Método eletrostático para remover matéria orgânica particulada do solo

Resumo

A remoção de material vegetal recentemente depositado e incompletamente decomposto das amostras do solo reduz a influência de insumos sazonais temporários nas medições orgânicas de carbono do solo. A atração por uma superfície eletroesseticamente carregada pode ser usada para remover rapidamente uma quantidade substancial de material orgânico particulado.

Resumo

As estimativas de carbono orgânico do solo dependem dos métodos de processamento do solo, incluindo a remoção de material vegetal não descompactado. A separação inadequada das raízes e do material vegetal do solo pode resultar em medições de carbono altamente variáveis. Os métodos para remover o material vegetal são muitas vezes limitados aos maiores e mais visíveis materiais vegetais. Neste manuscrito descrevemos como a atração eletrostática pode ser usada para remover material vegetal de uma amostra de solo. Uma superfície eletroessticamente carregada transmitida perto do solo seco naturalmente atrai partículas vegetais não descompactadas e parcialmente decompostas, juntamente com uma pequena quantidade de solo mineral e agregado. A amostra do solo é espalhada em uma camada fina em uma superfície plana ou uma peneira de solo. Uma placa de petri de plástico ou vidro é carregada eletroestáticamente esfregando com espuma de poliestireno ou nylon ou pano de algodão. O prato carregado é passado repetidamente sobre o solo. O prato é então escovado limpo e recarregado. A reesminação do solo e a repetição do procedimento eventualmente resultam em uma diminuição do rendimento das partículas. O processo remove cerca de 1 a 5% da amostra do solo, e cerca de 2 a 3 vezes essa proporção em carbono orgânico. Como outros métodos de remoção de partículas, o ponto final é arbitrário e nem todas as partículas livres são removidas. O processo leva aproximadamente 5 minutos e não requer um processo químico, assim como os métodos de flutuação de densidade. A atração eletrostática remove consistentemente o material com concentração C superior à média e proporção de C:N, e grande parte do material pode ser identificado visualmente como material vegetal ou faunal sob um microscópio.

Introdução

Estimativas precisas de carbono orgânico do solo (SOC) são importantes na avaliação de mudanças resultantes do manejo agrícola ou do meio ambiente. A matéria orgânica particulada (POM) tem funções importantes na ecologia e física de um solo, mas muitas vezes é de curta duração e varia de acordo com vários fatores, incluindo estação, condições de umidade, aeração, técnicas de coleta de amostras, manejo recente do solo, ciclo de vida vegetal, entre outros¹. Essas fontes temporalmente instáveis podem confundir estimativas de tendências de longo prazo em carbono orgânico do solo estável e verdadeiramente sequestrado².

Apesar de ser bem definido, comum e importante, o POM não é facilmente separado do solo nem é fácil de medir quantitativamente. A matéria orgânica particulada foi medida como aquela que flutua em líquidos (fração de luz, tipicamente 1,4-2,2 g cm^-3), ou como aquela que pode ser separada por tamanho (por exemplo, > 53-250 μm ou > 250 μm), ou uma combinação dos dois^3,4,5. Ambas as técnicas baseadas em tamanho e densidade podem influenciar os resultados quantitativos e químicos da medição pom⁴. Uma inspeção visual cuidadosa do solo que tem sido fracionado usando métodos rotineiros muitas vezes revela estruturas longas e estreitas, como raízes e lascas de folha ou caule que passaram pela tela. A simples remoção dessas estruturas manualmente tem sido demonstrada para reduzir substancialmente as medições do SOC total^2,6, mas o método está notavelmente sujeito à diligência e acuidade visual do operador. A separação pom de uma amostra de solo como a fração de luz durante a flutuação em um líquido denso⁷ não captura todos os POM, e o tremor excessivo durante o processo de flutuação pode realmente reduzir a quantidade de fração de luz recuperada de uma amostra⁸. A flutuação requer muitas etapas e expõe o solo a soluções químicas que podem alterar as características químicas ou dissolver e remover constituintes que possam ser de interesse⁴.

Métodos alternativos para remover pom têm sido usados para evitar ou aumentar o uso de soluções aquosas densas. Kirkby, et al.⁶ comparou a remoção de frações de luz usando dois procedimentos de flutuação a um método de peneiragem/winnowing seco⁹. Winnowing foi realizado passando uma leve corrente de ar através de uma fina camada de solo para tirar suavemente a luz da fração pesada. A peneira/winnowing seco teve desempenho semelhante aos dois métodos de flutuação no que diz respeito ao conteúdo C, N, P e S; no entanto, os autores sugerem que a peneira seca/o winnowing produziu solos "ligeiramente mais limpos"⁶. O POM também foi separado do solo usando a atração eletrostática^10,11 em que partículas orgânicas são isoladas passando uma superfície eletroestaticamente carregada acima do solo. O método de atração eletrostática recuperou com sucesso o POM, chamado de partículas orgânicas de curso, de solos secos, peneirados (> 0,315 mm) com repetibilidade estatística comparável a outros métodos de tamanho e fracionamento de densidade¹⁰.

