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Biochemistry

मृदा जीवों की गतिविधि के माध्यम से खनिज अपक्षय को बढ़ाने के लिए एक प्रयोगात्मक सेटअप का डिजाइन और निर्माण

Published: November 10, 2023 doi: 10.3791/65563
Automatic Translation
1,2, 2, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 7, 4, 6, 3, 7, 4, 4, 7, 8, 6, 9, 8, 7, 1
1Soil Biology Group, Wageningen University & Research, 2Soil Chemistry and Chemical Soil Quality, Wageningen University & Research, 3Department of Earth Sciences, Uppsala University, 4Institute for Geology, Center for Earth System Research and Sustainability, University of Hamburg, 5Tupola, Wageningen University & Research, 6IDLab - Department of Computer Science, University of Antwerp - imec, 7Plants and Ecosystems (PLECO), Biology Department, University of Antwerp, 8Research Group of Sustainable Energy, Air and Water Technology, University of Antwerp, 9Department of Mathematics, University of Antwerp - imec

Summary

यहां हम मिट्टी के जीवों की गतिविधि के माध्यम से खनिज अपक्षय को बढ़ाने के लिए एक प्रयोगात्मक सेटअप के निर्माण और संचालन को प्रस्तुत करते हैं, जबकि अपक्षय को प्रोत्साहित करने के लिए ज्ञात अजैविक चर में समवर्ती हेरफेर करते हैं। सेटअप और नमूना विश्लेषण के कामकाज से प्रतिनिधि परिणामों पर सुधार के लिए बिंदुओं के साथ चर्चा की जाती है।

Abstract

एन्हांस्ड अपक्षय (EW) एक उभरती हुई कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) हटाने की तकनीक है जो जलवायु परिवर्तन शमन में योगदान कर सकती है। यह तकनीक इस प्रक्रिया को नियंत्रित करने वाले अजैविक चर में हेरफेर करके मिट्टी में खनिज अपक्षय की प्राकृतिक प्रक्रिया को तेज करने पर निर्भर करती है, विशेष रूप से खनिज अनाज के आकार और पानी में घुलने वाले एसिड के संपर्क में। EW का मुख्य उद्देश्य अकार्बनिक कार्बन पृथक्करण को बढ़ाकर वायुमंडलीय CO2 सांद्रता को कम करना है। अब तक, ईडब्ल्यू का ज्ञान मुख्य रूप से प्रयोगों के माध्यम से प्राप्त किया गया है जो खनिज अपक्षय को उत्तेजित करने के लिए जाने जाने वाले अजैविक चर पर केंद्रित हैं, जिससे जैविक घटकों के संभावित प्रभाव की उपेक्षा की जाती है। जबकि बैक्टीरिया, कवक और केंचुओं को खनिज अपक्षय दरों को बढ़ाने के लिए जाना जाता है, ईडब्ल्यू के संदर्भ में मिट्टी के जीवों का उपयोग कम है।

यह प्रोटोकॉल मिट्टी के जीवों के माध्यम से खनिज अपक्षय दर को बढ़ाने के लिए विकसित एक प्रयोगात्मक सेटअप के डिजाइन और निर्माण का वर्णन करता है, जबकि समवर्ती रूप से अजैविक स्थितियों को नियंत्रित करता है। सेटअप को मिट्टी के जीवों की गतिविधि को बनाए रखते हुए अपक्षय दर को अधिकतम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसमें रॉक पाउडर और कार्बनिक पदार्थों से भरे बड़ी संख्या में स्तंभ होते हैं, जो एक जलवायु कक्ष में स्थित होते हैं और एक डाउनफ्लो सिंचाई प्रणाली के माध्यम से पानी के साथ होते हैं। कॉलम को एक फ्रिज के ऊपर रखा जाता है जिसमें लीचेट को इकट्ठा करने के लिए जेरीकेन होते हैं। प्रतिनिधि परिणाम दर्शाते हैं कि यह सेटअप मिट्टी के जीवों की गतिविधि सुनिश्चित करने और अकार्बनिक कार्बन अनुक्रम पर उनके प्रभाव को निर्धारित करने के लिए उपयुक्त है। लीचेट के नुकसान को कम करने, जलवायु कक्ष के माध्यम से सजातीय वेंटिलेशन सुनिश्चित करने और स्तंभों की बाढ़ से बचने में चुनौतियां बनी हुई हैं। इस सेटअप के साथ, मिट्टी के बायोटा की गतिविधि के माध्यम से खनिज अपक्षय दरों को बढ़ाने और ईडब्ल्यू के ड्राइवरों के रूप में जैविक और अजैविक कारकों के प्रभाव को अलग करने के लिए एक अभिनव और आशाजनक दृष्टिकोण प्रस्तावित है।

Introduction

उन्नत अपक्षय (ईडब्ल्यू) एक अपेक्षाकृत नई और कम तकनीक वाली कार्बन डाइऑक्साइड हटाने (सीडीआर) तकनीक है जिसमें जलवायु परिवर्तन 1,2,3 को कम करने की महत्वपूर्ण क्षमता है। इस तकनीक का सिद्धांत मिट्टी में प्राकृतिक खनिज अपक्षय प्रक्रिया को तेज करने पर निर्भर करता है, जिससे कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) को अकार्बनिक कार्बन (IC)3 के रूप में पृथक किया जाता है। संवर्धित अपक्षय का उद्देश्य खनिज अपक्षय को नियंत्रित करने वाले कारकों को कृत्रिम रूप से अनुकूलित करके आईसी पृथक्करण को बढ़ाना है, जिससे उस गति को बढ़ाया जा सके जिसके माध्यम से अपक्षय मानवीय रूप से प्रासंगिक समय के पैमाने पर होता है3. ईडब्ल्यू के लिए सबसे प्रभावी होने के लिए, तेजी से अपक्षय सिलिकेट खनिजों को ~ 1 मीटर2·जी-1 रेंज 3,4 में उच्च प्रतिक्रियाशील सतह क्षेत्र तक पहुंचने के लिए माइक्रोमीटर से मिलीमीटर रेंज में अनाज के आकार के वितरण के साथ पाउडर में पीसा जाता है।

अब तक, ईडब्ल्यू के बारे में ज्ञान मुख्य रूप से प्रयोगों द्वारा प्रदान किया गया है जो उन दरों को नियंत्रित करने वाले अजैविक कारकों पर ध्यान केंद्रित करते हैं जिन पर खनिज भंग होते हैं5. इनमें खनिज प्रतिक्रियाशीलता और सतह क्षेत्र, तापमान, समाधान संरचना, जल निवास समय और अम्लता 4,6,7 शामिल हैं, लेकिन इस संदर्भ में अभी भी अनुसंधान करने की आवश्यकता है। अजैविक कारकों से प्रभावित होने के अलावा, प्राकृतिक प्रणालियों और विशेष रूप से मिट्टी, जीवों की एक बड़ी संख्या द्वारा आकार लेते हैं, रोगाणुओं से लेकर मैक्रोफ़ुना जैसे केंचुए तक। कुछ अध्ययनों खनिज विघटन 8,9,10 की जैविक गतिविधि का बहुत कम या कोई प्रभाव नहीं दिखाया होने के बावजूद, अन्य अध्ययनों ने सबूत दिए हैं कि बैक्टीरिया 11,12, कवक 13,14, और केंचुए 15,16 जैसे मिट्टी के जीव खनिज अपक्षय दरों में वृद्धि कर सकता है। इसलिए, जैविक घटक ईडब्ल्यू5 की वास्तविक आईसी अनुक्रम क्षमता को समझने के लिए महत्वपूर्ण हो सकते हैं।

पहला आम तंत्र जिसके माध्यम से मिट्टी के जीव खनिज विघटन को तेज कर सकते हैं, श्वसन के दौरान सीओ2 रिलीज के माध्यम से होता है, जो मिट्टी के अम्लीकरणको बढ़ाता है 17. इसके अलावा, बैक्टीरिया और कवक प्रोटॉन, केलेट्स, कार्बनिक अम्ल और एंजाइमों को बाहर निकालकर खनिज अपक्षय को बढ़ा सकते हैं, जो सभी खनिज विघटन को बढ़ाते हैं 18,19,20,21. उदाहरण के लिए, कार्बोक्सिल और हाइड्रॉक्सिल समूहों के माध्यम से केलेशन आयन असंतुलन पैदा कर सकता है, तत्वों को खनिजों की सतहों से दूर ले जा सकता है और संतृप्ति राज्योंको 20,22 कम कर सकता है। इससे कम द्वितीयक खनिज निर्माण और ईडब्ल्यू की उच्च दक्षता हो सकती है। इसके अलावा, मिट्टी के कणों पर खिलाने से, केंचुओं के शरीर की दीवारों की मजबूत क्रियाएं खनिज कणों को महीन कणों में तोड़ सकती हैं, जिससे उनके उपलब्ध प्रतिक्रियाशील सतह क्षेत्र23 बढ़ जाते हैं। केंचुओं की आंतों और ताजा बूंदों में रहने वाले रोगाणुओं को इन छोटे कणों पर हमला किया जा सकता है, जो आगे कार्बनिक एसिड और एंजाइमों24,25 को बाहर निकालते हैं। कार्बनिक और खनिज कणों के मिश्रण में योगदान करने के अलावा, उनकी burrowing गतिविधि के माध्यम से, केंचुए भी मैक्रोप्रोर्स है कि संतृप्त ताकना अंतरिक्ष17 बाईपास करने के लिए पानी के प्रवाह की अनुमति दे सकता है बनाने के लिए. यह पानी को विभिन्न खनिज सतहों के साथ बातचीत करने और पानी-चट्टान संपर्क दर को बढ़ाने में सक्षम कर सकता है।

अब तक, ईडब्ल्यू दरों का अध्ययन करने के लिए कोई सेटअप नहीं बनाया गया है और इसलिए मिट्टी के जीवों का उपयोग करके आईसी अनुक्रम किया गया है, जबकि विभिन्न प्रासंगिक अजैविक स्थितियों, जैसे कि पानी के आदान, तापमान, खनिज प्रकार और खनिज अनाज के आकार को अनुकूलित करने की संभावना सुनिश्चित करता है। यहां, एक अभिनव सेटअप के निर्माण चरणों का डिजाइन और स्पष्टीकरण जो छोटे मेसोकोसम में मिट्टी के जीवों की गतिविधि के माध्यम से ईडब्ल्यू दरों को बढ़ाने का लक्ष्य रखता है, प्रस्तुत किया गया है। प्रयोगात्मक सेटअप 203 स्तंभ (लंबाई 15 सेमी, व्यास 7 सेमी) 8 सप्ताह के लिए 25 डिग्री सेल्सियस पर एक जलवायु कक्ष (4.54 मीटर x 2.72 मीटर) में रखा के होते हैं. 203 स्तंभों को जलवायु कक्ष में फिट होने के लिए 18 के 10 समूहों और 10 के 2 समूहों में विभाजित किया गया है। 10 स्तंभों के दो समूहों में से एक का उपयोग तीन और स्तंभों के सम्मिलन की अनुमति देने के लिए किया जाता है जो रिक्त स्थान के रूप में उपयोग किए जाते हैं। प्रत्येक समूह को एक फ्रिज के ऊपर रखा जाता है और एक दूरस्थ रूप से नियंत्रणीय सिंचाई प्रणाली द्वारा सबसे ऊपर होता है, जो फ्रिज के भीतर और बीच में परिवर्तनीय सिंचाई दरों की अनुमति देता है। प्रत्येक स्तंभ के लीचेट को फ्रिज में एक स्थिर तापमान पर रखे जेरीकेन में एकत्र किया जाता है (चित्र 1)। एक फ्रिज स्तंभों के एक समूह के लीचेट को इकट्ठा करता है, जिसका अर्थ है कि एक फ्रिज को 18 या 10 कॉलम की एकल प्रणाली के रूप में माना जा सकता है। इसलिए, इस प्रयोगात्मक सेटअप में स्तंभों की संख्या 203 कॉलम की एक अधिकतम के साथ प्रयोगात्मक आवश्यकताओं के अनुसार समायोजित किया जा सकता है.

