Iniciar sesión

Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.

En este artículo

  • Resumen
  • Resumen
  • Introducción
  • Protocolo
  • Resultados
  • Discusión
  • Divulgaciones
  • Agradecimientos
  • Materiales
  • Referencias
  • Reimpresiones y Permisos

Resumen

El fraccionamiento de la densidad del suelo separa la materia orgánica del suelo en distintos grupos con diferentes mecanismos de estabilización, química y tiempos de renovación. Las soluciones de politungstato de sodio con densidades específicas permiten la separación de la materia orgánica particulada libre y la materia orgánica asociada a minerales, lo que resulta en fracciones de materia orgánica adecuadas para describir la respuesta del suelo a la gestión y el cambio climático.

Resumen

La materia orgánica del suelo (SOM) es una mezcla complicada de diferentes compuestos que abarcan desde componentes vegetales libres y parcialmente degradados hasta compuestos más alterados microbianamente que se encuentran en los agregados del suelo y subproductos microbianos altamente procesados con fuertes asociaciones con minerales reactivos del suelo. Los científicos del suelo han luchado para encontrar formas de separar el suelo en fracciones que sean fácilmente medibles y útiles para el modelado del carbono del suelo (C). El fraccionamiento del suelo en función de la densidad se utiliza cada vez más, y es fácil de realizar y produce grupos C en función del grado de asociación entre el SOM y diferentes minerales; por lo tanto, el fraccionamiento de la densidad del suelo puede ayudar a caracterizar el SOM e identificar los mecanismos de estabilización de SOM. Sin embargo, los protocolos de fraccionamiento de densidad del suelo reportados varían significativamente, lo que hace que los resultados de diferentes estudios y ecosistemas sean difíciles de comparar. Aquí, describimos un procedimiento robusto de fraccionamiento de densidad que separa las partículas y la materia orgánica asociada a minerales y explicamos los beneficios y desventajas de separar el suelo en dos, tres o más fracciones de densidad. Tales fracciones a menudo difieren en su composición química y mineral, tiempo de rotación y grado de procesamiento microbiano, así como el grado de estabilización mineral.

Introducción

El suelo es la mayor reserva de carbono terrestre (C), que contiene más de 1.500 Pg de C en el 1 m superior y casi el doble de esa cantidad en niveles más profundos a nivel mundial, lo que significa que el suelo contiene más C que la biomasa vegetal y la atmósfera combinadas1. La materia orgánica del suelo (SOM) retiene el agua y los nutrientes del suelo y es esencial para la productividad de las plantas y la función del ecosistema terrestre. A pesar del reconocimiento mundial de la importancia de las existencias adecuadas de SOM para la salud del suelo y la productividad agrícola, las existencias de C del suelo se han agotado sustancialmente debido a la gestión forestal y agrícola insostenible, el cambio del paisaje y el calentamiento climático 2,3. El creciente interés en restaurar la salud del suelo y en utilizar la retención de C del suelo como un actor clave en las soluciones climáticas naturales ha llevado a esfuerzos para comprender los factores que controlan el secuestro y la estabilización del C del suelo en diversos ambientes 4,5.

La materia orgánica del suelo (SOM) es una mezcla complicada de diferentes compuestos que abarcan desde componentes vegetales libres y parcialmente degradados hasta compuestos más alterados microbianamente contenidos en los agregados del suelo (definidos aquí como un material formado por la combinación de unidades o elementos separados) hasta subproductos microbianos altamente procesados con fuertes asociaciones con minerales reactivos del suelo6 . En los casos en que no es práctico identificar el conjunto completo de compuestos individuales en el SOM, los investigadores a menudo se centran en identificar un número menor de grupos funcionales de C que existen como realidades físicas y que varían según las tasas de recambio, la composición química general y el grado de estabilización con los componentes minerales del suelo1, 7. Para que los pools sean interpretados y modelados críticamente, es esencial que los pools separados sean pequeños en número, sean directamente medibles en lugar de solo teóricos, y exhiban claras diferencias en composición y reactividad8.

