Samlet størrelse og tæthed fraktionering af jord for undersøgelser af Organo-Mineral interaktioner

Environment
 

Summary

Kombinerede størrelse og tæthed fraktionering (CSDF) er en metode til fysisk separat jord i fraktioner forskellige i tekstur (partikelstørrelse) og mineralogi (tæthed). Formålet er at isolere fraktioner med forskellige reactivities mod jordbundens organiske materiale (SOM), for bedre at forstå organo-mineral interaktioner og SOM dynamik.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Viret, F., Grand, S. Combined Size and Density Fractionation of Soils for Investigations of Organo-Mineral Interactions. J. Vis. Exp. (144), e58927, doi:10.3791/58927 (2019).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Kombinerede størrelse og tæthed fraktionering (CSDF) er en metode til at fysisk separat jord i fraktioner forskellige i partikelstørrelse og mineralogi. CSDF er afhængig af sekventielle tæthed adskillelse og sedimentation skridt til at isolere (1) gratis let fraktion (uncomplexed organisk stof), (2) occluded let fraktion (uncomplexed organisk materiale fanget i Jordens aggregater) og (3) et variabelt antal tunge brøker (jord mineraler og deres tilknyttede organisk stof) forskellige i sammensætning. Forudsat at parametrene for CSDF (dispersion energi, tæthed cut-offs, bundfældning tid) er korrekt valgt, giver metoden tunge fraktioner af forholdsvis homogene mineralske sammensætning. Hver af disse fraktioner forventes at have en anden kompleksbindende evne til organisk stof, gør dette en nyttig metode til at isolere og studere natur af organo-mineral interaktioner. Kombinerer tæthed og partikel størrelse adskillelse bringer en forbedret opløsning i forhold til simple størrelse eller tæthed fraktionering metoder, at adskillelsen af tunge komponenter både mineralogi og størrelse (relateret til arealet) kriterier. Som er tilfældet for alle fysiske fraktionering metoder, kan det betragtes som mindre forstyrrende eller aggressiv end kemisk baseret udvindingsmetoder. Men CSDF er en tidskrævende metode og derudover mængden af materiale opnået nogle brøkdele kan være begrænsende for efterfølgende analyse. Efter CSDF, kan brøkdele, der analyseres for mineralogiske sammensætning, jordbundens organiske kulstof koncentration og organisk stof kemi. Metoden giver kvantitative oplysninger om organisk kulstof fordeling inden for en jordprøve og bringer lys til den sorptive kapacitet af de forskellige, naturligt forekommende mineral faser, hvilket giver mekanistiske information om de præferentielle arten af organo-mineral interaktioner i jord (i.e., hvilke mineraler, hvilken type af organisk materiale).

Introduction

Jord er et komplekst system, der indeholder elementer af geologiske og biologiske oprindelse. Undersøgelse af deres indbyrdes relation er en hjørnesten i vores forståelse af økosystemets funktion1. Især menes organo-mineral interaktioner at spille en central rolle i jordbundens organiske materiale (SOM) dynamics2. Optrævling SOM dynamics er i øjeblikket en meget aktiv forskningsområde for flere grunde. En jord med højt SOM lagre tendens til at vise god iboende fertilitet og kan også udgøre en miljømæssigt værdifulde carbon sequestration mulighed for3,4.

Organisk materiale i jord er meget heterogen, med nogle komponenter drejning over i rummet inden for et par timer, mens andre kan vedvare i tusindvis af år5. Determinanter for denne heterogenitet stadig et kontroversielt emne, men foreningen med den mineralske matrix menes at være særlig vigtigt6,7, især for undergrunden horisonter8. Som et resultat, modtager mineralske faser kendt tilknyttes tæt med organiske komponenter stigende interesse9,10,11.

Jordbunden indeholder en bred vifte af mineraler med kvalitativt og kvantitativt varierende sorptive potentiale mod SOM. Mineraler med store specifikke overflade områder og/eller meget reaktive overflader har vist sig at have en høj sorption kapacitet for organiske forbindelser4,12. I jord, sekundære mineraler såsom højaktive phyllosilicates (fx smectites), har jern oxyhydroxides og dårligt krystallinsk aluminosilicater alle vist sig at engagere sig væsentligt i sorptive bevarelsen af nogle organiske forbindelser13 , 14 , 15 , 16 , 17. adskille jord i fraktioner forskellige i mineralogi kunne således bidrage til at isolere organisk materiale pools med relative funktionelle homogenitet.

Formålet med dette dokument er at præsentere en metode til at isolere organo-mineral komplekser ifølge sammensætning, som derefter letter undersøgelse af deres egenskaber. Metoden kombinerer størrelse og tæthed fraktionering for at fysisk separate bulk jord i en sekvens af fraktioner af forskellige sammensætning. Kombinerede størrelse og tæthed fraktionering (CSDF) integrerer to effektiv fysisk fraktionering tilgange (partikel størrelse adskillelse og tæthed adskillelse). Kombinationen af disse to tilgange bringer forbedret opløsning til vores forståelse af organo-mineral foreninger i jord.

Der er mange forskellige tilgange (kemiske, fysiske og / eller biokemiske), der kan bruges til at angive fraktioner i en bulk jord prøve18,19. Simpel tæthed fraktionering er en fysisk adskillelse, som har været meget anvendt af jord forskere til at studere SOM dynamics (Se for eksempel Grunwald et al., 2017 og referencer heri)20. I sin klassiske form adskiller enkelt massefylde fraktionering materialer lettere end en given cutoff (generelt 1,6 til 1,85 g·cm-3) - den lette fraktion (LF) fra tungere materialer - den tunge fraktion (hF). LF er undertiden yderligere opdelt i frie let fraktion (fLF) og tilstoppet lys brøkdel (oLF)21.

I mange jorder findes den største SOM pool i hF22. SOM i hF er generelt menes at være mere stabil end i LF23, men det har vist sig at bevare en høj kompositoriske og sandsynligvis, funktionelle heterogenitet18. Dette peger på behovet for yderligere separat på hF i mere homogene subfractions, med henblik på isolering af puljer af SOM med særskilte biogeokemiske egenskaber (såsom opholdstid eller funktionalitet). Sekventiel tæthed fraktionering, som beskrevet af Sollins et al. (2009)24, har faktisk vist sig for at være en succesfuld metode; endnu løber en adskillelse sted udelukkende på grundlag af tæthed en risiko for udsigt over forskelle som følge af variationen i kornstørrelse og dermed specifikke overfladeareal. For eksempel, kaolinit har cirka den samme tæthed som kvarts men kan adskilles på baggrund af sin størrelse mode (tabel 1). CSDF omfatter behandling af kornstørrelse og forbedrer opløsningen af fraktionering.

SOM fraktionering baseret på fysiske, kemiske eller biokemiske egenskaber har en lang historie. Fysiske metoder som CSDF er baseret på fysiske attributter for jord komponenter, såsom størrelse (af partikler eller aggregater) eller tæthed. Kemiske metoder omfatter selektiv ekstraktion af særlige forbindelser eller kategorier af stoffer, samt kemiske oxidation. Biokemiske metoder er afhængige af mikrobielle oxidation under forskellige forsøgsbetingelser. Kemiske og biokemiske metoder er baseret på forskellige principper og har forskellige mål i forhold til fysiske metoder, men er alligevel kort gennemgået nedenfor.

Alkalisk udvinding (med natriumhydroxid for eksempel) er blandt de tidligste metoder til kemisk isolere den organiske komponent i jord6. Eksempler på mere moderne, kemiske metoder til SOM fraktionering omfatter jeg) alkalisk ekstraktion med Na-pyrofosfat sigter mod at isolere SOM bundet til mineraler; II) sur hydrolyse (HCl) sigter mod at kvantificere gamle, vedvarende SOM; og iii) selektive oxidation af SOM med kemiske stoffer sigter mod at angribe gratis eller labile SOM2. Mens disse metoder kan være nyttigt at få indsigt i funktionelt forskellige organisk materiale pool, lider de af flere begrænsninger. Først, ekstraktioner kan være mangelfulde eller ufuldstændige. For eksempel ekstrakter metoden klassisk alkaliske kun 50-70% af jordens organiske kulstof (SOC)6. Andet, fraktionering produkter kan ikke være repræsentative for den SOM fundet i situ og kan være vanskeligt at kategorisere5. Tredje, disse kemiske metoder kun tilbyder begrænsede indsigt i organo-mineral interaktion da mange af dem ikke bevarer den oprindelige association mellem organics og mineraler.

Biokemiske udvinding herunder inkubationer eksperimenter bruges primært til at studere labil og reaktiv SOM (jf. Strosser32 for en gennemgang af biokemiske metoder). Inkubation eksperimenter kan opfattes som en foranstaltning af biokemiske iltforbrug og velegnet intuitivt til bestemmelse af biotilgængeligt økologisk substrater. Men behovet for lang inkubationstid gange under forhold, der afviger fra feltet (temperatur, luftfugtighed, fysisk forstyrrelse, fravær af nye input) gør ekstrapolation til in situ SOM dynamics delikat.

I forhold til kemiske eller biokemiske metoder, som menes at være enten transformative eller destruktiv, fysiske fraktionering teknikker kan betragtes som mere konserverende22 (vigtigt med undtagelse af opløselige organiske forbindelser, som er tabt under proceduren). På deres bedste, fysiske jord fraktioner kan opfattes som en 'snapshot' af fast-fase jord komponenter som findes i feltet og kunne dermed mere direkte vedrøre SOM dynamics i situ33. Desuden, den ikke-destruktive karakter af teknikken betyder, at fraktioner kan karakteriseres efterfølgende, ved hjælp af en række analyser eller yderligere fraktioneret efter kemiske eller biokemiske metoder.

Fysiske fraktionering af jord er ikke en nyere idé. Videnskabelige litteratur om fysisk adskillelse teknikker kan dateres tilbage til midten af 20 århundrede. Anvendelser af tæthed fraktionering blev rapporteret så tidligt som i 196534,35. I samme periode og i de følgende årtier publikationer om dynamikken i SOM og dens samspil med mineraler var allerede ved at blive udbredt blandt jordens videnskabsfolk36,37,38,39 .

