מדגם הקרקע הכולל מוסרים אלקטרוסטטית. השיטות והדוגמאות שסופקו כאן בוצעו על קרקעות לולה סחף מסביבה צחיחה למחצה.
שיטה זו לא יכול להיות מתאים לכל סוגי הקרקע אבל יש את היתרונות של להיות מהיר ויעיל בהסרת חומר אורגני חלקיקי קטן מדי כדי להסיר באופן ידני או על ידי זרם אוויר. מהירות התהליך חשובה בהפחתת עייפות, הבטחת עקביות ועידוד שכפול גדול יותר לדיוק טוב יותר של מסקנות. בנוסף, היכולת להסיר חלקיקים קטנים מאוד חשובה במניעת הטיה כלפי קרקעות עם גדלי חלקיקים גדולים יותר ולא קטנים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הכנת קרקע
- לאסוף דגימות אדמה לעומק הרצוי. לייבש ביסודיות את הקרקע ב 40 מעלות צלזיוס או בעקבות פרוטוקולים סטנדרטיים ספציפיים למעבדה.
- מסננים את האדמה באמצעות מסננות אדמה בגודל מתאים כדי להשיג כ 10-25 גרם של אדמה מנופה. מחקרים רבים משתמשים במסננת של 1 או 2 מ"מ. כמות הקרקע מבוססת על המסה הנדרשת לניתוחים במורד הזרם ותשפיע על מספר הפעמים שצעד ההסרה האלקטרוסטטי יצטרך לחזור על עצמו.
- מניחים את האדמה במחבת נקייה ויבשה ממתכת או זכוכית בעלת תחתית שטוחה שגדולה מספיק כדי שהאדמה תתפשט דק (בקוטר של לפחות 20 ס"מ). מנערים בעדינות את המחבת אופקית כדי לפזר את האדמה באופן שווה בשכבה דקה ככל האפשר.
2. לטעון משטח אלקטרוסטטי
- החזק זכוכית בקוטר 100 מ"מ או צלחת פטרי פוליסטירן למעלה או למטה ביד אחת ולשפשף במרץ את המשטח החיצוני עם חתיכה נקייה של בד ניילון, בד כותנה, או קצף פוליסטירן מספר פעמים. בצע את טעינת המשטח הרחק מהמדגם כדי למנוע כניסת שברי בד לדגימה.
- בדוק את פני השטח של צלחת פטרי כדי לוודא שהוא נקי.
3. הסר חומר אורגני חלקיקי
- מנמיכים את המשטח הטעון עד למרחק של 0.5 ס"מ עד 2 ס"מ מעל הקרקע ומזיזים אותו אופקית כדי לקלוט כמה שיותר חומר חלקיקי. משיכה אל פני השטח ניתן לציין ויזואלית בקול רם.
- כאשר צלחת פטרי כבר לא מושך חלקיקים נוספים, להזיז את המנה מן המדגם.
4. נקה את פני השטח האלקטרוסטטיים
- החזיקו את המשטח הטעון מעל צלחת קולקציה והשתמשו במברשת עדינה כדי להעביר את החומר הנמשך אלקטרוסטטית ממשטח צלחת פטרי לצלחת האיסוף. מברשת שיער גמלים עובדת טוב.
5. חזור על הפעולה עד שתפוקת החלקיקים תרד
- חזור על שלבים 2 עד 4 עד שמספר חלקיקי החומר האורגני הנקלטים פוחת. להפיץ מחדש את דגימת הקרקע על ידי טלטול אופקי של מחבת הקרקע כדי לחשוף חומר חדש על פני השטח ולהמשיך אוסף אלקטרוסטטי.