Se han empleado muchas técnicas diferentes, tanto químicas como físicas, para aislar piscinas significativas de suelo C, y estas están bien resumidas por von Lützow et al.9 y Poeplau et al.10. Las técnicas de extracción química tienen como objetivo aislar piscinas específicas, como C asociado con Fe y Al11 poco cristalino o cristalino. Los disolventes orgánicos se han utilizado para extraer compuestos específicos como los lípidos12, y la hidrólisis o la oxidación de SOM se ha utilizado como medida de un grupo lábil de C13,14. Sin embargo, ninguno de estos métodos de extracción clasifica todos los grupos de C en fracciones medibles o modelables. El fraccionamiento físico del suelo clasifica todo el suelo C en piscinas basadas en el tamaño y asume que la descomposición de los desechos vegetales resulta en fragmentación y partículas cada vez más pequeñas. Aunque el tamaño por sí solo no puede separar los desechos vegetales libres de la SOM15 asociada a minerales, cuantificar estas dos piscinas es fundamental para la comprensión de la estabilización C del suelo debido a las diferencias espaciales, físicas y biogeoquímicas comunes en la formación y el recambio16.

El fraccionamiento del suelo C basado en la densidad se utiliza cada vez más, y es fácil de realizar e identifica diferentes grupos de C en función del grado de asociación con diferentes minerales17,18,19; por lo tanto, el fraccionamiento de la densidad del suelo puede ayudar a dilucidar diferentes mecanismos de estabilización del C del suelo. El requisito principal para que el suelo sea fraccionado es la capacidad de dispersar completamente las partículas orgánicas y minerales. Una vez dispersa, la materia orgánica degradada que está relativamente libre de minerales flota en soluciones más ligeras que ~ 1.85 g / cm 3, mientras que los minerales generalmente caen en el rango de 2-4.5 g / cm 3, aunque los óxidos de hierro pueden tener densidades de hasta 5.3 g / cm3. La fracción de partículas ligeras o libres tiende a tener un tiempo de rotación más corto (a menos que haya una contaminación significativa por carbón vegetal) y se ha demostrado que es altamente sensible al cultivo y otras perturbaciones. La fracción pesada (>1,85 g/cm3) o asociada a minerales a menudo tiene un tiempo de renovación más largo debido a la resistencia a la descomposición mediada microbianamente obtenida cuando las moléculas orgánicas se unen con superficies minerales reactivas. Sin embargo, la fracción pesada puede saturarse (es decir, alcanzar un límite superior para la capacidad de complejación mineral), mientras que la fracción ligera teóricamente puede acumularse casi indefinidamente. Por lo tanto, comprender la distribución física de la materia orgánica en las reservas de materia orgánica asociada a minerales frente a las partículas orgánicas ayuda a dilucidar qué ecosistemas pueden ser manejados para un secuestro eficiente de carbono y cómo los diferentes sistemas responderán al cambio climático y a los patrones cambiantes de perturbación antropogénica20.

Si bien el uso del fraccionamiento por densidad utilizando soluciones de politungstato de sodio a diferentes densidades ha aumentado enormemente en la última década, las técnicas y protocolos varían significativamente, lo que hace que los resultados de diferentes estudios y diferentes ecosistemas sean difíciles de comparar. Aunque se ha demostrado que una densidad de 1,85 g/cm3 recupera la mayor cantidad de fracción de luz libre con una mínima inclusión de materia orgánica asociada a minerales (MAOM)17, muchos estudios han utilizado densidades que van desde 1,65-2,0 g/cm3. Si bien la mayoría de los estudios han fraccionado los suelos en solo dos piscinas (una fracción ligera y una fracción pesada, en adelante LF y HF), otros estudios han utilizado múltiples densidades para refinar aún más la fracción pesada en piscinas que difieren por los minerales con los que están asociados, la proporción relativa de minerales a recubrimiento orgánico o el grado de agregación (por ejemplo, Sollins et al.17, Sollins et al.18, Hatton et al.21, Lajtha et al.22, Yeasmin et al.23, Wagai et al.24, Volk et al.25). Además, se han sugerido procedimientos de fraccionamiento más complejos que combinan la separación de tamaño y densidad, lo que resulta en un mayor número de piscinas (por ejemplo, Yonekura et al.26, Virto et al.27, Moni et al.15, Poeplau et al.10) pero también más margen de error, tanto en la metodología como en relación con el tamaño de la piscina. Además, los autores también han utilizado la sonicación a diversas intensidades y tiempos en un esfuerzo por dispersar agregados y MAOM de superficies minerales28,29,30.

