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कृषि मृदा में संशोधित सिलिकेट खनिजों के अपक्षय के कारण पेडोजेनिक इनऑर्गेनिक कार्बन संचय की निगरानी करना।

Published: June 4, 2021 doi: 10.3791/61996
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1
1School of Engineering, University of Guelph
* These authors contributed equally

Summary

यहां वर्णित सत्यापन विधि क्षारीय पृथ्वी धातु सिलिकेट युक्त चट्टानों, जैसे वुलस्टनिट, बेसाल्ट और ओलिवाइन के साथ संशोधित विभिन्न कृषि मिट्टी में पीडोजेनिक अकार्बनिक कार्बन ज़ब्ती की निगरानी के लिए अनुकूलनीय है। इस प्रकार का सत्यापन कार्बन क्रेडिट कार्यक्रमों के लिए आवश्यक है, जो किसानों को लाभ पहुंचा सकता है जो उनके खेतों में कार्बन को तनहा करते हैं।

Abstract

वर्तमान अध्ययन का उद्देश्य कृषि मिट्टी में कमिनौट चट्टानों के बढ़े हुए अपक्षय से प्रेरित अकार्बनिक कार्बन की निगरानी के लिए एक व्यवस्थित प्रक्रिया प्रदर्शित करना है । इस उद्देश्य के लिए, विभिन्न गहराई (0-15 सेमी, 15-30 सेमी, और 30-60 सेमी प्रोफाइल सहित) पर लिए गए कोर मिट्टी के नमूने एक कृषि क्षेत्र से एकत्र किए जाते हैं, जिसका टॉपसॉइल पहले से ही खनिज युक्त क्षारीय पृथ्वी धातु सिलिकेट (जैसे वोल्लस्टोनिट) से समृद्ध किया गया है। प्रयोगशाला तक पहुंचाने के बाद मिट्टी के नमूने हवा में सुखाने और छलनी किए जाते हैं। फिर, नमूनों की अकार्बनिक कार्बन सामग्री कैल्शियम नामक वॉल्यूमेट्रिक विधि द्वारा निर्धारित की जाती है। यहां प्रस्तुत प्रतिनिधि परिणामों में नियंत्रण मिट्टी की तुलना में सीए-सिलिकेट के साथ संशोधित मिट्टी में अकार्बनिक कार्बन सामग्री की पांच जोड़ वृद्धि दिखाई गई । यह रचनात्मक परिवर्तन संशोधित मिट्टी में पीएच वृद्धि की 1 से अधिक इकाई के साथ था, जिसका अर्थ है सिलिकेट का उच्च विघटन। खनिज और रूपात्मक विश्लेषण, साथ ही मौलिक संरचना, सिलिकेट-संशोधित मिट्टी की अकार्बनिक कार्बन सामग्री में वृद्धि को और अधिक पुष्ट करता है। इस अध्ययन में प्रस्तुत नमूना और विश्लेषण विधियों को शोधकर्ताओं और पेशेवरों द्वारा मिट्टी और उप-मिट्टी में पीडोजेनिक अकार्बनिक कार्बन परिवर्तनों का पता लगाने की तलाश में अपनाया जा सकता है, जिसमें बेसाल्ट और ओलिवाइन जैसे अन्य उपयुक्त सिलिकेट चट्टानों के साथ संशोधित किए गए लोग शामिल हैं। इन तरीकों को प्रमाणित करने और कार्बन क्रेडिट पुरस्कार के लिए निजी और सरकारी संस्थाओं द्वारा मिट्टी अकार्बनिक कार्बन ज़ब्ती की पुष्टि करने के लिए उपकरण के रूप में भी शोषण किया जा सकता है ।

Introduction

सीओ2 एक प्रमुख ग्रीनहाउस गैस (जीएचजी) है, और वातावरण में इसकी एकाग्रता लगातार बढ़ रही है। प्रीइंडस्ट्रियल ग्लोबल एवरेज सीओ2 प्रति मिलियन (पीपीएम) लगभग 315 भाग था, और अप्रैल 2020 तक, वायुमंडलीय सीओ2 एकाग्रता 416 पीपीएम से अधिक हो गई, इसलिए ग्लोबल वार्मिंग1का कारण बना। इसलिए, वातावरण में इस गर्मी को फंसाने वाले जीएचजी की एकाग्रता को कम करना महत्वपूर्ण है। सोकोलो2 ने सुझाव दिया है कि2070 तक वायुमंडलीय सीओ 2 से 500 पीपीएम की एकाग्रता को स्थिर करने के लिए, नौ 'स्थिरीकरण वेजेज' की आवश्यकता होगी, जहां प्रत्येक स्थिरीकरण कील एक व्यक्तिगत शमन दृष्टिकोण है, जो उत्सर्जन में कमी में प्रति वर्ष 3.67 जीटी सीओ2 ईक्यू प्राप्त करने के लिए आकार देता है।

संयुक्त राष्ट्रजलवायु परिवर्तन सम्मेलन 20153में शुरू किए गए मिशन इनोवेशन इनिशिएटिव द्वारा अनुशंसित कार्बन कैप्चर एंड स्टोरेज (सीसीएस) वायुमंडल से सीओ 2 को कम करने के लिए मुख्य तकनीक है। वायुमंडलीय सीओ2पर कब्जा करने के लिए, उपलब्ध तीन मुख्य भंडारण विकल्प महासागर भंडारण, भूवैज्ञानिक भंडारण और खनिज कार्बोनेशन4हैं। खनिज कार्बोनेशन पर ध्यान केंद्रित करते हुए, सीओ2 को क्षारीय पृथ्वी धातुओं, मुख्य रूप से कैल्शियम और मैग्नीशियम से भरपूर सिलिकेट को भूवैज्ञानिक समय-सीमा (लाखों वर्षों में) 5 के लिए थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर कार्बोनेट में परिवर्तित करके संग्रहीत कियाजाताहै। उदाहरण के लिए, ओलिवाइन, पायरोक्सीन और टेढ़ा समूह खनिजों में खनिज कार्बोनेशन से गुजरने की क्षमताहै 6; हालांकि, सामान्य परिस्थितियों में, ये प्रतिक्रियाएं धीमी प्रतिक्रिया गतिज द्वारा सीमित हैं। इसलिए, परिवेश की स्थितियों के तहत प्रक्रिया को गति देने के लिए, इन सिलिकेट के पतले कमिंक (कुचल/मिल्ड) रूपों को कृषि मिट्टी पर लागू किया जा सकता है, एक प्रक्रिया जिसे स्थलीय संवर्धित अपक्षय 7 के रूप में संदर्भित कियाजाताहै। मिट्टी सीओ2को स्टोर करने के लिए एक प्राकृतिक सिंक है, वर्तमान में 2500 जीटी कार्बन के लिए एक जलाशय है, जो वायुमंडलीय जलाशय (800 जीटी कार्बन)8से तीन बार है। मिट्टी और उप-मिट्टी में पीडोजेनिक प्रक्रियाएं वायुमंडलीय सीओ 2 को दो प्रमुख प्राकृतिकरास्तों द्वारा विनियमित करती हैं, अर्थात् कार्बनिक पदार्थ चक्र और क्षारीय पृथ्वी धातु खनिजों के अपक्षय, कार्बनिक और अकार्बनिक कार्बन पूल को प्रभावित करते हुए, क्रमशः9।

यह अनुमान लगाया गया है कि वायुमंडलीय सीओ 2 का लगभग1.1 जीटी रासायनिक चट्टान के माध्यम से खनिज है जो सालाना10होते हैं । कैल्शियम और मैग्नीशियम (जैसे, बेसाल्ट) से भरपूर सिलिकेट चट्टानोंको9,11, 12में वृद्धि के लिए प्राथमिक फीडस्टॉक्स मानाजाताहै। एक बार कुचल सिलिकेट युक्त खनिजों को कृषि क्षेत्रों पर लागू किया जाता है, वे मिट्टी के पोरवॉटर में घुलेसीओ 2 के साथ प्रतिक्रिया करना शुरू करते हैं, जो स्थिर कार्बोनेट11,13के खनिज वर्षा के साथ समाप्त होता है। ओलिवाइन14,15,वुल्स्टनिट (CaSiO3)13,डोलेराइट, और बेसाल्ट16 खनिजों में से हैं जिन्होंने पिछले अध्ययनों में बढ़ी हुई अपक्षय के माध्यम से कार्बन ज़ब्ती क्षमता का प्रदर्शन किया है। अधिक उपलब्धता के बावजूद, और इसलिए संभवतः मैग्नीशियम सिलिकेट की अधिक सीओ2 ज़ब्ती क्षमता, सीआर और नी लीचिंग के परिणामस्वरूप उनके संभावित पर्यावरणीय प्रभाव के कारण क्रॉपलैंड्स में बढ़ी हुई अपक्षय के लिए उनके आवेदन के बारे में चिंताएं हैं और asbestiform कणों की संभावित उपस्थिति11,15,17,18। कैल्शियम युक्त सिलिकेट के रूप में, वुलस्टनिट को इस प्रक्रिया के लिए एक प्रमुख उम्मीदवार के रूप में अपनी उच्च प्रतिक्रियाशीलता, सरल रासायनिक संरचना के कारण रेखांकित किया जाता है, पर्यावरण की दृष्टि से सौम्य होने के साथ-साथ सीए आयनों के कमजोर संबंध के कारण कार्बोनेट के उत्पादन को सुविधाजनक बनाना12,19,20,21। Wollastonite कि किंग्स्टन, ओंटारियो, कनाडा में खनन किया जाता है, और वर्तमान में कृषि अनुप्रयोगों के लिए कनाडा के Wollastonite द्वारा व्यावसायीकरण है, खतरनाक धातुओं के ऊंचा स्तर शामिल नहीं है । दुनिया भर में वुलस्टनिट भंडार १०० मीट्रिक टन से अधिक होने का अनुमान है, जिसमें चीन, भारत, अमेरिका, मेक्सिको, कनाडा और फिनलैंड शीर्ष उत्पादक देशों के रूप में22हैं ।