Aqui demonstramos como a atração eletrostática pode ser usada para remover POM de tamanhos que variam de visível a microscópico. Ao contrário de outros métodos relatados, a atração eletrostática do solo fino também remove uma pequena porção de solo mineral e agregado que é visivelmente como o solo restante. Dado os nossos resultados até o momento, é razoável supor que a remoção de uma pequena porção de solo não-POM não terá efeito substancial nas análises a jusante; no entanto, essa suposição deve ser verificada para um solo específico se grandes proporções da amostra total do solo estiverem sendo removidas eletroesticamente. Os métodos e exemplos aqui fornecidos foram realizados em solos loam loess de lombo de lombo de um ambiente semiárido.

Este método pode não ser adequado para todos os tipos de solo, mas tem as vantagens de ser rápido e eficiente na remoção de material orgânico particulado muito pequeno para remover manualmente ou por uma corrente de ar. A velocidade do processo é importante para reduzir a fadiga, garantir consistência e incentivar uma maior replicação para uma melhor precisão das conclusões. Além disso, a capacidade de remover partículas muito pequenas é importante para evitar viés em direção a solos com tamanhos de partículas maiores e não pequenos.

Protocolo

1. Preparação do solo

1. Colete amostras de solo à profundidade desejada. Seque completamente o solo a 40 °C ou seguindo protocolos padrão específicos do laboratório.
2. Peneirar o solo através de peneiras de solo de tamanho apropriado para obter aproximadamente 10-25 g de solo peneirado. Muitos estudos usam uma peneira de 1 ou 2 mm. A quantidade de solo é baseada na massa necessária para as análises a jusante e impactará o número de vezes que a etapa de remoção eletrostática precisará ser repetida.
3. Coloque o solo em uma panela de metal limpo, seco ou vidro de fundo plano que seja grande o suficiente para que o solo seja espalhado fino (pelo menos 20 cm de diâmetro). Agite suavemente a panela horizontalmente para distribuir o solo uniformemente em uma camada o mais fina possível.

2. Carregue uma superfície eletrostática

1. Segure um vidro de 100 mm de diâmetro ou poliestireno placa de Petri superior ou inferior em uma mão e esfregue vigorosamente a superfície externa com um pedaço limpo de pano de nylon, pano de algodão ou espuma de poliestireno várias vezes. Execute a superfície carregando longe da amostra para evitar que fragmentos de tecido sejam introduzidos na amostra.
2. Inspecione a superfície da placa de Petri para ter certeza de que está limpa.

3. Remova a matéria orgânica das partículas

1. Abaixe a superfície carregada para dentro de 0,5 cm a 2 cm acima do solo e mova-a horizontalmente para captar o máximo de material particulado possível. A atração pela superfície pode ser notada visualmente e audivelmente.
2. Quando a placa de Petri não atrai mais partículas adicionais, mova a placa para longe da amostra.

4. Limpe a superfície eletrostática

1. Segure a superfície carregada sobre uma placa de coleta e use um pincel fino para transferir o material eletroesticamente atraído da superfície da placa de Petri para o prato de coleta. Uma escova de cabelo de camelo funciona bem.

5. Repita até que o rendimento das partículas diminua

1. Repetir passos 2 a 4 até que o número de partículas de matéria orgânica que estão sendo captadas diminua. Redistribua a amostra do solo por agitação horizontal da panela do solo para expor novos materiais na superfície e continuar a coleta eletrostática.
   NOTA: O ponto final é arbitrário e depende do julgamento do pesquisador. A inspeção da superfície carregada após a exposição ao solo dá uma indicação visual de se uma quantidade significativa de partículas orgânicas ainda está sendo removida do solo. Os produtos finais são solo com teor de partículas reduzidos, e POM concentrado contendo uma pequena quantidade de solo eletroesticamente removido.

Resultados

Os resultados aqui apresentados baseiam-se na análise de solos de lombo de lombo silte de sítios agrícolas no Noroeste do Pacífico (Tabela 1). Os solos foram coletados em profundidades de 0-20 cm ou 0-30 cm, secos a 40 °C, passaram por uma peneira de 2 mm e tratados usando uma superfície de poliestireno carregada com um pano de nylon.

A quantidade de solo eletroesseticamente removida de uma amostra variou....

Discussão

O método de atração eletrostática foi eficaz na remoção do POM dos solos de lombo de lodo de lodo. O método descrito aqui é ligeiramente diferente de Kaiser, et al.¹⁰ que usou uma combinação de vidro/algodão. Tratamos a todos, menos a melhor fração de solo e usamos poliestireno em vez de vidro devido à diferença triboelétrica, que para poliestireno/nylon é de 100 nC/J em comparação com vidro/algodão a 20 nC/J¹². A espuma de vidro e poliestireno tem se mo...

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
brush, camel-hair
petri dish, glass or plastic
polystyrene foam, cotton or nylon cloth
soil
soil sieves