Farklı Toprak Karbon Havuzlarını Ayırmak için Toprak Yoğunluğu Fraksiyonasyonunun Kullanılması

Bu yöntem, araştırmacıların toprak karbon stabilizasyonu araştırmasının bir parçası olarak az sayıda fonksiyonel toprak karbon havuzunu ölçülebilir ve modellenebilir fraksiyonlara ayırmalarını sağlar. Bu tekniğin uygulanması kolaydır, çeşitli toprak tiplerinde daha fazla tekrarlanabilirliğe izin verir ve farklı minerallerle ilişki derecesine bağlı olarak farklı toprak karbon havuzlarını ayırt eder. Toprağın hafif fraksiyonlu organik maddeye ve ağır fraksiyonlu mineral bileşenlere bölünmesi, toprak karbon devir hızlarını ve mineral organik ilişki havuzu büyüklüğünü modellemek için toprak karbon tutma ve stabilizasyon mekanizmalarını aydınlatır.

Durulama ve transfer sırasında malzeme kaybı kolaydır, bu nedenle numune kütlesi ve karbon içeriğinin tutarlı ve dikkatli bir şekilde hesaplanması, minimum %90 toplam geri kazanım sağlamanın anahtarıdır. 250 mililitrelik konik polipropilen santrifüj tüpüne iki milimetreye kadar elenmiş 50 gram hava ile kurutulmuş toprak numunesi ekleyerek başlayın ve kütleyi en az dört önemli rakama kaydedin. Ardından, santimetreküp SPT çözeltisi başına 50 mililitre SPT çözeltisini santrifüj tüpüne ekleyin ve tüpü sıkıca kapatın.

Şimdi, suya dayanıklı olmayan agregaları parçalamak için tüpü yaklaşık 60 saniye boyunca elle kuvvetlice sallayın. Ardından, sıkıca kapatılmış tüpü bir platform çalkalayıcıya sabitleyin ve dakikada 40 ila 120 dönüşte iki saat boyunca sallayın. Genellikle, tüpün yan tarafına yerleştirilmesi, sloshing kuvvetini artırarak ve toprak tabakasının ayakta durma yüksekliğini azaltarak toprak dağılımına yardımcı olur.

Tüpü periyodik olarak çalkalayıcıdan çıkarın ve daha yoğun agregalanmış malzemenin çalkalanmasını arttırmak için elle kuvvetlice çalkalayın. Tüpü çalkalayıcıdan çıkardıktan sonra, gerektiğinde dikkatlice ek SPT çözeltisi ekleyerek santrifüj tüp kütlelerini santrifüj edilecek tüp seti boyunca eşitleyin. SPT solüsyonunu ekledikten sonra 30 saniye boyunca elle kuvvetlice salladığınızdan emin olun.

Tüpleri sallanan kovalı bir santrifüjde 3.000 g'da 10 dakika boyunca santrifüj edin. Santrifüjlemeden sonra, bir pipetle aynı beş mililitreyi çizerek ve kütleyi bir terazi ile kontrol ederek süpernatantın yoğunluğunu test edin. İstenilen yoğunluğa ulaşmak için gerekirse SPT ses seviyesini ayarlayın.

Bir çözelti yoğunluğu ayarı yapılmışsa tekrar çalkalayın ve santrifüj yapın. Bir vakum pompasına bir litrelik bir yan kol şişesi takın ve iç çapı 12 santimetre olan porselen bir Buchner hunisine 0,7 mikron gözenek boyutuna sahip 110 milimetrelik bir cam elyaf filtre yerleştirin. Yan kol şişesine konik bir kauçuk conta kullanarak huniyi dikkatlice kapatın.

Aynı anda birden fazla numuneyi çalıştırmak için bir vakum hattı manifoldu kullanın. Daha sonra, vakum pompasına bir litrelik başka bir yan kol şişesi takın ve üzerine yaklaşık 0,5 metre çıkıntılı bir tüp uzunluğuna sahip aspirasyon için ekli boru ile lastik bir tıpa yerleştirin. Üst tabakadaki asılı malzeme de dahil olmak üzere süpernatanı, santrifüj tüpünün kenarları boyunca yavaşça aspire edin.

Peletlenmiş toprak yüzeyine aspirasyon tüpünün ucuyla dokunmayın. Dikkatli bir şekilde yapılmazsa, ağır fraksiyon malzemesini peletten yanlışlıkla aspire etmek kolaydır. Numuneler arasındaki aspirasyon tüpünü temizlemek için, tüpün ucunu çok hızlı bir şekilde deiyonize / damıtılmış veya DDI suya daldırın ve vakumu uygulayarak hattın yaklaşık beş mililitresini su çekin.

Tüm malzeme vakum tüpünden temizlenene kadar tekrarlayın. Aspirasyondan sonra, kauçuk tıpayı ve aspirasyon tüpü bağlantısını yan kol şişesinden çıkarın ve vakum pompasını açık tutarken içeriği Buchner hunisinin üstüne dökün. Şişeyi DDI suyuyla durulayın, girdap yapın ve şişe içeriğini Buchner hunisine dökün.

Tüm kalıntılar temizlenene kadar bu işlemi tekrarlayın. Ardından, alttaki sert peleti parçalamak için santrifüj tüpünü elle 60 saniye boyunca kuvvetlice sallayarak toprak peletini 50 mililitre SPT'de tekrar askıya alın. Tüpü 3.000 g'da 10 dakika boyunca santrifüj edin.