Figure 1
चित्रा 1: सेटअप का योजनाबद्ध साइड-व्यू 5 कॉलम दिखा रहा है लेकिन 18 कॉलम की प्रणाली पर विचार कर रहा है। स्तंभों को पकड़ने वाला फ्रेम स्टेनलेस स्टील प्लेट, स्टेनलेस स्टील के शिकंजा और ऐक्रेलिक प्लेटों से बना है। कॉलम फ्रेम के बीच में स्थित होते हैं और एक सिंचाई प्रणाली द्वारा सबसे ऊपर होते हैं। स्तंभों के नीचे, लीचेट को इकट्ठा करने के लिए फ़नल पाइप के माध्यम से जेरीकेन से जुड़े होते हैं। जेरीकन एक फ्रिज में हैं जो पूरे सिस्टम को रखता है। ढक्कन उठाकर फ्रिज खोला जा सकता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

इस सेटअप में, विशिष्ट अनाज आकारों के सिलिकेट रॉक पाउडर का उपयोग यह सुनिश्चित करता है कि उच्च अपक्षय दर तक पहुंचा जा सकता है, जबकि विशेष रूप से चयनित बैक्टीरिया, कवक और केंचुओं के साथ टीकाकरण इस कृत्रिम प्रणाली में जैविक गतिविधि प्रदान करता है। सेटअप ठोस और तरल नमूनों में अनुक्रमित कार्बन के समवर्ती परिमाणीकरण को भंग और ठोस आईसी, साथ ही कुल क्षारीयता (टीए) दोनों को मापने में सक्षम बनाता है। इसके अलावा, पीएच, विद्युत चालकता (ईसी), और आयनों जैसे अन्य मापदंडों को अपक्षय के संकेतक के रूप में लीचेट में मापा जा सकता है। यह सेटअप मिट्टी के जीवों के अस्तित्व और गतिविधि के प्रभाव के आकलन की भी अनुमति देता है। प्रतिनिधि परिणाम एक सेटअप बनाने के लिए इस प्रोटोकॉल की उपयुक्तता साबित करने के लिए दिखाए जाते हैं जहां अपक्षय दरों में वृद्धि न केवल अजैविक कारकों से बल्कि जैविक लोगों से भी प्राप्त होती है।

Protocol

नीचे, सेटअप के विभिन्न हिस्सों के निर्माण के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल 18 कॉलम की एक प्रणाली पर विचार करने का वर्णन किया गया है।

1. स्तंभों को पकड़े हुए फ्रेम का निर्माण

  1. सिंचाई प्रणाली, स्तंभों, फ़नल और लीचेट को इकट्ठा करने के लिए पाइप को पकड़ने के लिए ऐक्रेलिक प्लेटें तैयार करें।
    1. 45 सेमी x 56 सेमी के आयामों के साथ 63 सेमी x 67 सेमी और एक ऐक्रेलिक प्लेट (ऐक्रेलिक प्लेट 4) के आयामों के साथ तीन ऐक्रेलिक प्लेटें (ऐक्रेलिक प्लेटें, 1-3) काटें।
    2. प्रत्येक ऐक्रेलिक प्लेट पर, नीचे दिए गए चरणों में दिए गए निर्देशों का पालन करते हुए 18 छेद काट लें।
      1. ऐक्रेलिक प्लेट 1 - शीर्ष प्लेट: बाद में सिंचाई प्रणाली की ट्यूबों को सम्मिलित करने के लिए व्यास 0.7 सेमी के छेद काट लें।
      2. ऐक्रेलिक प्लेट 2 - शीर्ष प्लेट से दूसरा: बाद में कॉलम डालने के लिए व्यास 8 सेमी के छेद काट लें (चित्र 2)।
      3. ऐक्रेलिक प्लेट 3 - नीचे की प्लेट से दूसरा: बाद में फ़नल डालने के लिए व्यास 1.2 सेमी के छेद काट लें।
      4. ऐक्रेलिक प्लेट 4 - नीचे की प्लेट: बाद में प्लास्टिक पाइप डालने के लिए व्यास 1.2 सेमी के छेद काट लें जो जेरीकैन में लीचेट लाते हैं।
    3. इसके अतिरिक्त, स्टेनलेस स्टील के शिकंजा डालने के लिए हर कोने पर व्यास 1.1 सेमी व्यास का एक छेद और ऐक्रेलिक प्लेटों के किनारों पर 1.1 सेमी व्यास का एक छेद 1-3 काट लें।
    4. प्रत्येक ऐक्रेलिक प्लेट के लिए, एक लेबल प्रिंटर का उपयोग करके कॉलम (1-18) की संख्या के साथ प्लास्टिक लेबल प्रिंट करें और उन्हें संबंधित छेद के नीचे चिपका दें।
      नोट: ऐक्रेलिक प्लेटों 2, 3, और 4 पर 18 कॉलम की संख्या के अनुसार लेबल चिपकाना इसकी स्थापना के दौरान सेटअप के विभिन्न हिस्सों को उनके संबंधित स्थान पर रखने में सहायता करता है।
  2. ऐक्रेलिक प्लेटों को पकड़ने के लिए स्टेनलेस स्टील प्लेट और शिकंजा का उपयोग करें।
    1. सिलवाया स्टेनलेस स्टील प्लेटें लें, जिन्हें चित्र 3 में दिखाए गए डिज़ाइन के बाद बनाया गया है, जिसमें आयाम 63.6 सेमी x 67.3 सेमी x 4 सेमी और 1.5 मिमी की मोटाई है।
    2. प्रत्येक कोने पर और प्रत्येक स्टेनलेस स्टील प्लेट के किनारों पर व्यास 1.1 सेमी के छेद ड्रिल करें।
    3. स्टेनलेस स्टील स्क्रू (लंबाई में 50 सेमी) लें।
    4. ऐक्रेलिक प्लेटों 1 (सिंचाई ट्यूब), 2 (स्तंभ), और स्टेनलेस स्टील शिकंजा पर 3 (फ़नल) के लिए ऊपर से नीचे तक आदेश के बाद ऐक्रेलिक प्लेटें डालें। ऐक्रेलिक प्लेट को रखने के लिए प्रत्येक कोने के लिए दो षट्भुज नट और दो वॉशर वाहक का उपयोग करें।
      नोट: बाद में विभिन्न घटकों को सम्मिलित करने के लिए प्रत्येक ऐक्रेलिक प्लेट के बीच पर्याप्त दूरी रखें। ऐक्रेलिक प्लेट 1 से ऐक्रेलिक प्लेट 2 तक ~ 19.5 सेमी की दूरी बनाए रखें, ऐक्रेलिक प्लेट 2 से ऐक्रेलिक प्लेट 3 तक ~ 10.5 सेमी, और ऐक्रेलिक प्लेट 3 से ऐक्रेलिक प्लेट 4 तक ~ 16.5 सेमी।
    5. प्रत्येक कोने के लिए दो षट्भुज नट और दो वॉशर वाहक का उपयोग करके स्टेनलेस-स्टील शिकंजा पर ऊपर और नीचे स्टेनलेस-स्टील प्लेटें स्थापित करें।
    6. रेफ्रिजरेटर सिस्टम का निर्माण पूरा होने के बाद पूरे सिस्टम को फ्रिज के ऊपर रखें।

Figure 2
चित्रा 2: ऐक्रेलिक प्लेट 2 के डिजाइन का योजनाबद्ध शीर्ष दृश्य जहां कॉलम रखे गए हैं। क्रमांकित लेबल इंगित करते हैं कि संबंधित कॉलम को कहां रखा जाना चाहिए। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्रा 3: स्टेनलेस स्टील प्लेटों का डिजाइन । (ए, बी) शीर्ष प्लेट। (सी, डी) नीचे की प्लेट। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

2. लीचेट संग्रह के लिए रेफ्रिजरेटर प्रणाली का निर्माण

  1. जेरीकैन रखने के लिए फ्रिज सेट करें।
    1. दोनों झाडकों को फ्रिज से हटा दें और पीछे के ढक्कन को ऐक्रेलिक प्लेट 4 से बदल दें।
      नोट: एक बार स्थापित, इस ऐक्रेलिक प्लेट को हटाया नहीं जाना चाहिए। फ्रिज के अंदर काम करने के लिए, सामने के ढक्कन को उठाकर हटा दें।
    2. फ्रिज को क्लाइमेट चैंबर में रखें और इसे प्लग इन करें।
    3. फ्रिज के तापमान को 4 डिग्री सेल्सियस पर सेट करें और फ्रिज के अंदर एक डेटालॉगर रखें।
    4. फ्रिज को सामने के ढक्कन से बंद कर दें।
    5. डेटालॉगर द्वारा रात भर रिकॉर्ड किए गए डेटा की निगरानी करें। यदि तापमान वांछित मूल्य से विचलित होता है, तो फ्रिज के तल पर जाली को हटा दें और तापमान को समायोजित करें। वांछित तापमान तक पहुंचने तक इस प्रक्रिया को दोहराएं।
  2. फ़नल को जेरीकैन से जोड़ने के लिए पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी) पाइप का उपयोग करें।
    1. संबंधित संख्याओं के अनुसार विभिन्न फ़नल से प्रत्येक जेरीकेन तक पहुंचने के लिए उचित लंबाई के साथ 18 पीवीसी पाइप (आंतरिक व्यास 0.8 सेमी) काटें।
      नोट: लंबाई सबसे छोटी ट्यूब के लिए न्यूनतम 38 सेमी से लेकर सबसे लंबी ट्यूब के लिए अधिकतम 81 सेमी तक भिन्न होती है।
    2. उनके पहले उपयोग से पहले डेमी-पानी में पाइप कुल्ला; किसी भी अन्य मामले में, उन्हें 50 एल पानी में 4 दिनों के लिए भिगो दें जहां कार्बोनेट अवक्षेप को हटाने के लिए साइट्रिक एसिड उत्पाद के 30 ग्राम को पतला किया गया था। बाद में, पाइप को फिर से डेमी-पानी से धो लें।
      चेतावनी: भले ही साइट्रिक एसिड के लिए उत्पाद उपयोग करने के लिए सुरक्षित है, उचित सुरक्षात्मक उपायों का उपयोग करके आंखों के संपर्क और त्वचा के साथ लंबे समय तक संपर्क से बचें।
      नोट: यदि अल्ट्राप्योर पानी उपलब्ध है, तो डेमी-पानी के बजाय इसका उपयोग करना बेहतर है।
    3. पाइप को 24 घंटे के लिए हवा में सूखने दें।
    4. ऐक्रेलिक प्लेट 4 में पाइप को उनकी संबंधित संख्या के अनुसार डालें।
  3. लीचेट को जेरीकैन को निर्देशित करने के लिए फ़नल स्थापित करें।
    1. अपने पहले उपयोग से पहले इथेनॉल के साथ 18 फ़नल पोंछें; किसी अन्य मामले में, पीवीसी पाइप के लिए बताई गई समान प्रक्रिया का पालन करें।
      चेतावनी: इथेनॉल ज्वलनशील है और आंखों, त्वचा और श्वसन पथ, चक्कर आना और उथले श्वसन की जलन पैदा कर सकता है। इथेनॉल अंतर्ग्रहण, साँस लेना या त्वचा के अवशोषण से हानिकारक है।
    2. ऐक्रेलिक प्लेट 3 में फ़नल डालें और उन्हें उनकी संख्या के अनुसार संबंधित पाइप से कनेक्ट करें।
  4. लीचेट इकट्ठा करने के लिए जेरीकैन स्थापित करें।
    1. 10 एल की क्षमता के साथ 10 उच्च घनत्व पॉलीथीन (एचडीपीई) जेरीकेन और 5 एल की क्षमता के साथ 8 एचडीपीई जेरीकेन लें।
      नोट: 5 एल के जेरीकैन का उपयोग कम सिंचाई दरों के लिए किया जाता है, जबकि 10 एल के जेरीकेन का उपयोग उच्च सिंचाई दरों के लिए किया जाता है ( तालिका 1 देखें)। एचडीपीई में जेरीकेन्स को चुना जाता है क्योंकि यह सामग्री रासायनिक रूप से निष्क्रिय है।
    2. 10 एल नल के पानी में डिशवॉशर साबुन के 50 एमएल पतला। इस घोल से एक बार जेरीकेन को धो लें, एक बार नल के पानी से, और एक बार डेमी-पानी से। किसी भी अन्य उपयोग से पहले इस सफाई प्रक्रिया को दोहराएं।
      नोट: यदि अल्ट्राप्योर पानी उपलब्ध है, तो डेमी-पानी के बजाय इसका उपयोग करना बेहतर है।
    3. जेरीकैन को 24 घंटे के लिए हवा में सूखने दें।
    4. लीचेट को इकट्ठा करने के लिए प्लास्टिक ट्यूब डालने के लिए व्यास 1.2 सेमी के प्रत्येक जेरीकेन के ढक्कन में एक छेद ड्रिल करें।
    5. संबंधित ढक्कन के साथ जेरीकेन बंद करें।
    6. चित्र 4 में दिखाई गई योजना के बाद जेरीकेन को फ्रिज में दो परतों में रखें, साथ ही साथ ट्यूबों को जेरीकैन से जोड़ें।