Aquí, describimos un procedimiento robusto de fraccionamiento de densidad que identifica, primero, dos grupos únicos de carbono del suelo (LF y HF, o POM y MAOM), y ofrecemos tanto las técnicas como los argumentos para separar aún más el grupo de HF en fracciones adicionales que difieren en función de su mineralogía, grado de recubrimiento orgánico o agregación. Las fracciones aquí identificadas han demostrado diferir en términos de su composición química, tiempo de renovación, grado de procesamiento microbiano y grado de estabilización mineral18,19.

El siguiente procedimiento separa el suelo a granel en materia orgánica particulada (POM) y materia orgánica asociada a minerales (MAOM) mezclando una cantidad conocida de suelo en una solución con una densidad específica. La eficacia del procedimiento se mide por la recuperación combinada de la masa del suelo y el carbono en relación con la masa inicial de la muestra del suelo y el contenido de C. Una solución densa se logra disolviendo politungstato de sodio (SPT) en agua desionizada. El suelo se mezcla inicialmente con la solución densa de SPT y se agita para mezclar y dispersar completamente los agregados del suelo. La centrifugación se utiliza para separar los materiales del suelo que flotan (fracción ligera) o se hunden (fracción pesada) en la solución. Los pasos de mezcla, aislamiento, recuperación y lavado se repiten varias veces para garantizar la separación de las fracciones ligeras y pesadas, junto con la eliminación de SPT del material. Finalmente, las fracciones del suelo se secan, pesan y analizan para determinar el contenido de C. El material fraccionado puede utilizarse para procedimientos y análisis posteriores.

Protocolo

1. Fabricación de soluciones madre de politungstato de sodio (SPT)

PRECAUCIÓN: El SPT es un irritante y es dañino si se ingiere o inhala. Es tóxico para los organismos acuáticos; evitar su liberación al medio ambiente.

  1. Para hacer 1 L de solución SPT con una densidad de 1.85 g / cm3, disuelva 1,051 g de SPT cristalizado en aproximadamente 600 ml de agua destilada desionizada (DDI). Revuelva la solución hasta que el SPT se haya disuelto completamente, aproximadamente durante 15 min, y luego lleve el volumen de la solución a 1 L con DDI.
    NOTA: La recuperación de carbono utilizando una densidad de solución <1.85 g/cm3 puede subreclutar carbono de fracción ligera derivado de partículas orgánicas17,18, tergiversando así la cantidad de carbono en la muestra. Por lo tanto,se sugiere una densidad de solución SPT de 1.85 g / cm3 8,17 para incluir más el carbono asociado con la materia orgánica particulada para una muestra de suelo típica (es decir, la mayoría de las margas de arena, limo y arcilla con contenido de C <10%).
  2. Para hacer 1 L de solución SPT con una densidad de 2.40 g/cm3, disolver 1,803 g de SPT sólido en aproximadamente 500 mL de agua DDI. Revuelva la solución hasta que el SPT se haya disuelto completamente y luego lleve el volumen de la solución a 1 L con DDI.
    NOTA: Más allá del uso potencial para el fraccionamiento del suelo, a menudo se requiere una solución con una densidad superior a 1,85 g/cm 3 para el ajuste de la solución SPT en pasos posteriores del protocolo (ver paso3.2). Si queda una solución adicional de 2,40 g/cm3, la solución puede diluirse a 1,85 g/cm3 con agua desionizada y utilizarse para el fraccionamiento del suelo.
  3. Antes de usarlo en fraccionamiento, analice el SPT para el contenido de C y N. Realice este análisis utilizando un analizador elemental sólido o líquido (métodos de ejemplo: ISO 10694:1995, ISO 20236:2018).
    1. Realice una dilución 1:100 de la solución del paso 1.1 para los analizadores elementales líquidos para reducir el deterioro de los depuradores elementales y catalizadores. La tolerancia a la contaminación por C y N en la solución SPT dependerá de la muestra y de los usos posteriores de las fracciones del suelo. Típicamente, una solución SPT con un contenido de C y N <1 ppm y <0.1 ppm, respectivamente, se considera adecuada para su uso, ya que soluciones como esta presentan una capacidad mínima para alterar las piscinas C y N del suelo mucho más grandes.