Daha önce gösterildiği gibi, süpernatanı aspire edin ve aynı Buchner hunisinden filtreledikten sonra aynı şişede toplayın. SPT'yi ağır fraksiyon malzemesinden yıkamak için, ağır fraksiyon peletini içeren santrifüj tüpüne 50 mililitre DDI su ekleyin ve sert peletin parçalandığından emin olarak tüpü 60 saniye boyunca elle kuvvetlice sallayın. Tüpü 3.000 g'da 10 dakika boyunca santrifüj edin.

Daha önce tarif edildiği gibi süpernatantı aspire edin. Kalan yüzen partiküller, hafif fraksiyon malzemesinin geri kalanıyla huniye eklenmelidir. Yıkama prosedürünü iki kez tekrarlayın.

Daha sonra, toprağı santrifüj tüpünden temiz etiketli bir cam beher veya kavanoza dikkatlice kazıyın. Kalan toprağı gevşetmek için tüpe yeterince DDI suyu dökün ve bulamacı cam kaba eklemeden önce tüpü çalkalayın. DDI suyu kullanarak tüpü iyice durulayın ve yıkamayı tekrar cam kaba koyun.

Cam kabı 40 ila 60 santigrat derece arasında ayarlanmış bir kurutma fırınına yerleştirin ve tipik olarak 24 ila 72 saat süren sabit bir kuru ağırlığa ulaşana kadar kurutun. SPT'nin ışık fraksiyonundan tamamen çıkarılmasını sağlamak için, ışık fraksiyonu malzemesini içeren Buchner hunisini DDI suyuyla doldurun ve içeriği cam elyaf filtrelerle filtreleyin. Su tamamen süzüldükten sonra, yıkamayı iki kez tekrarlayın.

Vakum pompasını kapattıktan sonra huniyi yan kol şişesinden çıkarın. Şimdi, huniyi etiketli bir cam kabın veya kavanozun üzerinde yatay olarak tutarak, bir yıkama şişesinden DDI suyu kullanarak partikülleri filtreden hafifçe durulayın. Cam kabı 40 ila 60 santigrat derece arasında ayarlanmış bir kurutma fırınına yerleştirin ve tipik olarak 24 ila 72 saat süren sabit bir kuru ağırlığa ulaşana kadar kurutun.

Fraksiyone edilmiş malzemelerin kuru kütlesini tartmak için, her bir kabı alın ve tüm kurutulmuş malzemeyi ondan plastik bir tartım teknesine yavaşça kazıyın. Numuneyi etiketli bir saklama şişesine veya bir torbaya yerleştirmeden önce kütleyi dördüncü ondalık basamağa kadar kaydedin. Her fraksiyon ve dökme toprak artık analiz için hazırdır.

Aşağıdaki şekiller, yöntemin etkinliğini ve toprak karbon havuzlarına ilişkin anlayışı göstermektedir. Burada, toprak organik karbonunun farklı fraksiyonlarda geri kazanımı, detrital işlemlerin, özellikle yığın içeriği üzerinde gözlemlenen etkilere göre, hafif ve ağır fraksiyonlar üzerinde belirgin etkileri göstermiştir. Ek yoğunluk fraksiyonasyonu, mineralle ilişkili organik madde üzerindeki arıtma etkilerinin ağırlıklı olarak daha yüksek yoğunluklu malzeme ile sınırlı olduğunu, ancak ara fraksiyonun daha fazla değişkenliğe rağmen önemli bir etki göstermediğini ortaya koymuştur.

Dökme toprağın fraksiyone havuzlara göre karbon-azot içeriği, bitki bazlı partikül malzemeyi mineral maddeden ayırmak için yoğunluk fraksiyonasyon yönteminin etkinliğini açıkça ortaya koymuştur. Santimetreküp başına 2.20 gramın altındaki yoğunluklara sahip havuzlar, daha yüksek yoğunluklu havuzlara kıyasla tedavilere daha fazla yanıt verdi. İzotopik analiz, toprak mineralojisinin toprak yoğunluğu havuzlarındaki biyojeokimyasal özellikler üzerindeki etkisini göstermiştir.

Ayrıca, altı veya daha fazlasının aksine üç yoğunluk havuzunun analizi, izotopik eğilimleri büyük ölçüde yakaladı. Hafif fraksiyon içeriği için, fırında kurutma, çözünmüş organik karbon formunda önemli ölçüde daha fazla karbon kaybı sağladı, ancak kayıp miktarı önemsizdi. İkincisi, karbon havuzunda mevsimsellik gözlenmedi.

Tutarlı kaldığından ve numunelerde bulunan su ile seyreltilmediğinden emin olmak için SPT çözelti yoğunluğunu dikkatli bir şekilde doğrulayın. Çok düşük veya çok yüksek çözelti yoğunluğu, numunelerdeki karbon miktarını yanlış temsil eder. 13C, 14C ve 15N izotopik analiz ve kütle spektroskopisini birleştirmek, SOC döngü dinamikleri hakkında ek bilgiler sağlarken, saha tarihini ve toprak özelliklerini de hesaba katar.

Bu teknik, araştırmacıların toprak karbon modellemesini daha doğru bir şekilde bilgilendirmek için ciro süresi, stabilizasyon mekanizması ve kimyada önemli ölçüde farklılık gösteren doğrudan ölçülebilir karbon havuzlarını izole etmelerini sağlar.