הערה: נקודת הקצה שרירותית ותלויה בשיקול דעתו של החוקר. בדיקה של המשטח הטעון לאחר החשיפה לאדמה נותנת אינדיקציה חזותית האם כמות משמעותית של חלקיקים אורגניים עדיין מוסרים מהאדמה. המוצרים הסופיים הם אדמה עם תכולת חלקיקים מופחתת, ו POM מרוכז המכיל כמות קטנה של אדמה שהוסרה אלקטרוסטטית.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
התוצאות המוצגות כאן מבוססות על ניתוח קרקעות סחף לואם מאתרים חקלאיים בצפון מערב האוקיינוס השקט(לוח 1). קרקעות נאספו לעומקים של 0-20 ס"מ או 0-30 ס"מ, מיובשים ב 40 מעלות צלזיוס, עברו דרך מסננת 2 מ"מ, וטופלו באמצעות משטח פוליסטירן טעון עם מטלית ניילון.
כמות הקרקע שהוסרה באופן אלקטרוסטטי מדגם השתנתה. כ-1% עד 6% מסך מסת הקרקע הוסרה (לוח 2). בכל המקרים שיעור הדגימה הכוללת שהוסרה C היה גדול יותר ממסת הקרקע שהוסרה. כמו כן, ריכוז C ויחס C:N של שבר הקרקע שהוסר באופן אלקטרוסטטי היה תמיד גדול יותר מהאדמה הנותרת. גורמים אלה מצביעים על כך שהשיטה הפחיתה את כמות החומרים האורגניים המפורקים לחלוטין.
תנאי הסביבה ושילוב החומרים המשמשים להפקת המשטח הטעון השפיעו על התוצאות (טבלה 3). שיטת ההסרה האלקטרוסטטית צפויה להיות פחות יעילה בסביבת מעבדה לחה יותר עקב מטעני משטח נמוכים יותר. כל החומרים צריכים להיות יבשים ככל האפשר לתהליך האלקטרוסטטי. ניילון הוא חומר טוב לטעינה אלקטרוסטטית מכיוון שהוא נטול מוך, וכאשר משתמשים בו עם מנות פטרי פוליסטירן, צריך לייצר את אחד המטענים האלקטרוסטטיים הגדולים ביותר12. לחלופין, סוגים מסוימים של קצף פוליסטירן לעבוד היטב בשילוב עם זכוכית. השילוב של צלחת זכוכית וקצף פוליסטירן הסיר כמות גדולה יותר של אדמה ו- C מאשר או זכוכית (צלחת)/ כותנה או פוליסטירן (צלחת)/ שילובי ניילון.
ללא קשר לחומרים המשמשים לטעינת משטח, טיפול אלקטרוסטטי הסיר חלק גדול יותר של C מהאדמה והפיק מדגם עם יחס C:N נמוך יותר בהשוואה לשיטת המלקחיים / winnowing למרות ההבדלים היו משמעותיים רק עם זכוכית / קצף. באופן יחסי, ציפה הייתה יעילה יותר מאשר טיפול אלקטרוסטטי בהסרת חלקיקים מרוכזים C מהמדגם כפי שצוין על ידי יחס C:N הנמוך ביותר של המדגם הנותר ואת C:N הגדול ביותר של השבר הוסר.
הטיפול האלקטרוסטטי יכול לחזור פעמים רבות אם כי הטיפולים יתחילו להסיר פרופורציות גדולות יותר של אדמה עקב כמויות פוחתות של חלקיקים נמשכים אל פני השטח של המנה. ההשפעות של נקודות קצה טיפוליות נבדקו על ידי איסוף סדרה של שלוש דגימות אלקטרוסטטיות אחת אחרי השנייה מאותה דגימת אדמה (טבלה 4). הטיפול הראשון אסף את הכמות הגדולה ביותר של C ולמרות ששני הטיפולים הבאים נאספו פחות, שניהם עדיין היו מועשרים מאוד ב- C בהשוואה לאדמה הנותרת. יחס C:N ירד בשבר הוסר המציין שיעור גדול יותר של אדמה POM הוסרו עם כל צעד רצוף.
בעת ביצוע הליך ES באמצעות צלחת פטרי פוליסטירן, שריטות על משטח צלחת פוליסטירן היו גלויים, מה שמרמז על האפשרות כי C מצלחת פלסטיק יכול לזהם את דגימות הקרקע. כאשר הטיפול ES בוצע על שטף, חול ללא C באמצעות צלחת פוליסטירן, לא היה C לגילוי שברי ES גם לאחר ארבעה טיפולים חוזרים ונשנים על אותו שבר ES (נתונים לא מוצגים).