Adskillelse baseret på tæthed, samlede størrelse eller partikel størrelse er de mest almindelige fysiske adskillelse, der bruges i øjeblikket. En af de vigtigste udfordringer af fysisk adskillelse er isolering af homogen funktionelle SOM pools, som defineret af turn-over rate, størrelse eller andre indikator for funktion. Kombinere adskillelse metoder eller kriterier, som i CSDF, kan hjælpe med at bringe funktionelle opløsning til jord fraktioner; faktisk synes disse metoder skal anvendes mere og mere i kombination18,40,41,42,43. Ved at kombinere fortløbende tæthed adskillelse, stand til at give fraktioner med forskellige økologiske noget indhold og mineralogiske sammensætning, med størrelse adskillelse, som tegner sig for forskelle kan henføres til specifikke overfladeareal, CSDF holder løftet om giver indblik i den mangfoldighed og funktion af organo-mineral foreninger i jord.

CSDF har til formål at fysisk fractionate bulk jordprøver i brøkdele af relative mineralogiske og stoflige homogenitet. De tæthed og partikel størrelse cut-offs, samt spredning energiforbruget her har været valgt baseret på vores jordtype, men disse parametre kan tilpasses alt efter prøver at være opsplittet og formålet med undersøgelsen. I dette eksempel har vi valgt at bruge en dispersion skridt, to tæthed og én størrelse cut-offs, resulterer i adskillelse af bulk jord i 6 fraktioner (tabel 2). Figur 1 giver en oversigt over metoden. Materialerne er opsplittet her er tropiske jordbundstyper, men metoden kan anvendes på enhver jordtype samt sedimenter. CSDF er generelt bruges som et forberedende skridt før yderligere analyser, selv om fordelingen af materialer blandt fraktioner kan være meget informative i sig selv. Når den anvendes til jordbund, udbytter CSDF fraktioner forskellige i (1) mineralske sammensætning (mineralogi og tekstur) og (2) SOM koncentration og sammensætning.

Protocol

1. Prøvetilberedning

  1. Lufttørre og sigten 20 g eller mere af bulk jord til 2 mm.
  2. Bestemme det resterende vandindhold i bulk jord (massen af vandet stadig til stede i lufttørret jord) for korrektion af indledende fraktionering masse44.

2. tætte løsning forberedelse

  1. Tilføje natrium polytungstate (SPT) i portioner til deioniseret vand (DI) vand varmet på en varm røre pladen (~ 60 ° C) at opnå tætte løsninger af de ønskede tætheder (dvs.., 1,62 og 2.78 g·cm-3). Brug tabel 3 for at tilnærme vand og SPT bruge proportioner. Angive en energisk agitation at hjælpe opløse den sømløse rør.
    Forsigtig: SPT er ætsende, og det er skadeligt ved indtagelse. Det forårsager alvorlige øjenskader. Bære beskyttelsesbriller handsker. Skadelige for vandlevende organismer med langvarige virkninger. Undgå udledning til miljøet.
  2. Tjek den endelige tæthed med et hydrometer, når løsningen er tilbage til stuetemperatur (mellem 20-25 ° C). Juster tætheden ved at tilføje SPT eller vand.
    Bemærk: Det er nemmest at forberede SPT på en lidt større koncentration (+ 0,02-0,05 g·cm-3) end nødvendigt derefter fortynde det til den ønskede tæthed.
  3. Butik SPT ved stuetemperatur i plastbeholdere. SPT er kendt for at redde calcium fra glasvarer og bundfald uopløselige Ca metatungstate. SPT kan også reagere med lav kvalitet rustfrit stål og keramik. Undgå at gemme sømløse rør i flere måneder, da krystaller vil starte kernedannende på lokale overmættet point.

3. let fraktion (LF) adskillelse

Bemærk: Arbejdsstyrkeundersøgelsen er isoleret ved flotation på en løsning med tætheden af 1.62 g·cm-3 før ultralyd dispersion (fLF) og følgende spredning på 280 J·mL-1 (oLF).

  1. fLF adskillelse
    1. 5-8 g lufttørret, sigtede jord afvejes i en 50 mL konisk centrifugeglas. Optage massen af jord med fire betydende cifre.
      Bemærk: Mængden af jord, der kan føjes til hvert rør afhænger jordstruktur. Generelt mindre mængder bør anvendes til lerjord og højere beløb kan anvendes til sandjord. For at få tilstrækkelige mængder af materiale i hver fraktion, er det muligt at anvende flere rør til den samme jord (vi generelt bruger to) eller større (250 mL) konisk flasker. En pilot fraktionering køre kan hjælpe med at få en idé om fordelingen af jorden blandt fraktioner og justere start jord masserne.
    2. Ved anvendelse af et måleglas, tilføje 35-40 mL af sømløse rør (1,62 g·cm-3). Målet for et forhold jord/opløsning på 1:5 eller lavere.
      Bemærk: For at forhindre samlede læskninger, er det muligt at mætte jorden af kapillær stigning inden tilføje løsning42,45.
    3. Balance den samlede masse af rør med låg på baggrund af centrifugering. Udligne rør massen bruger SPT løsning. Installere rørene på en rystende tabel i 10 min ved 200 rpm.
      Bemærk: I jorde med dårlig samlede stabilitet, dette trin kan erstattes af en blid inversion af hånd6 eller sprunget helt42.
    4. Angive rør oprejst og lad den indhold settle i mindst 30 min. der centrifugeres i 90 min på 2.500 x g i en svinge spanden centrifuge råd til en klar adskillelse mellem fLF og pellet ('sænkningen' materiale).
      Bemærk: Centrifugering gange kan reduceres til sandet eller godt flocculated prøver. Det anbefales ikke at centrifugeres ved hastigheder, der nærmer sig den maskine maksimale kapaciteter; Doing så risikerer skadelige rotor akse. Husk på at de fleste centrifuger ikke er designet til at håndtere løsninger af tæthed langt overstiger vand.
    5. Fjerne rør fra centrifugen meget omhyggeligt at undgå ethvert chok. Indstille oprejst.
      Bemærk: på dette tidspunkt, det er muligt at kontrollere tætheden af den sømløse rør af pipettering 5 mL af den klare supernatanten mellem det flydende materiale og pellet og vejer det. Dette er især vigtigt, hvis jorden ikke var tør.
    6. Hæld alle flydende og suspenderet materiale (fLF) i en 250 mL polycarbonat centrifuge flaske. Sikre, at pelleten forbliver fast indgives i bunden af røret.
    7. Skyl materialet overholder mur af røret ind i den samme polycarbonat flaske. Brug en sprøjte flaske fyldt med DI vand, holde røret næsten hovedet over polycarbonat flaske. Vær omhyggelig med ikke at forstyrre pelleten.
      Bemærk: For nogle prøver, pellet kan ikke overholde kraftigt i bunden af røret, vanskeliggør fuldstændig genopretning af fLF. I sådanne tilfælde, kan aspiration med en pumpe eller en høj-volumen pipette hjælpe.
  2. Vask fLs ved ultrafiltrering
    Bemærk: LFs skylles ved ultrafiltrering, da tætheden af nogle organics kan være lavere end vand, udelukker vask ved centrifugering. En begrænsning af ultrafiltrering er at sub micrometric, spredte kolloider bevares muligvis ikke. Almindeligt anvendte filter pore størrelser spænder fra 0,2 til 1,2 μm. Filtre med større porer kan ikke opretholde kolloider så effektivt, men er mindre udsat for tilstopning. Her, brugte vi 0,45 μm filtre.
    1. Setup en vakuum ultrafiltrering linje med 0,45 μm filtre. Lidt fugt filtrene og anvende vakuum før stramning kanaler for at undgå tårer.
    2. Langsomt Hæld indholdet af polycarbonat flaske i tragten vakuum filtrering enhed. Tillader ikke løsningen på pool over en dybde større end ~ 1 cm over filteret. Skylles ud nogen restkoncentrationer tilbage i polycarbonat flasken ind i filtrering enhed.
    3. Når alle løsning har passeret gennem filteret, skal du gendanne den i en plastik krukke mærket "brugt sømløse rør" til genbrug. Efterfølgende skylninger kan kasseres i vasken.
    4. Tilføje mere end 10 mL Deioniseret vand filtrering enhed mindst 3 gange til at sikre, at alle spor af sømløse rør er fjernet. Sørg for at skylle siden af filtrering tragten. Holde styr på vasker ved at tilføje en mark på tragten, når tilsætning af vand.
      Bemærk: Fuldstændig fjernelse af sømløse rør kan kontrolleres ved at måle den elektriske ledningsevne af den sidste skylning. Ledningsevne skal være ≤ 5 μS·cm-1 46.
  3. At inddrive og lagring af fLF
    1. Frigive vakuum på linjen filtrering.
    2. Fjerne tragten fra filtrering enhed og genoprette det materiale, vedhængende til siderne i en mærket aluminium båd ved hjælp af en sprøjte flaske fyldt med Deioniseret vand. Løft forsigtigt filteret med pincet og skyl den materielle nuværende på det i den samme aluminium båd ved hjælp af en sprøjte flaske fyldt med Deioniseret vand.
    3. Tørre båd indholdet på maksimalt 65 ° c til konstant vægt (mindst 48 timer efter komplet fordampning). Afkoeles i en ekssikkator, indeholdende frisk tørremiddel i mindst 30 min.
      Bemærk: Brugen af en freeze-drier er en anden mulighed.
    4. Forsigtigt skrabe materiale ud af aluminium båden med en plastik spatel. Hvis prøven stærkt tilslutte sig aluminium båd, er det muligt at bruge en metal spatel. Vær omhyggelig med ikke at ridse i aluminium båd.
    5. Registrere massen af fLF med fire betydende cifre, så prøven anbringes i et opbevaring hætteglas. Undgå plastik hætteglas på grund af statisk elektricitet, hvilket gør små organiske partikler overholde til siderne.
  4. oLF Release ved hjælp af sonikering
    Bemærk: Målet er at ødelægge stabil makro-aggregater og store mikro-aggregater ved hjælp af sonikering til gratis tilstoppet organiske partikler, samtidig minimere udvinding eller omfordeling af mineral-sorbed polymerer. En sonikering energi på 280 J·mL-1 blev valgt her. Se afsnittet om samlede afbrydelse strategi i debatten for at hjælpe med valg af sonikering energi.
    1. Beregne mængden af tid, der er nødvendige for at nå sonikering target energi af 280 J·mL-1 ved hjælp af en lav amplitude (e.g., 30%) og 20 KHz frekvens.
      Bemærk: Hver sonifier bør være regelmæssigt kalibreret til at relatere sonikering tid til energiproduktion; Se nord (1976)47 til at hjælpe med kalibrering.
    2. 35-40 mL SPT (1,62 g·cm-3) tilsættes til centrifugeglasset indeholdende pellet fra fLF udvinding. Genopslæmmes pellet ved at trykke glasset op og ned og vortexing.
    3. Indsæt den ultralydsonde på 2 cm under overfladen af løsningen og placere røret i isvand at forhindre bulk løsning opvarmning.
    4. Der sonikeres eksemplet bruger den nødvendige tid til at nå målet energi af 280 J·mL-1. Altid Foretræk lav amplitude og længere sonikering tid. Høje amplituder gøre lette materialer såsom organiske partikler slide op sonden og sprøjt ud af røret, hvilket resulterer i et tab af prøven.
  5. oLF adskillelse
    1. Balance den samlede masse af rør med låg på baggrund af centrifugering. Udligne rør massen bruger 1.62 g·cm-3 SPT løsning.
    2. Angive rør oprejst og lad den indhold settle i mindst 30 min. der centrifugeres i 90 min på 2.500 x g i svinge spanden centrifuge.
    3. Hæld alle flydende og suspenderet materiale (oLF) i en 250 mL polycarbonat centrifuge flaske. Sikre, at pelleten forbliver fast indgives i bunden af røret.
    4. Skyl den occluded lys organisk materiale fastholdelsen af mur af røret ind i den samme polycarbonat flaske. Brug en sprøjte flaske fyldt med DI vand, holde røret næsten hovedet over polycarbonat flaske. Vær omhyggelig med ikke at forstyrre pelleten vedhængende til bunden.
  6. Vask oLF ved ultrafiltrering
    1. Setup en vakuum ultrafiltrering linje med 0,45 μm filtre. Lidt fugt filtrene og anvende vakuum før stramning kanaler for at undgå tårer.
    2. Hæld en lille mængde af suspension fra polycarbonat flaske i tragten vakuum filtrering enhed. Hvis løsningen ikke går let, tilføje DI vand for at fortynde indholdet af polycarbonat flaske.
      Bemærk: Prøver høj i organics (farvet) vil være vanskeligt at filter. Hvis filteret viser tegn på tilstopning, oprettet en anden filtrering enhed eller prøve en pres filtreringssystem. En anden mulighed er at centrifugeres fortyndet indholdet af polycarbonat flasker; supernatanten bør gå gennem filteret mere let, da det indeholder færre kolloider og suspenderede partikler end originale suspenderingen. Det udlignede materiale kan derefter igen suspenderet i vand og skylles ved centrifugering. Til sidst, skal alle materiale skylles mindst 3 gange og nyttiggøres.
    3. Genskab det første SPT filtratet i en plastik krukke mærket "brugt sømløse rør" til genbrug. Efterfølgende skylninger kan kasseres i vasken.
    4. Skyl materialet på filtrering enhed tre gange med > 10 mL Deioniseret vand.
    5. Indsamle oLF i en aluminium båd og tørt maksimalt 65 ° c til konstant vægt. Butik på samme måde som fLF (Se trin 3.3).