Figure 4
चित्रा 4: फ्रिज के अंदर जेरीकेन का योजनाबद्ध अवलोकन दो स्टैक्ड परतों, नीचे (बाईं ओर) और शीर्ष परत (दाईं ओर) में। काले घेरे पलकों की दिशा को इंगित करते हैं, जबकि नीले और हरे रंग के आयत क्रमशः 10 एल और 5 एल जेरीकैन को इंगित करते हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

3. स्तंभों और जाल प्रणाली का निर्माण

  1. रॉक पाउडर और मिट्टी के जीवों को सेने के लिए मेसोकोसम के रूप में पीवीसी कॉलम का उपयोग करें
    1. पीवीसी ट्यूबों को 15 सेमी की लंबाई के साथ 18 कॉलम में काटें।
    2. प्रक्रिया 1 के बाद कॉलम को साफ करें यदि यह उनके पहले उपयोग और प्रक्रिया 2 के लिए किसी अन्य मामले में है।
      1. प्रक्रिया 1:
        1. 48 घंटे के लिए डेमी पानी में स्तंभों भिगोएँ.
          नोट: यदि अल्ट्राप्योर पानी उपलब्ध है, तो डेमी-पानी के बजाय इसका उपयोग करना बेहतर है।
        2. डेमी-पानी के साथ स्तंभों को कुल्ला। इथेनॉल के साथ स्तंभों को सूखें और पोंछ लें।
        3. लेबल का उपयोग करके या सीधे ट्यूब पर एक मार्कर के साथ कॉलम को नंबर दें।
      2. प्रक्रिया 2:
        1. स्तंभों को 1 दिन के लिए पानी में भिगो दें।
        2. किसी भी प्रयोगात्मक अवशेष को साफ़ करने के लिए ब्रश का उपयोग करें।
        3. इथेनॉल के साथ स्तंभों को सूखें और पोंछ लें।
  2. फ़नल के ऊपर स्तंभों को रखने के लिए मध्य रिंगों का उपयोग करें.
    1. एक 3 डी प्रिंटर के साथ, एक अंगूठी (8.5 सेमी का व्यास और 0.5 सेमी की मोटाई) डिजाइन करें। स्तंभों की अधिक स्थिरता के लिए ऐक्रेलिक प्लेट 2 के छेद में फिट बैठता है कि तल पर एक और अंगूठी आकर्षित करने के लिए सुनिश्चित करें (चित्रा 5).
    2. थर्माप्लास्टिक पॉलीयूरेथेन (टीपीयू) 95A सामग्री का उपयोग करके 3D प्रिंटर के साथ 18 रिंग प्रिंट करें।
    3. स्तंभों पर छल्ले को ऐसी स्थिति में रखें जो फ़नल से 2-3 सेमी ऊपर कॉलम बनाए रखता है।
  3. लीचेट को फ़िल्टर करने और कणों के नुकसान को कम करने के लिए स्तंभों के तल पर एक जाल प्रणाली का उपयोग करें।
    1. जाल (10 माइक्रोन और 20 माइक्रोन ताकना आकार) को 12 सेमी x 12 सेमी के वर्गों में काटें।
    2. जाल को 2 दिनों के लिए अल्ट्राप्योर पानी में भिगो दें। जाल को हवा में सूखने के लिए छोड़ दें।
    3. स्तंभ के तल पर, 20 माइक्रोन के पहले जाल जगह है. 20 माइक्रोन जाल पर प्लास्टिक मोतियों की एक 1 सेमी परत रखें.
    4. 20 माइक्रोन जाल और प्लास्टिक मोतियों की परत के शीर्ष पर 10 माइक्रोन के दूसरे जाल रखें.
    5. मेष प्रणाली को जगह में रखने के लिए दो केबल संबंध रखें। केबल संबंधों को कस लें और उनके किनारों को काट लें।
      नोट: चित्रा 6 दिखाता है कि स्तंभ के तल पर जाल प्रणाली को कैसे इकट्ठा किया जाना चाहिए।
  4. केंचुओं के भागने से बचने के लिए एक शीर्ष जाल का उपयोग करें।
    1. 1 मिमी छिद्र आकार के जाल को 12 सेमी x 12 सेमी के वर्गों में काटें।
    2. एक बार जब कॉलम रॉक पाउडर से भर जाते हैं, और केंचुए पेश किए जाते हैं (धारा 7), स्तंभों के शीर्ष पर जाल रखें।
      नोट: स्तंभों से बचने से केंचुओं को रोकने के लिए इस जाल को स्तंभों के शीर्ष पर रखा जाना चाहिए। यदि केंचुए पेश नहीं किए जाते हैं, तो अभी भी सभी स्तंभों के लिए समान स्थिति बनाए रखने के लिए इस जाल का उपयोग करने की सिफारिश की जाती है।
    3. इसे जगह में रखने के लिए जाल के चारों ओर एक रबर बैंड रखें।

Figure 5
चित्र 5: 3D प्रिंटर के लिए कॉलम रखने के लिए रिंग का मॉडल। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 6
चित्रा 6: स्तंभ के तल पर जाल प्रणाली के निर्माण की योजना। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

