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Überwachung der anorganischen Kohlenstoffakkumulation pedogener Kohlenstoff aufgrund der Verwitterung von geänderten Silikatmineralien in landwirtschaftlichen Böden.
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Summary June 4th, 2021
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Die hier beschriebene Nachweismethode ist anpassbar für die Überwachung der pedogenen anorganischen Kohlenstoffbindung in verschiedenen landwirtschaftlichen Böden, die mit Erdalkalimetallsilikat-haltigen Gesteinen wie Wollastonit, Basalt und Olivin ergänzt werden. Diese Art der Validierung ist für Emissionsgutschriftenprogramme unerlässlich, von denen Landwirte profitieren können, die Kohlenstoff auf ihren Feldern binden.
Transcript
Die hier beschriebene Verifizierungsmethode ist anpassungsfähig für die Überwachung der pedogenen, anorganischen Kohlenstoffbindung in verschiedenen landwirtschaftlichen Böden, die mit Gesteinen ergänzt werden, die Erdalkalimetallsilikate wie Wollastonit, Basalt und Olivin enthalten. Diese Methode kann von privaten oder staatlichen Stellen leicht genutzt werden, um den Gehalt anorganischem Kohlenstoff im Boden zu überprüfen, um Landwirte für eine Emissionsgutschrift für negative Emissionen zu qualifizieren. Eine verbesserte Verwitterung von Mineralien, die sich auf Land ausbreiten, kann auch zu einer Kohlenstoffbindung in Szenarien führen, die über die Landwirtschaft hinausgehen, wie z. B. Weideland, Forstwirtschaft oder rehabilitierte Flächen und Adrian-Böden.
Die Heterogenität der landwirtschaftlichen Böden, sowohl adriatisch als auch in der Tiefe, macht es schwierig, den gehalt anorganischen Kohlenstoff genau zu bestimmen, und die Unterbemusterung von Proben trägt ebenfalls zu einer geringeren Präzision bei. Die Verwendung von Standardzusätzen von Calciumcarbonat-Probenteilern, eine umfangreiche Analysereplikation und statistische Analysen können Erstforschern helfen, Vertrauen in die vorgeschlagene Methodik zu gewinnen. Einen Teil der Feldverfahren wird Stephen Vanderburgt, ein Masterstudent aus unserem Labor, demonstrieren.
Beginnen Sie mit der Bestimmung der Nivellierung jedes Diagramms mit einem GPS-Empfänger und platzieren Sie dann Flaggen an den Grenzen jedes Diagramms, um die nachfolgende Probenahme zu erleichtern. Sammeln Sie Kernproben von zufälligen Punkten innerhalb jedes Teildiagramms, eine pro Nebenhandlung. Verwenden Sie eine Bodensonde oder einen Bodenkernsammessnehmer, um den Bodenkern bis zu drei Tiefenzonen von null bis 15 Zentimetern, 15 bis 30 Zentimetern und 30 bis 60 Zentimetern zu sammeln.
Verwenden Sie eine ausziehbare Schnecke, um tiefe Bodenproben von zusätzlichen Standorten bis zu drei Tiefenzonen von 60 bis 100 Zentimetern, 100 bis 175 Zentimetern und 175 bis 250 Zentimetern zu sammeln. Geben Sie die Bodenproben in Eimer, eine pro Probentiefe auf jeder Parzelle. Mischen Sie die Böden in jedem Eimer gründlich, legen Sie dann den tragbaren Feuchtigkeitstester in die gemischte Bodenprobe und warten Sie, bis sich der Feuchtigkeitsgehalt an einem stabilen Punkt auf dem Messgerät des Geräts festspricht.
Drücken Sie die Haltertaste und notieren Sie den Wert als Echtzeit-Feuchtigkeitsgehalt von Mischböden. Beschriften Sie die Probenbeutel ordnungsgemäß mit Informationen über die Parzellen, die Bodentiefe und das Datum der Probenahme und bewahren Sie die zusammengesetzten Proben dann in den Beuteln auf. Trocknen Sie die Bodenproben so schnell wie möglich nach der Probenahme an der Luft, um die Oxidation des Bodenkohlenstoffs zu minimieren.
Legen Sie die Bodenproben in Kartons und stellen Sie die Kartons für 24 bis 48 Stunden in einen Trockenschrank bei 50 Grad Celsius, bis der Boden trocken ist. Lagern Sie die luftgetrockneten Proben bis zur weiteren Analyse in Probenbeuteln. Führen Sie die Bodenproben vor der Bodenfraktionierung durch ein Zwei-Millimeter-Sieb, um große Fragmente von Gesteinen und Pflanzenresten zu entfernen.