4. adskillelse af hFs ifølge partikelstørrelse

Bemærk: Det næste skridt er at fractionate rester fra trin 3 (hF) efter partikelstørrelse. Størrelse cut-off her er sat til 8 µm og producerer en ler + fine silt brøkdel (< 8 µm) og en grov silt + sand brøkdel (> 8 µm). Gruppering af ler og fint silt i de finere brøkdel afspejler det dokumenterede affinitet af både ler og fint silt for jordbundens organiske materiale sorption33,48. Partikel størrelse adskillelse her gøres ved bundfældning (baseret på Stokes' lov49). Til cut-offs på 50 µm eller større, kan adskillelsen foretages blot ved våd sigtning uden at risikere for meget slid eller afbrydelse af organo-mineral komplekser.

  1. Fjernelse af resterende sømløse rør fra hF
    1. Tilføje 35-40 mL Deioniseret vand til røret indeholder rester fra trin 4. Genopslæmmes rester ved at trykke glasset op og ned og vortexing. Der centrifugeres i 20 min. på 2.500 x g.
    2. Hæld supernatanten. Hvis det ser uklar eller mælket, indsamle den og centrifugeres igen for at bilægge kolloiderne. Kombiner de nye pellet med én som følge af den første centrifugering.
      Bemærk: mere end én skyl kan være nødvendig, hvis der var en betydelig mængde af sømløse rør tilbage i rest fra trin 3 (fx ufuldstændige dekantering af supernatanten). Tætheden af suspensionen bør være < 1,1 g·cm-3 før sedimentering.
  2. Sprede hF og Sedimentation
    Bemærk: Før sedimentering, det er vigtigt at have et godt spredte hF. Vi bruger sonikering snarere end kemiske dispergeringsmidler, som ville være vanskelig at skylle. Stokes' lov kræver en konstant temperatur (f.eks. 20 ° C). Begyndende med en kold affjedring før sonikering er en effektiv måde at forhindre overophedning.
    1. Tilføje nedkølet DI vand til rør indeholdende pellet (til 40 mL mærket). Læg i køleskabet i 30 min.
    2. Der sonikeres på 75 J·mL-1. Beregne den krævede sonikering tid som 3.4.1.
    3. Skylle ultralydsonde med Deioniseret vand til at inddrive alle materialer. Ved hjælp af Deioniseret vand, justere lydstyrken til 50 mL mærket i rør. Kontroller temperaturen i suspension (den bør matche rumtemperaturen bruges i beregningen af sedimentation tid).
    4. Homogeniseres tube indhold af invertere i hånden. Forlade indholdet til sediment for tidsforbruget til at tillade materiale (< 8 µm) til at slå sig ned. Bundfældning tid er baseret på Stokes' lov for en gennemsnitlig partikel rejseafstand af 7 cm ved 20 ° C, 20 min.
    5. Med pipette overfoeres ud supernatanten (ned til 10 mL mark) i en 50 mL-centrifugerør.
    6. Gentag trinnet sedimentering 3 gange (trin 4.2.1 – 4.2.5). Indsamle hver supernatanten i en ny centrifugeglas.
  3. Samling af de to størrelse fraktioner
    1. Angive de rør indeholdende supernatanten til at fordampe i ovnen ved 45 ° C. Tillad ikke dem til tørre. Når diskenheden er tilstrækkeligt reduceret, konsolidere de tre supernatanter i et 50 mL centrifugeglas, som nu indeholder < 8 µm brøkdel.
    2. Sted rør indeholdende < 8 µm brøkdel samt dem, der indeholder > 8 µm brøkdel (sediment fra trin 5.2) tilbage i ovnen ved 45 ° C til at fordampe den resterende overskydende væske. Tillad ikke indholdet tørre fuldstændigt.
      Bemærk: Kontroller ovnen ofte og fjerne prøverne, så snart der er ikke flere poolede vand i rørene. Udtørring kan resultere i stærk sammenlægning, især i de fine fraktioner.

5. adskillelse af de to størrelse fraktioner ifølge tæthed

Bemærk: Tæthed fraktionering anvendes her på begge partikel størrelse fraktioner. Formålet var at adskille silikater fra nitrogenoxider. Vi har således valgt en tæthed afskæring af ved 2.78 g·cm-3. Valgfri, ekstra separationer kan udføres. For eksempel, en 2,4 g·cm-3 løsning ville give mulighed for adskillelse af højaktive ler fra kaolinit og primære silikater. Husk på end høj organisk materiale lastning vil formindske den teoretiske tæthed af mineralske partikler43.