4. सिंचाई प्रणाली का निर्माण

  1. कॉलम पर समान रूप से पानी फैलाने के लिए स्प्रिंकलर डिजाइन और बनाएं
    1. एक 3 डी प्रिंटर के साथ, चित्रा 7 में दिखाए गए मॉडल और सापेक्ष आयामों के बाद एक स्प्रिंकलर के लिए एक डिज़ाइन बनाएं।
    2. TPU 18A सामग्री का उपयोग करके 3D प्रिंटर के साथ 95 स्प्रिंकलर प्रिंट करें।
      नोट: मुद्रण के बाद, उन्हें तोड़ने से बचने के लिए पीई माइक्रो होसेस में डालने से पहले स्प्रिंकलर को कम से कम 24 घंटे के लिए सूखने दें।
  2. सिंचाई प्रणाली स्थापित करें: वाल्व और ट्यूब।
    1. दो सोलनॉइड वाल्व के सामने दो नाक के टुकड़े पेंच करें, और सोलनॉइड वाल्व के पीछे दो टी-टुकड़ा प्लग-इन फिटिंग पेंच करें।
      नोट: यदि कोई चाहता है कि पानी की नली इस प्रणाली के साथ समाप्त हो जाए और अन्य प्रणालियों को जारी न रखे, तो वाल्व के पीछे पेंच करें जिसे फ्रिज के अंत की ओर रखा जाएगा, टी-पीस प्लग-इन फिटिंग के बजाय दो कनेक्शन के साथ प्लग-इन फिटिंग। इस तरह यहां पानी का कनेक्शन खत्म हो जाता है।
    2. शीर्ष स्टेनलेस स्टील प्लेट के एक तरफ दो सोलनॉइड वाल्व स्थापित करें।
      नोट: एक वाल्व एक सिंचाई ट्यूब को नियंत्रित करता है, जो बदले में कुल 18 स्तंभों के 8 या 10 स्तंभों को सिंचित करता है।
    3. कम घनत्व वाले पॉलीथीन (एलडीपीई) सिंचाई पाइप को 53 सेमी के दो ट्यूबों में काटें।
    4. एक अंत टोपी के साथ प्रत्येक ट्यूब के एक तरफ बंद करें.
    5. ट्यूबों के दूसरे छोर को पॉलीटेट्राफ्लोराइथिलीन (पीएफटीई) टेप में लपेटें और इसे सोलनॉइड वाल्व से कनेक्ट करें।
    6. पहली सिंचाई ट्यूब में फ्रिज के सामने के करीब 8 छेद करें और दूसरी सिंचाई ट्यूब में फ्रिज के सामने से 10 छेद करें।
      नोट: हाथ के पंच का उपयोग करके छेद बनाना बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह दबाव नियामकों की सही स्थिति और कामकाज के लिए आवश्यक है। ड्रिल के रूप में अन्य उपकरणों का उपयोग करना हतोत्साहित किया जाता है।
    7. दो ट्यूबों के छेद में दबाव नियामकों डालें.
    8. पॉलीथीन (पीई) माइक्रो नली को सिंचाई पाइप से स्तंभों तक पहुंचने के लिए 20 सेमी की लंबाई के 18 छोटे ट्यूबों में काटें और उन्हें दबाव नियामकों से जोड़ दें।
    9. ऐक्रेलिक प्लेट 1 के छेद में छोटी ट्यूब डालें।
    10. स्प्रिंकलर को स्तंभों की सतह पर क्षैतिज रूप से छोटी ट्यूबों में डालें।
      नोट: यदि कोई सिंचाई प्रणाली के साथ मुद्दों में चलता है (उदाहरण के लिए, जल प्रवाह या बेकाबू जल प्रवाह में रुकावट), तो इसका कारण हो सकता है: (ए) वाल्वों की खराबी, (बी) ट्यूब में शेष कण; (c) PFTE टेप ट्यूब के अंत के चारों ओर ठीक से लपेटा नहीं है. बिंदु ए के लिए, वाल्व को बदलें। अंक बी और सी के लिए, सुनिश्चित करें कि स्तंभों के पानी शुरू करने से पहले ट्यूबों को साफ किया जाता है और पीएफटीई टेप का कोई अवशेष क्रमशः ट्यूब से लटका नहीं होता है। कणों के किसी भी हस्तांतरण से बचना महत्वपूर्ण है जो वाल्व को सही ढंग से काम करने से रोक सकता है।
  3. पानी के परिवहन के लिए कनेक्शन स्थापित करें।
    1. पानी के कनेक्शन के लिए पॉलीयुरेथेन (पीयू) नली को तीन अलग-अलग होसेस में काटें। सिस्टम और कक्ष के डिजाइन के आधार पर होसेस की सटीक लंबाई भिन्न होती है। पहले वाल्व के टी-टुकड़े को नल से जोड़ने के लिए पहली नली का उपयोग करें, प्रत्येक वाल्व के टी-टुकड़ों को जोड़ने के लिए दूसरी नली, और दूसरे वाल्व के टी-टुकड़े को अगले सिस्टम से जोड़ने के लिए तीसरी नली का उपयोग करें।
      नोट: यदि अगले सिस्टम से कनेक्शन की कोई आवश्यकता नहीं है, तो तीसरी नली काटना अनावश्यक है।
    2. पु होसेस को सोलनॉइड वाल्व के पीछे टी-पीस प्लग-इन फिटिंग से कनेक्ट करें।
    3. एडेप्टर रिंग पर दो कनेक्शन के साथ प्लग-इन फिटिंग को पेंच करके पहले वाल्व की पु नली को टैप से कनेक्ट करें।
    4. ट्यूबों में पानी प्रवाहित करने की अनुमति देने के लिए नल खोलें।
  4. नियंत्रण प्रणाली स्थापित करें और सिंचाई प्रणाली से कनेक्शन स्थापित करें।
    1. कनेक्ट करें web-सक्षम नियंत्रक, आठ-रिले विस्तार मॉड्यूल और रेल बिजली की आपूर्ति। निर्माता द्वारा प्रदान किए गए निर्देशों का पालन करते हुए उन्हें पॉली कार्बोनेट बाड़े में रखें।
      नोट: एक मॉड्यूलर नियंत्रक एक डिवाइस से मेल खाता है, जो बदले में आठ रिले को नियंत्रित करता है। एक रिले एक विशिष्ट वाल्व के उद्घाटन और समापन को नियंत्रित करता है।
    2. विद्युत केबलों का उपयोग करके दो वाल्वों को एक दूसरे से कनेक्ट करें, और पावर केबल को प्रत्येक वाल्व से कनेक्ट करें।
    3. पावर केबल के दूसरे सिरे को से कनेक्ट करें web-सक्षम नियंत्रक।
    4. सब कुछ एक विद्युत प्लग से कनेक्ट करें और वेब-सक्षम नियंत्रक के लिए इंटरनेट कनेक्शन बनाएं।
  5. सिंचाई दरों को निर्धारित करने के लिए सिंचाई सेटिंग्स का ऑनलाइन नियंत्रण स्थापित करें।
    1. कॉन्फ़िगरेशन और सेटअप के लिए निर्माता द्वारा दिए गए निर्देशों का पालन करें। प्रोग्रामिंग और परीक्षण के लिए, वेब ब्राउज़र का उपयोग करें।
    2. http://10.73.10.250/setup.html पर जाएं।
    3. लॉग इन करने के लिए उपयोगकर्ता नाम और पासवर्ड का उपयोग करें।
    4. बाएं मेनू पर, Control/Logic पर जाएं और फिर Tasks/Functions पर जाएं।
    5. एक रिले एक वाल्व के उद्घाटन और समापन को नियंत्रित करता है। प्रत्येक रिले के लिए, दो कार्य होते हैं, एक रिले को चालू करता है (वाल्व खुला), और दूसरा रिले को बंद कर देता है (वाल्व बंद)। प्रत्येक कार्य की सेटिंग बदलने के लिए, संपादित करें पर क्लिक करें।
      1. जब रिले का कार्य चालू किया जाना है, तो प्रारंभ तिथि और प्रारंभ समय पर क्लिक करके वह तिथि और समय निर्धारित करें जिस पर रिले को काम करना शुरू करना चाहिए (उदाहरण के लिए,4 मई 2022 को 7:45:00 बजे; चित्र 8 देखें)। पानी की आवृत्ति सेट करने के लिए, सेट रिपीट और रिपीट एवरी पर क्लिक करें (उदाहरण के लिए, दिन में एक बार पानी की आवृत्ति के लिए हर 1 दिन (ओं) को दैनिक करें; चित्र 8 देखें)। वह तिथि निर्धारित करने के लिए जिस पर रिले काम करना बंद कर देता है, एंड रिपीट डेट पर क्लिक करें (उदाहरण के लिए, 20मई 2022 को 23:59:59 बजे; चित्र 8 देखें)।
      2. जब रिले के लिए कार्य को बंद करना हो, तो वह समय निर्धारित करें जिस पर रिले को काम करना बंद कर देना चाहिए। यह आवश्यक जल सिंचाई दर और पानी की आवृत्ति पर निर्भर करता है, उदाहरण के लिए, दैनिक दोहराव के लिए 7:46:30 पर समय निर्धारित करें। इसका मतलब है कि रिले 1 मिनट 30 एस के लिए काम करता है, दिन में एक बार पानी की आवृत्ति पर 50 एमएल · दिन - 1 के पानी की मात्रा के लिए ( तालिका 1 देखें)। प्रारंभ और समाप्ति तिथियां रिले को सेट करने के कार्य के साथ-साथ पानी की आवृत्ति के समान हैं।
    6. जब प्रत्येक रिले का सेटअप हो जाए, तो Save Changes पर क्लिक करना याद रखें।
      नोट: सिस्टम को ओवरलोड करने से रोकने के लिए सभी रिले एक साथ काम नहीं करने चाहिए। हमेशा विभिन्न रिले के कार्यों के बीच कम से कम 30 सेकंड छोड़ दें (उदाहरण के लिए, डिवाइस 1 का रिले 1 अपना कार्य 07:46:30 पर समाप्त करता है, डिवाइस 1 का रिले 2 अपना कार्य 07:47:00 पर शुरू करता है)।
    7. जांचें कि प्रत्येक रिले की सेटिंग्स में समान प्रारंभ तिथि और समाप्ति तिथि है। तालिका 1 विभिन्न जल आवृत्तियों पर विभिन्न जल सिंचाई दरों के लिए आवश्यक समय का एक उदाहरण दिखाती है।
      नोट: सिंचाई प्रणाली सूचीबद्ध लोगों के अलावा अधिक पानी सिंचाई दरों और पानी आवृत्तियों के लिए अनुमति देता है, लेकिन यह परीक्षण करने की आवश्यकता है कि वाल्वों को विभिन्न मात्रा में पानी के लिए कितने समय तक खुला रहने की आवश्यकता है। तालिका 1 में सूचीबद्ध सिंचाई दरों के लिए, पहले परीक्षण के साथ यह जांचना अभी भी अच्छा है कि क्या यह मान्य है, क्योंकि यह पानी के दबाव और सिस्टम के डिजाइन के अनुसार बदल सकता है।

Figure 7
चित्रा 7: सापेक्ष आयामों के साथ सिंचाई प्रणाली के लिए स्प्रिंकलर का मॉडल । (ए) स्प्रिंकलर का शीर्ष दृश्य। (बी) स्प्रिंकलर का साइड व्यू। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 8
चित्रा 8: रिले को सेट करने के लिए सिंचाई प्रणाली के सेटिंग्स डिस्प्ले का उदाहरण। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

जल सिंचाई दर (mL·day-1) पानी की आवृत्ति (समय की संख्या · दिन-1) रिले के काम करने का समय
    
50		 1 95
2 50
5 23
    
100		 1 190
2 100
5 45
    
150		 1 280
2 140
5 55

तालिका 1: विभिन्न जल आवृत्तियों पर अलग-अलग जल सिंचाई दरों की अनुमति देने के लिए वाल्वों के खुले होने के लिए आवश्यक समय के संकेत।

5. रॉक पाउडर, कार्बनिक पदार्थ और मिट्टी बायोटा का चयन करना

नोट: इस प्रयोग के लिए, रॉक पाउडर, कार्बनिक पदार्थ, और मिट्टी के जीवों उपलब्धता, स्थानीय घटना, और साहित्य समीक्षा के आधार पर चयन कर रहे हैं. इसके अतिरिक्त, रोगाणुओं को उनकी गैर-रोगजनकता के आधार पर चुना जाता है, जो जैविक एजेंटों (टीआरबीए)26,27,28के लिए तकनीकी नियमों के वर्गीकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है। सटीक शोध प्रश्न के आधार पर, इन कारकों को समायोजित किया जा सकता है।

  1. प्रयोगों के लिए रॉक पाउडर का चयन करें.
    नोट: इन प्रयोगों के लिए चुने गए रॉक पाउडर विभिन्न खनिज रचनाओं के अल्ट्रामैफिक और माफ़िक चट्टानों दोनों हैं, जैसे कि डुनाइट और डायबेस। प्रत्येक चट्टान में अनाज के आकार के दो मुख्य वर्ग होते हैं, ठीक (माइक्रोमीटर रेंज) और मोटे (मिलीमीटर रेंज)।
  2. प्रयोग के लिए कार्बनिक पदार्थों का चयन करें.
    नोट: मिट्टी बायोटा के लिए खाद्य स्रोत के रूप में इन प्रयोगों के लिए चुने गए कार्बनिक पदार्थ गेहूं के भूसे हैं और खाद और पशु फ़ीड अवशेषों से पचते हैं।
  3. प्रयोग के लिए बैक्टीरिया का चयन करें.
    नोट: इन प्रयोगों के लिए चुने गए बैक्टीरिया बैसिलस सबटिलिस और क्यूप्रियाविडस मेटालिडुरान हैं। बैक्टीरिया लाइबनिज़ इंस्टीट्यूट डीएसएमजेड (जर्मनी) से प्राप्त होते हैं।
    1. पोषक तत्व शोरबा में बैक्टीरिया उगाएं, जिसमें बैक्टो पेप्टोन (10 ग्राम · एल -1), मांस निकालने (3 ग्राम · एल -1), और सोडियम क्लोराइड (10 ग्राम · L-1) आपूर्तिकर्ता के निर्देशों का पालन करते हुए अल्ट्राप्योर पानी (18.2 mΩ) में भंग।
    2. पुरानी संस्कृति (मात्रा = नई संस्कृति का 1%) के साथ टीका से पहले 20 मिनट के लिए 121 डिग्री सेल्सियस पर सभी संस्कृति मीडिया आटोक्लेव।
    3. एक hemacytometer के साथ सेल गिनती के माध्यम से सेल घनत्व निर्धारित करें और प्रवाह cytometry के माध्यम से सेल मायने रखता है सत्यापित.
      नोट: इस अध्ययन ने 10 माइक्रोन/मिनट की प्रवाह दर के साथ वायलेट (405 एनएम) और नीले (488 एनएम) लेज़रों से लैस फ्लो साइटोमीटर का इस्तेमाल किया, और एफएल 1 चैनल (पूर्व 488, ईएम 525/40) में पाया गया।
  4. प्रयोग के लिए कवक का चयन करें.
    नोट: इन प्रयोगों के लिए चुने गए कवक नुफिया पेट्रीकोला, सुइलस वेरिगेटस, और एरोबेसिडियम पुलुलन हैं। कवक को लाइबनिज़ इंस्टीट्यूट डीएसएमजेड (जर्मनी) से प्राप्त किया जाता है, के. पेट्रीकोला को छोड़कर, जो वेस्टरडिज्क इंस्टीट्यूट (नीदरलैंड) से प्राप्त होता है।
    1. माल्ट निकालने शोरबा में कवक संस्कृतियों को विकसित करें, जिसमें माल्ट निकालने (20 ग्राम · एल -1), डी- (+) - ग्लूकोज (20 ग्राम · एल -1), और कैसिइन हाइड्रोलाइज़ेट (3 ग्राम · L-1) आपूर्तिकर्ताओं के निर्देशों का पालन करते हुए अल्ट्राप्योर पानी (18.2 mΩ) में भंग।
    2. पुरानी संस्कृति (मात्रा = नई संस्कृति का 1%) के साथ टीका से पहले 20 मिनट के लिए 121 डिग्री सेल्सियस पर सभी संस्कृति मीडिया आटोक्लेव। एक hemacytometer के साथ सेल गिनती के माध्यम से सेल घनत्व का निर्धारण.
  5. प्रयोग के लिए केंचुओं का चयन करें।
    नोट: इन प्रयोगों के लिए चुने गए केंचुए एंडोजिक प्रजातियां एपोरेक्टोडिया कैलिगिनोसा और एलोलोबोफोरा क्लोरोटिका हैं। केंचुए पार्क से एकत्र किए जाते हैं डी ब्लाउवे बर्गन पास में Wageningen विश्वविद्यालय & अनुसंधान नीदरलैंड में (51 ° 58'51.8 "N 5 ° 39'38.0"E) प्रयोग से पहले।