2. Disolución del suelo en SPT

  1. Agregue 50 g de tierra que se seca al aire y tamiza a 2 mm a un tubo centrífugo cónico de polipropileno de 250 ml. Registre la masa en al menos cuatro cifras significativas. No utilice tierra seca al horno ya que esto puede aumentar el carbono soluble debido a la lisis celular inducida por el calor31.
    NOTA: Se puede utilizar suelo húmedo de campo31, pero se requiere un ajuste adicional en los pasos posteriores para mantener la densidad objetivo de la solución SPT. Se recomienda tamizar el material del suelo a 2 mm para eliminar el material grande que puede sesgar los resultados del fraccionamiento, como rocas y desechos leñosos.
    1. Ajustar la masa del suelo para asegurar que se recupere una masa adecuada de cada fracción para evitar errores significativos en la cuantificación. La razón más común para el ajuste de masa es el bajo contenido de POM (por ejemplo, <2% de la masa total del suelo). Para tales suelos, proporcione masa de suelo adicional para cuantificar con precisión la recuperación de POM. En general, es aceptable ajustar la masa del suelo para cada muestra individual, ya que cambiar la masa de la muestra no alterará la proporción de POM a MAOM. Sin embargo, a menudo es útil utilizar una masa consistente para ayudar al equilibrio de la centrífuga.
    2. Tratar suelos ricos en carbonatos para eliminar los carbonatos inorgánicos antes del fraccionamiento32.
  2. Agregue 50 ml de SPT de densidad3 de 1.85 g/cm al tubo de centrífuga y vuelva a colocar la tapa herméticamente. Al igual que con las cantidades de suelo, ajuste el volumen de SPT según sea necesario. En suelos superficiales ricos en POM (por ejemplo, muchos suelos de bosques templados), use una mayor proporción de suelo a SPT (por ejemplo, 30 g de suelo a 60 ml de SPT) para lograr una separación adecuada de los materiales de fracción ligera y pesada.
  3. Agite el tubo vigorosamente a mano durante ~60 s para romper los agregados no estables al agua. Se desea la colisión contundente de los agregados del suelo con las paredes laterales del tubo de centrífuga, lo que significa que simplemente vortexing la solución puede ser insuficiente.
  4. Asegure el tubo a un agitador de plataforma. A menudo, colocar el tubo de lado ayuda en la dispersión del suelo al aumentar la fuerza de chapoteo de la solución y reducir la altura de pie de la capa de suelo. Tenga cuidado de que el tubo esté bien sellado y agite durante 2 h a 40-120 rpm. Retire periódicamente el tubo del agitador y agite vigorosamente con la mano para aumentar la agitación del material agregado más denso.