  1. Tæthed fraktionering
    1. Tilføje 35 – 40 mL af sømløse rør med tætheden af 2.78 g·cm-3 til hver størrelse fraktion. Balance rør massen i betragtning af centrifugering ved hjælp af sømløse rør løsning.
    2. Genopslæmmes materialet ved at trykke glasset op og ned og vortexing. Agitere for minimum 4 h på en rystende bord på 200 rpm.
      Bemærk: < 8 µm brøkdel er svært at korrekt genopslæmmes. Hvis clods vedvarer efter 4 h, sat på tabellen ryster natten over. Sonikering i meget tætte SPT løsning anbefales ikke. På grund af høj densitet og viskositet, ultralydbehandling energi ikke udbrede godt.
    3. Angive rør oprejst og lad den indhold settle i mindst 30 min. der centrifugeres i 90 min på 2.500 x g.
    4. Hæld alle flydende og suspenderet materiale (< 2.78 g·cm-3 fraktioner) til en 250 mL polycarbonat centrifuge flaske. Sikre, at pellet (> 2.78 g·cm-3 fraktioner) forbliver fast indgivet i bunden af røret.
  2. Vask de fire hFs ved centrifugering
    Bemærk: Efter tæthed adskillelse, vi har fået fire hFs (hF1 til hF4; Tabel 2). Hver skal skylles ved centrifugering fjerne sømløse rør ultrafiltrering er ikke anbefales til hFs (og ikke muligt for fine brøker, hF3 og hF4).
    1. Overførsel > 2.78 g·cm-3 pellets i 250 mL polycarbonat flasker ved hjælp af en sprøjte flaske fyldt med Deioniseret vand.
    2. Tilføje DI vand til polycarbonat flasker til lavere massefylde, uden at overstige 200 mL maerket. Gør dette for alle fraktioner.
    3. Vejer flasker og låg og udligne masserne ved hjælp af Deioniseret vand i betragtning af centrifugering. Kontroller, at den maksimale belastning af rotoren ikke overskrides.
    4. Sted på vortex til genopslæmmes materialet. Der centrifugeres i 20 min. på 5.000 x g.
    5. Dekanteres i "anvendt SPT" krukke til genanvendelse. Efter skylninger kan kasseres i vasken.
      Bemærk: Vær omhyggelig med ikke at tabe fine partikler mens klaring. Stop dekantering så snart supernatanten viser spor af suspenderede partikler (hvirvler, flager eller uklar udseende).
    6. Genopslæmmes pellet i DI vand (vask 1), overstiger ikke 200 mL maerket.
      Bemærk: Det er vigtigt at sikre ordentlig resuspension, så SPT ikke kan blive hængende mellem partikler. Fine partikler fastholdelsen af siden af flasken er lettest suspenderet ved hjælp af en vandstråle fra en sprøjte flaske. Pellet kan suspenderes igen ved at trykke flasken op og ned og vortexing. Hvis prøven forbliver pelleted, bruge tabellen ryster. En lav-energi sonikering trin (f.eks. 75 J·mL-1) er også muligt.
    7. Gentag vask procedure (trin 5.2.3-5.2.6) to gange (vask 2 og vask 3).
    8. Kontrollere tætheden af den sidste supernatanten ved vejning en volumen på 10 mL; dens tæthed bør være < 1,01 g·cm-3. Hvis supernatanten er tættere end dette, udføre en 4th vask.
    9. Udføre en afsluttende vask med 0,01 M NaCl som en skyl løsning til at forhindre spredning af kolloider. Fuldt dekanteres den sidste skyl løsning.
    10. Indsamle hFs (pellet + fine partikler fastholdelsen af siden af flaskerne) i en aluminium båd og tørt maksimalt 105 ° c til konstant vægt. Gemme på samme måde som i LFs.

6. genbrug af sømløse rør

Bemærk: SPT løsning kan genbruges på grund af genbrug af passerer en kolonne, der indeholder aktivt kul og en kationbytter harpiks50. Aktivt kul bevarer organics, mens natrium-mættet kationbytter harpiks fjerner calcium og andre kationer fra opløsningen og erstatter dem med natrium. Vi fordøje SPT i hydrogenperoxid før passerer det gennem kolonnen for at sikre kvantitative fjernelse af opløst organics.

  1. Opsætte og ændre kolonnen genbrug
    1. Bore 5-8 huller på ca 4-5 mm i diameter i bunden af en 1.000 mL polycarbonat dimitterede cylinder.
    2. Skær 2 cirkulære 11 μm porestørrelse filtre for at størrelse og placere dem i bunden af cylinderen. Overlay filtre med 3-5 cm glasuld. Tilføje 8-10 cm af aktivt kul.
      Bemærk: Fordi størstedelen af organics er fjernet af H2O2 fordøjelse, mængden af aktivt kul i kolonnen kan reduceres i forhold til anbefaling af seks50.
    3. Dække med 3-5 cm glasuld. Tilføje 8-10 cm af nye aller regenererede kationiske ionbytteren. Slut af med 3-5 cm glasuld.
    4. Klemme kolonnen op på et metal stativ. Placer store plast tragte monteret med 2,5 μm porestørrelse filtre på toppen og bunden af kolonnen. Bunden tragten vil blive forbundet til rør fører til en plastflaske.
    5. Skyl af kolonne ved at passere 2 L di vand gennem kolonnen før første brug.
    6. Erstatte aktivt kul og regenerere kationbytter resin efter ca 10-15 L af sømløse rør har passeret.
  2. SPT rengøring
    1. Sted den brugte SPT løsning på en varmeplade med magnetisk omrøring. Tilsættes 15 mL 35% H2O2 for hver liter af brugte SPT løsning og fordøje i 24 timer ved ca 60 ° C.
    2. Fjerne den sømløse rør fra varmepladen, og lad løsning sidde ved stuetemperatur i plasticware i mindst 7 dage.
    3. Passere gennem kolonnen genanvendelse. Ændre filtrene i kanaler hver dag.
    4. Skylles kolonnen med ca. 2 x 200 mL Deioniseret vand til at inddrive alle sømløse rør.
  3. Fordampning
    1. Sted den genvundne SPT på en varmeplade med magnetisk omrøring. Der tilsættes 15 mL af 70% ethanol for hver liter af sømløse rør løsning til at neutralisere enhver resterende oxiderende evne. Overskydende ethanol vil let flygtiggøres fra løsning ved fordampning.
    2. Inddampes på lav varme til ønskede tæthed.
    3. Cool løsningen og kontrollere tætheden. Opbevares i plastflasker.

Representative Results

Prøverne er tropiske jord med oprindelse fra Albertine rift valley i Uganda. De består af profiler fra 3 dyrkede websteder, der modtager ingen eksterne input såsom gødning eller fytosanitære produkter. Disse prøver blev valgt til at repræsentere et stort spektrum af mineralogi. Foreløbige analyser viste, at webstedet 1 var det mindste forvitret og rigeste i primære silicater (feldspars). Site 2 viste tegn på mere avanceret forvitring med et højt indhold af sekundære ler som kaolinit og en relativ berigelse i kvarts. Site 3 var meget forvitret med tegn på desilicification og resterende ophobning af jernoxider og oxyhydroxides. Site 3 indeholdt en ekstremt høje samlede jern koncentration (34%, udtrykt i Fe2O3 oxid) på grund af tilstedeværelsen af plinthic materiale (jern-rige induration51,52). For hver profil, to horisonter var stikprøven: muldlaget (A) og undergrunden (B). CSDF blev udført på disse 6 prøver i fire replikater.

Det første skridt i effektiviteten af fraktionering procedure er at se på genfindingsprocent, (dvs., om det oprindelige materiale hentes kvantitativt i slutningen af forsøget). Vi vurderede genfindingsprocent baseret på hele jorden og SOC indhold.

Samlede, hele jord genfindingsprocent blev anset for at være meget godt, med 16 ud af 20 replikater har genvindingsprocent på mere end 90% og 4 replikater viser genfindingsprocent mellem 85-90% (tabel 4). Årsagen til ufuldstændige opsving var sandsynligvis et tab af stoffer, opløst og kolloid under skylning. To replikater viste en lille gevinst af masse (omkring 1%) der kan muligvis skyldes SPT restkoncentrationer eller vejer upræcise. Det skal bemærkes, at rimelige masse ubalancer (< 10-15%) er almindelige og gør normalt ikke kompromis gyldigheden af fraktionering.

SOC opsving var generelt inden for rækkevidde af rapporter fra andre undersøgelser53,54 og bemærkelsesværdigt konstant overvejer den store variation i indledende SOC indhold (tabel 5). De fleste prøver viste en SOC opsving på 80-85%. Tab kan henføres til skylning af vandopløseligt C, som er en uundgåelig element i metoden. dog kan vandopløseligt organisk C nemt kvantificeres ved hjælp af en separat udvinding i vand, salt eller kemiske dispergens55. Der forventes også en lille tab af spredte økologisk kolloider under fraktionering. Et sted viste en lille gevinst af kulstof, som kan sandsynligvis tilskrives analytiske fejl, da den absolutte værdi for forskellen var lille (3 mg).

Metode reproducerbarhed kan verificeres ved at analysere spredning mellem replikater. Vi vurderede standardafvigelsen på middelværdien (SEM) samt variationskoefficienten (CV) brøkdel masse mellem replikater.

Standard fejl af middelværdien var små (tabel 6), er generelt 1 til 2 ordrer størrelsesorden mindre end middelværdier. Dette viser, at arbejde i 4 replikater tillod os at pålideligt skøn den centrale tendens til distribution af materialer mellem fraktioner.

Koefficienter af variation varierede fra 2 til 70% (tabel 7). Alle CVs større end 35% opstod for brøker med små mængder af materiale (< 0,25 g). Disse høje værdier skyldes simpelthen, at division med en lille gennemsnitlig udbytter høje CVs. Et par hF1 og hF3 fraktioner (grove og fine silikater) viste relativt høje CVs, mellem 20-35%, men omfattede store mængder materialer (1-4 g). Dette kan afspejle det høje potentiale for menneskelige fejl under flere følsomme trin (dvs., (1) adskillelsen af flydende og suspenderet materiale fra pellet i tætte løsninger, (2) sedimentering at isolere partikel størrelse fraktioner, (3) prøve skylning og Recovery). Dette resultat bekræfter behovet for at arbejde i flere replikater at opnå solide resultater. Det anbefales også, at hele processen håndteres af den samme person, der bliver en ekspert i at udføre manipulationer på en reproducerbar måde og akut vil mærke nogen detaljer, der kan være forskellige fra tidligere partier.

Fordeling af materielle massen mellem fraktioner viste store forskelle mellem websteder, som det kunne forventes på grund af indledende forskellene i mineralogi (figur 2). På webstedet 1, domineret af primære silikater som kvarts og feldspars, de fleste af materialet blev genfundet i hF1 (designet til at koncentrere grove silikater). Site 2 viste en større procentdel af phyllosilicates (for det meste kaolinit) under mineralogisk analyse; Derfor havde hF3 (designet til at koncentrere sig fint silikater) flere materialer end på webstedet 1. Endelig site 3 var den rigeste i oxider og viste også den største mængde af materiale i hf2 skik, designet til at koncentrere grove oxider. Dette angiver, at metoden var vellykket i fysisk fractionating bulk prøver i deres mineralogiske hovedkomponenter.

