Elektrostatisk metode til fjernelse af partikler organisk materiale fra jorden

Summary

Fjernelse af nyligt deponeret og ufuldstændigt nedbrudt plantemateriale fra jordprøver reducerer indflydelsen af midlertidige sæsonbestemte input på jordens organiske kulstofmålinger. Tiltrækning til en elektrostatisk ladet overflade kan bruges til hurtigt at fjerne en betydelig mængde partikler organisk materiale.

Abstract

Skøn over organisk kulstof i jorden er afhængige af jordforarbejdningsmetoder, herunder fjernelse af ukomponeret plantemateriale. Utilstrækkelig adskillelse af rødder og plantemateriale fra jorden kan resultere i meget variable kulstofmålinger. Metoder til at fjerne plantematerialet er ofte begrænset til de største, mest synlige plantematerialer. I dette manuskript beskriver vi, hvordan elektrostatisk tiltrækning kan bruges til at fjerne plantemateriale fra en jordprøve. En elektrostatisk ladet overflade, der passerer tæt på tør jord, tiltrækker naturligt både ukomponerede og delvist nedbrudte plantepartikler sammen med en lille mængde mineralsk og samlet jord. Jordprøven spredes i et tyndt lag på en flad overflade eller en jordsigte. En petriskål af plast eller glas oplades elektrostatisk ved at gnide med polystyrenskum eller nylon eller bomuldsklud. Den ladede skål passeres gentagne gange over jorden. Skålen børstes derefter ren og genoplades. Re-spredning af jorden og gentage proceduren i sidste ende resulterer i en faldende udbytte af partikler. Processen fjerner omkring 1 til 5% af jordprøven, og omkring 2 til 3 gange denne andel i organisk kulstof. Ligesom andre metoder til fjernelse af partikler er slutpunktet vilkårligt, og ikke alle frie partikler fjernes. Processen tager ca. 5 minutter og kræver ikke en kemisk proces, ligesom massefylde flotationsmetoder. Elektrostatisk tiltrækning fjerner konsekvent materiale med højere koncentration end gennemsnittet C og C:N-forholdet, og meget af materialet kan visuelt identificeres som plante- eller faunamateriale under et mikroskop.

Introduction

Nøjagtige skøn over organisk kulstof i jorden (SOC) er vigtige for vurderingen af ændringer som følge af landbrugsforvaltning eller miljø. Partikler organisk materiale (POM) har vigtige funktioner i en jords økologi og fysik, men det er ofte kortvarigt og varierer baseret på flere faktorer, herunder sæson, fugtforhold, befrugtning, prøveindsamlingsteknikker, nylig jordforvaltning, vegetationslivscyklus og andre¹. Disse tidsmæssigt ustabile kilder kan forvirre estimater af langsigtede tendenser i stabilt og virkelig afsondret jord organisk kulstof².

På trods af at pom er veldefineret, almindelig og vigtig, er den ikke let adskilt fra jorden, og den er heller ikke let at måle kvantitativt. Partikler organisk materiale er blevet målt som det, der flyder i væsker (let fraktion, typisk 1,4-2,2 g cm^-3), eller som det, der kan adskilles efter størrelse (f.eks. > 53-250 μm eller > 250 μm) eller en kombination af de to^3,4,5. Både størrelsesbaserede og tæthedsbaserede teknikker kan påvirke de kvantitative og kemiske resultater af POM-måling⁴. En omhyggelig visuel inspektion af jord, der er blevet størrelse-fraktioneret ved hjælp af rutinemæssige metoder ofte afslører lange, smalle strukturer som rødder og skiver af blade eller stilk, der har passeret gennem skærmen. Det har vist sig blot at fjerne disse strukturer manuelt at reducere målingerne af det samlede SOC²,⁶ betydeligt, men metoden er især underlagt operatørens flid og synsstyrke. POM-adskillelse fra en jordprøve, da lysfraktionen under flotationen i en tæt væske⁷ ikke fanger alle POM, og overdreven omrystning under flotationsprocessen kan faktisk reducere mængden af lysfraktion, der genvindes fra en prøve⁸. Flotation kræver mange trin og udsætter jorden for kemiske opløsninger, som kan ændre de kemiske egenskaber eller opløse og fjerne bestanddele, der kan være af interesse⁴.

