Elektrostatisk metode for å fjerne partikkel organisk materiale fra jord

Summary

Fjerning av nylig avsatt og ufullstendig dekomponert plantemateriale fra jordprøver reduserer påvirkningen av midlertidige sesongbaserte innganger på jord organiske karbonmålinger. Tiltrekning til en elektrostatisk ladet overflate kan brukes til raskt å fjerne en betydelig mengde partikkel organisk materiale.

Abstract

Beregninger av organisk jordkarbon er avhengig av jordbehandlingsmetoder, inkludert fjerning av ukomponert plantemateriale. Utilstrekkelig separasjon av røtter og plantemateriale fra jord kan resultere i svært variable karbonmålinger. Metoder for å fjerne plantematerialet er ofte begrenset til de største, mest synlige plantematerialene. I dette manuskriptet beskriver vi hvordan elektrostatisk tiltrekning kan brukes til å fjerne plantemateriale fra en jordprøve. En elektrostatisk ladet overflate som passerer nær tørr jord tiltrekker seg naturlig både ukomponerte og delvis nedbrutte plantepartikler, sammen med en liten mengde mineral og aggregert jord. Jordprøven er spredt i et tynt lag på en flat overflate eller en jordsikte. En petriskål av plast eller glass lades elektrostatisk ved å gni med polystyrenskum eller nylon eller bomullsklut. Den ladede parabolen overføres gjentatte ganger over jorda. Retten børstes deretter ren og lades opp. Re-spredning av jorda og gjenta prosedyren resulterer til slutt i et avtagende utbytte av partikler. Prosessen fjerner ca 1 til 5% av jordprøven, og ca 2 til 3 ganger den andelen i organisk karbon. Som andre partikkelfjerningsmetoder er endepunktet vilkårlig og ikke alle frie partikler fjernes. Prosessen tar ca. 5 min og krever ikke en kjemisk prosess som tetthetsflotasjonsmetoder. Elektrostatisk tiltrekning fjerner konsekvent materiale med høyere enn gjennomsnittlig C-konsentrasjon og C:N-forhold, og mye av materialet kan identifiseres visuelt som plante- eller faunamateriale under et mikroskop.

Introduction

Nøyaktige estimater av jord organisk karbon (SOC) er viktige for å evaluere endringer som følge av landbruksforvaltning eller miljø. Partikkel organisk materiale (POM) har viktige funksjoner i jordens økologi og fysikk, men det er ofte kortvarig og varierer basert på flere faktorer, inkludert sesong, fuktighetsforhold, lufting, prøveinnsamlingsteknikker, nyere jordforvaltning, vegetasjonslivssyklus og andre¹. Disse tidsmessig ustabile kildene kan forvirre estimater av langsiktige trender i stabil og virkelig beslaglagt jord organisk karbon².

Til tross for å være veldefinert, vanlig og viktig, er POM ikke lett skilt fra jord, og det er heller ikke lett å måle kvantitativt. Svevestøv organisk materiale har blitt målt som det som flyter i væsker (lett brøkdel, vanligvis 1,4-2,2 g cm^-3), eller som det som kan skilles etter størrelse (f.eks. > 53-250 μm eller > 250 μm), eller en kombinasjon av de to^3,4,5. Både størrelsesbaserte og tetthetsbaserte teknikker kan påvirke de kvantitative og kjemiske resultatene av POM-måling⁴. En nøye visuell inspeksjon av jord som har blitt størrelsesfraksjonert ved hjelp av rutinemetoder, avslører ofte lange, smale strukturer som røtter og slivers av blad eller stamme som har gått gjennom skjermen. Bare å fjerne disse strukturene for hånd har vist seg å redusere målinger av total SOC²,^{6 betydelig,}men metoden er spesielt gjenstand for operatørens flid og synsskarphet. POM-separasjon fra en jordprøve som lysfraksjon under flotasjon i en tett væske⁷ fanger ikke opp all POM, og overdreven risting under flotasjonsprosessen kan faktisk redusere mengden lysfraksjon som gjenopprettes fra en prøve⁸. Flotasjon krever mange trinn og utsetter jorda for kjemiske løsninger som kan endre de kjemiske egenskapene eller oppløse og fjerne bestanddeler som kan være av interesse⁴.