Mængden af materialer inddrives i grove (hF1 + HF2 Skik) versus bøde (hF3 + hF4) fraktioner var i forhold til hvad der var forventet baseret på partikel-størrelse fordeling bestemmes af laser kornstørrelse (tabel 8). Aftalen var god (< 10%) tre prøver. De tre andre prøver viste et overskud af materiale omkring 20% i de grove fraktioner. Den store mængde af nitrogenoxider i jord (især på side 3) kan være delvist ansvarlig for denne forskel. Oxid kerner har en større tæthed i forhold til silikater og vil sediment hurtigere. Andre faktorer kan omfatte ufuldstændige spredning eller delvis flokkulering prøver under sedimentering, da vi ikke bruge kemiske dispersion og fjernelse af nogle fine materialer i de lette fraktioner (fLF og oLF). Endelig, laser kornstørrelse er baseret på volumen skøn under forudsætning af partikel kugleform, mens sedimentering giver masse-baseret skøn. Disse modsatrettede principper på måling er tilbøjelige til at give noget divergerende resultater.

CSDF isolerer brøkdele af relative mineralogiske homogenitet og deres tilknyttede organisk materiale (organo-mineral komplekser). Det er mest nyttige som en forberedelse skridt før efterfølgende geokemiske, biokemiske og mineralogiske analyser. Velsagtens, de mest magtfulde eksperimenter vil stræbe efter at karakterisere både de organisk materiale og mineraler i hver fraktion. Dette vil give direkte dokumentation til arten af organo-mineral association i jord.

Analyseresultat kunne omfatte fastsættelse af SOM mængde (fx elementært analyse af organisk C og total kvælstof) og kvalitet (f.eks. differential Fouriertransformation infrarød spektroskopi, pyrolyse gaskromatografi-massespektrometri eller termisk analyse såsom Rock-Eval pyrolyse56,57,58). Når man ser på den mineralske partner, kunne nyttige analyser omfatte partikel størrelse analyse, kvantificering af reaktive aluminium og jern faser59, røntgen diffraktion (XRD) på pulveriseret prøver til bulk mineralogi eller orienteret dias for ler mineralogi 60.

Teknikker kan give samtidige oplysninger på både den organiske og uorganiske komponenter kunne være af særlig interesse. Elementært kortlægning af sekundære ion massespektrometri (SIMS) eller elektronmikroskopi kombineret med X-ray mikroanalyser (WDS eller EDS, bølgelængde eller energy dispersive X-ray spektroskopi) kan give mulighed for Co lokaliseringen af C, N og elementer forbundet med reaktiv mineralske faser som Fe, Al, Mn eller Ca. X-ray photoelectron spektroskopi (XPS) kan afsløre SOM kemiske sammensætning og overflade elementært sammensætningen af hver fraktion61.

Figure 1
Figur 1: Flowchart. Fraktionering trin og cut-offs brugt i metoden, der præsenteres her. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: fordeling af materialer mellem fraktioner som en funktion af jordens mineralogi for to horisonter (A og B) på tre lokaliteter. (A) liggende søjlediagram viser fordelingen af materialer mellem fraktioner. Barer repræsenterer middelværdien og fejllinjer repræsenterer standardafvigelsen på middelværdien af fire replikater. For hver prøve, fem barer summen til 100%. (B) Bulk prøve mineralogi som vurderet af pulver røntgen diffraktion. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Jord komponent Klasse Tæthed [g cm-3] Størrelse distribution Kilde
Økologisk Organisk stof 1,00-1,50 Variabel Flere kilder. Se Rühlmann et al. (2006)25 for en anmeldelse
Imogolite Dårligt krystallinske fase 1,70-2.33 Ler WADA og Wada (1977)26
Allophane Dårligt krystallinske fase 1,84-2,35 Ler WADA og Wada (1977)26 ; Wilson (2013)27
Opal Dårligt krystallinske fase 1,90-2.30 Variabel Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Montmorillonite Ler mineral 2.30-2,35 Ler WADA og Wada (1977)26; Wilson (2013)27
Vermiculit Ler mineral 2.30-2,50 Ler Wilson (2013)27
Gibbsite Al oxid 2.34-2,42 Variabel Hudson Institute of mineralogi (2017)28
K-feldspars Primære Si-rige silikater 2,54-2,57 Silt og sand Klein og Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Albite Primære Si-rige silikater 2,60--2.62 Silt og sand Klein og Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Kaolinit Ler mineral 2,60-2,68 Ler og silt Klein og Philpotts (2017)29; Wilson (2013)27
Kvarts Primære Si-rige silikater 2,63-2,66 Silt og sand Klein og Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Calcit Karbonat 2,71 Variabel Klein og Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Anorthite Primære Si-rige silikater 2,74-2,76 Silt og sand Klein og Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Illite Finkornet glimmer 2,75-2,80 Ler Wilson (2013)27; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Moskovitiske Glimmer 2,77-2,88 Variabel Klein og Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Biotit Glimmer 2.78-3,20 Variabel Klein og Philpotts (2017)29; SKopp (2000)30
Dolomit Karbonat 2,84-2,86 Variabel Klein og Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Amphiboles Primære ferromagnesian silikater 3,00-3,40 Silt og sand Klein og Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Pyroxenes Primære ferromagnesian silikater 3.20-3.60 Silt og sand Klein og Philpotts (2017)29; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Goethit Fe oxid 3,30-4.37 Variabel Hiemstra og van Riemskijk (2009)31; Klein og Philpotts (2017)29
Ferrihydrite Fe oxid 3,50-3,90 Ler Hiemstra og van Riemskijk (2009)31
Lepidocrocite Fe oxid 4.00-4.13 Variabel Hiemstra og van Riemskijk (2009)31; Hudson Institute of mineralogi (2017)28
Hæmatit Fe oxid 4,80-5,30 Variabel Klein og Philpotts (2017)29; SKopp (2000)30

Tabel 1: jord hovedkomponenter i rækkefølge efter stigende tæthed. Deres udbredelse i de vigtigste stoflige klasser (ler fraktion, 0-2 µm; silt brøkdel, 2-50 µm; sand brøkdel, 50-2000 µm) for moderat forvitret jord er også angivet.

Navnet på brøkdel Forkortelse Cut-offs
Gratis organics fLF < 1.62 g cm-3 (før ultralydbehandling)
Tilstoppet organics oLF < 1.62 g cm-3 (efter ultralydbehandling)
Grove silikater hF1 > 8 µm, 1,62 g cm-3< hF1 < 2.78 g cm-3
Grove oxider HF2 Skik > 8 µm, > 2.78 g cm-3
Fine silikater hF3 < 8 µm, 1,62 g cm-3< hF3 < 2.78 g cm-3
Fine oxider hF4 < 8 µm, > 2.78 g cm-3

Tabel 2: Liste over fraktioner som følge af CSDF ved hjælp af en sonikering, to tæthed og én størrelse adskillelse trin.

Løsning volumen [mL] Ønskede tæthed [g cm-3] Masse SPT [g] Bind H2O [mL]
1000 1,6 741 856
1000 1.8 990 810
1000 2 1250 750
1000 2.2 1490 715
1000 2.4 1803 595
1000 2.6 2052 545
1000 2.8 2297 504
1000 3 2552 450

Tabel 3: Vejledning til udarbejdelse af fælles SPT løsninger.

Site Horisonten Replikere Starter masse
[g]
Endelige masse
[g]
Forskellen
[g]
Forskellen
[%]
1 A 1 10.110 9.531 0.579 5,73
2 10.057 9.354 0.703 6,99
3 10.010 8.589 1.421 14.19
4 10.043 10.197 -0.154 -1.53
B 1 10.054 9.891 0.163 1.62
2 10.069 9.746 0.323 3.21
3 10.058 9.699 0.359 3,57
4 10.059 9.782 0,277 2,76
2 A 1 10.130 9.252 0.878 8,67
2 10.182 9.246 0.936 9.20
3 10.053 9.372 0.681 6,77
4 10.031 9.577 0.454 4,53
B 1 10.123 8.824 1.299 12.83
2 10.052 8.938 1.114 11,08
3 10.029 9.006 1,023 10.20
4 10.086 9.118 0.968 9,60
3 A 1 10.020 9.187 0.833 8.32
2 10.060 9.139 0.921 9.15
3 10.069 9.386 0,683 6.79
4 10.049 9.638 0.411 4.09
B 1 10.071 9.207 0.864 8.58
2 10.065 9.314 0.751 7,46
3 10.155 10.241 -0.086 -0.85
4 10.046 9.549 0.497 4,95

Tabel 4: genfindingsprocenten for hele jorden, viser start masse i begyndelsen af proceduren fraktionering og endelige masse beregnes som summen af alle fraktioner. Forskellene er udtrykt i % starter masse.

Site Horisonten Start SOC masse Endelige SOC masse Forskellen Forskellen
[g] [g] [g] [%]
1 A 0,50 0,41 0,09 18.07
B 0.026 0.029 -0.003 -10.63
2 A 0,34 0,27 0,07 20.19
B 0,07 0,06 0,01 12.33
3 A 1,08 0,94 0,14 12.56
B 0.31 0,27 0,05 14.51

Tabel 5: genfindingsprocenten for jordens indhold af organisk kulstof. Indledende SOC indhold blev beregnet som produktet af organisk C koncentration målt ved elementært analyse og indledende prøve masse. Endelige SOC indhold blev beregnet som produktet af organisk C koncentration og hver fraktion masse, lægges sammen for alle fraktioner. Forskellene er udtrykt i % starter masse.

Site Horisonten fLF
1.62 g cm-3
oLF
1.62 g cm-3
hF1
> 8 µm
< 2.78 g cm-3
HF2 Skik
> 8 µm
> 2.78 g cm-3
hF3
< 8 µm
< 2.78 g cm-3
hF4
< 8 µm
> 2.78 g cm-3
1 A 0.0794 ± 0.0052 0.1093 ± 0.0076 5.2188 ± 0.3079 0.3925 ± 0.0416 3.3699 ± 0.1504 0.2478 ± 0.0689
B 0.0044 ± 0.0005 0.0074 ± 0.0011 8.4351 ± 0,16 0.2569 ± 0.0301 0.9528 ± 0.1013 0.1226 ± 0.0124
2 A 0.066 ± 0.011 0.1353 ± 0.0152 5.722 ± 0.1033 0.2575 ± 0,008 3.0761 ± 0.1464 0.1047 ± 0.0364
B 0.0024 ± 0.0002 0.0165 ± 0.0022 4.5416 ± 0.0387 0.3082 ± 0.0072 4.0005 ± 0.0547 0.1025 ± 0.0268
3 A 0.2107 ± 0.0099 0.1489 ± 0.0223 3.8507 ± 0.6801 1.762 ± 0.0923 3.2862 ± 0.4892 0.0792 ± 0.0165
B 0.0305 ± 0,0035 0.0433 ± 0.0065 2.5929 ± 0.376 4.1277 ± 0.1025 2.6909 ± 0,13 0.0927 ± 0.0087

Tabel 6: betyde værdi og SEM for brøkdel masse (g). Hver celle repræsenterer en middelværdi på 4 replikater.