Trocknen Sie die gesiebten Böden im Ofen, indem Sie sie mindestens 15 Stunden lang in einen Bei 105 Grad Celsius gehaltenen Dumpfofen legen. Für die Bodenfraktionierung ein Kilogramm der ofengetrockneten Probe auf das obere Netz des Siebschüttlers geben, das aus verschiedenen Maschenöffnungen besteht. Schütteln Sie die Siebe bei 60 U / min für 15 Minuten.
Verwenden Sie Pfannenfraktionen von weniger als 50 Mikrometern für Analysen, da dies die mit Pedogencarbonat angereicherte Bodenfraktion ist. Um den anorganischen Kohlenstoffgehalt von Bodenproben mittels Kalzimetrieanalyse zu bestimmen, legen Sie fünf Gramm einer gesiebten Bodenprobe in einen geeigneten Erlenmeyerkolben. Suspendieren Sie die Probe in 20 Millilitern reinen Reinwassers.
Geben Sie sieben Milliliter von vier molarer Salzsäure in ein kleines Reagenzglas mit flachem Boden und legen Sie dieses Rohr dann mit einer Pinzette aufrecht in den Kolben. Befestigen Sie den Kolben vorsichtig am Kalzimeter, indem Sie den Gummistopfen befestigen. Stellen Sie den anfänglichen Wasserstand in der Bürette ein und lesen Sie ihn ab und versiegeln Sie ihren Kopfraum, indem Sie das obere Ventil in die Messposition drehen.
Schütteln Sie den Kolben und stoßen Sie dabei das Säurerohr um, bis der Wasserstand in der Bürette einen konstanten Wert erreicht und kein Blubbern in der Lösung beobachtet wird. Ein typischer Datensatz für einen Wollastonit-ergänzten Boden im Vergleich zu einem unbehandelten Kontrollboden ist hier dargestellt. Der pH-Wert des geänderten Bodens ist im Vergleich zur Kontrolle um 1,15 Einheiten höher und der Calciumcarbonatgehalt ist fast fünfmal höher.
In der Tiefenzone von null bis 15 Zentimetern war der Gehalt im geänderten Boden im Vergleich zur Kontrolle viermal höher, und seine Pfannenfraktion wurde mit Calciumcarbonat angereichert. Die beiden Tiefenprofilproben hatten den höchsten Gehalt, da es sich um natürlich vorhandene Karbonate im C-Horizont handelt. Die verschiedenen im Boden vorhandenen Oxide wurden von WDXRF bestimmt.
Die wichtigsten oxide sind diejenigen, die die wichtigsten Bodenmineralien, Pflanzennährstoffe und die Erdalkalimetalle bilden. Das XRD-Muster eines Wollastonit-ergänzten Bodens ist hier dargestellt. Die Hauptgipfel sind Quarz und Albit, die vorherrschende Mineralien in sandigen, lehmigen Böden sind.
Peaks des ergänzten Rest-Wollastonits und des pedogenen Calcits sind ebenfalls sichtbar. Wollastonit-ergänzter Boden wurde nach mehrwöchiger Verwitterung mit SEM abgebildet. Ein genauerer Blick auf die Wollastonit-Partikel zeigt die morphologischen Veränderungen an der Oberfläche.
Die Mikroanalyse der Wollastonitoberfläche wurde durchgeführt, indem eine Elementkartierung der Probe erhalten wurde. Das EDS-Spektrum des kartierten Gebiets offenbarte sein semi-quantitatives chemisches Profil. Die früheren Elementkarten zeigen deutlich, dass das nachgewiesene Silizium und Kalzium größtenteils in den aktikulären Wollastonitpartikeln zu finden sind.
Die Spot-EDS-Analyse wurde an den kleineren Fragmenten durchgeführt, die in der Bodenprobe verstreut waren. Die Fragmente waren reich an Kohlenstoff und Sauerstoff, was darauf hindeutet, dass sie hauptsächlich aus organischer Substanz bestehen. Beachten Sie bei diesem Protokoll, dass die Probenahmetiefe in verschiedenen Bereichen variieren kann, abhängig von der Leichtigkeit der Probenahme über das vertikale Profil, der Dicke des Oberflächenbodenhorizonts, der Tiefe des Grundwasserspiegels und der Bodenstruktur.
Die Messung stabiler Isotopen- und radiogener Kohlenstoffsignaturen über dem Profil von Boden und Untergrund könnte in dieses Verfahren einbezogen werden, um die Sequestrierung von atmosphärischem CO2 in mineralisch geänderten Feldern weiter zu überprüfen.
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