Alternative metoder for fjerning av POM har blitt brukt for å unngå eller forsterke bruken av tette vandige løsninger. Kirkby, et al.⁶ sammenlignet lett brøkfjerning ved hjelp av to flyteprosedyrer til en tørr sikting / winnowing-metode⁹. Winnowing ble utført ved å passere en lett luftstrøm over et tynt lag jord for forsiktig å løfte bort lyset fra den tunge brøkdelen. Den tørre siktingen/winnowing utført på samme måte som de to flytemetodene med hensyn til C-, N-, P- og S-innhold; Forfatterne foreslår imidlertid at tørr sikting / winnowing produserte “litt renere” jord⁶. POM har også blitt skilt fra jord ved hjelp av elektrostatisk tiltrekning^10,11 der organiske partikler er isolert ved å passere en elektrostatisk ladet overflate over jorda. Den elektrostatiske tiltrekningsmetoden gjenvunnet VELLYKKET POM, referert til som kurs organiske partikler, fra tørket, siktet (> 0,315 mm) jord med statistisk repeterbarhet som kan sammenlignes med andre metoder for størrelse og tetthet fraksjonering¹⁰.

Her demonstrerer vi hvordan elektrostatisk tiltrekning kan brukes til å fjerne POM av størrelser som spenner fra synlig til mikroskopisk. I motsetning til andre rapporterte metoder fjerner elektrostatisk tiltrekning av fin jord også en liten del av mineral og aggregert jord som er synlig som den gjenværende jorda. Gitt våre resultater til dags dato, er det rimelig å anta at fjerning av en liten del av ikke-POM jord ikke vil ha noen vesentlig effekt på nedstrømsanalysene; Denne antagelsen bør imidlertid verifiseres for en bestemt jord hvis store deler av den totale jordprøven fjernes elektrostatisk. Metodene og eksemplene som ble gitt her ble utført på silt loam loess jord fra et halvtørrt miljø.

Denne metoden er kanskje ikke egnet for alle jordtyper, men har fordelene ved å være rask og effektiv i å fjerne svevestøv organisk materiale for lite til å fjerne manuelt eller med en luftstrøm. Prosesshastighet er viktig for å redusere tretthet, sikre konsistens og oppmuntre til større replikering for bedre nøyaktighet av konklusjoner. I tillegg er evnen til å fjerne svært små partikler viktig for å unngå skjevhet mot jord med større i stedet for små partikkelstørrelser.

Protocol

1. Jordforberedelse Samle jordprøver til ønsket dybde. Tørk jorda grundig ved 40 °C eller etter laboratoriespesifikke standardprotokoller. Sikt jorda gjennom passende jordsikter for å oppnå ca. 10-25 g siktet jord. Mange studier bruker en 1- eller 2 mm sikt. Mengden jord er basert på massen som kreves for nedstrømsanalysene og vil påvirke antall ganger det elektrostatiske fjerningstrinnet må gjentas. Legg jorda i en ren, tørr metall eller glass flatbunnet panne som er stor nok til…

Representative Results

Resultatene som presenteres her er basert på analyse av silt loam jord fra landbrukssteder i Stillehavet Nordvest (Tabell 1). Jord ble samlet til dybder på 0-20 cm eller 0-30 cm, tørket ved 40 °C, passert gjennom en 2 mm sil og behandlet med en polystyrenoverflate ladet med en nylonklut. Mengden jord elektrostatisk fjernet fra en prøve varierte. Omtrent 1% til 6% av den totale jordmassen ble fjernet (<stron…

Discussion

Den elektrostatiske tiltrekningsmetoden var effektiv for å fjerne POM fra silt loam jord. Metoden som er beskrevet her er litt forskjellig fra Kaiser, et al.¹⁰ som brukte en kombinasjon av glass / bomull. Vi behandlet alle unntatt den fineste jordfraksjonen og brukte polystyren i stedet for glass på grunn av triboelektrisk forskjell, som for polystyren / nylon er 100 nC / J sammenlignet med glass / bomull ved 20 nC / J¹². Glass og polystyrenskum har vist seg å være effe…

Materials

brush, camel-hair
petri dish, glass or plastic
polystyrene foam, cotton or nylon cloth
soil
soil sieves