Alternative metoder til fjernelse af POM er blevet brugt til at undgå eller øge brugen af tætte vandige opløsninger. Kirkby, et al.⁶ sammenlignet lys fraktion fjernelse ved hjælp af to flotation procedurer til en tør sigte / winnowing metode⁹. Winnowing blev udført ved at passere en lys strøm af luft over et tyndt lag jord til forsigtigt at løfte væk lyset fra den tunge fraktion. Den tørre sigte/winnowing fungerede på samme måde som de to flydemetoder med hensyn til C-, N-, P- og S-indhold. forfatterne foreslår dog, at tør sigtning / winnowing produceret “lidt renere” jord⁶. POM er også blevet adskilt fra jorden ved hjælp af elektrostatisk tiltrækning^10,11, hvor organiske partikler isoleres ved at passere en elektrostatisk ladet overflade over jorden. Den elektrostatiske attraktionsmetode genvandt pom, benævnt kursus organiske partikler, fra tørrede, sigtet (> 0,315 mm) jord med statistisk repeterbarhed svarende til andre metoder til størrelse og tæthed fraktionering¹⁰.

Her demonstrerer vi, hvordan elektrostatisk tiltrækning kan bruges til at fjerne POM af størrelser lige fra synlige til mikroskopiske. I modsætning til andre rapporterede metoder fjerner elektrostatisk tiltrækning af fin jord også en lille del af mineralsk og aggregeret jord, der synligt ligner den resterende jord. I betragtning af vores hidtidige resultater er det rimeligt at antage, at fjernelsen af en lille del af jord, der ikke er pom-jord, ikke vil have nogen væsentlig indvirkning på downstream-analyserne. denne antagelse bør dog verificeres for en bestemt jord, hvis store andele af den samlede jordprøve fjernes elektrostatisk. De metoder og eksempler, der her er givet, blev udført på silt loam loess jord fra et halvtørret miljø.

Denne metode er muligvis ikke egnet til alle jordtyper, men har fordelene ved at være hurtig og effektiv til at fjerne partikler organisk materiale, der er for små til at fjerne manuelt eller ved en luftstrøm. Proceshastighed er vigtig for at reducere træthed, sikre konsistens og tilskynde til større replikation for bedre nøjagtighed af konklusioner. Derudover er evnen til at fjerne meget små partikler vigtig for at undgå bias mod jord med større snarere end små partikelstørrelser.

Protocol

1. Jordforberedelse Indsamle jordprøver til den ønskede dybde. Jorden tørres grundigt ved 40 °C eller efter laboratoriespecifikke standardprotokoller. Sigt jorden gennem jordsigte i passende størrelse for at opnå ca. 10-25 g sigtet jord. Mange undersøgelser bruger en 1- eller 2 mm sigte. Mængden af jord er baseret på den masse, der kræves til downstream-analyserne, og vil påvirke det antal gange, det elektrostatiske fjernelsestrin skal gentages. Placer jorden i en ren, tør metal …

Representative Results

De her fremlagte resultater er baseret på en analyse af silt loamjord fra landbrugsområder i det nordvestlige Stillehav (tabel 1). Jordbunden blev indsamlet til dybder på 0-20 cm eller 0-30 cm, tørret ved 40 °C, passeret gennem en 2 mm sigte og behandlet med en polystyrenoverflade ladet med en nylonklud. Mængden af jord elektrostatisk fjernet fra en prøve varierede. Omkring 1-6% af den samlede jordmasse b…

Discussion

Den elektrostatiske attraktion metode var effektiv til at fjerne POM fra silt loam jord. Den her beskrevne metode er lidt forskellig fra Kaiser, et al.^10, som brugte en kombination af glas/bomuld. Vi behandlede alle, men den fineste jord fraktion og brugte polystyren snarere end glas på grund af den triboelektriske forskel, som for polystyren / nylon er 100 nC / J i forhold til glas / bomuld på 20 nC / J¹². Glas og polystyren skum har vist sig effektiv og bekvem i nyere e…

Materials

brush, camel-hair
petri dish, glass or plastic
polystyrene foam, cotton or nylon cloth
soil
soil sieves