Utilisation du fractionnement de la densité du sol pour séparer les réservoirs de carbone distincts du sol

Cette méthode permet aux chercheurs d’isoler un petit nombre de réservoirs fonctionnels de carbone du sol en fractions mesurables et modélisables dans le cadre de la recherche sur la stabilisation du carbone dans le sol. Cette technique est simple à réaliser, permet une plus grande reproductibilité sur divers types de sols et distingue différents réservoirs de carbone du sol en fonction du degré d’association avec différents minéraux. Le fractionnement du sol en matière organique légère et en composants minéraux de fraction lourde permet d’élucider les mécanismes de séquestration et de stabilisation du carbone du sol pour modéliser les taux de renouvellement du carbone dans le sol et la taille du pool d’association organique minérale.

Il est facile de perdre de la matière pendant le rinçage et le transfert, il est donc essentiel de tenir compte de manière cohérente et minutieuse de la masse de l’échantillon et de la teneur en carbone pour assurer une récupération totale minimale de 90%. Commencez par ajouter 50 grammes de l’échantillon de sol séché à l’air tamisé à deux millimètres dans un tube centrifuge conique en polypropylène de 250 millilitres et notez la masse à au moins quatre chiffres significatifs. Ajoutez ensuite 50 millilitres de la solution SPT de 1,85 gramme par centimètre cube dans le tube à centrifuger et coiffez hermétiquement le tube.

Maintenant, secouez vigoureusement le tube à la main pendant environ 60 secondes pour briser les agrégats non stables à l’eau. Ensuite, fixez le tube hermétiquement scellé à un agitateur de plate-forme et agitez pendant deux heures à 40 à 120 rotations par minute. Souvent, placer le tube sur le côté facilite la dispersion du sol en augmentant la force de ballottement et en réduisant la hauteur debout de la couche de sol.

Retirez périodiquement le tube de l’agitateur et secouez vigoureusement à la main pour augmenter l’agitation du matériau agrégé plus dense. Après avoir retiré le tube de l’agitateur, égaliser les masses du tube de centrifugation sur l’ensemble des tubes à centrifuger en ajoutant soigneusement une solution SPT supplémentaire si nécessaire. Assurez-vous de secouer vigoureusement à la main pendant 30 secondes après avoir ajouté la solution SPT.

Centrifuger les tubes pendant 10 minutes à 3 000 g dans une centrifugeuse à godet pivotant. Après centrifugation, tester la densité du surnageant en tirant cinq millilitres de celui-ci avec une pipette et en vérifiant la masse par une balance. Ajustez le volume SPT si nécessaire pour atteindre la densité souhaitée.

Agiter et centrifuger à nouveau si un ajustement de la densité de solution a été effectué. Fixez une fiole d’un litre à une pompe à vide et placez un filtre en fibre de verre de 110 millimètres ayant une taille de pores de 0,7 micron dans un entonnoir Buchner en porcelaine d’un diamètre interne de 12 centimètres. Scellez soigneusement l’entonnoir à l’aide d’un joint conique en caoutchouc sur la fiole de l’arme de poing.

Utilisez un collecteur de ligne de vide pour exécuter plusieurs échantillons simultanément. Ensuite, fixez une autre fiole d’un litre à la pompe à vide et placez-y un bouchon en caoutchouc avec un tube attaché pour l’aspiration ayant une longueur de tube saillante d’environ 0,5 mètre. Aspirer doucement le surnageant, y compris le matériau en suspension dans la couche supérieure, le long des côtés du tube à centrifuger.

Ne touchez pas la surface du sol granulé avec l’extrémité du tube d’aspiration. Si cela n’est pas fait avec soin, il est facile d’aspirer accidentellement la fraction lourde du granulé. Pour nettoyer le tube d’aspiration entre les échantillons, plongez très rapidement l’extrémité du tube dans de l’eau désionisée/distillée, ou DDI, et aspirez environ cinq millilitres d’eau à travers la ligne en appliquant le vide.

Répétez l’opération jusqu’à ce que tout le matériau ait été rincé du tube à vide. Après l’aspiration, retirez le bouchon en caoutchouc et la fixation du tube d’aspiration de la fiole du bras latéral et versez le contenu dans le haut de l’entonnoir Buchner tout en maintenant la pompe à vide allumée. Rincer la fiole avec de l’eau DDI, agiter et verser le contenu de la fiole dans l’entonnoir Buchner.

Répéter jusqu’à ce que tous les résidus soient éliminés. Ensuite, re-suspendez le granulé de sol dans 50 millilitres de SPT en agitant vigoureusement le tube centrifuge pendant 60 secondes à la main pour briser le granulé dur au fond. Centrifuger le tube pendant 10 minutes à 3 000 g.