3. Realización de un fraccionamiento de suelo grueso

  1. Retire el tubo del agitador. Iguale las masas del tubo de centrífuga agregando cuidadosamente una solución SPT adicional para alcanzar una masa consistente en todo el conjunto de tubos a centrifugar, asegurándose de agitar vigorosamente a mano durante 30 s después de agregar la solución SPT. Centrífuga durante 10 min a 3.000 x g en una centrífuga de cucharón oscilante.
  2. Antes de aspirar la muestra, pruebe la densidad del sobrenadante extrayendo 5 ml de la solución con una pipeta y verificando la masa en una balanza. Ajuste la densidad SPT según sea necesario para lograr la densidad deseada. Agitar y centrifugar de nuevo si se ha realizado un ajuste de la densidad de la solución.
  3. Acople un matraz de brazo lateral de 1 L a una bomba de vacío. Coloque un filtro de fibra de vidrio de 110 mm (tamaño de poro de 0,7 μm) en un embudo Buchner de porcelana de 12 cm de diámetro interno (ID). Selle el embudo cuidadosamente con una junta de goma cónica en el matraz del brazo.
    NOTA: Los filtros de fibra de vidrio deben lavarse previamente en un horno de secado a 150 °C y enjuagarse con DDI antes de su uso.
  4. Coloque un matraz adicional de brazo lateral de 1 L conectado a la aspiradora. Coloque un tapón de goma en la parte superior del matraz con una longitud sobresaliente de ~0,5 m de tubo conectado para la aspiración.
    NOTA: Puede ser útil colocar una punta de plástico (como una punta de pipeta desechable de 5 ml, con el extremo recortado en ángulo) al extremo del tubo de aspiración para mejorar el control de la succión durante la aspiración (véase la figura 1).
  5. Aspire suavemente el sobrenadante y el material suspendido que se ha asentado en la capa superior de la solución a lo largo de los lados del tubo de centrífuga, teniendo cuidado de no tocar la punta del tubo de aspiración con la superficie del suelo granulado debajo.
    NOTA: Si cualquier material de pellet de suelo (fracción pesada) se aspira por error junto con el material suspendido (fracción ligera), se debe repetir el procedimiento de fraccionamiento. Si no se nota, tal error dará como resultado una masa de fracción ligera más pesada de lo esperado con un contenido de C inferior al esperado, que puede ser evidente a través del análisis de datos de muestras con propiedades de suelo similares.
    1. Para limpiar el tubo de aspiración entre muestras, sumerja la punta del tubo rápidamente (por ejemplo, sumerja durante 0,1 s) en agua DDI y extraiga ~ 5 ml de agua DDI a través de la línea con la bomba de vacío encendida. Repita hasta que todo el material se haya lavado del tubo de vacío.
    2. Retire el tapón de goma y el accesorio del tubo de aspiración del matraz del brazo lateral y vierta el contenido en la parte superior del embudo Buchner con la bomba de vacío encendida.
    3. Enjuague el matraz con agua DDI, agite y vierta el contenido del matraz en el embudo Buchner. Repita hasta que se elimine todo el residuo adherido a los lados del matraz.
  6. Agregue 50 ml de SPT al tubo de centrífuga y agite vigorosamente a mano durante 60 s (o use una mesa agitadora si el suelo no se dispersa rápidamente), asegurándose de romper el pellet duro en el fondo del tubo para que todo el residuo se vuelva a suspender. Centrifugadora durante 10 min a 3.000 x g.
  7. Repita el paso 3.5. Vierta el contenido del matraz en el mismo embudo Buchner utilizado en el paso 3.5.2.
  8. Agregue 50 ml de SPT al tubo de centrífuga y agite vigorosamente con la mano, asegurándose de romper el pellet duro en el fondo del tubo. Centrifugadora durante 10 min a 3.000 x g.
  9. Repita el paso 3.5. Vierta el contenido del matraz en el mismo embudo Buchner utilizado en el paso 3.5.2.

4. Separación(es) de densidad adicional(es) utilizando SPT de mayor densidad

NOTA: Si se realiza más de una fracción de densidad adicional, los fraccionamientos posteriores deben realizarse en orden creciente de densidad. Aquí, se muestran los pasos para aislar usando SPT de densidad 1.85-2.4 g / cm 3 y > 2.4 g / cm3.

  1. Añadir 50 ml de 2,4 g/cm 3 SPT al tubo de centrífuga que contiene el material de suelo de >1,85 g/cm 3 del paso3. Agitar vigorosamente a mano (>60 s), asegurándose de romper la bolita dura en el fondo del tubo. Centrifugadora durante 10 min a 3.000 x g.
  2. Antes de aspirar la muestra, pruebe la densidad del sobrenadante extrayendo 5 ml de la solución con una pipeta y verificando la masa en una balanza. Ajuste la densidad SPT según sea necesario para lograr la densidad deseada. Agitar y centrifugar de nuevo si se ha realizado un ajuste de la densidad de la solución.
  3. Repita el paso 3 utilizando una solución SPT de 2,4 g/cm 3 en lugar de la solución de SPT de 1,85 g/cm3 utilizada anteriormente. Al final del paso 3, el material aislado en el embudo de Buchner tendrá una densidad entre 1,85-2,4 g/cm3, mientras que el material restante en el tubo de centrífuga tendrá una densidad >2,4 g/cm3.

5. Lavado del SPT de las muestras de fracción pesada y ligera

NOTA: Se deben realizar los siguientes pasos de lavado para todo el material fraccionado. Si la solución SPT no se enjuaga completamente del material, los pesos de fracción correspondientes serán inexactos.

