طريقة كهربائية لإزالة الجسيمات العضوية من التربة
Summary
إن إزالة المواد النباتية المترسبة حديثا والمتحللة بشكل غير كامل من عينات التربة تقلل من تأثير المدخلات الموسمية المؤقتة على قياسات الكربون العضوي للتربة. يمكن استخدام الانجذاب إلى سطح مشحون كهربائيا لإزالة كمية كبيرة من المواد العضوية الجسيمية بسرعة.
Abstract
وتعتمد تقديرات الكربون العضوي للتربة على أساليب معالجة التربة بما في ذلك إزالة المواد النباتية غير المتحللة. ويمكن أن يؤدي الفصل غير الكافي بين الجذور والمواد النباتية عن التربة إلى قياسات كربونية شديدة التغير. غالبا ما تقتصر طرق إزالة المواد النباتية على أكبر المواد النباتية وأكثرها وضوحا. في هذه المخطوطة، نقوم بوصف كيفية استخدام الجاذبية الكهربائية لإزالة المواد النباتية من عينة التربة. ومن الطبيعي أن يجذب سطح مشحون كهربائيا يمر بالقرب من التربة الجافة جزيئات نباتية غير متحللة ومتحللة جزئيا، إلى جانب كمية صغيرة من التربة المعدنية والمجمعة. وتنتشر عينة التربة في طبقة رقيقة على سطح مستو أو منخل التربة. يتم شحن طبق بيتري البلاستيكي أو الزجاجي كهربائيا عن طريق فرك رغوة البوليسترين أو قماش النايلون أو القطن. يتم تمرير الطبق المشحون مرارا وتكرارا فوق التربة. ثم يتم تنظيف الطبق وإعادة شحنه. إعادة نشر التربة وتكرار الإجراء يؤدي في نهاية المطاف إلى انخفاض غلة الجسيمات. تزيل العملية حوالي 1 إلى 5٪ من عينة التربة، وحوالي 2 إلى 3 أضعاف تلك النسبة في الكربون العضوي. مثل طرق إزالة الجسيمات الأخرى ، فإن نقطة النهاية تعسفية ولا تتم إزالة جميع الجسيمات الحرة. تستغرق العملية حوالي 5 دقائق ولا تتطلب عملية كيميائية كما تفعل طرق تعويم الكثافة. يؤدي الجذب الكهربائي باستمرار إلى إزالة المواد ذات التركيز C أعلى من المتوسط ونسبة C:N ، ويمكن تحديد الكثير من المواد بصريا على أنها مواد نباتية أو حيوانية تحت المجهر.
Introduction
11- إن التقديرات الدقيقة للكربون العضوي للتربة مهمة في تقييم التغيرات الناجمة عن الإدارة الزراعية أو البيئة. الجسيمات العضوية (POM) له وظائف هامة في البيئة والفيزياء من التربة ولكن غالبا ما يكون قصير الأجل ويختلف على أساس عدة عوامل بما في ذلك الموسم، وظروف الرطوبة، والتفريح، وتقنيات جمع العينات، وإدارة التربة الأخيرة، ودورة حياة الغطاء النباتي، وغيرها1. هذه المصادر غير المستقرة زمنيا يمكن أن تخلط بين تقديرات الاتجاهات طويلة الأجل في الكربون العضوي التربة مستقرة ومعزلة حقا2.
على الرغم من كونها محددة جيدا، مشتركة، ومهمة، لا يتم فصل بوم بسهولة من التربة وليس من السهل قياس كميا. وقد تم قياس الجسيمات العضوية على أنها تلك التي تطفو في السوائل (كسر خفيف، عادة 1.4-2.2 سم-3)،أو كما يمكن فصلها حسب الحجم (على سبيل المثال، > 53-250 ميكرومتر أو > 250 ميكرومتر)، أو مزيج من اثنين3،4،5. يمكن أن تؤثر التقنيات المستندة إلى الحجم والكثافة على النتائج الكمية والكيميائية لقياس POM4. غالبا ما يكشف الفحص البصري الدقيق للتربة التي تم تجزئة حجمها باستخدام الأساليب الروتينية عن هياكل طويلة وضيقة مثل الجذور وشظايا الأوراق أو الجذع التي مرت عبر الشاشة. ببساطة إزالة هذه الهياكل باليد وقد ثبت أن خفض كبير في قياسات مجموع SOC2،6 ولكن الأسلوب يخضع بشكل ملحوظ إلى العناية والدقة البصرية للمشغل. انفصال POM عن عينة التربة كما كسر الضوء أثناء التعويم في السائل الكثيف7 لا التقاط كل POM، والهز المفرط خلال عملية التعويم يمكن أن تقلل في الواقع كمية جزء الضوء تعافى من عينة8. يتطلب التعويم العديد من الخطوات ويعرض التربة لحلول كيميائية يمكن أن تغير الخصائص الكيميائية أو تذوب وتزيل المكونات التي قد تكون ذاتفائدة 4.