6. कॉलम भरना

  1. शैल चूर्ण तथा कार्बनिक पदार्थों की जल धारण क्षमता (WHC) को पहले प्रत्येक पदार्थ को 105°C पर सुखाकर ज्ञात कीजिए। फिर, सूखी सामग्री को एक कटोरे में रखें और वजन रिकॉर्ड करें। थोड़ा-थोड़ा करके पानी डालें जब तक कि सामग्री पर्याप्त गीली न हो जाए और अंतिम वजन रिकॉर्ड करें। WHC को तब समीकरण 1 द्वारा दिया जाता है।
    Equation 1 (1)
  2. पुआल को 6 मिमी की चक्की के माध्यम से पीस लें।
  3. खनिजों और कार्बनिक पदार्थों को लगातार 2 दिनों के लिए 40 डिग्री सेल्सियस पर ओवन-ड्राई करें।
  4. एक कटोरी में 400 ग्राम खनिज और 10 ग्राम कार्बनिक पदार्थ का वजन करें।
    नोट: मात्राओं प्रयोगात्मक जरूरतों के अनुसार अनुकूलित किया जा सकता है, लेकिन सामग्री मिश्रण स्तंभ के अंदर फिट होना चाहिए.
  5. खनिज प्रकार, खनिज अनाज के आकार और मौजूद कार्बनिक स्रोत के अनुसार डब्ल्यूएचसी को 80% तक समायोजित करें।
  6. एक धातु चम्मच के साथ सब कुछ सावधानी से मिलाएं।
  7. मिश्रण के साथ स्तंभों को भरें।
  8. भरे हुए स्तंभों को उनके संबंधित स्थान पर जलवायु कक्ष में रखें, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। यदि स्तंभों को तुरंत जलवायु कक्ष में नहीं रखा जा सकता है, तो उन्हें 15 डिग्री सेल्सियस पर स्टोर करें, और पानी के नुकसान को रोकने और प्रारंभिक स्थितियों में परिवर्तन को सीमित करने के लिए उन्हें प्लास्टिक शीट से ढक दें।
    नोट: नीचे कॉलम पकड़ो और उनकी सामग्री के नुकसान से बचने के लिए ऐक्रेलिक प्लेटों में देखभाल के साथ उन्हें डालें। चित्रा 9 योजनाबद्ध रूप से उन चरणों को दिखाता है जिनका कॉलम भरने के लिए पालन किया जाना चाहिए।

Figure 9
चित्रा 9: कॉलम भरने के लिए विभिन्न चरणों का योजनाबद्ध अवलोकन। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

7. मृदा बायोटा टीका

  1. स्तंभों को भरते समय दो क्षणों में बैक्टीरिया और कवक को टीका लगाएं (विधि 1) या केंचुआ जोड़ने से ठीक पहले (विधि 2)।
    1. विधि 1
      1. वांछित टीकाकरण घनत्व के आधार पर (बैक्टीरिया के लिए प्रति स्तंभ 1.5 x 109 और 4.8 x 10 10 कोशिकाओं के बीच सेल घनत्व की एक सीमा और कवक के लिए प्रति स्तंभ 5.5 x 107 और 5.5 x10 8 कोशिकाओं के बीच), विभिन्न माइक्रोबियल प्रजातियों को खनिजों और कार्बनिक पदार्थों के मिश्रण में टीका लगाएं एक बार पानी को एक विंदुक का उपयोग करके उपचार के अनुसार जोड़ा गया है।
        नोट: अतिरिक्त पानी को तदनुसार समायोजित करने की आवश्यकता होती है ताकि टीकाकरण के माध्यम से जोड़ी जाने वाली मात्रा (मिलीलीटर) को डब्ल्यूएचसी के 80% तक पहुंचने के लिए जोड़े गए पानी की कुल मात्रा से घटाया जाए।
      2. एक धातु चम्मच के साथ सब कुछ सावधानी से मिलाएं।
      3. मिश्रण के साथ स्तंभों को भरें।
      4. क्रमिक उपयोग के लिए इथेनॉल के साथ सामग्री को मिलाने के लिए उपयोग किए जाने वाले कटोरे और चम्मच को पोंछ लें।
      5. शीर्ष जाल के साथ स्तंभों को कवर करें।
    2. विधि 2:
      1. वांछित टीका घनत्व के आधार पर, एक विंदुक का उपयोग करके उपचार के अनुसार स्तंभों की सतह पर विभिन्न माइक्रोबियल प्रजातियों को टीका लगाएं।
      2. शीर्ष जाल के साथ स्तंभों को कवर करें।
  2. वांछित घनत्व (या तो 4, 8, या 10 केंचुए प्रति स्तंभ) के आधार पर, स्तंभों की सतह पर धीरे से जमा करके उपचार के अनुसार स्तंभों में केंचुओं का परिचय दें। बाद में, शीर्ष जाल के साथ कॉलम को कवर करें।
    नोट: रोगाणुओं और केंचुओं दोनों को पानी शुरू होने से 1 दिन पहले टीका लगाया जाना चाहिए ताकि उन्हें सिस्टम के अनुकूल होने की अनुमति मिल सके। टीकाकरण घनत्व को प्रयोगात्मक आवश्यकताओं के अनुसार बदला जा सकता है। ध्यान रखें कि यह एक बाँझ वातावरण नहीं है, और हवा, पानी या इनपुट सामग्री द्वारा परिवहन किए गए सूक्ष्मजीवों के साथ संभावित संदूषण हो सकता है। वेंटिलेशन से जीवाणु संदूषण को रोकने के लिए, स्तंभों के शीर्ष पर एक 0.2 माइक्रोन फिल्टर जोड़ें।

8. नमूने संग्रह और विश्लेषण

  1. प्रयोगात्मक अवधि के अंत में कक्ष से स्तंभों निकालें.
    1. केंचुओं को इकट्ठा करें और उनकी उत्तरजीविता दर निर्धारित करने और उनकी गतिविधि का आकलन करने के लिए उन्हें गिनें।
    2. रॉक पाउडर और कार्बनिक पदार्थों के मिश्रण को समरूप बनाएं और माइक्रोबियल विश्लेषण के लिए उप-नमूने लें ताकि ब्याज के सूक्ष्मजीवों की उपस्थिति और गतिविधि को और अधिक चिह्नित किया जा सके।
    3. ठोस अकार्बनिक कार्बन (एसआईसी) के लिए बाद के ठोस चरण विश्लेषण के लिए 5-7 दिनों के लिए 40 डिग्री सेल्सियस पर कॉलम की सामग्री को सूखी।
  2. अंतिम लीचेट मात्रा निर्धारित करने के लिए जेरीकेन्स का वजन करें और आगे के विश्लेषण के लिए लीचेट नमूने एकत्र करें, जैसे कि टीए, भंग अकार्बनिक कार्बन (डीआईसी), पीएच, ईसी और आयन।
  3. प्रायोगिक समापन बिंदु यह निर्धारित करना है कि क्या मिट्टी के जीव इस प्रणाली में अपक्षय दर को बढ़ा सकते हैं और माना जाने वाले चर के इष्टतम संयोजन को खोजने के लिए, जो उच्चतम कार्बन अनुक्रम क्षमता की ओर जाता है। विभिन्न संयोजनों के अनुसार विश्लेषण किए गए मापदंडों के परिणामों की तुलना करके इसे निर्धारित करें।
    नोट: नमूना रणनीति और आगे के विश्लेषण प्रयोगात्मक सेटिंग्स और अनुसंधान की जरूरत के अनुसार समायोजित किया जा सकता है.

Representative Results

प्रस्तुत सेटअप 25 डिग्री सेल्सियस (चित्रा 10) पर एक जलवायु कक्ष में स्थित 203 कॉलम के कुल शामिल थे. एक जलवायु कक्ष में सेटअप का पता लगाने का विकल्प नियंत्रित निरंतर तापमान और सापेक्ष आर्द्रता के लिए अनुमति देता है। जेरीकेन को 4 डिग्री सेल्सियस पर फ्रिज में रखने से यह सुनिश्चित हुआ कि माइक्रोबियल गतिविधि के कारण लीचेट की संरचना समय के साथ नहीं बदली गई थी।

Figure 10
चित्रा 10: जलवायु कक्ष में प्रयोगात्मक सेटअप की तस्वीरें। (ए) एकल प्रणाली का अवलोकन। (बी) एक एकल स्तंभ का क्लोज-अप। (C) फ्रिज में जेरीकेन का क्लोज-अप। (डी) जलवायु-नियंत्रित कमरे में सभी प्रणालियों का अवलोकन। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

एक उन्नत स्वचालित सिंचाई प्रणाली के उपयोग का मतलब है कि स्तंभों को ऑनलाइन नियंत्रण प्रणाली (चित्रा 11) का उपयोग करके अलग-अलग दरों और आवृत्तियों के साथ पानी पिलाया जा सकता है। सिंचाई प्रणाली ने स्तंभों को प्राप्त पानी की मात्रा को संशोधित करने की अनुमति दी। प्रणाली के सत्यापन से पता चला कि इससे विभिन्न स्तंभों (चित्र 12) के बीच दिए गए पानी की मात्रा में न्यूनतम 1% और अधिकतम 6% का अंतर हुआ। कम सिंचाई दरों के लिए छोटे अंतर पाए गए, जबकि उच्च सिंचाई दरों के लिए बड़े अंतर पाए गए। कुल मिलाकर, 50 एमएल · दिन -1 और 150 एमएल · दिन -1 की सिंचाई दरों के लिए औसत कम था, जबकि यह 100 एमएल · दिन -1 (चित्रा 12) की सिंचाई दर के लिए अधिक था।