  1. Agregue 50 ml de agua DDI al tubo de centrífuga con el material de fracción pesada y agite vigorosamente a mano (60 s), asegurándose de romper el pellet duro en el fondo del tubo. Centrifugadora durante 10 min a 3.000 x g.
  2. Aspirar como en el paso 3.5. En este punto, todo el material de fracción ligera debería haberse eliminado. Deseche el aspirado transparente en un cubo de basura en lugar de agregarlo al embudo del filtro.
  3. Repita los pasos 5.1-5.2 dos veces. Antes de aspirar finalmente la solución en el tubo, utilice una pipeta de transferencia para extraer 25 ml del sobrenadante y compruebe la densidad dividiendo el peso de la solución por el volumen para asegurarse de que el SPT se ha eliminado adecuadamente de la muestra. Si la densidad es <1.01 g/mL, continúe con el siguiente paso. Si la densidad es de 1.01 g/mL o mayor, realice lavados con agua adicionales como se indicó anteriormente hasta que la densidad sea inferior a 1.01 g/mL.
  4. Para garantizar la eliminación completa del SPT de la fracción de luz, llene cada embudo Buchner con agua DDI y filtre el contenido a través de filtros de fibra de vidrio. Una vez que el agua se haya filtrado por completo, repita esto dos veces más. Si el suelo es alto en materia orgánica, la filtración puede tardar hasta 48 h.

6. Recogida del material de fracción pesada

  1. Raspa cuidadosamente la tierra del tubo de la centrífuga en un vaso o frasco de vidrio limpio y etiquetado. Vierta suficiente agua DDI en el tubo para aflojar el suelo restante; Vuelva a colocar la tapa y agitar, y luego agregue la suspensión al recipiente de vidrio. Enjuague toda la tierra restante del tubo de centrífuga y transfiérala al recipiente de vidrio con agua desionizada.
  2. Coloque el recipiente de vidrio en un horno de secado a una temperatura de entre 40 y 60 °C. Secar hasta alcanzar un peso seco constante, típicamente durante 24-72 h.

7. Recogida del material de fracción ligera

  1. Apague la bomba de vacío y retire el embudo del matraz del brazo. Sosteniendo el embudo horizontalmente sobre un vaso o frasco de vidrio etiquetado, enjuague suavemente las partículas del filtro con una botella de lavado de agua DDI.
    NOTA: Puede ser necesario raspar suavemente el filtro con una espátula y enjuagar ambos lados del filtro para eliminar todos los residuos.
  2. Colocar el recipiente de vidrio en el horno de secado entre 40-60 °C. Secar hasta alcanzar un peso seco constante, típicamente durante 24-72 h.

8. Pesaje de la masa seca del material fraccionado

  1. Raspa suavemente todo el material seco de cada recipiente en un bote de pesaje de plástico. Registre la masa hasta el cuarto decimal. Coloque la muestra en un vial o bolsa de almacenamiento etiquetado.
  2. Repita para todas las muestras secas.

9. Recopilación y análisis de datos para el carbono orgánico total

  1. Seguir los procedimientos de análisis de acuerdo con el instrumento que se utilizará para el análisis del contenido de C elemental (por ejemplo, ISO 10694:1995).
    NOTA: Moler el material de fracción seca en un polvo fino es una práctica común para garantizar la homogeneidad de la muestra fraccionada antes del análisis elemental.
  2. Asegúrese de que la masa acumulada de todas las fracciones sea igual a al menos ~ 90% de la masa de la muestra de suelo original. Si las pérdidas de material son >10%, se recomiendan fraccionamientos adicionales de replicación.
  3. Cuantificar la recuperación acumulada de carbono orgánico del suelo (SOC) en las fracciones. Las pérdidas de SOC pueden no correlacionarse perfectamente con la pérdida de masa debido a la pérdida desproporcionada de material de fracción y la pérdida de carbono orgánico disuelto. Sin embargo, las pérdidas de SOC también deben ser del <10 % del SOC inicial en la muestra de suelo.

Resultados

El fraccionamiento de la densidad del suelo es ideal para investigar cómo los suelos difieren en su contenido de partículas y materia orgánica asociada a minerales. La separación del SOC en estos dos grupos distintos proporciona una vía para dilucidar los cambios en el contenido de C del suelo y la dinámica de estabilización que de otro modo podrían no estar claros al observar tendencias en el contenido de C del suelo a granel. La separación adicional del material pesado (densidad >1.85 g / cm3) propo...