وقد استخدمت أساليب بديلة لإزالة POM لتجنب أو زيادة استخدام الحلول المائية الكثيفة. Kirkby، وآخرون.6 مقارنة إزالة جزء الضوء باستخدام اثنين من إجراءات التعويم لطريقة غربلة الجافة / winnowing9. تم تنفيذ Winnowing عن طريق تمرير تيار خفيف من الهواء عبر طبقة رقيقة من التربة لرفع الضوء بلطف بعيدا عن الكسر الثقيل. وكان أداء المنخل/النروج الجاف مماثلا لأساليب التعويم اللذين تم تنفيذهما فيما يتعلق بمحتوى C وN وP وS؛ ومع ذلك ، فإن المؤلفين تشير إلى أن الجافة غربال / winnowing أنتجت التربة “أنظف قليلا”6. كما تم فصل POM من التربة باستخدام الجذب الكهربائي10،11 التي يتم عزل الجسيمات العضوية عن طريق تمرير سطح مشحون كهربائيا فوق التربة. نجحت طريقة الجذب الكهروستاتيكية في استعادة POM ، ويشار إليها باسم الجسيمات العضوية بالطبع ، من التربة المجففة المنخلة (> 0.315 مم) مع تكرار إحصائي مماثل لطرق أخرى من حجم وكثافة الكسر10.
هنا نحن نبين كيف يمكن استخدام الجذب الكهربائي لإزالة POM من أحجام تتراوح بين مرئية إلى مجهرية. على عكس الطرق الأخرى المبلغ عنها ، فإن الجذب الكهربائي للتربة الدقيقة يزيل أيضا جزءا صغيرا من التربة المعدنية والمجمعة التي تشبه بشكل واضح التربة المتبقية. وبالنظر إلى نتائجنا حتى الآن، من المعقول افتراض أن إزالة جزء صغير من التربة غير التربة غير بوم لن يكون له تأثير كبير على التحليلات النهائية؛ ومع ذلك، ينبغي التحقق من هذا الافتراض لتربة معينة إذا كانت تتم إزالة نسب كبيرة من عينة التربة الإجمالية كهربائيا. تم تنفيذ الأساليب والأمثلة المقدمة هنا على التربة الطمي loam loess من بيئة شبه قاحلة.
قد لا تكون هذه الطريقة مناسبة لجميع أنواع التربة ولكن لها مزايا كونها سريعة وفعالة في إزالة المواد العضوية الجسيمية صغيرة جدا لإزالة يدويا أو عن طريق تيار الهواء. سرعة العملية مهمة في الحد من التعب، وضمان الاتساق، وتشجيع تكرار أكبر لتحسين دقة الاستنتاجات. بالإضافة إلى ذلك، فإن القدرة على إزالة الجسيمات الصغيرة جدا مهمة في تجنب التحيز نحو التربة ذات أحجام الجسيمات الكبيرة بدلا من الصغيرة.
Protocol
Representative Results
Discussion
كانت طريقة الجذب الكهربائي فعالة في إزالة POM من تربة الطمي. الطريقة الموصوفة هنا تختلف قليلا عن Kaiser، وآخرون10 التي استخدمت مزيجا من الزجاج / القطن. عالجنا جميع ما عدا أرقى كسر التربة واستخدام البوليسترين بدلا من الزجاج بسبب الفرق triboelectric، والتي للبوليسترين / النايلون هو 100 nC / J م?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد تم دعم هذا العمل فقط من خلال التمويل الأساسي لوزارة الزراعة الأميركية و ARS. يقدر المؤلفون كثيرا ميكايلا كيلي وكارولين ج. ميلي وأليكس لاشر وإيمي كلارير وكاثرين سون لمساعدتهم التقنية.
Materials
| brush, camel-hair | |||
| petri dish, glass or plastic | |||
| polystyrene foam, cotton or nylon cloth | |||
| soil | |||
| soil sieves |
Riferimenti
- Gosling, P., Parsons, N., Bending, G. D. What are the primary factors controlling the light fraction and particulate soil organic matter content of agricultural soils. Biology and Fertility of Soils. 49 (8), 1001-1014 (2013).
- Gollany, H. T., et al. Soil organic carbon accretion vs. sequestration using physicochemical fractionation and CQESTR simulation. Soil Science Society of America Journal. 77 (2), 618-629 (2013).
- Cambardella, C. A., Gajda, A. M., Doran, J. W., Wienhold, B. J., Kettler, T. A., Kimble, J. M., Lal, R., Follett, R. F., Stewart, B. A. . Assessment methods for soil carbon. , 349-359 (2001).
- Wander, M. . Soil organic matter in sustainable agriculture. , 67-102 (2004).
- Curtin, D., Beare, M. H., Qiu, W., Sharp, J. Does particulate organic matter fraction meet the criteria for a model soil organic matter pool. Pedosphere. 29 (2), 195-203 (2019).
- Kirkby, C. A., et al. Stable soil organic matter: A comparison of C:N:P:S ratios in Australian and other world soils. Geoderma. 163 (3-4), 197-208 (2011).
- Strickland, T. C., Sollins, P. Improved method for separating light- and heavy-fraction organic material from soil. Soil Science Society of America Journal. 51 (5), 1390-1393 (1987).
- Golchin, A., Oades, J. M., Skjemstad, J. O., Clarke, P. Study of free and occluded particulate organic matter in soils by solid state 13C Cp/MAS NMR spectroscopy and scanning electron microscopy. Soil Research. 32 (2), 285-309 (1994).
- Theodorou, C. Nitrogen transformations in particle size fractions from a second rotation pine forest soil. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 21 (5-6), 407-413 (1990).
- Kaiser, M., Ellerbrock, R. H., Sommer, M. Separation of coarse organic particles from bulk surface soil samples by electrostatic attraction. Soil Science Society of America Journal. 73 (6), 2118-2130 (2009).
- Kuzyakov, Y., Biriukova, O., Turyabahika, F., Stahr, K. Electrostatic method to separate roots from soil. Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 164 (5), 541 (2001).
- Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nature Methods. 9 (7), 671-675 (2012).