मिट्टी के स्वास्थ्य को बढ़ावा देने के लिए सिलिकेट खनिज के बेहतर अपक्षय की गणना की जाती है, विशेष रूप से फसल उपज में वृद्धि और पौधों की वृद्धि में सुधार, जिससे सिंथेटिक उर्वरकों के आवेदन में संभावित कमी आती है, जो जीएचजी उत्सर्जन में कमी11,18,19में योगदान दे सकती है। पिछले अध्ययनों से यह सूचित किया गया है कि मिट्टी में सीए युक्त सिलिकेट खनिजों का अनुप्रयोग मृदा माध्यम में अम्लता को बेअसर करने के लिए बुनियादीता की आपूर्ति करता है, जो फसल उत्पादन23,24,25के पक्ष में है । यह विषाक्त धातुओं के जुड़ाव, अम्लीय स्थितियों के लिए अतिसंवेदनशील, और बढ़ी हुई अपक्षय को मिट्टी कार्बनिक पदार्थ वेतन वृद्धि11के माध्यम से कटाव के लिए उपयोगी हो सकता है।

समीकरण 1-3 बताते हैं कि कैसे अकार्बनिक कार्बोनेट के रूप में पीडोजेनिक कार्बन ज़ब्ती वुलस्टनिट के साथ मिट्टी में संशोधन करके संभव है। परिवेश सीओ2 वर्षा जल के माध्यम से मिट्टी में प्रवेश करता है या कार्बनिक यौगिकों को अपमानजनक माइक्रोबियल गतिविधि द्वारा मिट्टी में उत्पादित किया जाता है। एक बार मिट्टी के पोरवॉटर के संपर्क में आने के बाद कार्बोनिक एसिड बनता है, जो बाइकार्बोनेट और प्रोटोन (समीकरण 1) बनाने के लिए अलग हो जाता है। पौधों की उपस्थिति में, साइट्रिक एसिड और मलेक एसिड जैसे रूट एक्सयूलेट जारी किए जाते हैं, जो सिस्टम में प्रोटॉन भी प्रदान करते हैं। ये प्रोटॉन सीए आयनों को जारी करने और असंगत सिलिका (समीकरण 2) को पीछे छोड़ने के माध्यम से मिट्टी में वुलस्टनिट के विघटन की सुविधा प्रदान करते हैं। जारी सीए आयन अंततः कार्बोनेट (क्रिस्टलीय कैल्साइट या अन्य किस्मों, भू-रासायनिक स्थितियों के आधार पर) (समीकरण 3) के रूप में उपजी करने के लिए बाइकार्बोनेट के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। यह गठन कैल्शियम कार्बोनेट मिट्टी अकार्बनिक कार्बन (एसआईसी) अंश26का हिस्सा बन जाता है ।

परिवेश सीओ2 समाधान:

2CO2 (g) + 2H2O(l) ↔ 2H2CO3 (aq) ↔ 2HCO3- + 2H+ (1)

वुलस्टनिट विघटन (कार्बोनिक एसिड और रूट एक्सयूलेट्स के वियोजन से एच+):

CaSiO3 (s) + 2 H+ → Ca2 + + H2O(l) + एसआईओ2 (एएस) (2)

पेडोजेनिक अकार्बनिक कार्बोनेट वर्षा:

Ca2+ + 2 HCO3- → CaCO3 (s)↓ + एच 2O(एल) + सीओ2 (जी) (3)

हमारे हाल के काम में, कृषि मिट्टी के लिए wollastonite के आवेदन के माध्यम से बढ़ाया अपक्षय, एक चूना पत्थर वैकल्पिक संशोधन के रूप में, कैटो तेल में CaCO3 वर्षा के लिए प्रभावी पाया गया है, दोनों प्रयोगशाला और क्षेत्र तराजू पर, और कम (कुछ महीने) और लंबे (3 साल) शर्तों पर । क्षेत्र के अध्ययनों में, रासायनिक और खनिज वैज्ञानिक आकलन से पता चला है कि एसआईसी सामग्री आनुपातिक रूप से वुलस्टनिट आवेदन खुराक (टन-हेक्टेयर-1)13)के लिए बढ़ जाती है। प्रयोगशाला अध्ययनों में, खनिज विश्लेषण ने कार्बन ज़ब्ती19के कारण पीडोजेनिक कार्बोनेट की उपस्थिति दिखाई। मिट्टी में पीडोजेनिक कार्बोनेट गठन कई कारकों पर निर्भर करता है, सबसे विशेष रूप से: स्थलाकृति, जलवायु, सतह वनस्पति, मिट्टी बायोटिक प्रक्रियाएं, और मिट्टी भौतिक रसायन गुण27। हमारे पिछले अध्ययन23 पौधों की भूमिका निर्धारित (एक फलीदार संयंत्र (हरी बीन) और एक गैर-फलीदार संयंत्र (मकई)) वुलस्टनिट अपक्षय और मिट्टी में अकार्बनिक कार्बोनेट गठन पर। मिट्टी और उप-तेलों में पीडोजेनिक कार्बन निर्माण और प्रवास पर हमारे चल रहे शोध में कृषि मृदा में मिट्टी कार्बोनेट के भाग्य की जांच करना शामिल है, जो पहले विभिन्न गहराई और समय के साथ खनिज अपक्षय के कारण टॉपसॉइल में बनता है। जमानियन एट अल27के अनुसार, स्वाभाविक रूप से होने वाला पीडोजेनिक कार्बोनेट क्षितिज सतह से आगे पाया जाता है क्योंकि स्थानीय वर्षा की दर बढ़ जाती है, इस क्षितिज के शीर्ष आमतौर पर सतह से नीचे कुछ सेंटीमीटर से ३०० सेमी के बीच दिखाई देता है । मिट्टी के पानी के संतुलन, मौसमी गतिशीलता, मूल सामग्री में प्रारंभिक कार्बोनेट सामग्री, मृदा भौतिक गुणों जैसे अन्य परिवेश और मिट्टी के पैरामीटर भी इस घटना की गहराई को प्रभावित करते हैं27। इस प्रकार सिलिकेट के बढ़े हुए अपक्षय के परिणामस्वरूप एसआईसी के मूल और वृद्धिशील स्तरों की सटीक समझ प्राप्त करने के लिए सभी अवसरों पर पर्याप्त गहराई तक मिट्टी का नमूना लेना महत्वपूर्ण है।

फील्ड स्केल पर, एक महत्वपूर्ण सीमा सिलिकेट मृदा संशोधनों की कम आवेदन दरों का उपयोग है। चूंकि मिट्टी और पौधों के स्वास्थ्य पर कई सिलिकेट (जैसे वुलस्टनिट और ओलिवाइन) के प्रभाव पर सीमित ज्ञान है, इसलिए वाणिज्यिक उत्पादक उच्च आवेदन दरों का परीक्षण करने से बचते हैं जिसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण कार्बन ज़ब्ती हो सकती है। इस तरह के कम आवेदन दरों के परिणामस्वरूप, साथ ही फसल के खेतों के बड़े क्षेत्र, आमतौर पर सामना करने वाली एक शोध चुनौती एसआईसी में परिवर्तन निर्धारित करना है जब मूल्य अपेक्षाकृत कम होते हैं, और रूपात्मक और खनिज परिवर्तनों का अध्ययन करने के लिए मिट्टी से सिलिकेट अनाज और अपक्षय उत्पादों को ठीक और अलग करना होता है। हमारे पिछले काम में, हमने बताया कि कैसे वुलस्टनिट-संशोधित मिट्टी (सिविंग का उपयोग करके) के भौतिक अंश ने अपक्षय प्रक्रिया की बेहतर समझ को सक्षम किया, विशेष रूप से पीडोजेनिक कार्बोनेट28का गठन और संचय। तदनुसार, मिट्टी के महीन अंश में वुलस्टनिट और अपक्षय उत्पादों की उच्च सामग्री का पता लगाया गया, जिसने विश्लेषण के दौरान यथोचित उच्च मूल्य प्रदान किए, जिससे अधिक सटीक और विश्वसनीय परिणाम सुनिश्चित होते हैं। निष्कर्ष सिलिकेट-संशोधित मिट्टी में तनहा कार्बन संचय के विश्वसनीय अनुमान के लिए, सिविंग या अन्य अलगाव साधनों के माध्यम से भौतिक अंश का उपयोग करने के महत्व को उजागर करते हैं । हालांकि, आंशिकता की डिग्री मिट्टी से मिट्टी और सिलिकेट से सिलिकेट तक भिन्न हो सकती है, इसलिए इस पर आगे शोध किया जाना चाहिए।