Discusión

A lo largo del protocolo de fraccionamiento de la densidad del suelo, hay algunos procedimientos específicos que deben ser monitoreados de cerca para ayudar a reducir el error en la separación y el análisis de las fracciones del suelo. Un paso crítico en el procedimiento de fraccionamiento de la densidad del suelo es verificar repetidamente la densidad de la solución SPT. La humedad en la muestra de suelo a menudo diluirá la solución SPT, reduciendo así la densidad del SPT. Por lo tanto, el investigador siempre d...

Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Para este trabajo, el apoyo fue proporcionado por National Science Foundation Grants DEB-1257032 a K.L. y DEB-1440409 al programa de Investigación Ecológica a Largo Plazo de H. J. Andrews.

Materiales

NameCompanyCatalog NumberComments
Aspirator/vacuum tubing 1/4 x 1/2"Kimble10847-216
Conical polypropylene centrifuge tube, 250mLThermo Scientific376814
Conical rubber gasket for filtering flasksDWK Life Sciences292020001
Double flat ended stainless steel spatula/scraperFisher Scientific14-373-25A
Glass fiber filter, grade GF/F, 110 mmWhatmanWHA1825110
Glass mason jar, 16 ozBall Corporation500 ml beaker or glass weigh dish are also suitable 
Polypropylene conical bottle adapter, 250mLBeckman Coulter369385
Porcelain buchner funnel, 90mmFisherBrandFB966F
Reciprocating shaker, 2-speedEberbachE6000.00
Sidearm flask, 1000mLVWR89000-386
Sodium Polytungstate, crystallineSometuSPT-0 or SPT-1, see Discussion for SPT choiceShipping via FedEx from Germany
Swinging bucket centrifuge Beckman Coulter3362020