Comme démontré précédemment, aspirez le surnageant et recueillez-le dans le même ballon après avoir filtré dans le même entonnoir de Buchner. Pour laver le SPT du matériau de fraction lourde, ajoutez 50 millilitres d’eau DDI dans le tube de centrifugation contenant la pastille de fraction lourde et secouez vigoureusement le tube à la main pendant 60 secondes, en veillant à briser le granulé dur. Centrifuger le tube pendant 10 minutes à 3 000 g.

Aspirez le surnageant comme décrit précédemment. Toutes les particules flottantes qui restent doivent être ajoutées à l’entonnoir avec le reste du matériau de la fraction légère. Répétez la procédure de lavage deux fois.

Ensuite, grattez soigneusement la terre du tube centrifugeuse dans un bécher en verre ou un pot en verre propre et étiqueté. Versez suffisamment d’eau DDI dans le tube pour ameublir le sol restant et secouez le tube avant d’ajouter la boue dans le récipient en verre. Rincez bien le tube avec de l’eau DDI et remettez le linge dans le récipient en verre.

Placez le récipient en verre dans un four de séchage réglé entre 40 et 60 degrés Celsius et séchez-le jusqu’à ce qu’un poids sec constant soit atteint, ce qui prend généralement de 24 à 72 heures. Pour assurer l’élimination complète du SPT de la fraction légère, remplissez l’entonnoir de Buchner contenant le matériau de fraction légère avec de l’eau DDI et filtrez le contenu à travers des filtres en fibre de verre. Une fois que l’eau a complètement filtré, répétez le lavage deux fois.

Retirez l’entonnoir de la fiole d’arme de poing après avoir éteint la pompe à vide. Maintenant, en tenant l’entonnoir horizontalement sur un bécher en verre étiqueté, ou un pot, rincez doucement les particules du filtre à l’aide d’eau DDI provenant d’une bouteille de lavage. Placez le récipient en verre dans un four de séchage réglé entre 40 et 60 degrés Celsius et séchez-le jusqu’à ce qu’un poids sec constant soit atteint, ce qui prend généralement de 24 à 72 heures.

Pour peser la masse sèche des matériaux fractionnés, prenez chaque récipient et grattez délicatement toute la matière séchée dans un bateau de pesage en plastique. Notez la masse jusqu’à la quatrième décimale avant de placer l’échantillon dans un flacon de stockage étiqueté ou un sac. Chaque fraction, ainsi que le sol en vrac, est maintenant prêt pour l’analyse.

Les figures suivantes démontrent l’efficacité de la méthode et la compréhension des réservoirs de carbone du sol. Ici, la récupération du carbone organique du sol en différentes fractions a montré des effets distincts des traitements détritiques sur les fractions légères et lourdes, en particulier par rapport aux effets observés sur la teneur en vrac. Un fractionnement de densité supplémentaire a révélé que les effets du traitement sur la matière organique associée aux minéraux étaient principalement limités au matériau de densité plus élevée, mais la fraction intermédiaire ne montre aucun effet significatif, malgré une plus grande variabilité.

La teneur en carbone en azote du sol en vrac par rapport aux piscines fractionnées a clairement établi l’efficacité de la méthode de fractionnement par densité pour séparer les matières particulaires d’origine végétale des matières minérales. Les piscines avec des densités inférieures à 2,20 grammes par centimètre cube ont répondu davantage aux traitements, par rapport aux piscines avec des densités plus élevées. L’analyse isotopique a démontré l’influence de la minéralogie du sol sur les propriétés biogéochimiques à travers les bassins de densité du sol.

De plus, l’analyse de trois bassins de densité, par opposition à six ou plus, a largement permis de saisir les tendances isotopiques. Pour la teneur en fraction légère, le séchage à l’étuve a entraîné une perte de carbone significativement plus importante sous forme de carbone organique dissous, bien que la quantité de perte ait été insignifiante. Deuxièmement, aucune saisonnalité n’a été observée dans le pool de carbone.

Vérifier avec diligence la densité de la solution SPT pour s’assurer qu’elle reste constante et qu’elle n’est pas diluée par de l’eau présente dans les échantillons. Une densité de solution trop faible ou trop élevée donne une fausse représentation de la quantité de carbone dans les échantillons. La combinaison de l’analyse isotopique 13C, 14C et 15N et de la spectroscopie de masse fournit des informations supplémentaires sur la dynamique du cycle SOC, tout en tenant compte de l’historique du site et des caractéristiques du sol.

Cette technique permet aux chercheurs d’isoler des pools de carbone directement mesurables différant considérablement dans le temps de renouvellement, le mécanisme de stabilisation et la chimie pour informer la modélisation du carbone du sol avec plus de précision.