एसआईसी का सटीक माप एक मानक और वैज्ञानिक प्रक्रिया स्थापित करने के लिए महत्वपूर्ण है जिसे मिट्टी के समय और गहराई के साथ एसआईसी और (और कार्बनिक कार्बन) के विकास का विश्लेषण करने में रुचि रखने वाले विभिन्न शोधकर्ताओं द्वारा अपनाया जा सकता है। इस तरह की पद्धति किसानों को अपने क्षेत्र की मिट्टी में एसआईसी गठन के परिणामस्वरूप कार्बन क्रेडिट का दावा करने में सक्षम बनाती है । निम्नलिखित प्रोटोकॉल विस्तार से वर्णन करता है: (1) मिट्टी के सिलिकेट संशोधन के बाद उपयोग की जाने वाली मिट्टी के नमूने की विधि, जो विश्लेषण किए गए मिट्टी डेटा के सांख्यिकीय महत्व के लिए है; (2) एक मृदा अंश विधि जो बढ़ी हुई सिलिकेट अपक्षय के परिणामस्वरूप पीडोजेनिक अकार्बनिक कार्बोनेट पूल में परिवर्तनों की मात्रा की सटीकता में सुधार करती है, और (3) गणना चरणों का उपयोग मिट्टी के सिलिकेट संशोधन के परिणामस्वरूप एसआईसी ज़ब्ती दर निर्धारित करने के लिए किया जाता है । इस प्रदर्शन के उद्देश्य के लिए, कनाडा के वुलस्टनिट से प्राप्त वुलस्टनिट को कृषि मिट्टी पर लागू सिलिकेट खनिज माना जाता है, और कृषि मिट्टी को दक्षिणी ओंटारियो के खेत में पाए जाने वाले लोगों के समान माना जाता है।

वुलस्टनिट के साथ कृषि मिट्टी में संशोधन से जुड़ी प्रक्रिया (उदाहरण के लिए, प्रति हेक्टेयर लागू करने के लिए वुलस्टनिट की मात्रा का निर्धारण करना, और इसे मिट्टी पर फैलाने की विधि) हमारे पिछले अध्ययन13में वर्णित किया गया था। हमारे पूर्व और वर्तमान कार्य में अध्ययन क्षेत्र आयताकार भूखंड है; इसलिए, प्रत्यक्ष यादृच्छिक नमूना विधि ऐसे अध्ययनों के लिए उपयुक्त है। यह एक आमतौर पर इसकी कम लागत, कम समय की आवश्यकता, और पर्याप्त सांख्यिकीय अनिश्चितता प्रदान करने की क्षमता के कारण इस्तेमाल किया विधि है । इसी प्रकार, विभिन्न क्षेत्र की स्थितियों और वांछित सांख्यिकीय महत्व के स्तर के आधार पर, जोनल या ग्रिड नमूना विधियों का भी उपयोग किया जा सकता है। नमूना पूर्वाग्रह के परिणामस्वरूप सांख्यिकीय अनिश्चितता को कम करने के लिए मिट्टी के नमूने में सटीकता आवश्यक है। जब आंकड़ों का उपयोग किया जाता है, तो 95% से कम आत्मविश्वास प्राप्त करना (यानी, पी < 0.05) को "सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण" नहीं माना जाता है। हालांकि, कुछ मृदा अध्ययनों के लिए, क्षेत्र की स्थितियों में अनियंत्रित (यानी स्वाभाविक रूप से भिन्न) मापदंडों की संख्या के कारण आत्मविश्वास का स्तर 90% (यानी पी < 0.10) तक शिथिल हो सकता है जो माप की सामान्य परिशुद्धता को प्रभावित करता है। इस प्रोटोकॉल में, नमूनों के दो सेट एसआईसी सामग्री और अन्य रासायनिक, खनिज, और मिट्टी के रूपात्मक गुणों की जांच करने के लिए अपने ऊर्ध्वाधर प्रोफ़ाइल के दौरान एकत्र किए जाते हैं।

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Protocol

1. मृदा नमूना विधि और कोर संग्रह

  1. भूमि की ऊंचाई, ऐतिहासिक फसल उपज और/या भूमि प्रबंधन रणनीति के आधार पर ब्याज के मैप और एक सीमांकित कृषि भूमि क्षेत्र को विभिन्न भूखंडों में विभाजित करें । जीपीएस रिसीवर का उपयोग करके प्रत्येक भूखंड के समतल का निर्धारण करें, ऐतिहासिक कृषि रिकॉर्ड (औसत से कम, औसत, औसत से अधिक) के आधार पर फसल उपज को वर्गीकृत करें, और प्रत्येक भूखंड के लिए उपयोग की जाने वाली भूमि प्रबंधन रणनीति (उपयोग किए गए मिट्टी संशोधनों के प्रकार, यदि कोई हो)। बाद के नमूने को कम करने के लिए प्रत्येक भूखंड की सीमाओं पर झंडे रखें।
    नोट: चित्रा 1 चार भूखंडों (ए, बी, सी, डी) में अध्ययन के तहत आयताकार क्षेत्र की धारा को दर्शाता है। इस तरह के एक प्रयोगात्मक डिजाइन और जानकारी का विश्लेषण डेटा के सांख्यिकीय महत्व की जांच करने के लिए उपयोगी होगा । इसके अलावा, यह अनियमित खेत के लिए उपयुक्त हो सकता है और आवश्यक समझे गए पैरामीटर के अनुसार नमूनाकरण को संरेखित करने के लिए सुविधाजनक हो सकता है, फसल पंक्तियों के अभिविन्यास से लेकर इलाके, अपवाह, प्रमुख हवा, सूर्य पथ आदि की दिशा तक। इन चार भूखंडों पर एक क्षेत्र फिल्मांकन अभियान की सुविधा के लिए विचार किया गया था ।
  2. प्रत्येक भूखंड में कोर एकत्र करने के लिए निर्देशित यादृच्छिक नमूना विधि का उपयोग करें। प्रत्येक भूखंड को 25 उप-भूखंडों(चित्रा 2)में ग्रिड पैटर्न के बाद विभाजित करें। 25 कोर इकट्ठा करना पारंपरिक रूप से न्यूनतम सिफारिश कोर (15-20) से ऊपर है।

​Figure 1
चित्रा 1:नमूना संग्रह के लिए उपयोग किए जाने वाले भूखंडों का प्रतिनिधित्व (प्रत्येक भूखंड 5 मीटर × 10 मीटर (पूरी तरह से चार x 50 मीटर2)के क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है। काले झंडे नमूना लेने को कम करने के लिए प्रत्येक भूखंड सीमा परिसीमन, और सफेद झंडे गहरे नमूने के लिए स्थानों को चिह्नित करते हैं । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2:निर्देशित यादृच्छिक नमूने विधि के आधार पर कोर नमूने एकत्र करने के लिए प्रत्येक भूखंड की उप-खंड (प्रत्येक उप-खंड 1 मीटर x 2 मीटर के क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है) । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें । 

  1. प्रत्येक उप-भूखंड के भीतर यादृच्छिक बिंदुओं से कोर नमूने एकत्र करें, एक प्रति उप-भूखंड। मिट्टी की जांच या मिट्टी कोर पारखी का उपयोग मिट्टी कोर को 0-15 सेमी, 15-30 सेमी और 30-60 सेमी के तीन गहराई क्षेत्रों में इकट्ठा करने के लिए मिट्टी की जांच या मिट्टी के कोर पारखी का उपयोग करें ताकि सिलिकेट मृदा संशोधन के कारण गहराई के साथ एसआईसी भिन्नता का लेखा-जोखा किया जा सके।
    नोट: मिट्टी के प्रकार और जांच/पारखी के आधार पर, 30-60 सेमी नमूना एकत्र करने के लिए एक अलग पारखी की आवश्यकता हो सकती है ।
  2. चित्रा 1में सफेद ध्वज स्थानों से गहरी मिट्टी के नमूने एकत्र करने के लिए एक विस्तारित बरमा (या इसी तरह सक्षम पारखी) का उपयोग करें, 60-100 सेमी, 100-175 सेमी, और 175-250 सेमी के अतिरिक्त तीन गहराई क्षेत्रों के लिए नीचे। इन नमूनों में इन गहराई के भीतर मिट्टी के लक्षण वर्णन भिन्नता के साथ-साथ जांच किए गए भूमि क्षेत्र में पृष्ठभूमि एसआईसी स्तर का मूल्यांकन किया जाता है, जो स्वाभाविक रूप से होने वाले पीडोजेनिक कार्बोनेट क्षितिज की ऊपरी गहराई तक होता है।
    नोट: साइट में स्थानीय गुणों (उदाहरण के लिए, भूजल तालिका की गहराई) के आधार पर, सबसे गहरे क्षेत्र को विभिन्न स्थानों में संशोधित किया जा सकता है।
  3. बाल्टी में मिट्टी के नमूनों परिवहन, प्रत्येक भूखंड पर प्रत्येक नमूना गहराई के लिए एक । प्रत्येक बाल्टी में मिट्टी को अच्छी तरह से हाथ से ब्लेंड करें। पोर्टेबल नमी परीक्षक मिश्रित मिट्टी के नमूने में रखें। जब तक नमी की मात्रा डिवाइस के गेज पर एक स्थिर बिंदु पर ठीक नहीं हो जाती है तब तक प्रतीक्षा करें। धारक बटन दबाएं और मिश्रित मिट्टी की वास्तविक समय नमी सामग्री के रूप में मूल्य रिकॉर्ड करें।
  4. सीलबंद बैग में कंपोजिट सैंपल स्टोर करें। भूखंडों (ए, बी, सी या डी) के बारे में जानकारी के साथ ठीक से लेबल बैग, मिट्टी की गहराई (0-15 सेमी, 15-30 सेमी, 30-60 सेमी, 60-100 सेमी, 100-175 सेमी, 175-250 सेमी), और नमूने की तारीख।