Site Horisonten fLF
< 1.62 g cm-3
oLF
< 1.62 g cm-3
hF1
> 8 µm
< 2.78 g cm-3
HF2 Skik
> 8 µm
> 2.78 g cm-3
hF3
< 8 µm
< 2.78 g cm-3
hF4
< 8 µm
> 2.78 g cm-3
1 A 0,13 0,14 0,12 0,21 0,09 0,56
B 0,22 0,29 0,04 0,23 0,21 0,20
2 A 0,33 0,22 0,04 0,06 0,10 0.70
B 0,17 0,26 0.02 0,05 0,03 0,52
3 A 0,09 0,30 0,35 0,10 0,30 0,42
B 0,23 0,30 0,29 0,05 0,10 0,19

Tabel 7: Koefficienter af variation af brøkdel masse for 4 replikater.

Site Horisonten Tekstur
< 8 µm
%
Tekstur
> 8 µm
%
Materialer i fine fraktioner
(hF3 + hF4)
%
Materialer i grove fraktioner
(hF1 + HF2 Skik)
%
Grove fraktion
'overskydende'
%
1 A 48 52 39 61 9
B 31 69 11 89 20
2 A 43 57 35 65 8
B 46 54 46 54 1
3 A 58 42 37 63 21
B 52 48 29 71 23

Tabel 8: sammenligning mellem jordstruktur, afhænger af laser kornstørrelse og fordelingen af partikler i størrelse fraktioner. Den sidste kolonne viser overskud af materialer i de grove fraktioner i forhold til hvad der var forventet baseret på stoflige analyse.

Discussion

CSDF eksperimenter succes afhænger valget af relevante parametre for metoden, så at brøkdele af relativt homogen sammensætning kan isoleres. Vigtige overvejelser i udvælgelsen af fraktionering parametre er beskrevet nedenfor.

FLF repræsenterer organisk materiale som interaktion med mineraler er minimal. Udvinding af denne fraktion er delikat, da blanding af jord med den tætte løsning kan allerede break-up nogle macroaggregates. Der er dog indikationer på, at det organiske stof i macroaggregates kan være mere ligner fLF snæver forstand end at oLF udgivet af højenergi sonikering18. Nogle forfattere har selv foreslået en lav-energi sonikering skridt for at isolere puljen af fri og svagt mineral-interagere organisk materiale, kaldes 'intra samlede organiske partikler', iPOM54.

For udgivelsen af tilstoppet organisk materiale findes forskellige teknikker for at forstyrre jorden aggregater. Den mest udbredte er sonikering, agitation med glasperler og brug af kemiske dispergeringsmidler33,62,63. Sonikering blev valgt her, fordi output energien kan styres fint og menes at fordele sig mere eller mindre ensartet i prøven. Af udelukker behovet for at bruge kemiske dispergeringsmidler, kan ultralydbehandling betragtes som forholdsvis konserveringsmiddel mod organo-mineral komplekser22,33. Trinnet dispersion dog stadig en af de mest vanskelige operationer. På den ene side en svag spredning vil forlade aggregater intakt og kan føre til en overdreven skøn over hF SOC; på den anden side kunne en meget energisk dispersion skridt forårsage omfordeling af SOC på tværs af fraktioner af delvis ødelæggelse af organo-mineral komplekser. Svage økologisk-sand foreninger kan være særligt sårbare over for denne proces. Da okklusion i aggregater og overflade Sorptionen er processer, der forekommer langs et kontinuum2, der findes ingen perfekt løsning. Energiniveauet ved ultralydbehandling skal derfor tilpasses eftertænksomt jordbundens egenskaber. Kaiser og Susanne64 har offentliggjort en meget hjælpsom anmeldelse, der foreslår en strategi for at minimere artefakter forårsaget af ultralyd når sprede jord.

Rapporteret sonikering energier spænder fra 60 til 5.000 J·mL-1. Flere forskergrupper har rapporteret, at 100 J·mL-1 kunne være tilstrækkelig til at ødelægge macroaggregates og effektivt sprede sandjord, mens 500 J·mL-1 ville ødelægge store microaggregates og give en rimelig spredning af reaktive jord63,65,66,67,68. I fysisk fraktionering ordninger, komplet spredning af silt og ler-størrelse aggregater muligvis ikke nødvendige, da beskyttelsesmekanisme er tilbøjelige til at blive umulig at skelne fra sorptive stabilisering i disse intervaller. En rimelig mål for spredning inden størrelse eller tæthed fraktionering kan være at forstyrre makro-(> 250 µm) og store mikro-(> 53 µm) aggregater. Energierne af 100 J·mL-1 (sandjord) til 200 J·mL-1 (lerede jord) kan være hensigtsmæssige valg. En energi på 200 J·mL-1 kan allerede udtrække en del af mikrobielle metabolitter (angiveligt mineral-forbundet)69, dermed højere sonikering energi bør være underlagt forsigtighed. Dog kunne mineralogically reaktiv jordbund med cementeret aggregater kræver op til 500 J·mL-1 til at sprede. Det er vigtigt, at spredning energi justeres til at matche hver jordtype samt studere mål. Endelig er det vigtigt at huske, at selv efter angiveligt komplet ultralyd spredning, ler-størrelse microaggregates er formodes at vare ved70.

Et problem med harmonisering fysiske fraktionering teknikker er bosat i den heterogenitet, der findes i jord, navnlig i deres mineralske sammensætning. Valget af tætte løsninger bør foretages på grundlag af kendte eller udledes jordens mineralogi, med det endelige mål at isolere fraktioner, som er så homogene som muligt.

I artiklen var den tætte løsning anvendes SPT - pH 371,72. Den lave pH minimerer tab af vandopløselige organiske forbindelser. Imidlertid kan tæthed fraktionering udføres med forskellige tætte løsninger. Historisk, organiske væsker blev brugt (tetrabromoethane, tetrachloromethane), men blev efterhånden opgivet på fortjeneste af uorganiske salte (natrium Iodid, SPT) på grund af toksicitet af halogenerede carbonhydrider og den iboende jordforurening Organics. I dag, SPT er den foretrukne løsning, fordi dens tæthed kan justeres mellem 1,0 til 3.1 g·cm-3, det kan genbruges og har en lav toksicitet (medmindre indtages)22,50. Vigtigste producenter tilbyder en vifte af SPT kvaliteter forskellige i niveau af kulstof og kvælstof forureningen. Til tæthed fraktionering af jord anbefales den reneste kvalitet, især hvis brøkdele, der skal analyseres for isotopiske sammensætning.

En løsning af tæthed 1,6 g·cm-3 er klassisk blevet brugt til at adskille lys økologisk fra mineral-associerede fraktioner - Se for eksempel Susanne et al.21. Mens nogle forfattere har foreslået, at en tæthed af 1 g·cm-3 (vand) kunne være tilstrækkelige til at udtrække de fleste af den lette fraktion73,74, har andre foreslået højere tæthed cut-offs såsom 1.62 eller 1,65 g·cm-3 baseret på tanken om, at nogle organiske komponenter kunne vise tætheder op til 1.60 g·cm-3 33,75,76. Tætheder så højt som 1.85 g·cm-3 har selv været ansat50. Når du vælger en tæthed til at adskille lys fra tunge fraktioner, skal det bemærkes, at der findes nogen perfekt løsning. Faktisk sænke tætheder risiko nogle "light" organics at tillægge de tunge fraktioner, mens højere tætheder risiko herunder nogle mineraler i de lette fraktioner. Denne sidste effekt kan påvises, når observere kulstofindholdet i de lette fraktioner, med en % SOC lavere end 40-45% med angivelse af en vis grad af mineralske forurening.

For tunge fraktioner, foreløbig analyse som XRD kan give indblik i mineralogi af bulk prøve60 og hjælpe med at definere tæthed cut-offs i stand til at skelne mellem de mineralske hovedkomponenter af en jord, holde sig for øje, at høj økologisk belastning vil sænke tætheden af et mineral i forhold til sin teoretiske værdi. På samme måde for partikelstørrelse adskillelse, kan en stoflige analyse77,78 hjælpe fastsatte passende grænser. Partikelstørrelse adskillelse er et særligt attraktivt ud til simple tæthed fraktionering når sekventielle tæthed fraktionering er vanskeligt. Dette gælder for eksempel for jord indeholder store mængder af oxyhydroxides og lav-aktivitet ler, hvilket resultere i stikprøven dispersion og forhindre klart separationer i tunge væsker. En partikelstørrelse adskillelse trin angives også for at adskille mineraler af lignende tætheder men forskellige størrelser (fx, kvarts og illite).

Frie calciumioner vil reagere med SPT danner uopløselige Ca metatungstate. Proceduren er således upassende for basisk jord indeholder store mængder af dårligt krystallinsk, pedogenic karbonater. Små mængder af lav-reaktivitet karbonater interfererer ikke med fraktionering så længe prøverne ikke efterlades i kontakt med SPT alt for længe. Ca metatungstate bundfald vil føre til en overdreven skøn over disse masser. Hvis LFs køres på et elementært analyzer for C koncentration, problemet vil blive opdaget men fraktionering vil være kompromitteret.