לבסוף, כמות החומר החלקיקי שניתן להסיר באופן אלקטרוסטטי מהשבר הדק בגודל סחף שעבר דרך מסך 53 מיקרומטר נבדקה על חמש קרקעות לואן סחף (טבלה 5). השברים שהוסרו באופן אלקטרוסטטי הדגימו מעט מאוד העשרה של חומר אורגני חלקיקי. בדיקה מיקרוסקופית מגלה כי POM אכן קיים בחלק <53 מיקרומטר של קרקעות אלה (איור 1), אך בכמויות קטנות מאוד. אם שבר הקרקע הדק (כלומר, <53 מיקרומטר) מכיל מעט מאוד POM, שבר זה ניתן להסיר לפני טיפול אלקטרוסטטי כדי להפחית את כמות הקרקע המטופלת. מסננים את האדמה מעל מסננת עדינה מאוד, כגון 53 מיקרומטר. מוציאים את האדמה מהחלק העליון של המסננת ומניחים במגש לטיפול האלקטרוסטטי, או פשוט משתמשים במסננת כמגש להפצת הדגימה. להחזיר את השבר הדק (אדמה עברה דרך המסננת) לאדמה שטופלה אלקטרוסטטית לפני ניתוח כימי.
| אדמה | סוג אדמה | ניהול | עומק איסוף | משקעים שנתיים ממוצעים (מ"מ) | מקום |
| אותה דונה | ת'אונה סחף לואם (משובח, מעורב, זיריק ארגילבול) | חיטה/ נפילה | 0-30 ס"מ | 450 | פולמן, וושינגטון |
| ריץוויל-אר | ריץוויל סחף לואם (גס-silty, מעורב, סופראקטיבי, קלצ'ידית mesic Haploxeroll) | חיטה/ נפילה | 0-30 ס"מ | 301 | ריץוויל, וושינגטון |
| ריץוויל-אי | ריץוויל סחף לואם (גס-silty, מעורב, סופראקטיבי, קלצ'ידית mesic Haploxeroll) | חיטה/ נפילה | 0-30 ס"מ | 290 | הד, או |
| וואלה וואלה-מ | וואלה וואלה סחף לום (גס-סילטי, מעורב, סופר-אקטיבי, מסיק טיפי הפלוקסרול) | חיטה/ נפילה | 0-30 ס"מ | 282 | מורו, אור |
| NT-AW | וואלה וואלה סחף לום (גס-סילטי, מעורב, סופר-אקטיבי, מסיק טיפי הפלוקסרול) | חיטה חורפית שנתית ללא גידול | 0-20 ס"מ | 420 | פנדלטון, OR |
טבלה 1: קרקעות שנבדקו. רשימת דגימות המשמשות להשוואת התהליך האלקטרוסטטי להסרת חומר אורגני חלקיקי.