Figure 11
चित्र 11: पानी बनाम समय की औसत मात्रा। 50 एमएल · दिन-1 की सिंचाई दर के लिए मापा पानी की औसत मात्रा 24 घंटे की अवधि में तीन सिंचाई आवृत्तियों के अनुसार वितरित की जाती है, जो एक बार दैनिक, दो बार दैनिक, और 8 कॉलम के लिए प्रति दिन पांच बार होती है। बार मानक त्रुटि का संकेत देते हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 12
चित्र 12: पानी की औसत मात्रा बनाम सिंचाई दर। 8 कॉलम पर 50 एमएल · दिन-1 की सिंचाई दर और 10 कॉलम पर 100 एमएल · दिन -1 और 150 एमएल · दिन -1 की सिंचाई दर के लिए मापा गया पानी की औसत मात्रा। बार मानक त्रुटि का संकेत देते हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

इस सेटअप के निर्माण और डिजाइन ने स्तंभों के अंदर ठोस सामग्री दोनों के संग्रह की अनुमति दी, जिसमें (संसाधित) रॉक पाउडर और कार्बनिक पदार्थ शामिल थे, और पूरे प्रयोगात्मक अवधि (चित्रा 13) में स्तंभों से टपकने वाली लीचेट की कुल मात्रा। लीचेट एकत्र करने में सफल होने के बावजूद, एकत्र की गई लीचेट की अंतिम मात्रा लीचेट की मात्रा से कम थी जिसे सिंचाई दर (चित्रा 14) के अनुसार प्रयोगों के अंत में एकत्र किए जाने की उम्मीद थी। कम एकत्रित लीचेट सबसे अधिक संभावना स्तंभों के तल पर प्रत्यक्ष वाष्पीकरण और लीचेट फैल का परिणाम था। विश्लेषण से परिणामों का विश्लेषण करते समय इसे ध्यान में रखा जाना चाहिए।

Figure 13
चित्रा 13: कॉलम और लीचेट की प्रतिनिधि छवियां। प्रयोगों (बाईं ओर) और प्रयोगों के अंत में जेरीकेन्स में एकत्र किए गए लीचेट (बाईं ओर) की शुरुआत में रॉक पाउडर और कार्बनिक पदार्थों से भरे कॉलम। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 14
चित्रा 14: प्रति सिंचाई दर प्रयोगों के अंत में एकत्र कुल लीटर। धराशायी रेखाएं प्रति प्रयोगात्मक अवधि में सिंचाई दर के अनुसार एकत्र किए गए लीचेट की अपेक्षित मात्रा का संकेत देती हैं, जो 50 एमएल · डे -1 के लिए हल्की नीली रेखा, 100 एमएल · डे -1 के लिए गहरे नीले रंग की रेखा और 150 एमएल · दिन -1 के लिए हरी रेखा द्वारा इंगित की जाती है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

रॉक पाउडर और कार्बनिक पदार्थ के मिश्रण का विश्लेषण बैक्टीरिया और कवक की माइक्रोबियल समुदाय संरचना और केंचुओं के लिए अस्तित्व और गतिविधि के संदर्भ में मिट्टी बायोटा की सफलता दर का आकलन करने के लिए किया गया था (चित्र 15)।

Figure 15
चित्र 15: केंचुओं की कवक वृद्धि और अस्तित्व। प्रयोगों के अंत में और नमूना लेने से पहले, रॉक पाउडर और कार्बनिक पदार्थों से भरे स्तंभों में कवक विकास (बाईं ओर) और केंचुओं के अस्तित्व (दाईं ओर) के दृश्य संकेत। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अन्य मापदंडों के अलावा, टीए और डीआईसी के लिए लीचेट का विश्लेषण किया गया था, क्योंकि टीए और आईसी खनिज अपक्षय दरों 4,29,30,31 के लिए अच्छे प्रॉक्सी हैं। टीए को मेट्रोहम टिट्रैंडो29,30 के साथ मापा गया था, जबकि डीआईसी एक स्केलर कुल कार्बनिक कार्बन (टीओसी) विश्लेषक के साथ था। टीओसी विश्लेषक का उपयोग करके, डीआईसी की गणना कुल घुलित कार्बन (डीसी) और घुलित कार्बनिक कार्बन (डीओसी) के बीच अंतर से की जाती है। चित्रा 16 और चित्रा 17 एक प्रयोगात्मक रन के लिए इन विश्लेषणों से प्राप्त कुछ उदाहरण मूल्यों के लिए संचयी वितरण दिखाते हैं। इस प्रयोगात्मक सेटअप का उपयोग करके, टीए के लिए मान 0.019 मोल से 0.025 मोल तक था, जबकि डीआईसी के लिए मान 7.352 मिलीग्राम सी से 259.279 मिलीग्राम सी(चित्रा 16 और चित्रा 17)तक था।

Figure 16
चित्रा 16: प्रयोगात्मक अवधि के अंत में एकत्र लीचेट में टीए के लिए मापा उदाहरण मूल्यों की संभाव्यता वितरण। उपचार जहां स्तंभों में बाढ़ आ गई है, प्रदर्शित नहीं होते हैं। मान मोल में व्यक्त किए जाते हैं और प्रयोगों के अंत में एकत्र किए गए लीचेट की कुल मात्रा के लिए सही किए जाते हैं। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 17
चित्रा 17: प्रयोगात्मक अवधि के अंत में एकत्र किए गए लीचेट में डीआईसी के लिए मापा गया उदाहरण मूल्यों की संभाव्यता वितरण। उपचार जहां स्तंभों में बाढ़ आ गई है, प्रदर्शित नहीं होते हैं। मान मिलीग्राम कार्बन (सी) में व्यक्त कर रहे हैं और प्रयोगों के अंत में एकत्र लीचेट की कुल राशि के लिए सही कर रहे हैं. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Discussion

वर्तमान अनुसंधान संदर्भ के भीतर, इस सेटअप को विशिष्ट रूप से मिट्टी के बायोटा की गतिविधि के माध्यम से खनिज अपक्षय को बढ़ाकर अकार्बनिक कार्बन अनुक्रम को अनुकूलित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जबकि समवर्ती रूप से अपक्षय को उत्तेजित करने के लिए जाने जाने वाले अजैविक कारकों में हेरफेर किया गया है। ठोस संसाधित सामग्री और लीचेट दोनों को इकट्ठा करने की इस सेटअप में संभावना दोनों अंशों के पूर्ण लक्षण वर्णन को सक्षम बनाती है। स्तंभों की भारी मात्रा के बावजूद, नमूनों का संग्रह और किए गए विश्लेषण उच्च गुणवत्ता वाले डेटा संग्रह को सुनिश्चित करते हैं। इसके अलावा, एक एकल प्रयोगात्मक रन में बड़ी संख्या में संयोजन होने से आधुनिक और उन्नत सांख्यिकीय तरीकों, जैसे मशीन सीखने के साथ एकत्रित डेटा का विश्लेषण करना बहुत महत्वपूर्ण है। इन विधियों का उपयोग उच्च अपक्षय दर और आगे कार्बन अनुक्रम के लिए मुख्य चर निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। नतीजतन, यह सेटअप उन प्रभावों की समझ में सुधार करने का अवसर प्रदान करता है जो मिट्टी के जीवों का EW और IC अनुक्रम पर हो सकता है। यह ईडब्ल्यू की सीमाओं पर अधिक यथार्थवादी बाधाओं को स्थापित करने और वायुमंडलीय सीओ2 सांद्रता को कम करने में इसकी दक्षता के लिए मौलिक है। यह सेटअप ईडब्ल्यू और मिट्टी के जीवों के प्रभाव की जांच करने वाले मौजूदा अध्ययनों की तुलना में कई मौलिकता प्रस्तुत करता है।

ईडब्ल्यू पर अजैविक कारकों के प्रभावों के संबंध में, इनकी जांच पहले ही पिछले अध्ययनों 4,29,30,31,32,33,34 में की जा चुकी है। इन अध्ययनों में से कुछ विभिन्न मात्रा, प्रकार, और चट्टानों के अनाज के आकार की तुलना, लेकिन उनके सेटअप या तो एक पॉट प्रयोग32,33 के शामिल थे या मिट्टी34 के साथ रॉक पाउडर मिश्रण शामिल थे. अन्य प्रयोगों अलग सिंचाई दरों के साथ एक चट्टान प्रकार पर ध्यान केंद्रित लेकिन एक स्वचालित प्रणाली के साथ अक्सर सिंचाई की संभावना नहीं थी या कई सिंचाई दरों और आवृत्तियों35 पर ध्यान केंद्रित नहीं था. अन्य अध्ययनों ने वर्तमान प्रोटोकॉल में प्रस्तुत एक के समान एक सेटअप प्रस्तुत किया, जिसमें सिंचाई दरों को समायोजित करने और तापमान स्थिर बनाए रखने की संभावना के साथ, अलग-अलग रॉक अनाज आकार और प्रकार29,30 के अलावा। इसके अलावा, इन सेटअपों का डिज़ाइन वर्तमान पांडुलिपि में प्रस्तावित एक के बराबर था और आगे के विश्लेषण29,30 के लिए लीचेट एकत्र करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। इसके अतिरिक्त, सीओ2 सांद्रता अपक्षय29 को बढ़ाने वाले एक अन्य कारक के रूप में इन अध्ययनों में भिन्न थे। हालांकि, इन पिछले अध्ययनों में से किसी ने भी ईडब्ल्यू को बढ़ावा देने पर जैविक कारकों के प्रभाव पर ध्यान केंद्रित नहीं किया है। इस सेटअप में, उद्देश्य विशिष्ट बैक्टीरिया, कवक और केंचुओं को टीका लगाकर अपक्षय प्रक्रिया को बढ़ाना है, और आगे आईसी अनुक्रम करना है और यह निर्धारित करना है कि वे किस हद तक ईडब्ल्यू को तेज कर सकते हैं।

ईडब्ल्यू पर जैविक कारकों के प्रभाव के संबंध में, कुछ अध्ययनों ने विशेष रूप से ईडब्ल्यू पर ध्यान केंद्रित नहीं किया है, लेकिन जांच की है कि क्या मिट्टी के जीव खनिज अपक्षय को प्रभावित कर सकते हैं। इन अध्ययनों ने मुख्य रूप से पता लगाया है कि संस्कृति माध्यमों 19,21, पेट्री व्यंजन 36, मिट्टी में दफन नायलॉन बैग14, या अन्य सब्सट्रेट36,37 के साथ मिश्रित रॉक पाउडर की छोटी मात्रा का उपयोग करके मिट्टी के जीवों द्वारा अपक्षय कैसे प्रभावित होता है। ऐसी छोटी प्रणालियों या सेटअपों का उपयोग करने से जीवों के प्रभाव को अन्य चर से अलग करना चुनौतीपूर्ण हो जाता है। कुछ प्रयोगों ने यहां प्रस्तावित एक समान सेटअप का उपयोग किया, लेकिन छोटे पैमाने पर, रॉक पाउडर से भरे स्तंभों के साथ मिट्टी के जीवों के साथ टीका लगायागया 38,39,40. हालांकि, इन प्रयोगों या तो समवर्ती रूप से पौधों वृद्धि हुई और विशिष्ट मिट्टी जीवों13,35 के अनन्य प्रभाव पर ध्यान केंद्रित नहीं किया, या लीचेट 36 एकत्र नहीं किया. इसके अलावा, अधिकांश अध्ययनों से पता चला है कि बैक्टीरिया, कवक और केंचुए खनिज अपक्षय को बढ़ाते हैं, आईसी अनुक्रम 11,13,14,19,36,37,38 के बजाय अपक्षय के संकेत के रूप में पोषक तत्वों की रिहाई पर इन जीवों के प्रभाव पर ध्यान केंद्रित किया है. इन सबसे ऊपर, इन पहले के अध्ययनों में से किसी का उद्देश्य ईडब्ल्यू को बढ़ावा देना नहीं था या प्रयोगात्मक अवधि के दौरान अजैविक कारकों को समायोजित करने और बनाए रखने की संभावना प्रस्तुत नहीं की गई थी। इस सेटअप में, सभी अजैविक कारकों को स्थिर रखने के बजाय, मिट्टी के जीवों की गतिविधि के माध्यम से ईडब्ल्यू को बढ़ावा देने के उद्देश्य से चार अजैविक कारकों, जैसे कि जल सिंचाई दर और आवृत्तियों, रॉक पाउडर प्रकार और अनाज के आकार के लिए संयोजनों की एक भीड़ का परीक्षण किया जाता है।