2. रासायनिक विश्लेषण से पहले मिट्टी का अंश

  1. मृदा कार्बन के ऑक्सीकरण को कम करने के लिए नमूने के बाद जितनी जल्दी हो सके मिट्टी के नमूनों को हवा से सुखा लें। इसके लिए, मिट्टी के नमूनों को गत्ते के बक्से (2.5"x 3" x 3") में रखें और बक्से को 24-48 घंटे के लिए 50 डिग्री सेल्सियस पर सुखाने वाली कैबिनेट में रखें, जब तक कि मिट्टी सूखी न हो जाए। आगे के विश्लेषण तक नमूना बैग में हवा से सूखे नमूनों को स्टोर करें।
  2. मिट्टी के अंश से पहले, चट्टानों और पौधे के अवशेषों के बड़े टुकड़ों को हटाने के लिए 2-मिमी छलनी के माध्यम से मिट्टी के नमूनों को चलाएं।
  3. ओवन- कम से कम 15 घंटे तक 105 ± 2 डिग्री सेल्सियस पर रखे मफल फर्नेस में रखकर छलनी मिट्टी सुखा लें।
  4. मिट्टी के अंश के लिए, विभिन्न जाल आकारों (710 से 50 माइक्रोन) से मिलकर छलनी शेकर के शीर्ष जाल पर ओवन-सूखे नमूने के 1 किलो रखें। 15 मिनट के लिए 60 आरपीएम पर छलनी हिलाएं। पैन अंश <50 माइक्रोन का उपयोग विश्लेषण के लिए किया जाता है, क्योंकि यह पेडोजेनिक कार्बोनेट-समृद्ध मिट्टी अंश है।
    नोट: संशोधित सिलिकेट के बेहतर अपक्षय के कारण एसआईसी संचय के सत्यापन के लिए अतिरिक्त डेटा प्राप्त करने के लिए मिट्टी के अन्य अंशों का भी परीक्षण किया जा सकता है।

3. पेडोजेनिक अकार्बनिक कार्बन ज़ब्ती दृढ़ संकल्प

  1. कैल्शियम विश्लेषण का उपयोग करके मिट्टी के नमूनों की अकार्बनिक कार्बन सामग्री का निर्धारण करने के लिए, एक उपयुक्त एर्लेनमेयर फ्लास्क में एक 5 ग्राम मिट्टी के नमूने रखें। अल्ट्रापुरे पानी के 20 एमएल में सैंपल सस्पेंड करें। एक छोटे से फ्लैट तली ग्लास टेस्ट ट्यूब में 4 एम एचसीएल के 7 एमएल जोड़ें, फिर चिमटी की एक जोड़ी का उपयोग करके इस ट्यूब को फ्लास्क के अंदर सीधा रखें।
  2. रबर डाट को चिपकाकर कैल्शियम से फ्लास्क को सावधानी से संलग्न करें। कैल्शियममीटर पर ब्यूरोट पानी के स्तर को पहले आवश्यकतानुसार समायोजित किया जाना चाहिए था, और रिक्त स्थान और कैस्को3 मानकों को एक बार आवश्यकतानुसार कैल्शियम पर चलाया जाना चाहिए था।
  3. फ्लास्क को हिलाएं, जिससे एसिड ट्यूब पर दस्तक दी जा सके, जब तक कि ब्यूरोट में पानी का स्तर निरंतर मूल्य तक न पहुंच जाए, और समाधान में कोई बुदबुदाहट नहीं देखी जाती है (इसमें लगभग 5 मिनट लगते हैं)।
  4. सीएको3-समकक्ष (CaCO3 (eqv)नमूने की सामग्री (जी, CaCO3 (eqv)की गणना करें । केजी, मिट्टी)-1)उचित कैल्शियम फॉर्मूले का उपयोग करके, बुर्ज में देखे गए वॉल्यूम परिवर्तन और खाली और कैस्को3 अंशांकन मूल्यों के आधार पर। एसआईसी सामग्री जी, CaCO3 (eqv)परिवर्तित करके प्राप्त की जाती है · (किलो, मिट्टी) -1 मूल्य किलो में, सीओ2· (टन, मिट्टी) -1 या किलो, सी· (टन, मिट्टी) -1.
    1. नीचे दिए गए सूत्र का उपयोग करके नमूने की CaCO3 (eqv) सामग्री की गणना करें:
      Equation 1(4)
      कहां:
      w (CaCO3 (eqv) = ओवन-सूखे मिट्टी की कार्बोनेट सामग्री
      एम1 = परीक्षण भाग का द्रव्यमान
      एम2 = कैल्शियम कार्बोनेट मानकों का मतलब द्रव्यमान
      V1 = परीक्षण भाग की प्रतिक्रिया से उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा
      V2 = कैल्शियम कार्बोनेट मानकों द्वारा उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड की औसत मात्रा
      V3 = रिक्त संकल्प में मात्रा में परिवर्तन
      डब्ल्यू (एच2ओ) = सूखे नमूने की पानी की मात्रा
      नोट: चरण 3.1 से 3.4 मानक प्रोटोकॉल29के आधार पर आयोजित किए जाते हैं।
  5. मिट्टी के थोक घनत्व (बीडी) ((टन, मिट्टी) को मापने के लिए− 3),एक ज्ञात मात्रा वाले कंटेनर में ओवन-सूखे मिट्टी के नमूने का पर्याप्त रूप से बड़ा बहाना रखें। एक पैमाने का उपयोग कर नमूना वजन। नमूने की मात्रा के लिए सूखे वजन का अनुपात बीडी के रूप में माना जाता है।
    नोट: "अविचलित थोक घनत्व" की गणना के लिए वैकल्पिक उपकरणों चर्चा में पेश कर रहे हैं ।
  6. Areal SIC (kg, सीओ2· की गणना करें हेक्टेयर)−1)निम्नलिखित सूत्र का उपयोग कर:
    Equation 2(5)
    कहां:
    A = सतह क्षेत्र
    डीटी = गहराई मोटाई
  7. कुल एसआईसी (एसआईसी 0-60 सेमी, किलो, सीओ2) की गणना करें। हेक्टेयर)−1)प्रत्येक भूखंड के लिए, प्रत्येक गहराई के लिए प्राप्त areal SIC मूल्यों का उपयोग करते हुए, इस प्रकार है:
    SICप्लॉट A = SIC0-60 सेमी = SIC0-15 सेमी + SIC15-30 सेमी + SIC30-60 सेमी (6)
  8. कुल areal SIC (SIC 0-60 सेमी, केजी, सीओ2जोड़ें · हेक्टेयर)−1)प्रत्येक भूखंड (ए, बी, सी, डी) के लिए सामग्री की जांच की, और औसत मतलब इस प्रकार प्राप्त करें:
    Equation 3(7)
  9. मीन एरियल एसआईसी (केजी, सीओ2· हेक्टेयर)−1)एक्यू से प्राप्त किया गया है। 7 मिट्टी संशोधन ((टन, सिलिकेट) के लिए उपयोग किए जाने वाले सिलिकेट खनिज/चट्टान की आवेदन दर से। हेक्टेयर)−1)
    नोट: यह कार्बनिक अकार्बनिक कार्बन की मात्रा प्रदान करेगा जो सीओके 2 प्रति टन सिलिकेट एप्लाइड (केजी, सीओ2)के किग्रा के हिसाब से अलग-अलग होगा। टन, सिलिकेट)−1)। यदि एक बहु-वर्षीय जांच की जाती है, या सिलिकेट संशोधन के बिना एक नियंत्रण साजिश मौजूद है, तो इस कदम को लंबी अवधि, या वर्ष-दर-वर्ष मूल्यों, या शुद्ध पीडोजेनिक कार्बन ज़ब्ती पर कुल ज़ब्ती और कुल संशोधन के लिए खाते में संशोधित करने की आवश्यकता है ।