| קרקעות וקרקעות | נציגי | שבר | חלק מהסכום הכולל | C | N | C:N | POM משוער C:N | |
| מסה | C | g ק"ג-1 | ||||||
| אותה דונה | 10 | להסיר | 0.01 (0.00) | 0.05 (0.01) | 54.02 (4.33) | 2.85 (0.15) | 18.68 (0.62) | 24.39 (0.55) |
| שארית | 14.52 (0.15) | 1.25 (0.01) | 11.58 (0.11) | |||||
| ריץוויל-אר | 5 | להסיר | 0.02 (0.01) | 0.08 (0.03) | 36.24 (3.29) | 2.61 (0.21) | 13.83 (0.16) | 16.01 (0.15) |
| שארית | 9.61 (0.24) | 0.95 (0.01) | 10.10 (0.18) | |||||
| ריץוויל-אי | 8 | להסיר | 0.02 (0.00) | 0.07 (0.01) | 36.73 (3.10) | 2.65 (0.24) | 13.89 (0.17) | 15.94 (0.32) |
| שארית | 7.31 (0.10) | 0.78 (0.01) | 9.40 (0.07) | |||||
| וואלה וואלה-מ | 5 | להסיר | 0.02 (0.00) | 0.04 (0.00) | 15.88 (0.55) | 1.17 (0.04) | 13.54 (0.21) | 17.37 (0.91) |
| שארית | 7.86 (0.05) | 0.71 (0.01) | 11.15 (0.20) | |||||
| NT-AW | 6 | להסיר | 0.06 (0.01) | 0.18 (0.02) | 63.20 (9.25) | 3.81 (0.47) | 16.32 (0.50) | 19.75 (0.49) |
| שארית | 15.7 (0.31) | 1.40 (0.03) | 11.21 (0.09) | |||||
טבלה 2: שיעורי הסרה מייצגים. כמות הקרקע בשבר שהוסר באופן אלקטרוסטטי (הוסרה) ושבר הקרקע הנותר מופחת בחלקיקים (שארית) כשיעור ממסת הדגימה הכוללת וכשיעור מהמדגם הכולל C. כמו כן ניתנים הריכוזים של C, N ו- C:N. POM המשוער C:N נותן C:N מחושב של שבר הוסר עודף של הריכוזים בשארית, שהוא ככל הנראה C:N של POM הוסר. מספרים בסוגריים הם שגיאת תקן של הממוצע. ניתוח השונות הצביע על כך שהוסר היה גדול מהשארית הן עבור C והן עבור C:N (p > F של פחות מ- 0.0001). Replicates מציין את מספר השכפולים לדוגמה לכל ערך. ההפרדה האלקטרוסטטית בוצעה עם צלחת פוליסטירן טעונה במטלית ניילון לאחר שניפתה את השבר הדק (<53 מיקרומטר).
| שיטה† | שבר | חלק מהסכום הכולל הוסר | C | N | C:N | |
| מסה | C | g ק"ג-1 | ||||
| ES פוליסטירן/ניילון | להסיר | 0.03 (0.01) | 0.08 (0.01) | 31.34 (4.21) | 1.95 (0.15) | 15.99 (1.07) |
| שארית | 14.07 (0.35) ab | 1.23 (0.02) ab | 11.40 (0.18) ab | |||
| ES זכוכית / כותנה | להסיר | 0.04 (0.01) | 0.10 (0.01) | 28.20 (2.32) | 1.87 (0.13) | 15.08 (0.49) |
| שארית | 14.12 (0.32) ab | 1.23 (0.02) ab | 11.47 (0.12) ab | |||
| זכוכית ES / קצף | להסיר | 0.08 (0.02) | 0.13 (0.03) | 24.59 (2.85) | 1.74 (0.11) | 14.10 (1.11) |
| שארית | 13.95 (0.20) לפנה"ס | 1.20 (0.01) לפנה "ס | 11.60 (0.15) ab | |||
| ES זכוכית / קצף, לח | להסיר | 0.05 (0.01) | 0.12 (0.02) | 31.34 (4.58) | 2.03 (0.2) | 15.40 (0.75) |
| שארית | 13.96 (0.36) לפני הספירה | 1.23 (0.03) ab | 11.30 (0.13) b | |||
| מלקחיים/וינו | להסיר | 0.03 (0.01) | 0.05 (0.01) | 25.84 (2.61) | 1.61 (0.09) | 16.10 (1.40) |
| שארית | 14.86 (0.57) a | 1.25 (0.04) a | 11.90 (0.42) a | |||
| ציפה, 1.7 גרם cm3 | להסיר | 0.01 (0.00) | 0.10 (0.01) | 141.28 (15.63) | 7.63 (0.62) | 18.50 (0.58) |
| שארית | 13.19 (0.58) ג | 1.18 (0.02) ג | 11.10 (0.50) b | |||
| אדמה שלמה | 14.50 (0.52) ab | 1.25 (0.02) a | 11.60 (0.44) ab | |||
| שילובי ES † מצוינים כהרכב המנה ואחריו משטח הטעינה. קצף הוא פוליסטירן. | ||||||
טבלה 3: השוואת טכניקות. הסרת חומר אורגני חלקיקי מאדמת תאונה באמצעות משיכה אלקטרוסטטית (ES), הסרה ידנית של חלקיקים גלויים עם מלקחיים ואוויר (מלקחיים /winnow), וציפה על פתרון נתרן יודיד ב 1.7 גרם-3. משיכה אלקטרוסטטית בוצעה עם צלחת פוליסטירן טעונה במטלית ניילון, או משטח זכוכית טעון במטלית כותנה או קצף פוליסטירן. זכוכית / קצף נבדק גם בתנאים לחים. הסרה ידנית של חלקיקים בוצעה על ידי ניפוח עדין של אוויר על פני השטח של אדמה מפוזרת דק כדי להזיז אותו הצידה ולהסיר את השאריות הנראות לעין עם מלקחיים. נתונים הם הממוצע של שישה עותקים משוכפלים. אמצעים ואחריו אות משותפת אינם שונים באופן משמעותי על פי מבחן Tukey ברמה של 5% משמעות.