इसके अलावा, पिछले अध्ययनों में से कोई भी जिसने ईडब्ल्यू पर अजैविक या जैविक कारकों के प्रभाव पर ध्यान केंद्रित नहीं किया है, ने एक प्रयोगात्मक रन के भीतर बहुत बड़ी संख्या में कॉलम और चर होने की संभावना प्रस्तुत की। इस सेटअप में, यह अभी भी उच्च गुणवत्ता वाले परिणाम प्रदान करते हुए, जबकि अभी भी उच्च गुणवत्ता वाले परिणाम प्रदान करते हुए, स्तंभों की प्रभावशाली संख्या के कारण प्रयोगों के एक रन के दौरान विभिन्न चर के कई अलग-अलग संयोजनों का परीक्षण करना संभव है। सेटअप की नवीनता को देखते हुए, कुछ संभावित सुधारों और शेष चुनौतियों के नीचे जिन्हें भविष्य के समान सेटअपों को डिजाइन करते समय विचार किया जा सकता है।

इनक्यूबेशन कक्ष में समरूप हवा की स्थिति सुनिश्चित की जानी चाहिए। एक जलवायु कक्ष में सेटअप की नियुक्ति ने निरंतर तापमान और सापेक्ष आर्द्रता सुनिश्चित की। वेंटिलेशन बाधाओं (जैसे, वायु प्रवाह) वायुमंडलीय परिस्थितियों में स्थानिक परिवर्तनशीलता पैदा की है और इस प्रकार सेटअप35 के इस तरह में एक आम घटना है जो कुछ स्थानों पर स्तंभों से अनुपातहीन वाष्पीकरण के लिए नेतृत्व किया हो सकता है. इस खामी को संभालने के लिए, जब प्रतिकृति और यादृच्छिककरण संभव नहीं है, यह कक्ष भर में विभिन्न स्थानों पर रखा स्तंभों के लिए एक पानी के संतुलन की गणना करने के लिए सलाह दी जाती है.

स्तंभों को लीचेट नुकसान से बचने के लिए ऐक्रेलिक प्लेट में डाले गए फ़नल के साथ सावधानीपूर्वक संरेखित किया जाना चाहिए। माना गया प्रयोगात्मक अवधि के दौरान, फ़नल की गलत स्थिति के कारण या जाल के बंद होने के कारण स्तंभों के नीचे से लीचेट नुकसान हुआ। वाष्पीकरण के साथ, यह आंशिक रूप से समझा सकता है कि एकत्र की गई लीचेट अपेक्षाओं की तुलना में कम क्यों थी (चित्र 13)। इन नुकसानों को कम करने के लिए, यह सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है कि फ़नल कॉलम के नीचे बेहतर रूप से स्थित हैं। व्यापक फ़नल का उपयोग करना भी एक व्यवहार्य विकल्प है। इस मामले में, ऐक्रेलिक प्लेटों के निर्माण के दौरान छेद के व्यास और ऐक्रेलिक प्लेटों के बीच की दूरी पर ध्यान दिया जाना चाहिए।

मिट्टी स्तंभ प्रयोगों में धीमी पानी का प्रवाह जहां पानी अक्सर लागू किया जाता है एक आवर्तक मुद्दा 7,30,40 है. प्रस्तुत सेटअप के साथ किए गए प्रयोगों में, कुछ मामलों में उच्च सिंचाई दर और बहुत अच्छे खनिज अनाज के आकार का उपयोग किया गया था, जिसमें शुरू में एक संरचना की कमी होती है जैसा कि आमतौर पर मिट्टी में देखा जाता है। यह स्तंभों के तल पर जाल के छिद्रों का कारण बन सकता है जिसमें प्रयोगों के चलने के दौरान केवल ठीक खनिज होते हैं। इसलिए, स्तंभों के माध्यम से पानी पर्याप्त तेजी से नहीं बहता था, जिसके परिणामस्वरूप स्तंभों में बाढ़ आ गई, पानी की घुसपैठ और लीचेट संग्रह कम हो गया, और स्तंभों के भीतर एनोक्सिक स्थितियों में, जैव-रासायनिक प्रक्रियाओं को प्रभावित किया। इस मुद्दे को कम करने के लिए, हमेशा महीन खनिज अनाज के आकार के साथ मोटे का एक निश्चित प्रतिशत मिश्रण करना और 100% बहुत महीन खनिज अनाज आकार के मिश्रण से बचना महत्वपूर्ण है। एक अन्य विकल्प यह है कि स्तंभों को मिट्टी की संरचना के गठन को शुरू करने के लिए एक निश्चित संख्या में गीला/सुखाने के चक्रों का अनुभव करने की अनुमति दें, और इस प्रकार पानी की घुसपैठ में सुधार हो। इसके अलावा, प्रयोग की शुरुआत से पहले, गैस प्रवाह, खनिज संतृप्ति राज्य और जीवों की गतिविधि के ड्राइवरों को बेहतर ढंग से समझने के लिए कुछ मेसोकोसम में बुनियादी मिट्टी के पानी की गतिशीलता, जैसे संतृप्त और असंतृप्त प्रवाह और जल प्रतिधारण वक्र को निर्धारित करना उपयोगी होगा।

प्रस्तुत प्रयोगात्मक सेटअप उपयोग करने के लिए सुविधाजनक है, एक सीधी स्थापना प्रस्तुत करता है और अनुसंधान आवश्यकताओं के अनुसार समायोजित किया जा सकता है। खनिज अपक्षय के संदर्भ में, आवश्यक समायोजन के साथ, इसे गैस चैंबर के साथ जोड़ा जा सकता है ताकि न केवल ठोस और जलीय चरण में कार्बन को चिह्नित किया जा सके बल्कि गैस चरण में कार्बन की गतिशीलता को भी देखा जा सके। इसके अलावा, इस सेटअप का उपयोग सूखे-गीले अनुक्रमों के साथ यथार्थवादी पानी की घुसपैठ दर का अध्ययन करने के लिए किया जा सकता है, क्योंकि ये अस्थायी गतिशीलता41 अपक्षय को दृढ़ता से प्रभावित कर सकती है। इस सेटअप का उपयोग केवल सिलिकेट खनिजों पर ध्यान केंद्रित करने वाले प्रयोगों तक सीमित नहीं है, लेकिन इसे विभिन्न सब्सट्रेट का उपयोग करने वाले स्तंभ प्रयोगों में लागू किया जा सकता है। इसके अलावा, प्रयोगों की लंबाई छोटा या प्रयोगात्मक जरूरतों के अनुसार बढ़ाया जा सकता है, और स्तंभों की संख्या बदला जा सकता है. ठोस संसाधित सामग्री और लीचेट दोनों से नमूने एकत्र करने की संभावना हमें दो घटकों या दोनों में से एक पर ध्यान केंद्रित करने के लिए विभिन्न विश्लेषण करने की अनुमति देती है। ज्ञान प्रस्तुत करने के लिए, यह एकमात्र सेटअप है जिसे अब तक असाधारण संख्या में स्तंभों के साथ बनाया गया है जिसका उद्देश्य खनिज अपक्षय को बढ़ाने के लिए मिट्टी के जीवों का उपयोग करना है, जबकि समवर्ती रूप से सिलिकेट खनिजों और कार्बनिक पदार्थों से बने सिस्टम में अजैविक स्थितियों को नियंत्रित करना है।

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

हम सिंचाई प्रणाली के विकास के लिए तुपोला से टन वैन डेर ज़ल्म को स्वीकार करते हैं। इसके अतिरिक्त, हम इस सेटअप के निर्माण के दौरान दी गई हंसी और मानसिक समर्थन के लिए तुपोला से जैको बार्स को धन्यवाद देते हैं। हम पीटर गारम्सज़ेगी और एंजेल वेलास्को सांचेज़ को धन्यवाद देते हैं कि जब सिंचाई प्रणाली कार्यात्मक नहीं थी, तब स्तंभों को मैन्युअल रूप से पानी देने में मदद करने के लिए। हम नमूने के दौरान प्रदान की गई सहायता के लिए स्टीवन हेस्टरमैन, ज़ुमिंग ली, करेन मोरन रिवेरा, जोना वैन डेन बर्ग और कांगिंग ज़ी को भी धन्यवाद देते हैं। हम पैगी बार्टश, टॉम जैपिनन, पीटर नोबल्स, ब्रेंट रोटगेंस, आंद्रे वैन लीउवेन और गेरलिंडे विंक को प्रयोगशाला में सहायता, नमूनों के विश्लेषण और फलदायी चर्चाओं के लिए धन्यवाद देते हैं। अंत में, हम जलवायु कक्ष के प्रावधान और रखरखाव के लिए यूनिफार्म से जेरोएन ज़ोनवेल्ड को धन्यवाद देते हैं। यह सेटअप जैव-त्वरित खनिज अपक्षय (बीएएम!) परियोजना के हिस्से के रूप में बनाया गया था, जिसे अनुदान समझौते के तहत अनुसंधान और नवाचार के लिए यूरोपीय संघ क्षितिज 2020 फ्रेमवर्क कार्यक्रम द्वारा वित्त पोषित किया गया 964545।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acryl sheet plates WSV kunststoffen BV N/A Used for holding columns, funnels, irrigation tubes and pipes.
Adapter ring Tameson FL2S-FM-B-014G-034G Used ot make the system to connect the PU hose to the tap.
Cable ties Gamma 456196 Used for holding the mesh system.
Citric acid Nortembio (amazon.nl)  B01BDLOGW2 Used for cleaning pipes and funnels.
CytoFLEX flow cytometer  Beckam Coulter CytoFLEX
Dishwasher soap BOOM 77000307.9010 Used for cleaning the jerrycans.
Eight relay expansion module Control by web X-12s Used to control the valves of hte irrigation system. 
End cap Wildkamp 819906 Used to close one end of the main tube of the irrigation system. 
Fridges HorecaGemak DIA-BVL031/6P Used for storing the jerrycans.
Funnels Praxisdienst 135864 Used for directing the leachate from the columns to the jerrycans. 75 mm diamater.
Hand punch Wildkamp 719928 Used to cut holes for small tubes in the main tube of the irrigation tube. 
HDPE Jerrycan 10 L Glas-shop.be 105157 Come with lid. Used to collect the leachate.
HDPE Jerrycan 5 L Glas-shop.be 105156 Come with lid. Used to collect the leachate.
Hexagon nut Fabory 51080.100.001 Used to block acryl sheets on metal screws. 
Label printer Brother PT-H107B  Used for printing labels to stick on acryl sheets.
Ldpe irrigation pipe Wildkamp 15382585 Used to make main tube of the irrigation system.
Luggage scale United Entertainment 8718274546996 Used to weigh jerrycans.
Mesh 10 μm Franz Eckert PES-10/2 Used for the mesh system.
Mesh 20 μm Franz Eckert PES-20/13 Used for the mesh system.
Metal screws Schroeven goothandel.nl 100975401010 Used to install acryl sheets.
Micro hose for drip irrigation Wildkamp 15119128 Used to make small tubes of the irrigation system.
Middle ring self-made with 3D printer self-made with 3D printer Used for holding the columns a few centimeters above the funnels. 
Nosepiece Wildkamp 15045986 Used to connect the solenoid valve to the irrigation pipe. 
Nylon mesh Sefar N/A 1 mm mesh used for the top of the columns to prevent earthworms' escape.
Plastic beads lyondelbasell TRC 352N C12507 Used for the mesh system.
Plug-in fitting with 2 connections Tameson F24V5 Used at the end of the system to end the PU hose. 
Polycarbonate enclosure RS 498-5387 Used to house the electronical compontents of the irrigation system. 
Power cable RS 775-6075 Used to connect the valves. 
pp coupling Wildkamp 719780 Used to make the system to connect the PU hose to the tap. 
Pressure regulator Wildkamp 719943 Used  to make sure all small tubes were releasing same amount of water. 
PTFE tape GAMMA 237001 Used ot wrap the end of hte irrigation pipe.
PU hose Tameson PU-8-1198-50-1 Used to connect all the valves with eath other and to the tap. 
PVC pipes Rubbermagazijn 99001230 Used for connecting the funnels to the jerrycans.
PVC tubes Wildkamp 91700 Used to make the columns. 
Rail power supply RS 145-7873 Used to supply power to the eight relay expansion module. 
Rubber bands PasschierTerpo 8714603820621 Used to hold the mesh for earthworms. 
Solenoid valve Tameson CM-DA014B020E-024DC Used for opening and closing of the waterflow.
Sprinklers self-made with 3D printer self-made with 3D printer Used for evenly distribute the water over the columns. 
Stainless steel plates 24/7 tailor steel N/A Used as a frame for the set-up above the fridge. 
T-piece plug in fitting Tameson F25DT Used to connect the solenoid valve to the PU hose.
TPU 95A material  MakerPoint 1756 Used to print components with 3D printer. 
Washer carriers Fabory 50095.100.001 Used to put below hexagon nut.
Web Enabled Controller Control by web X-400-I(9-28 VDC) Used for allowing online control of the irrigation settings. 