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Representative Results

मिट्टी की एसआईसी सामग्री को विभिन्न तरीकों का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है, जिसमें एक स्वचालित कार्बन एनालाइजर या कैल्शियम शामिल है। कुल मृदा कार्बन निर्धारण के लिए स्वचालित कार्बन एनालाइजर सीओ2 दबाव निर्मित एक बंद पोत30में उपाय । कैल्शियम में, एसिडिफिकेशन के बाद जारी सीओ2 की विकसित मात्रा, आमतौर पर कार्बोनेट युक्त नमूने के केंद्रित एचसीएल एसिड के अलावा मापा जाता है। कैल्शियम विधि अपेक्षाकृत सरल है, जिसमें सरल रासायनिक प्रक्रियाएं शामिल हैं, इस प्रकार उच्च परिशुद्धता (यानी, प्रजनन योग्य मूल्यों) और पर्याप्त सटीकता (यानी, सटीक कार्बोनेट सामग्री के करीब मूल्य) के साथ कई क्षेत्र के नमूनों का विश्लेषण करने के लिए उपयुक्त है। इस अध्ययन में उपयोग की जाने वाली निर्देशित यादृच्छिक नमूना विधि में, प्रत्येक भूखंड से नमूने अच्छी तरह से हाथ से मिश्रित होते हैं, फिर अपनी एसआईसी सामग्री का विश्लेषण करने से पहले एक समरूप प्रतिनिधि मिट्टी का नमूना प्राप्त करने के लिए सूख जाते हैं। प्रत्येक नमूने के लिए ट्रिपलीकेट में कैल्सीमीटर विश्लेषण किया जाता है।

मिट्टी के नमूनों की मौलिक संरचना या तो वेवलेंथ फैलाव एक्स-रे फ्लोरेसेंस स्पेक्ट्रोस्कोपी (डब्ल्यूडीएक्सआरएफ) या प्रेरक रूप से युग्मित प्लाज्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (आईसीपी-एमएस) द्वारा निर्धारित की जा सकती है। उत्तरार्द्ध के मामले में, विश्लेषण से पहले मिट्टी के नमूनों को एसिड पचाया जाना चाहिए। खनिज संरचना पाउडर एक्स-रे विवर्तन (एक्सआरडी) द्वारा सबसे अच्छा निर्धारित किया जाता है। परिणामस्वरूप विवर्तोग्राम क्रिस्टलीय खनिज चरणों की उपस्थिति के बारे में गुणात्मक जानकारी प्रदान करता है, जिसे रिएटवेल्ड रिफाइनमेंट तकनीक के माध्यम से निर्धारित किया जा सकता है, जो आंतरिक मानक के उपयोग के साथ सबसे अच्छा सहायता प्राप्त है। मौलिक और खनिज संरचना का उपयोग गहराई का अनुमान लगाने के लिए किया जा सकता है जो सिलिकेट और अपक्षय उत्पाद नमूना समय पर पहुंच गए हैं। इसलिए, वे टॉपसॉइल से उपमृदा की ओर परिवहन की पुष्टि कर सकते हैं, जहां कार्बोनेट को दीर्घकालिक के लिए संग्रहीत किया जा सकता है। मिट्टी के कणों की आकृति विज्ञान का अध्ययन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) द्वारा किया जा सकता है और अर्ध-मात्रात्मक मौलिक सूक्ष्मता के लिए ऊर्जा फैलाव स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईएसएस) के साथ जोड़ा जा सकता है। रूपात्मक विश्लेषण का उपयोग अवशिष्ट सिलिकेट की पहचान करने, उत्पादों को अपक्षय करने और अपक्षय घटनाओं (जैसे सतहों को भंग करने, नए उपजी क्रिस्टल, और असंगत सामग्रियों के गठन) की मशीनी समझ हासिल करने के लिए किया जा सकता है। खनिज विज्ञान और मौलिक माइक्रोएनालिसिस परिणामों का उपयोग कैल्शियम परिणामों को और सत्यापित करने के लिए भी किया जा सकता है। कैल्शियम (सीएको3)जैसे संचित कार्बोनेट चरणों की उपस्थिति विवर्तनग्राम में स्पष्ट हो सकती है और मिट्टी के कणों के बीच रचनात्मक हस्ताक्षर द्वारा पाई जा सकती है।

तालिका 1 एक वुलस्टनिट-संशोधित मिट्टी (0-15 सेमी और अनसिटेड से एकत्र) के लिए डेटा का एक विशिष्ट सेट दिखाती है, मिट्टी पीएच के संदर्भ में, मिट्टी पीएच, कैल्शियम परिणाम, और आईसीपी-एमएस द्वारा उसके बाद माइक्रोवेव पाचन का उपयोग करके प्राप्त कैल्शियम आयन एकाग्रता। वुलस्टनिट-संशोधित मिट्टी का पीएच नियंत्रण की तुलना में 1.15 इकाइयों से अधिक है, और कैस्को3 (ईक्यूवी) सामग्री नियंत्रण से लगभग पांच गुना अधिक है। वुलस्टनिट-संशोधित मिट्टी में कैल्शियम एकाग्रता भी लगभग सात गुना अधिक है। अकेले, आईसीपी-एमएस अंतर नहीं कर सकते हैं, जो कैल्शियम खनिज, जैसे वुलस्टनिट या कैल्साइट, मुख्य रूप से इन कैल्शियम सांद्रता में योगदान दे रहा है। फिर भी, यह उम्मीद की जाती है कि कैल्शियम एकाग्रता अंतर कार्बोनेट अंतर से अधिक महत्वपूर्ण होगा क्योंकि संशोधित मिट्टी में नियंत्रण मिट्टी की तुलना में अधिक वुलस्टनिट और अधिक कार्बोनेट होंगे। इन नमूनों के WDXRF और XRD विश्लेषण से नमूनों में मौजूद मुख्य ऑक्साइड और खनिज चरणों को क्रमशः और स्पष्ट करने में मदद मिल सकती है ।

एक ऊर्ध्वाधर प्रोफ़ाइल (0-15, 15-30, और 30-60 सेमी) पर CaCO3 (eqv) सामग्री (कैल्शियम परिणाम) तालिका 2में प्रदर्शित कर रहे हैं । तदनुसार, उच्चतम सामग्री (प्राप्त नमूनों की) 10.13 ग्राम, कैको3 (ईक्यूवी)थी · (किलो, मिट्टी) -1,0-15 सेमी गहराई क्षेत्र में पता चला। 15-30 सेमी के नमूनों में कैको3 (eqv)की सबसे कम राशि दिखाई गई । 30-60 सेमी जोन में कैस्को 3(eqv) सामग्री फिर से बढ़ गई। दो गहरे प्रोफ़ाइल नमूनों से परिणाम भी गहरी परतों (60-100 सेमी प्रोफ़ाइल) में कार्बोनेट की बहुत अधिक सामग्री का सुझाव देते हैं । उथले और गहरे नमूनों के परिणामों के आधार पर, यह निहित है कि कार्बोनेट में समृद्ध दो क्षेत्र हैं। पहला 0-15 सेमी का गहराई क्षेत्र है, जो नियंत्रण बनाम महत्वपूर्ण वृद्धि को देखते हुए वुलस्टनिट आवेदन के कारण अपक्षय उत्पादों का प्रतिनिधि है। अन्य क्षेत्र में गहरे नमूने शामिल हैं, जो लगभग 30 सेमी से शुरू होते हैं और 1 मीटर तक काफी हद तक बढ़ रहे हैं। चूंकि गहरे नमूने आम तौर पर मिट्टी की मूल सामग्री का संकेत होते हैं, इसलिए यह अनुमानित किया जा सकता है कि इस क्षेत्र में कार्बोनेट भूवैज्ञानिक मूल के हैं। तालिका 2 में कार्बोनेट सामग्री पर अंश के प्रभाव की जांच करने के लिए अनएसी और छलनी नमूने (पैन अंश) की तुलना को भी दर्शाया गया है। इसके आधार पर, कार्बोनेट सामग्री पैन अंश में थोड़ी अधिक होती है, जिसका अर्थ है कि हमारे पिछले अध्ययन28के साथ समझौते में छोटे कणों में कार्बोनेट के संचय की संभावना है।

मिट्टी में मौजूद विभिन्न ऑक्साइड का निर्धारण डब्ल्यूडीएक्सआरएफ द्वारा किया जा सकता है, जैसा कि नियंत्रण मिट्टी के लिए तालिका 3 में उदाहरण है। सिलिका(एसआईओ 2)मुख्य ऑक्साइड मौजूद है, जो रेतीली दोमट मिट्टी का प्राथमिक घटक है, और इस नमूने की बनावट में 11 ग्राम/किलो बजरी, ५५१ ग्राम/किलो रेत, २९५ ग्राम/किलो गाद और १५५ ग्राम/किलो मिट्टी शामिल है । मिट्टी की सीए सामग्री (2.59 wt%) WDXRF द्वारा प्राप्त आईसीपी-एमएस (0.96 डब्ल्यूटी%) द्वारा निर्धारित से अधिक है। इसका कारण यह है कि WDXRF परिणाम को 100 wt% तक सामान्यीकृत किया जाता है, जो मूल्यों को थोड़ा बढ़ाता है क्योंकि ऑर्गेनिक्स जैसे गैर-पता लगाने योग्य घटकों का हिसाब नहीं है। इसके अलावा, आईसीपी-एमएस के लिए नमूने तैयार करने के लिए उपयोग की जाने वाली पाचन विधि ने सभी मृदा खनिजों को पूरी तरह से भंग नहीं किया, इसलिए आईसीपी-एमएस मूल्यों को थोड़ा कम करके आंका जाता है। इसलिए, आईसीपी-एमएस के साथ संयुक्त WDXRF का उपयोग सच सीए (और एमजी) एकाग्रता पर एक ऊपरी और कम बाध्य का आकलन करने के लिए अनुमति देता है। इस प्रकार, उनका उपयोग गहराई के कार्य के रूप में कार्बोनेट सहित सिलिकेट और अपक्षय उत्पादों के परिवहन की निगरानी के लिए किया जा सकता है।