| שבר | חלק מהסכום הכולל | C | N | S | C:N | POM משוער C:N | |
| מסה | C | g ק"ג-1 | |||||
| טיפולרחוב 1 | 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) |
| טיפול2 nd | 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) |
| טיפולשלישי | 0.01 (0.00) | 0.03 (0.01) | 32.48 (4.68) | 2.45 (0.40) | 0.25 (0.04) | 13.4 (0.46) לפנה"ס | 16.7 (1.29) |
| שארית | 0.60 (0.04) | 0.60 (0.04) | 12.02 (1.46) | 1.11 (0.11) | 0.14 (0.02) | 10.8 (0.29) | |
| < שבר של 53 מיקרומטר | 0.37 (0.04) | 0.03 (0.03) | 9.51 (1.13) | 0.96 (0.08) | 0.11 (0.02) | 9.7 (0.45) | |
טבלה 4: חקירת נקודות קצה. תוצאות של שלושה טיפולים אלקטרוסטטיים רצופים להסרת חומר אורגני חלקיקי. ממוצע של שלוש דגימות מאדמת תונה ואחת מן ריץוויל-R, ריץוויל-E, וואלה וואלה-M קרקעות. שבר הקרקע שעבר דרך מסננת 53 מיקרומטר הוסר לפני טיפול אלקטרוסטטי ונותח בנפרד. נתונים הם הממוצע של ששת הניתוחים עם שגיאת התקן בסוגריים. ניתוח השונות המיוצר p = 0.06 עבור C ו- POM משוער C:N. אותיות בעמודה C:N להראות הבדלים משמעותיים בין טיפולים רצופים ב p < 0.05.
| קרקעות וקרקעות | שבר | חלק מהמסה | C | N | C:N | ההבדל ב- C:N |
| g ק"ג-1 | ||||||
| ריץוויל-אר | להסיר | 0.02 | 6.88 | 0.80 | 8.57 | 0.06 |
| שארית | 6.79 | 0.80 | 8.51 | |||
| ריץוויל-אי | להסיר | 0.02 | 6.27 | 0.70 | 8.96 | 0.87 |
| שארית | 6.11 | 0.76 | 8.09 | |||
| אותה דונה | להסיר | 0.01 | 12.57 | 1.22 | 10.27 | -0.45 |
| שארית | 12.04 | 1.12 | 10.72 | |||
| וואלה וואלה-מ | להסיר | 0.02 | 7.33 | 0.75 | 9.75 | 0.20 |
| שארית | 8.01 | 0.84 | 9.56 | |||
| NT-AW | להסיר | 0.01 | 13.13 | 1.25 | 10.47 | -0.12 |
| שארית | 13.77 | 1.30 | 10.58 | |||
טבלה 5: חומר אורגני חלקיקי בחלק הקרקע הדק. בדיקה של הסרת חלקיקים אלקטרוסטטיים על השבר הדק (<53 מיקרומטר) של חמש דגימות אדמה ממערכות חיתוך חיטה. ניתוח של שונות של הוסר לעומת השארית לא היה משמעותי עבור C ו- C:N. ההפרש ב- C:N לא היה גדול יותר באופן עקבי בשברים שהוסרו.