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References

  1. Beerling, D. J., et al. Potential for large-scale CO2 removal via enhanced rock weathering with croplands. Nature. 583 (7815), 242-248 (2020).
  2. Fuss, S., et al. Negative emissions - Part 2: Costs, potentials and side effects. Environmental Research Letters. 13, 063002 (2018).
  3. Goll, D. S., et al. Potential CO2 removal from enhanced weathering by ecosystem responses to powdered rock. Nature Geoscience. 14 (8), 545-549 (2021).
  4. Hartmann, J., et al. Enhanced chemical weathering as a geoengineering strategy to reduce atmospheric carbon dioxide, supply nutrients, and mitigate ocean acidification. Reviews of Geophysics. 51 (2), 113-149 (2013).
  5. Vicca, S., et al. Is the climate change mitigation effect of enhanced silicate weathering governed by biological processes. Global Change Biology. 28 (3), 711-726 (2022).
  6. Strefler, J., Amann, T., Bauer, N., Kriegler, E., Hartmann, J. Potential and costs of carbon dioxide removal by enhanced weathering of rocks. Environmental Research Letters. 13 (3), 034010 (2018).
  7. te Pas, E. E., Hagens, M., Comans, R. N. Assessment of the enhanced weathering potential of different silicate minerals to improve soil quality and sequester CO2. Frontiers in Climate. 4, 954064 (2023).
  8. Jordan, G., Pokrovsky, O. S., Guichet, X., Schmahl, W. W. Organic and inorganic ligand effects on magnesite dissolution at 100 °C and pH = 5 to 10. Chemical Geology. 242 (3-4), 484-496 (2007).
  9. Shirokova, L. S., et al. Experimental study of the effect of heterotrophic bacterium (Pseudomonas reactans) on olivine dissolution kinetics in the context of CO2 storage in basalts. Geochimica et Cosmochimica Acta. 80, 30-50 (2012).
  10. Pokrovsky, O. S., Shirokova, L. S., Zabelina, S. A., Jordan, G., Bénézeth, P. Weak impact of microorganisms on Ca, Mg-bearing silicate weathering. npj Materials Degradation. 5, 51 (2021).
  11. Basak, B. B., Biswas, D. R. Influence of potassium solubilizing microorganism (Bacillus mucilaginosus) and waste mica on potassium uptake dynamics by sudan grass (Sorghum vulgare Pers.) grown under two Alfisols. Plant and Soil. 317 (1-2), 235-255 (2009).
  12. Gouda, S., et al. Revitalization of plant growth promoting rhizobacteria for sustainable development in agriculture. Microbiological Research. 206, 131-140 (2018).
  13. Burghelea, C. I., et al. Trace element mobilization during incipient bioweathering of four rock types. Geochimica et Cosmochimica Acta. 234, 98-114 (2018).
  14. Wild, B., Imfeld, G., Daval, D. Direct measurement of fungal contribution to silicate weathering rates in soil. Geology. 49 (9), 1055-1058 (2021).
  15. Hu, L., et al. Earthworm gut bacteria increase silicon bioavailability and acquisition by maize. Soil Biology and Biochemistry. 125, 215-221 (2018).
  16. Liu, D., Lian, B., Wang, B., Jiang, G. Degradation of potassium rock by earthworms and responses of bacterial communities in its gut and surrounding substrates after being fed with mineral. PLoS ONE. 6 (12), e28803 (2011).
  17. Schwartzman, D. The geobiology of weathering: a 13th hypothesis. arXiv. , (2015).
  18. Buss, H. L., Lüttge, A., Brantley, S. L. Etch pit formation on iron silicate surfaces during siderophore-promoted dissolution. Chemical Geology. 240 (3-4), 326-342 (2007).
  19. Sun, L. L., et al. Differences in the gene expressive quantities of carbonic anhydrase and cysteine synthase in the weathering of potassium-bearing minerals by Aspergillus niger. Science China Earth Sciences. 56 (12), 2135-2140 (2013).
  20. Van Hees, P. A. W., et al. Oxalate and ferricrocin exudation by the extramatrical mycelium of an ectomycorrhizal fungus in symbiosis with Pinus sylvestris. New Phytologist. 169 (2), 367-378 (2006).
  21. Xiao, L., Lian, B., Hao, J., Liu, C., Wang, S. Effect of carbonic anhydrase on silicate weathering and carbonate formation at present day CO2 concentrations compared to primordial values. Scientific Reports. 5, 7733 (2015).
  22. Welch, S. A., Taunton, A. E., Banfield, J. F. Effect of microorganisms and microbial metabolites on apatite dissolution. Geomicrobiology Journal. 19 (3), 343-367 (2002).
  23. Suzuki, Y., Matsubara, T., Hoshino, M. Breakdown of mineral grains by earthworms and beetle larvae. Geoderma. 112 (1-2), 131-142 (2003).
  24. Carpenter, D., Hodson, M. E., Eggleton, P., Kirk, C. The role of earthworm communities in soil mineral weathering: a field experiment. Mineralogical Magazine. 72 (1), 33-36 (2008).
  25. Georgiadis, A., Marhan, S., Lattacher, A., Mäder, P., Rennert, T. Do earthworms affect the fractionation of silicon in soil. Pedobiologia. 75, 1-7 (2019).
  26. Committee for Biological Agents (ABAS). TRBA 450 classification criteria for biological agents. , https://www.baua.de/DE/Angebote/Rechtstexte-und-Technische-Regeln/Regelwerk/TRBA/TRBA-450.html (2016).
  27. Committee for Biological Agents (ABAS). TRBA 466 Classification of prokaryotes (bacteria and archaea) into risk groups. , https://www.baua.de/EN/Service/Legislative-texts-and-technical-rules/Rules/TRBA/TRBA-466.html (2010).
  28. Committee for Biological Agents (ABAS). TRBA 460 Classification of fungi in risk groups. , https://www.baua.de/DE/Angebote/Rechtstexte-und-Technische-Regeln/Regelwerk/TRBA/TRBA-460.html (2016).
  29. Amann, T., Hartmann, J. Carbon accounting for enhanced weathering. Frontiers in Climate. 4, 849948 (2022).
  30. Amann, T., Hartmann, J., Hellmann, R., Pedrosa, E. T., Malik, A. Enhanced weathering potentials-the role of in situ CO2 and grain size distribution. Frontiers in Climate. 4, 929268 (2022).
  31. Vienne, A., et al. Enhanced weathering using basalt rock powder: carbon sequestration, co-benefits and risks in a mesocosm study with Solanum tuberosum. Frontiers in Climate. 4, 869456 (2022).
  32. Ten Berge, H. F., et al. Olivine weathering in soil, and its effects on growth and nutrient uptake in ryegrass (Lolium perenne L.): a pot experiment. PLoS ONE. 7 (8), e42098 (2012).
  33. Amann, T., et al. Enhanced weathering and related element fluxes-a cropland mesocosm approach. Biogeosciences. 17 (1), 103-119 (2020).
  34. Dietzen, C., Harrison, R., Michelsen-Correa, S. Effectiveness of enhanced mineral weathering as a carbon sequestration tool and alternative to agricultural lime: an incubation experiment. International Journal of Greenhouse Gas Control. 74, 251-258 (2018).
  35. Wood, C., Harrison, A. L., Power, I. M. Impacts of dissolved phosphorus and soil-mineral-fluid interactions on CO2 removal through enhanced weathering of wollastonite in soils. Applied Geochemistry. 148, 105511 (2023).
  36. Carpenter, D., Hodson, M. E., Eggleton, P., Kirk, C. Earthworm induced mineral weathering: preliminary results. European Journal of Soil Biology. 43, S176-S183 (2007).
  37. De Souza, M. E. P., et al. Vermicomposting with rock powder increases plant growth. Applied Soil Ecology. 69, 56-60 (2013).
  38. Burghelea, C., et al. Mineral nutrient mobilization by plants from rock: influence of rock type and arbuscular mycorrhiza. Biogeochemistry. 124, 187-203 (2015).
  39. Zaharescu, D. G., et al. Ecosystem composition controls the fate of rare earth elements during incipient soil genesis. Scientific Reports. 7, 43208 (2017).
  40. Van Grinsven, J. J. M., Van Riemsdijk, W. H. Evaluation of batch and column techniques to measure weathering rates in soils. Geoderma. 52 (1-2), 41-57 (1992).
  41. Calabrese, S., et al. Nano-to global-scale uncertainties in terrestrial enhanced weathering. Environmental Science & Technology. 56 (22), 15261-15272 (2022).

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जैव रसायन अंक 201
मृदा जीवों की गतिविधि के माध्यम से खनिज अपक्षय को बढ़ाने के लिए एक प्रयोगात्मक सेटअप का डिजाइन और निर्माण
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Calogiuri, T., Hagens, M., Van Groenigen, J. W., Corbett, T., Hartmann, J., Hendriksen, R., Janssens, I., Janssens, I. A., Ledesma Dominguez, G., Loescher, G., Mortier, S., Neubeck, A., Niron, H., Poetra, R. P., Rieder, L., Struyf, E., Van Tendeloo, M., De Schepper, T., Verdonck, T., Vlaeminck, S. E., Vicca, S., Vidal, A. Design and Construction of an Experimental Setup to Enhance Mineral Weathering through the Activity of Soil Organisms. J. Vis. Exp. (201), e65563, doi:10.3791/65563 (2023).

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