एक वुलस्टेंनाइट-संशोधित मिट्टी का XRD पैटर्न चित्र 3में प्रस्तुत किया गया है। वर्तमान में मुख्य चोटियां क्वार्ट्ज (एसआईओ2)26.65 डिग्री पर हैं, और एल्बिट (NaAlSi3O8)28.07 डिग्री पर हैं, जो रेतीले लोमी मिट्टी में प्रमुख खनिज हैं31। वुलस्टनिट और कैल्साइट की अतिरिक्त चोटियां भी वुलस्टनिट इसके अलावा और कैल्साइट गठन के परिणामस्वरूप मौजूद हैं। कैल्साइट की पहचान 2θ 29.40 डिग्री पर एक मुख्य चोटी और 39.40 डिग्री पर एक छोटी सी चोटी से की जाती है। संशोधित मिट्टी के लिए उच्च कैल्शियम पढ़ना कैल्साइट के गठन के कारण होता है, कम से कम भाग में असंगत कार्बोनेट के रूप में जो परिवेश की स्थितियों32के तहत भी बन सकता है। WDXRF और XRD भी इस्तेमाल किया wollastonite के लक्षण वर्णन में मदद कर सकते हैं। इस अध्ययन में उपयोग किए जाने वाले वुलस्टनिट की नाममात्र मौलिक संरचना, कनाडा के वुलस्टनिट के ओंटारियो खदान से प्राप्त हुई, इसमें 26% सिलिकॉन (55% एसआईओ2),18% कैल्शियम (26% काओ), 4.0% मैग्नीशियम (9% एमजीओ), 1.8% सल्फर, 0.11% नाइट्रोजन, 0.10% पी2ओ5,0.10% के2ओ, 11 पीपीएम कॉपर, और 11 पीपीएम कॉपर, और 1.1 पीक जिंक शामिल हैं। एक्सआरडी विश्लेषण द्वारा निर्धारित इस वुलस्टनिट में मौजूद मुख्य खनिज चरणों में वुलस्टनिट, डायोपसाइड (कामजीएसआई2ओ6),और क्वार्ट्ज (एसआईओ2)शामिल हैं।

चित्रा 4a अपक्षय के कई हफ्तों की अवधि के बाद wollastonite संशोधित मिट्टी की SEM छवियों से पता चलता है । ठीक सुई के आकार का वुलस्टनिट संशोधित मिट्टी के नमूने में ध्यान देने योग्य है, जो मिट्टी के अन्य बड़े कणों के साथ मौजूद है। इन वुलस्टनिट कणों(चित्रा 4b)को करीब से देखने से सतह पर होने वाले रूपात्मक परिवर्तनों में गहरी अंतर्दृष्टि प्राप्त करने में मदद मिलती है। वुलस्टनिट सतह का माइक्रोएनालिसिस नमूने(आंकड़े 4सी-एफ)की मौलिक मानचित्रण प्राप्त करके संभव है। मैप किए गए क्षेत्र का ईएसएस स्पेक्ट्रम चित्रा 4जीमें अपने अर्ध-मात्रात्मक रासायनिक प्रोफाइल का पता चलता है । मौलिक नक्शे स्पष्ट रूप से एसआई और सीए को वुलस्टनाइट के मुख्य घटकों के रूप में दिखाते हैं। एमजी वुलस्टनिट का एक प्रमुख घटक नहीं है, जैसा कि सुई के आकार के कणों से एमजी सिग्नल की अनुपस्थिति से होता है, लेकिन यह अन्य मिट्टी के कणों में मामूली मात्रा में मौजूद होता है, जिसमें डायोपसाइड कण शामिल हो सकते हैं। सी मैप वुलस्टनिट सतह पर बने कार्बोनेट और मिट्टी में पहले से मौजूद कार्बनिक पदार्थ के बीच अंतर नहीं करता है, और यह नमूने के नीचे कार्बन टेप से आने वाले कार्बन सिग्नल का भी प्रभुत्व है। चित्रा 5 छोटे टुकड़ों पर स्पॉट ई.EDS विश्लेषण दिखाता है, 40000x पर, मिट्टी के नमूने में बिखरे हुए और चित्रा 4b (2,000x पर) पीले सर्कल के भीतर चिह्नित में दिखाया गया है। दो अलग-अलग बिंदुओं पर स्पॉट ईडी विश्लेषण इंगित करता है कि यह टुकड़ा सी और ओ में समृद्ध है, यह सुझाव देता है कि यह मुख्य रूप से कार्बनिक पदार्थ से बना है, जो असंगत कण आकृति विज्ञान से मेल खाता है। इसके अतिरिक्त, सीए को देखकर: एसआई अनुपात, एसईएम-ई. एस विश्लेषण का उपयोग मिट्टी में वुलस्टनाइट अपक्षय के संकेतों की पहचान करने के लिए किया जा सकता है, जैसे कि वुलस्टनिट से सीए की लीचिंग या मिट्टी में गठित कार्बोनेट का भाग्य।

वुलस्टनिट के साथ संशोधित मिट्टी के कैल्शियम पढ़ने का उपयोग करके, पेडोजेनिक अकार्बनिक कार्बन ज़ब्ती दर की गणना प्रोटोकॉल की धारा 3 में उल्लिखित चरणों का उपयोग करके की जा सकती है। इस उद्देश्य के लिए, विश्लेषण नमूने के लिए कैल्शियम पढ़ने का अंतर और इसके इसी नियंत्रण की गणना ब्याज की गहराई के लिए की जानी चाहिए। फिर सीएको3 (ईक्यूवी) को सीओ 2 में बदलने के लिए अंतर पर0.44का कारक लागू किया जाता है। तालिका 2 में प्रस्तुत 0-15 सेमी गहराई के नमूनों के मामले में, नियंत्रण के कैल्शियम रीडिंग (2.51 ग्राम, कैको3 (eqv)को काट दिया गया । किलो, मिट्टी)-1)0-15 सेमी गहराई पढ़ने से (10.13 ग्राम, कैको3 (ईक्यूवी)· किलो, मिट्टी)-1),परिणाम 3.35 किलोग्राम की शुद्ध राशि, सीओ2· (टन, मिट्टी) - 1 इस गहराई पर तनहा। केवल 0.15 मीटर की मिट्टी की मोटाई को ध्यान में रखते हुए, और 1.01 टन की एक परेशान बीडी · (एम-3)प्रयोगशाला में मापा जाता है, Areal SIC तो समीकरण 5 का उपयोग कर गणना की जा सकती है । अविचलित और अशांत बीडी के बीच अनुपात और जलवायु और भूमि उपयोग कारकों के कारण बीडी की रिपोर्टिंग में मौजूद अनिश्चितता के आधार पर, हमने अनुमान लगाया है कि हमारी 0-15 सेमी परत की अविचलित बीडी १.३८६ ± ०.२३ टन होगी · (एम-3)। कैल्शियम पढ़ने में मौजूद अनिश्चितता को ध्यान में रखते हुए, हमने गणना की गई एसआईसीएरियलकी संचयी अनिश्चितता को निर्धारित किया, सामान्य रूप से वितरित त्रुटियों विधि के लिए गॉसियन समीकरण का उपयोग करके, 39% ± किया जाए। तदनुसार, हम अपने क्षेत्र की0-15 सेमी परत में तनहा सीओ 2 का अनुमान 6.96 ± 2.71 टन, सीओ2· (हेक्टेयर) −1. इसी तरह की प्रक्रिया का उपयोग करना, 15-30 सेमी और 30-60 सेमी परतों के Areal SIC भी गणना की जा सकती है (इस क्षेत्र के लिए, नियंत्रण मूल्य इस गणना को प्रदर्शित करने के लिए उपलब्ध नहीं थे)। पूर्ण 0-60 सेमी प्रोफ़ाइल के लिए मूल्यों को संक्षेप में, अनुमानित तनहा कार्बन अध्ययन क्षेत्र में निर्धारित किया जा सकता है ।

Figure 3
चित्र 3:XRD विवर्तोग्राम एक वुलस्टनिट-संशोधित मिट्टी में मौजूद खनिज चरणों को दिखाता है (डब्ल्यू: वुलस्टनिट, क्यू: क्वार्ट्ज, ए: एल्बिट, सी: कैल्साइट)। विवर्तोग्राम वाणिज्यिक एक्स-रे विवर्तन और विश्लेषण सॉफ्टवेयर द्वारा निर्धारित किया जाता है। डिफ्रैक्टोमीटर 45 केवी और 40 एमए पर क्यू Kα विकिरण के साथ संचालित है, और विवर्तन पैटर्न 5-70 डिग्री की एक 2θ रेंज में एकत्र किए गए थे। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4:SEM-EDS विश्लेषण। (a)250x और 400 माइक्रोन स्केल पर एक वुलस्टनिट-संशोधित मिट्टी की एसईएम छवि; (ख)2000x और 50 माइक्रोन स्केल पर मिट्टी में मौजूद अपक्षय वुलस्टनिट अनाज का करीब से दृश्य; (सी-एफ) 2,000x और 50 माइक्रोन स्केल पर चित्रा 4 बी में दृश्यमान क्षेत्र में मौजूद एसआई, सी, सीए और एमजी की ईएसएस मौलिक मानचित्रण; (जी)ईएसएस स्पेक्ट्रम और पैनल बीईएम-ईएसएस डेटा में कल्पना क्षेत्र की अर्ध मात्रात्मक मौलिक संरचना स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके एकत्र की गई थी, जो चयनित क्षेत्रों और 20 केवी में एक्सिप्टेशन वॉल्यूम के साथ स्थानों के मौलिक संरचना विश्लेषण के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा फैलाव स्पेक्ट्रोस्कोपी से सुसज्जित थी । SEM-EDS विश्लेषण से पहले, नमूनों कार्बन टेप पर मुहिम शुरू की और सोने के साथ स्पटर-लेपित थे । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5:40,000x और 2.5 माइक्रोन स्केल पर चित्रा 4बी में दिखाए गए घेर कण की एसईएम छवि, और ईम छवि पर चिह्नित दो स्थानों की ईड्स स्पेक्ट्रम और अर्ध-मात्रात्मक मौलिक संरचना। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