Referencias

  1. Jackson, R. B., et al. The ecology of soil carbon: Pools, vulnerabilities, and biotic and abiotic controls. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 48, 419-445 (2017).
  2. Crowther, T. W., et al. Quantifying global soil carbon losses in response to warming. Nature. 540 (7631), 104-108 (2016).
  3. Deng, L., Zhu, G., Tang, Z., Shangguan, Z. Global patterns of the effects of land-use changes on soil carbon stocks. Global Ecology and Conservation. 5, 127-138 (2016).
  4. Griscom, B. W., et al. Natural climate solutions. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 114 (44), 11645-11650 (2017).
  5. Fargione, J. E., et al. Natural climate solutions for the United States. Science Advances. 4 (11), (2018).
  6. Kögel-Knabner, I., Rumpel, C. Advances in molecular approaches for understanding soil organic matter composition, origin, and turnover: A historical overview. Advances in Agronomy. 149, 1-48 (2018).
  7. Schmidt, M. W. I., et al. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property. Nature. 478 (7367), 49-56 (2011).
  8. Billings, S. A., et al. Soil organic carbon is not just for soil scientists: Measurement recommendations for diverse practitioners. Ecological Applications. 31 (3), 02290 (2021).
  9. von Lützow, M., et al. SOM fractionation methods: Relevance to functional pools and to stabilization mechanisms. Soil Biology and Biochemistry. 39 (9), 2183-2207 (2007).
  10. 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).
  11. Heckman, K., Lawrence, C. R., Harden, J. W. A sequential selective dissolution method to quantify storage and stability of organic carbon associated with Al and Fe hydroxide phases. Geoderma. 312, 24-35 (2018).
  12. Frostegård, &. #. 1. 9. 7. ;., Tunlid, A., Bååth, E. Microbial biomass measured as total lipid phosphate in soils of different organic content. Journal of Microbiological Methods. 14 (3), 151-163 (1991).
  13. Plante, A. F., Conant, R. T., Paul, E. A., Paustian, K., Six, J. Acid hydrolysis of easily dispersed and microaggregate-derived silt- and clay-sized fractions to isolate resistant soil organic matter. European Journal of Soil Science. 57 (4), 456-467 (2006).
  14. Eusterhues, K., Rumpel, C., Kögel-Knabner, I. Stabilization of soil organic matter isolated via oxidative degradation. Organic Geochemistry. 36 (11), 1567-1575 (2005).
  15. 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).
  16. Lavallee, J. M., Soong, J. L., Cotrufo, M. F. Conceptualizing soil organic matter into particulate and mineral-associated forms to address global change in the 21st century. Global Change Biology. 26 (1), 261-273 (2020).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Crow, S. E., Swanston, C. W., Lajtha, K., Brooks, J. R., Keirstead, H. Density fractionation of forest soils: methodological questions and interpretation of incubation results and turnover time in an ecosystem context. Biogeochemistry. 85 (1), 69-90 (2007).
  20. Cotrufo, M. F., Ranalli, M. G., Haddix, M. L., Six, J., Lugato, E. Soil carbon storage informed by particulate and mineral-associated organic matter. Nature Geoscience. 12 (12), 989-994 (2019).
  21. Hatton, P. -. J., et al. Transfer of litter-derived N to soil mineral-organic associations: Evidence from decadal 15N tracer experiments. Organic Geochemistry. 42 (12), 1489-1501 (2012).
  22. Lajtha, K., et al. Changes to particulate versus mineral-associated soil carbon after 50 years of litter manipulation in forest and prairie experimental ecosystems. Biogeochemistry. 119 (1-3), 341-360 (2014).
  23. Yeasmin, S., Singh, B., Johnston, C. T., Sparks, D. L. Organic carbon characteristics in density fractions of soils with contrasting mineralogies. Geochimica et Cosmochimica Acta. 218, 215-236 (2017).
  24. Wagai, R., Kajiura, M., Asano, M., Hiradate, S. Nature of soil organo-mineral assemblage examined by sequential density fractionation with and without sonication: Is allophanic soil different. Geoderma. 241-242, 295-305 (2015).
  25. Volk, M., Bassin, S., Lehmann, M. F., Johnson, M. G., Andersen, C. P. 13C isotopic signature and C concentration of soil density fractions illustrate reduced C allocation to subalpine grassland soil under high atmospheric N deposition. Soil Biology and Biochemistry. 125, 178-184 (2018).
  26. Yonekura, Y., et al. Soil organic matter dynamics in density and particle-size fractions following destruction of tropical rainforest and the subsequent establishment of Imperata grassland in Indonesian Borneo using stable carbon isotopes. Plant and Soil. 372 (1-2), 683-699 (2013).
  27. Virto, I., Moni, C., Swanston, C., Chenu, C. Turnover of intra- and extra-aggregate organic matter at the silt-size scale. Geoderma. 156 (1-2), 1-10 (2010).
  28. 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).
  29. Cerli, C., Celi, L., Kalbitz, K., Guggenberger, G., Kaiser, K. Separation of light and heavy organic matter fractions in soil - Testing for proper density cut-off and dispersion level. Geoderma. 170, 403-416 (2012).
  30. Kaiser, K., Guggenberger, G. Distribution of hydrous aluminium and iron over density fractions depends on organic matter load and ultrasonic dispersion. Geoderma. 140 (1-2), 140-146 (2007).
  31. Helbling, E., Pierson, D., Lajtha, K. Sources of soil carbon loss during soil density fractionation: Laboratory loss or seasonally variable soluble pools. Geoderma. 382, 114776 (2021).
  32. Nelson, D. W., Sommers, L. E., Sparks, D. L., Page, A. L., Helmke, P. A., Loeppert, R. H. Total carbon, organic carbon, and organic matter. Methods of Soil Analysis: Part 3 Chemical Methods. , 539-579 (2015).
  33. Pierson, D., et al. Mineral stabilization of soil carbon is suppressed by live roots, outweighing influences from litter quality or quantity. Biogeochemistry. 154 (3), 433-449 (2021).
  34. Kramer, M. G., Lajtha, K., Thomas, G., Sollins, P. Contamination effects on soil density fractions from high N or C content sodium polytungstate. Biogeochemistry. 92 (1-2), 177-181 (2009).
  35. Throop, H. L., Lajtha, K., Kramer, M. Density fractionation and 13C reveal changes in soil carbon following woody encroachment in a desert ecosystem. Biogeochemistry. 112 (1-3), 409-422 (2013).
  36. Amelung, W., Zech, W. Minimisation of organic matter disruption during particle-size fractionation of grassland epipedons. Geoderma. 92 (1-2), 73-85 (1999).
  37. Kaiser, M., Asefaw Berhe, 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).

Reimpresiones y Permisos

Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este JoVE artículos

Solicitar permiso

Explorar más artículos

Este mes en JoVEN mero 190Fraccionamiento de densidadcarbono org nico del suelomateria org nica del suelotiempo de rotaci n

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacidad

Condiciones de uso

Políticas

Investigación

Educación

ACERCA DE JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos los derechos reservados