איור 1: זיהוי חזותי של חומר אורגני חלקיקי. תמונות מיקרוסקופיות של אדמת NT-AW כמו ( A )אדמהשלמה, (B) הסיר שבר על פני השטח פוליסטירן טעון, (C) <53 מיקרומטר שבר אדמה, ו (D) חומר שצף אל פני השטח של תרחיף מים של <53 מיקרומטר שבר אדמה. תמונות צולמו עם הגדלה של 50x או 100x. תמונות שנאספו על פני מספר מוקדים שונים שולבו בתוכנת ImageJ13 באמצעות התוסף Stack Focuser (https://imagej.nih.gov/ij/plugins/stack-focuser.html). לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
שיטת המשיכה האלקטרוסטטית הייתה יעילה בהסרת POM מקרקעות לואם הסחף. השיטה המתוארת כאן שונה במקצת מקייזר, ואח'10 שהשתמשה בשילוב של זכוכית / כותנה. טיפלנו בכל שברי הקרקע מלבד הטובים ביותר והשתמשנו בפוליסטירן ולא בזכוכית בגלל ההבדל הטריבואלקטרי, שעבור פוליסטירן / ניילון הוא 100 nC / J לעומת זכוכית / כותנה ב 20 nC / J12. קצף זכוכית ופוליסטירן הוכיחו יעילות ונוחות בחוויה עדכנית יותר. הלחות היחסית של שטח האחסון וסביבת העבודה יכולה להוות בעיה במקומות מסוימים בעונות מסוימות של השנה. המתודולוגיה שהוצגה כאן נערכה בסביבת עבודה עם נמוך באופן עקבי (20% עד 30%) לחות יחסית. הטמפרטורה לא צפויה לשנות משיכה אלקטרוסטטית ללא תלות בלחות.
מניסיוננו עם הקרקעות המשמשות למחקר זה, ניתן לסנן את אדמת <53 מיקרומטר מהמדגם לפני השימוש בתהליך האלקטרוסטטי. הסרת שבר הקרקע הדק לפני התהליך האלקטרוסטטי נראה לשפר את המשיכה של חלקיקים אל פני השטח טעון. בנוסף, נראה כי לקרקעות שלנו לא היו כמויות משמעותיות של חלקיקים בחלק הקרקע העדין, כפי שעולה מיחס ה-C:N הנמוך שלה. התהליך האלקטרוסטטי לא היה יעיל בהסרת החלקיקים האורגניים שהיו נוכחים בחלק אדמה זה (טבלה 5). זה אולי לא נכון לגבי קרקעות אחרות.
החוקרים צריכים לשקול אם הם מוכנים להסיר כמות קטנה של אדמה מינרלית יחד עם חומר אורגני חלקיקי. תיאורטית, החלקיקים הלא אורגניים (מינרלים) אדמה אגרגטים שהוסרו עם השבר האלקטרוסטטי עשויים להיות שונים מבחינה כימית או להיות מצופים בחומר אורגני בעל אופי שונה מדגם הקרקע הנותר שישמש לניתוח כימי. אם כמויות משמעותיות של אדמה מינרלית מוסרות, השוואה כימית עשויה להיות מוצדקת.
הסרה נאותה של POM הוא תהליך חשוב עבור הערכות קרקע C. לשיטה האלקטרוסטטית יש כמה יתרונות על פני שיטות אחרות, כולל הסרה יבשה וציפה. יתרונות אלה כוללים את היכולת להסיר חלקיקים קטנים מאוד, לקצר את זמן התהליך ולשמור על שבר POM לניתוחים נוספים. שיטה זו אינה מתאימה לכל סוגי הקרקע או תנאי הסביבה ולכן אנו מעודדים את החוקרים לאמת את השיטה לדגימות ולתנאים הספציפיים שלהם.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
למחברים אין מה לחשוף.
Acknowledgments
עבודה זו נתמכה אך ורק על ידי מימון בסיס USDA-ARS. המחברים מעריכים מאוד את מיקאילה קלי, קרוליין ג'יי מל, אלכס לאשר, אמי קלרר וקתרין סון על עזרתם הטכנית.
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).