नमूना पीएचए कैल्शियम मीटर माप (जी, CaCO3 (eqv)/ आईसीपी-एमएस (एमजी, सीए/किलो, मिट्टी)बी से सीए एकाग्रता
नियंत्रण (कोई संशोधन नहीं) 6.42 ± 0.05 4.5 ± 0.5 9566.6 ± 86.8
वुलस्टनाइट संशोधित मिट्टी 7.57 ± 0.04 21.9 ± 0.1 66044.1 ± 534.6
क नमूनों के पीएच मिट्टी और 0.01 M CaCl2 समाधान के एक 1:5 अनुपात का उपयोग कर निर्धारित किया गया था, 30 मिनट मिलाते हुए और 1 घंटे स्पष्ट supernatant (Pansu और Gautheyrou, २००६) के पीएच माप लेने से पहले समय निपटाने के बाद ।
ख नमूने आईसीपी-एमएस विश्लेषण से पहले केंद्रित HNO3 में पचा माइक्रोवेव थे; एचएफ के उपयोग की सिफारिश अक्सर मिट्टी और सिलिकेट को पचाने के लिए की जाती है, लेकिन विश्लेषण के सुरक्षा जोखिम को कम करने के लिए यहां टाला जाता है (एचएफ एक बहुत ही जहरीला रसायन है जिसके लिए अत्यधिक देखभाल और उचित हैंडलिंग की आवश्यकता होती है)।

तालिका 1: रासायनिक विश्लेषणों (पीएच, कैल्शियम, और आईसीपी-एमएस) के आधार पर अनुपचारित नियंत्रण मिट्टी और वुलस्टनिट-संशोधित मिट्टी के बीच तुलना।

नमूना एसआईसी सामग्री (जी, कैको3 (eqv)/(किलो, मिट्टी))
0-15 सेमी की गहराई क्षेत्र (पैन अंश) 12.33 ± 3.53
0-15 सेमी की गहराई क्षेत्र 10.13 ± 2.68
0-15 सेमी के गहराई क्षेत्र का नियंत्रण मूल्य 2.51 ± 0.50
15-30 सेमी की गहराई क्षेत्र 4.23 ± 1.00
30-60 सेमी की गहराई क्षेत्र 9.20 ± 0.09
डीप प्रोफाइल 1 (0-30 सेमी) 4.41 ± 0.06
डीप प्रोफाइल 1 (30-60 सेमी) 1.56 ± 0.03
डीप प्रोफाइल 1 (60-100 सेमी) 32.32 ± 1.36
डीप प्रोफाइल 2 (0-30 सेमी) 4.56 ± 0.62
डीप प्रोफाइल 2 (30-60 सेमी) 18.43 ± 0.41
डीप प्रोफाइल 2 (60-100 सेमी) 131.54 ± 1.89
जांच पारखी का उपयोग करके 0-15 सेमी के गहराई क्षेत्र के नमूने एकत्र किए गए थे। डकोटा जांच पारखी का उपयोग करके 15-30 सेमी और 30-60 सेमी के गहराई क्षेत्रों के नमूने एकत्र किए गए थे। डीप प्रोफाइल नमूने एक विस्तारित बरमा पारखी का उपयोग कर एकत्र किए गए थे ।

तालिका 2: कैल्शियम परिणामों के आधार पर मिट्टी की विभिन्न गहराई में कैको3 (eqv) सामग्री।

मिट्टी में आक्साइड डब्ल्यूटी%
एसआईओ2 65.19
अल2O3 14.76
Fe2O3 6.20
काओ 3.62
कश्मीर2ओ 2.98
पी2O5 2.11
एमजीओ 1.69
ना 2ओ 1.45
टीओ2 1.25
एसओ3 0.37
एमएनओ 0.16
बीएओ 0.11
जरो2 0.10

तालिका 3: नियंत्रण मिट्टी में मौजूद विभिन्न ऑक्साइड की संरचना का WDXRF डेटा। ढीले पाउडर के रूप में डुप्लीकेट नमूनों का विश्लेषण मानकरहित ओमनीम विधि का उपयोग करके 20 मिनट के लिए किया गया था, हीलियम के तहत और 1 किलोवाट शक्ति पर, और सांद्रता की गणना ऑक्साइड के रूप में की गई थी।  सामान्यीकरण से पहले औसत राशि 69.8 wt% थी, शेष के साथ छिद्रता और अज्ञेय प्रकाश तत्व (एच, सी, ओ, एन)। 0.10 डब्ल्यूटी% से अधिक मात्रा में मौजूद पाए गए ऑक्साइड की औसत सांद्रता का चयन किया गया और 100% तक सामान्य किया गया।

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Discussion

यह देखते हुए कि निषेचित कृषि क्षेत्रों से नमूने एकत्र करना आमतौर पर मुश्किल होता है, यह सुझाव दिया जाता है कि नमूने पोषक तत्वों के आवेदन से पहले एकत्र किए जाने चाहिए। जमे हुए खेतों से नमूने एकत्र करने से बचने की सलाह भी दी जाती है। वर्टिकल प्रोफाइल पर सैंपलिंग की आसानी और जलताल की गहराई के आधार पर सैंपलिंग की गहराई विभिन्न क्षेत्रों में भिन्न हो सकती है। मृदा नमूनाकरण का चयनित उपकरण मृदा संरचना औरब्याजकी गहराई पर निर्भर है । हालांकि उथले नमूनों के मामले में हाथ की जांच/ऑगर का उपयोग करना अधिक सुविधाजनक है, आमतौर पर उपसॉइल नमूनों को ठीक करने के लिए एक अधिक उन्नत संस्करण (जैसे, विस्तारयोग्य बरमा) की सिफारिश की जाती है३३। तंग मिट्टी या सीमेंटेड रेत की प्रधानता में, पारखी33के घर्षण और टॉर्किंग के कारण निकालने वाले कोर के दौरान कुछ कठिनाइयां दिखाई दे सकती हैं। अकार्बनिक कार्बन सत्यापन अभियानों के लिए एक मुद्दा मिट्टी में कार्बन के तेज को ट्रैक करने के लिए उचित अंतराल का विकल्प है, क्योंकि यह लंबे अंतराल (जैसे, 5 से 10 साल)34पर परिवर्तनशील हो सकता है। हालांकि फिर से नमूने के लिए कोई निर्धारित आवृत्ति नहीं है, मध्यम लंबे अंतराल (जैसे, वार्षिक या द्वि-वार्षिक) को मज़बूती से ट्रैकिंग एसआईसी परिवर्तन35की संभावना बढ़ाने के लिए माना जाता है।

विभिन्न विश्लेषणों का उपयोग करके अकार्बनिक कार्बन को मापने में कुछ चुनौतियां भी हैं। सबसे पहले कैल्शियम विश्लेषण के दौरान कार्बोनेट प्रजातियों के संभावित धीमी विघटन के बारे में है, खासकर जब कण समुच्चय के अंदर कार्बोनेट को फंसाने, या यहां तक कि मूल सिलिकेट कणों के भीतर भी; यह अम्लीय समाधान के संपर्क को कम करता है, कार्बोनेट के विघटन को धीमा या बाधित करता है और कैल्शियम विश्लेषण के दौरान सीओ2 के परिणामस्वरूप डीगैसिंग। अन्य कठिनाई जो उत्पन्न हो सकती है वह खनिज विश्लेषण के दौरान, अपक्षय/ज़ब्ती उत्पादों का पता लगाने के संदर्भ में, और मिट्टी की विषमता के कारण, जो एक्सआरडी और एसईएम-ईएसएस विश्लेषणों में बाधा डालता है, कम से कम निर्णायक परिणामों तक पहुंचने के लिए और अधिक कठिन बना कर36। एक मिट्टी के अंश (पैन अंश) में पीडोजेनिक कार्बोनेट और अवशिष्ट सिलिकेट को केंद्रित करने के लिए हमारे पूर्व कार्य28 में अंश प्रक्रिया फायदेमंद पाई गई थी, जिससे अधिक सटीक रासायनिक, खनिज और रूपात्मक विश्लेषण किए जा सकते थे । अन्य अध्ययनों से पता चला है कि संचित कार्बनिक कार्बन को कृषि मृदा37,38के बारीक कण एकत्रीकरण में संग्रहित किए जाने की संभावना अधिक होती है , जैसा कि चित्र 5में विश्लेषण किए गए कण के समान है । इसके अलावा, ठीक सिलिकेट रॉक कणों के उच्च सतह क्षेत्र मोटे अंश15की तुलना में एक उच्च मौसम दर की ओर जाता है । हालांकि, मिट्टी से मिट्टी में भिन्न हो सकता है और यहां तक कि मिट्टी के लिए भी आवश्यक नहीं हो सकता है जिसमें बड़ी मात्रा में कार्बोनेट और सिलिकेट होते हैं। इसके अलावा, इसकी आवश्यकता या लाभ को हमारे पूर्व कार्य में उपयोग किए जाने वाले विभिन्न मृदा प्रकारों और विभिन्न सिलिकेट संशोधनों के लिए और सत्यापित किया जाना चाहिए ।