Ud over disse tekniske vanskeligheder skyldes den fundamentale begrænsning af CSDF (eller enhver fysisk fraktionering ordning), at reaktive mineraler i jordbunden sjældent forekomme som diskrete adskiller, men i stedet som belægninger og cement. Forekomsten af meget sorptive men meget tynde belægninger på ellers ureaktivt mineraler (såsom kvarts) kan føre til et skævt billede af organo-mineral foreninger. Forsigtighed er derfor påkrævet, når fortolkning af resultater, især for jord hvis reaktivitet er domineret af dårligt krystallinsk og oxid faser. Yderligere karakterisering af fraktioner kan bidrage til at afhjælpe disse tvetydigheder. Ikke desto mindre har detaljerede fysiske fraktionering metoder som CSDF en uovertruffen evne til at få indsigt i sammensætningen af naturligt forekommende organo-mineral komplekser. Sådan indsigt forventes at give ny forståelse af biogeokemi af den største pulje af organisk stof i jordbunden, et mineral-forbundet.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Udviklingen af denne metode blev støttet af Fond d'Investissement (FINV) af Geosciences Fakultet på universitetet i Lausanne. Vi anerkender Uganda National Council for videnskab og teknologi og Uganda Wildlife myndighed for at give os tilladelse til at indsamle forskning prøver. Forfatterne yderligere vil takke Prof. Thierry Adatte for CHN og XRD analyser. Vi er taknemmelige til Prof. Erika Marin-Spiotta for indledende uddannelse i klassisk tæthed fraktionering. Vi takker også laboratory manager Laetitia Monbaron for hendes hjælp med at sikre forsyninger og udstyr.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Fractionation
Sodium polytungstate Sometu SPT 0 (low C and N) is recommended. Lower grade polytungstate may contaminate samples.
Hydrometers (1-1.5, 1.5-2, 2-2.5, 2.5-3 g.cm-3) Allafrance Calibrated at 20 °C, e.g. 3050FG250/20-qp
Vortex mixer Fisher Fixed speed standard vortex mixer, e.g. 02-215-410
Sonifier VWR Qsonica LLC - Q500 system with standard probe 4220
Sonifier stand VWR Large clamp stand
Sonifier enclosure VWR Soundproof cabinet (optional)
Swinging-bucket centrifuge Beckman Able to achieve speeds of 4000 g or more, fitted with rotor accommodating 50 mL Falcon tubes
High-speed centrifuge with fixed angle rotor Beckman Able to achieve speeds of 7500 g or more, fitted with rotor accommodating 250 mL bottles
50 mL centrifuge Falcon tubes Corning e.g. 352070
250 mL centrifuge bottles Beckman Polycarbonate bottles (e.g. 352070) are recommended because they are clearer than other plastics.
Vaccum filtration units Semadeni Polusulfone reusable units, e.g. 3029
Polypropylene hose Semadeni To connect the filtration unit to vaccuum source
Ultrafiltration disks, 0.45 µm pore size Millipore e.g. HAWP04700
Dessicator cabinet Fisher scientific 3 shelves, e.g. 305317-0120
Drierite absorbent indicating Millipore Blue drierite, e.g. 10276750
Scintillation vials Fisher scientific HDPE - separated cap 20mL, e.g. 12341599
150 mL aluminium boats (smooth sides) Fisher scientific Any model.
Laboratory oven Fisher scientific Any model.
Recycling SPT column
Cation exchange resin Sigma-Aldrich Dowex® Marathon™ C sodium form, strongly acidic, 20-50 mesh
Activated charcoal Sigma-Aldrich Darco S-51, 4-12 mesh
Glass wool Fisher scientific Pyrex
Filter paper, 2.5 µm pore size Sigma-Aldrich Whatman grade 42, e.g. WHA1442150
Hydrogen peroxide Sigma-Aldrich Reagent grade.
Ethanol Sigma-Aldrich Reagent grade.
Polycarbonate 1000mL graduated cylinder Semadeni Any model.
Stand and clamp Sigma-Aldrich Size L - 2-prong
Polypropylene hose Semadeni Any model.
Polypropylene hose clamp Semadeni Any model.
Polypropylene funnels Semadeni Any model.
Polypropylene bottle (1L, 2L) Semadeni Any model.
Heating plate Fisher scientific Any model.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Adhikari, K., Hartemink, A. E. Linking soils to ecosystem services — A global review. Geoderma. 262, (Supplement C), 101-111 (2016).
  2. Kögel-Knabner, I., et al. Organo-mineral associations in temperate soils: Integrating biology, mineralogy, and organic matter chemistry. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 171, (1), 61-82 (2008).
  3. Hansen, J., et al. Young people’s burden: requirement of negative CO2 emissions. Earth System Dynamics. 8, (3), 577-616 (2017).
  4. Lützow, M. v, et al. Stabilization of organic matter in temperate soils: mechanisms and their relevance under different soil conditions - a review. European Journal of Soil Science. 57, (4), 426-445 (2006).
  5. Schmidt, M. W. I., et al. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature. 478, (7367), (2011).
  6. Lehmann, J., Kleber, M. The contentious nature of soil organic matter. Nature. 528, (7580), 60 (2015).
  7. Rowley, M. C., Grand, S., Verrecchia, ÉP. Calcium-mediated stabilisation of soil organic carbon. Biogeochemistry. 137, (1-2), 27-49 (2018).
  8. Matteodo, M., et al. Decoupling of topsoil and subsoil controls on organic matter dynamics in the Swiss Alps. Geoderma. 330, 41-51 (2018).
  9. Coward, E. K., Thompson, A. T., Plante, A. F. Iron-mediated mineralogical control of organic matter accumulation in tropical soils. Geoderma. 306, (Supplement C), 206-216 (2017).
  10. Torres-Sallan, G., et al. Clay illuviation provides a long-term sink for C sequestration in subsoils. Scientific Reports. 7, 45635 (2017).
  11. Rasmussen, C., et al. Beyond clay: towards an improved set of variables for predicting soil organic matter content. Biogeochemistry. 137, (3), 297-306 (2018).
  12. Khomo, L., Trumbore, S., Bern, C. R., Chadwick, O. A. Timescales of carbon turnover in soils with mixed crystalline mineralogies. SOIL. 3, (1), 17-30 (2017).
  13. Basile-Doelsch, I., et al. Mineralogical control of organic carbon dynamics in a volcanic ash soil on La Réunion. European Journal of Soil Science. 56, (6), 689-703 (2005).
  14. Basile-Doelsch, I., Brun, T., Borschneck, D., Masion, A., Marol, C., Balesdent, J. Effect of landuse on organic matter stabilized in organomineral complexes: A study combining density fractionation, mineralogy and δ13C. Geoderma. 151, (3), 77-86 (2009).
  15. Kleber, M., Mikutta, R., Torn, M. S., Jahn, R. Poorly crystalline mineral phases protect organic matter in acid subsoil horizons. European Journal of Soil Science. 56, (6), 717-725 (2005).
  16. Krull, E. S., Baldock, J. A., Skjemstad, J. O. Importance of mechanisms and processes of the stabilisation of soil organic matter for modelling carbon turnover. Functional Plant Biology. 30, (2), 207-222 (2003).
  17. Sposito, G., Skipper, N. T., Sutton, R., Park, S., Soper, A. K., Greathouse, J. A. Surface geochemistry of the clay minerals. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96, (7), 3358-3364 (1999).
  18. Poeplau, C., et al. Isolating organic carbon fractions with varying turnover rates in temperate agricultural soils - A comprehensive method comparison. Soil Biology and Biochemistry. 125, 10-26 (2018).
  19. Poeplau, C., et al. Reproducibility of a soil organic carbon fractionation method to derive RothC carbon pools. European Journal of Soil Science. 64, (6), 735-746 (2013).
  20. Grunwald, D., et al. Influence of elevated soil temperature and biochar application on organic matter associated with aggregate-size and density fractions in an arable soil. Agriculture, Ecosystems & Environment. 241, (Supplement C), 79-87 (2017).
  21. Golchin, A., Oades, J., Skjemstad, J., Clarke, P. Study of free and occluded particulate organic matter in soils by solid state 13C Cp/MAS NMR spectroscopy and scanning electron microscopy). Australian Journal of Soil Research. 32, (2), 285 (1994).
  22. Lützow, M. v, et al. SOM fractionation methods: Relevance to functional pools and to stabilization mechanisms. Soil Biology and Biochemistry. 39, (9), 2183-2207 (2007).
  23. Christensen, B. T. Physical fractionation of soil and structural and functional complexity in organic matter turnover. European Journal of Soil Science. 52, (3), 345-353 (2001).
  24. Sollins, P., et al. Sequential density fractionation across soils of contrasting mineralogy: evidence for both microbial- and mineral-controlled soil organic matter stabilization. Biogeochemistry. 96, (1-3), 209-231 (2009).
  25. Rühlmann, J., Körschens, M., Graefe, J. A new approach to calculate the particle density of soils considering properties of the soil organic matter and the mineral matrix. Geoderma. 130, (3-4), 272-283 (2006).
  26. Wada, S. I., Wada, K. Density and structure of allophane. Clay Minerals. 12, 289-298 (1977).
  27. Wilson, M. J. Sheet Silicates: Clay Minerals, 2nd edition. Rock-Forming Minerals. Deer, W. A., Howie, R. A., Zussman, J. 3C, The Geological Society of London. (2013).
  28. mindat.org. Hudson Institute of Mineralogy. Available from: https://www.mindat.org/ (2017).
  29. Klein, C., Philpotts, A. Earth Materials: Introduction to Mineralogy and Petrology. 2nd edition, Cambridge University Press. Cambridge, UK. (2017).
  30. Skopp, J. M. Physical properties of primary particles. Handbook of soil science: properties and processes. Huang, P. M., Li, Y., Sumner, M. E. 2nd edition, CRC Press. Boca Raton. 1.1-1.10 (2012).
  31. Hiemstra, T., Van Riemsdijk, W. H. A surface structural model for ferrihydrite I: Sites related to primary charge, molar mass, and mass density. Geochimica et Cosmochimica Acta. 73, (15), 4423-4436 (2009).