हमने वर्तमान अध्ययन में कृषि मिट्टी के लिए वुलस्टनिट के आवेदन के कारण एसआईसी का पता लगाने और विश्लेषण करने के तरीकों का प्रदर्शन किया है। हालांकि इन तकनीकों का उपयोग अन्य संवर्धित अपक्षय उम्मीदवारों जैसे बेसाल्ट और ओलिवाइन के साथ संशोधित मिट्टी में एसआईसी की जांच के लिए किया जा सकता है, लेकिन पसंद के खनिज का मिट्टी पर अलग-अलग प्रभाव पड़ सकता है, जिस पर विश्लेषण के दौरान विचार किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, अपक्षय प्रक्रिया में दूसरों की तुलना में कुछ खनिजों के लिए अधिक समय लग सकता है। यह कई खनिजों की भिन्न विघटन दर के कारण हो सकता है, जो छोटे और लंबे शब्दों में विभिन्न खनिजीकरण दर में समाप्त होता है। दूसरा मुद्दा मिट्टी के ऊर्ध्वाधर प्रोफ़ाइल पर उपजी कार्बोनेट की घटना से संबंधित है, जो सिलिकेट खनिज गुणों के आधार पर भिन्न हो सकता है और जिसके परिणामस्वरूप मिट्टी के भू-रासायनिक condtions, प्रेरक या उथले मिट्टी में तत्काल कार्बोनेट वर्षा नहीं हो सकती है । तदनुसार, कुछ प्रकार के सिलिकेट के साथ मिट्टी के संशोधन से गहरी परतों में महत्वपूर्ण पीडोजेनिक कार्बोनेट गठन हो सकता है, जो हमारे अध्ययन किए गए क्षेत्रों में पाए गए वुलस्टनिट के अपक्षय के कारण कार्बोनेट के उथले संचय के विपरीत हो सकता है। क्षेत्र में अविचलित नमूने निकालने और अव्यवस्थित बीडी को मापने के लिए कोर सैंपल का व्यापक रूप से उपयोग कियागयाहै । चूंकि बीडी कई जलवायु मापदंडों और अभ्यास सेटिंग्स का एक कार्य है, और यह स्थानिक और अस्थायी दोनों भिन्न हो सकता है, अध्ययन क्षेत्र39में बीडी अनिश्चितता की स्वीकार्य श्रृंखला प्राप्त करने के लिए उचित संख्या में प्रतिकृति की आवश्यकता होती है। यह विशेष रूप से एसआईसीअरियल गणना अनुमानों में बड़ी अनिश्चितताओं को संबोधित करने के लिए आवश्यक है, जैसे वर्तमान अध्ययन में निर्धारित मूल्य (यानी, ± 39%)।

थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण (टीजीए) का उपयोग मिट्टी में कैल्शियम कार्बोनेट सामग्री को 500−800 डिग्री सेल्सियस के तापमान सीमा में बड़े पैमाने पर नुकसान को मापने के लिए भी किया जा सकता है, जो कैको340के लिए अपघटन तापमान सीमा है। स्वचालित कार्बन एनालाइजर या टीजीए विधियां छोटे सीमित क्षेत्रों से मिट्टी के नमूनों का विश्लेषण करने के लिए उपयुक्त हैं, जैसे कि एक बर्तन प्रयोग, क्योंकि इन तरीकों के विश्लेषण के लिए मिट्टी के नमूने के केवल 20 मिलीग्राम की आवश्यकता होती है। इसलिए कृषि अध्ययनों के लिए, कैल्शियम परिणामों को विश्लेषण किए गए नमूने के बड़े द्रव्यमान (10 ग्राम बनाम 20 मिलीग्राम), प्राप्त त्रिप्लिकेट रीडिंग और विधि मानक के रूप में शुद्ध कैल्शियम कार्बोनेट के उपयोग को देखते हुए अधिक सटीक और सटीक समझा जाता है। अधिक जानकारी और उदाहरण हक एट अल36में पाया जा सकता है। मिट्टी में भूगर्भीय और वायुमंडलीय संचालित पेडोजेनिक कार्बोनेट की सह-घटना के कारण, विभिन्न स्रोतों के बीच भेद करना महत्वपूर्ण है। स्थिर आइसोटोपिक (δ13सी) और रेडियोजेनिक(14सी) कार्बन हस्ताक्षर, साथ ही आइसोटोपिक ऑक्सीजन हस्ताक्षर, मिट्टी16, 41,42, 43में कार्बन के स्रोत की पहचान करने के लिए मजबूत उपकरण के रूप में मानाजाताहै। इस तरह के विश्लेषण से मिट्टी में पीडोजेनिक कार्बोनेट के भाग्य की निगरानी करने के उद्देश्य से अध्ययनों में वायुमंडलीय सीओ2 के ज़ब्ती को और सत्यापित किया जा सकता है ।

जबकि पारंपरिक कार्बन डिटेक्शन विधियां (जैसे, बड़े पैमाने पर माप) स्थानीय कार्बन बाजारों के लिए उपयुक्त हैं, जब विनियमित बाजारों में सत्यापन उद्देश्यों की बात आती है तो अधिक व्यवस्थित तरीकों की आवश्यकता होती है35। यहां वर्णित सत्यापन विधि क्षारीय पृथ्वी धातु सिलिकेट युक्त चट्टानों, जैसे वुलस्टनिट, बेसाल्ट और ओलिवाइन के साथ संशोधित विभिन्न कृषि मिट्टी में पीडोजेनिक अकार्बनिक कार्बन ज़ब्ती की निगरानी के लिए अनुकूलनीय है। इस प्रकार का सत्यापन कार्बन क्रेडिट कार्यक्रमों के लिए आवश्यक है, जो किसानों को लाभ पहुंचा सकता है जो उनके खेतों में कार्बन को तनहा करते हैं।

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Disclosures

लेखकों के हितों का कोई टकराव नहीं है ।

Acknowledgments

इस काम को सोचा व्यावसायीकरण अनुदान है, जो कनाडा पहले अनुसंधान उत्कृष्टता कोष से वित्त पोषित है से एक खाद्य द्वारा समर्थित था । कनाडा के वुलस्टनाइट ने इस अनुदान के हिस्से के रूप में औद्योगिक वित्तीय सहायता प्रदान की।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Analytical scale Sartorius Quintix 224-S1 Four decimals.
Calcimeter Eijkelkamp Model 08.53 To determine the wt% CaCO3-equivalent in the sample.
Drying cabinet/muffle furnace Thermo Scientific F48055-60 50°C or 103 ± 2°C.
HCl Fisher Scientific A144S-500 Reagent grade (36.5%-38.0%).
HNO3 Fisher Scientific T003090500 Trace metal analysis grade (69.0%-70.0%)
Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (ICP-MS) PerkinElmer NexION To determine the concentration of Ca in the microwave-digested soil.
Microwave digester PerkinElmer Titan To digest soils in concentrated HNO3.
pH meter Oakton 700 Calibrated with standard solutions before each set of measurements; temperature corrected to 25 °C.
Scanning Electron Microscope -Energy Dispersive Spectroscope (SEM-EDS) Oxford X-Max20 SSD To determine the morphology of soil particulates.
Sieve shaker Retsch AS-200 For soil fractionation.
Soil auger sampler Eijkelkamp 01-16 Depths down to 700 cm.
Soil Dakota probe sampler JMC PN139 Depths down to 100 cm.
Soil probe sampler JMC PN031 Depths down to 30 cm.
Soil moisture meter Extech MO750 Measure moisture content up to 50%
Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence spectroscope (WDXRF) Malvern Panalytical Zetium To characterize elemental composition of soil.
X-ray Diffraction analyzer (XRD) Panalytical Empyrean To characterize mineralogicalbproperties of soil.

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पर्यावरण विज्ञान अंक 172 पीडोजेनिक कार्बोनेट बढ़ी हुई अपक्षय कार्बन कैप्चर और भंडारण मिट्टी नमूना कैल्शियम अकार्बनिक कार्बन
कृषि मृदा में संशोधित सिलिकेट खनिजों के अपक्षय के कारण पेडोजेनिक इनऑर्गेनिक कार्बन संचय की निगरानी करना।
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Khalidy, R., Haque, F., Chiang, Y.… More

Khalidy, R., Haque, F., Chiang, Y. W., Santos, R. M. Monitoring Pedogenic Inorganic Carbon Accumulation Due to Weathering of Amended Silicate Minerals in Agricultural Soils.. J. Vis. Exp. (172), e61996, doi:10.3791/61996 (2021).

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