  32. Strosser, E. Methods for determination of labile soil organic matter: An overview. Journal of Agrobiology. 27, (2), (2010).
  33. Christensen, B. T. Physical fractionation of soil and organic matter in primary particle size and density separates. Advances in Soil Science. 1-90 (1992).
  34. Greenland, D. J. Interaction between clays and organic compounds in soils. Part I. Mechanisms of interaction between clays and defined organic compounds. Soils Fertility. 28, 415-425 (1965).
  35. Greenland, D. J. Interaction between clays and organic compounds in soils. Part II. Adsorption of soil organic compounds and its effect on soil properties. Soils Fertility. 28, 521-532 (1965).
  36. Allison, F. E., Sherman, M. S., Pinck, L. A. Maintenance of soil organic matter: I. Inorganic soil colloid as a factor in retention of carbon during formation of humus. Soil Science. 68, (6), 463 (1949).
  37. Anderson, D. W. The effect of parent material and soil development on nutrient cycling in temperate ecosystems. Biogeochemistry. 5, (1), 71-97 (1988).
  38. Oades, J. M. The retention of organic matter in soils. Biogeochemistry. 5, (1), 35-70 (1988).
  39. Tiessen, H., Stewart, J. W. B., Hunt, H. W. Concepts of soil organic matter transformations in relation to organo-mineral particle size fractions. Plant and Soil. 76, (1-3), 287-295 (1984).
  40. Trumbore, S. E., Zheng, S. Comparison of fractionation methods for soil organic matter 14C analysis. Radiocarbon. 38, (2), 219-229 (1996).
  41. Moni, C., Derrien, D., Hatton, P. -J., Zeller, B., Kleber, M. Density fractions versus size separates: does physical fractionation isolate functional soil compartments? Biogeosciences. 9, (12), 5181-5197 (2012).
  42. Mueller, C. W., et al. Initial differentiation of vertical soil organic matter distribution and composition under juvenile beech (Fagus sylvatica L.) trees. Plant and soil. 323, (1-2), 111-123 (2009).
  43. Schweizer, S. A., Hoeschen, C., Schlüter, S., Kögel-Knabner, I., Mueller, C. W. Rapid soil formation after glacial retreat shaped by spatial patterns of organic matter accrual in microaggregates. Global Change Biology. 24, (4), 1637-1650 (2018).
  44. Kalra, Y. P., Maynard, D. G. Methods manual for forest soil and plant analysis. Information report NOR-X-319, Forestry Canada, Northwest region, Northern Forestry Centre, Edmonton, AB, Canada (1991).
  45. Mueller, C. W., Rethemeyer, J., Kao-Kniffin, J., Löppmann, S., Hinkel, K. M., Bockheim, J. G. Large amounts of labile organic carbon in permafrost soils of northern Alaska. Global Change Biology. 21, 2804-2817 (2015).
  46. Höfle, S., Rethemeyer, J., Mueller, C., John, S. Organic matter composition and stabilization in a polygonal tundra soil of the Lena Delta. Biogeosciences. 10, (2013).
  47. North, P. F. Towards an absolute measurement of soil structural stability using ultrasound. Journal of Soil Science. 27, (4), 451-459 (1976).
  48. Grand, S., Lavkulich, L. M. Depth distribution and predictors of soil organic carbon in Podzols of a forested watershed in Southwestern Canada. Soil Science. 176, 164-174 (2011).
  49. Laird, D. A., Dowdy, R. H. Preconcentration techniques in soil mineralogical analyses. Quantitative Methods in Soil Mineralogy. Amonette, J. E., Zelazny, L. W. SSSA miscellaneous publications. Madison, WI, USA. (1994).
  50. Six, J. Recycling of sodium polytungstate used in soil organic matter studies. Soil Biology and Biochemistry. 31, (8), 1193-1196 (1999).
  51. dos Anjos, L. H. C., Franzmeier, D. P., Schulze, D. G. Formation of soils with plinthite on a toposequence in Maranhaño State, Brazil. Geoderma. 64, (3), 257-279 (1995).
  52. Soil Survey Staff. Keys to Soil Taxonomy | NRCS Soils. USDA-Natural Resources Conservation Service. Washington, DC. Available from: https://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detail/soils/survey/class/taxonomy/?cid=nrcs142p2_053580 (2014).
  53. Baldock, J. A., et al. Aspects of the chemical structure of soil organic materials as revealed by solid-state 13C NMR spectroscopy. Biogeochemistry. 16, 1-42 (1992).
  54. Vos, C., Jaconi, A., Jacobs, A., Don, A. Hot regions of labile and stable soil organic carbon in Germany - Spatial variability and driving factors. SOIL. 4, 153-167 (2018).
  55. Magid, J., Gorissen, A., Giller, K. E. In search of the elusive "active" fraction of soil organic matter: three size-density fractionation methods for tracing the fate of homogeneously 14C-labelled plant materials. Soil Biology and Biochemistry. 28, (1), 89-99 (1996).
  56. Albrecht, R., Sebag, D., Verrecchia, E. Organic matter decomposition: bridging the gap between Rock-Eval pyrolysis and chemical characterization (CPMAS 13C NMR). Biogeochemistry. 122, (1), 101-111 (2015).
  57. Disnar, J. R., Guillet, B., Keravis, D., Di-Giovanni, C., Sebag, D. Soil organic matter (SOM) characterization by Rock-Eval pyrolysis: scope and limitations. Organic Geochemistry. 34, (3), 327-343 (2003).
  58. Sebag, D., Disnar, J. R., Guillet, B., Di Giovanni, C., Verrecchia, E. P., Durand, A. Monitoring organic matter dynamics in soil profiles by ‘Rock-Eval pyrolysis’: bulk characterization and quantification of degradation. European Journal of Soil Science. 57, (3), 344-355 (2006).
  59. Shang, C., Zelazny, L. W., Ulery, A. L., Richard Drees, L. Selective dissolution techniques for mineral analysis of soils and sediments. Methods of Soil Analysis, part 5. Mineralogical Methods. Ulery, A. L., Drees, L. R. SSSA Book Series no 5. Madison, WI, USA. (2008).
  60. Harris, W., Norman White, G., Ulery, A. L., Richard Drees, L. X-ray diffraction techniques for soil mineral identification. Methods of Soil Analysis, part 5. Mineralogical Methods. Ulery, A. L., Drees, L. R. SSSA Book Series no 5. Madison, WI, USA. (2008).
  61. Jones, E., Singh, B. Organo-mineral interactions in contrasting soils under natural vegetation. Frontiers in Environmental Science. 2, 2 (2014).
  62. Amelung, W., Zech, W. Minimisation of organic matter disruption during particle-size fractionation of grassland epipedons. Geoderma. 92, (1), 73-85 (1999).
  63. Schmidt, M. W. I., Rumpel, C., Kögel-Knabner, I. Particle size fractionation of soil containing coal and combusted particles. European Journal of Soil Science. 50, (3), 515-522 (1999).
  64. Kaiser, M., Berhe, A. A. How does sonication affect the mineral and organic constituents of soil aggregates?—A review. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 177, (4), 479-495 (2014).
  65. Asano, M., Wagai, R. Evidence of aggregate hierarchy at micro- to submicron scales in an allophanic Andisol. Geoderma. 216, 62-74 (2014).
  66. Heckman, K., et al. Sorptive fractionation of organic matter and formation of organo-hydroxy-aluminum complexes during litter biodegradation in the presence of gibbsite. Geochimica et Cosmochimica Acta. 667-683 (2013).
  67. Schrumpf, M., Kaiser, K., Guggenberger, G., Persson, T., Kögel-Knabner, I., Schulze, E. -D. Storage and stability of organic carbon in soils as related to depth, occlusion within aggregates, and attachment to minerals. Biogeosciences. 10, 1675-1691 (2013).
  68. Rumpel, C., Eusterhues, K., Kögel-Knabner, I. Location and chemical composition of stabilized organic carbon in topsoil and subsoil horizons of two acid forest soils. Soil Biology and Biochemistry. 36, 177-190 (2004).
  69. Höfle, S., Rethemeyer, J., Mueller, C., John, S. Organic matter composition and stabilization in a polygonal tundra soil of the Lena Delta. Biogeosciences. 10, (2013).
  70. Chenu, C., Plante, A. F. Clay-sized organo-mineral complexes in a cultivation chronosequence: revisiting the concept of the ‘primary organo-mineral complex. European Journal of Soil Science. 57, (4), 596-607 (2006).
  71. Gregory, M. R., Johnston, K. A. A nontoxic substitute for hazardous heavy liquids—aqueous sodium polytungstate (3Na2WO4.9WO3.H2O) solution (Note). New Zealand Journal of Geology and Geophysics. 30, (3), 317-320 (1987).
  72. Munsterman, D., Kerstholt, S. Sodium polytungstate, a new non-toxic alternative to bromoform in heavy liquid separation. Review of Palaeobotany and Palynology. 91, (1), 417-422 (1996).
  73. Spielvogel, S., Prietzel, J., Kögel-Knabner, I. Changes of lignin phenols and neutral sugars in different soil types of a high-elevation forest ecosystem 25 years after forest dieback. Soil Biology and Biochemistry. 39, (2), 655-668 (2007).
  74. Kaiser, M., Wirth, S., Ellerbrock, R. H., Sommer, M. Microbial respiration activities related to sequentially separated, particulate and water-soluble organic matter fractions from arable and forest topsoils. Soil biology and Biochemistry. 42, (3), 418-428 (2010).
  75. Sollins, P., et al. Organic C and N stabilization in a forest soil: Evidence from sequential density fractionation. Soil Biology and Biochemistry. 38, (11), 3313-3324 (2006).
  76. Wander, M. Soil organic matter fractions and their relevance to soil function. Soil Organic Matter in Sustainable Agriculture. Magdoff, F., Weil, R. CRC Press. Boca Raton. (2004).
  77. Gee, G. W., Or, D. 2.4 Particle-size analysis. Methods of Soil Analysis: Part 4 Physical Methods. Dane, J. H., Topp, C. G. SSSA Book Series no 5. Madison, WI, USA. (2002).
  78. Sheldrick, B. H., Wang, C. Particle size distribution. Soil Sampling and Methods of Analysis. Carter, M. R., Gregorich, E. G. second edition, CRC press. Boca Raton, FL, USA. (1993).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics