JoVE Logo
АВТОРЫ
СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

Войдите в систему

Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Фракционирование плотности почвы разделяет органическое вещество почвы на отдельные пулы с различными механизмами стабилизации, химическим составом и временем оборота. Растворы поливольфрамата натрия с определенной плотностью позволяют разделять органические вещества свободных частиц и органические вещества, связанные с минералами, в результате чего получаются фракции органического вещества, пригодные для описания реакции почвы на управление и изменение климата.

Аннотация

Органическое вещество почвы (SOM) представляет собой сложную смесь различных соединений, которые охватывают диапазон от свободных, частично разложившихся растительных компонентов до более микробно измененных соединений, содержащихся в почвенных агрегатах, до побочных продуктов с высокой степенью переработки микробов с сильными ассоциациями с реактивными минералами почвы. Ученые-почвоведы изо всех сил пытались найти способы разделения почвы на фракции, которые легко измеримы и полезны для моделирования углерода (C) почвы. Все чаще используется фракционирование почвы на основе плотности, оно легко выполняется и дает пулы C в зависимости от степени связи между SOM и различными минералами; таким образом, фракционирование плотности почвы может помочь охарактеризовать СОМ и определить механизмы стабилизации СОМ. Тем не менее, протоколы фракционирования плотности почвы значительно различаются, что затрудняет сравнение результатов различных исследований и экосистем. Здесь мы описываем надежную процедуру фракционирования плотности, которая разделяет твердые частицы и органические вещества, связанные с минералами, и объясняем преимущества и недостатки разделения почвы на две, три или более фракции плотности. Такие фракции часто различаются по своему химическому и минеральному составу, времени оборачиваемости и степени микробной обработки, а также степени стабилизации минералов.

Введение

Почва является крупнейшим хранилищем земного углерода (C), содержащим более 1,500 Pg C в верхнем 1 м и почти вдвое больше на более глубоких уровнях во всем мире, что означает, что почва содержит больше C, чем растительная биомасса и атмосфера вместе взятые1. Органическое вещество почвы (SOM) удерживает воду и питательные вещества почвы и имеет важное значение для продуктивности растений и функционирования наземной экосистемы. Несмотря на всемирное признание важности адекватных запасов СОМ для здоровья почвы и продуктивности сельского хозяйства, запасы почвенного углерода были существенно истощены из-за неустойчивого управления лесами и сельским хозяйством, изменения ландшафта и потепления климата 2,3. Возросший интерес к восстановлению здоровья почвы и использованию удержания почвы С в качестве ключевого игрока в естественных климатических решениях привел к усилиям по пониманию факторов, которые контролируют связывание и стабилизацию почвы С в различных средах 4,5.

Органическое вещество почвы (SOM) представляет собой сложную смесь различных соединений, которые охватывают диапазон от свободных, частично разложившихся растительных компонентов до более микробно измененных соединений, содержащихся в почвенных агрегатах (определяемых здесь как материал, образованный комбинацией отдельных единиц или элементов), до субпродуктов высокой степени переработки микробов с сильными ассоциациями с реактивными минераламипочвы 6 . В тех случаях, когда нецелесообразно идентифицировать полный набор отдельных соединений в SOM, исследователи часто сосредотачиваются на выявлении меньшего числа функциональных пулов C, которые существуют как физические реальности и которые различаются по скорости оборота, общему химическому составу и степени стабилизации с минеральными компонентами почвы1. 7. Для того, чтобы пулы могли быть критически интерпретированы и смоделированы, важно, чтобы отдельные пулы были небольшими по количеству, поддавались прямому измерению, а не только теоретически, и демонстрировали явные различия в составе и реакционной способности8.

Для выделения значимых бассейнов почвы С было использовано множество различных методов, как химических, так и физических, и они хорошо обобщены фон Лютцовым и др.9 и Поеплау и др.10. Методы химической экстракции направлены на выделение определенных пулов, таких как C, связанных либо с плохо кристаллическими, либо с кристаллическими Fe и Al11. Органические растворители использовались для экстракции специфических соединений, таких как липиды12, а гидролиз или окисление SOM использовались в качестве меры лабильного пула C13,14. Однако ни один из этих методов экстракции не классифицирует все пулы C на измеримые или моделируемые дроби. Физическое фракционирование почвы классифицирует всю почву C на пулы в зависимости от размера и предполагает, что разложение растительных остатков приводит к фрагментации и все более мелким частицам. Хотя размер сам по себе не может отделить свободные растительные остатки от связанных с минералами SOM15, количественная оценка этих двух бассейнов имеет решающее значение для понимания стабилизации почвы C из-за общих пространственных, физических и биогеохимических различий в образовании и обороте16.

Все чаще используется фракционирование почвы С на основе плотности, и его легко выполнить, и он идентифицирует различные пулы С в зависимости от степени связи с различными минералами17,18,19; таким образом, фракционирование плотности почвы может помочь выяснить различные механизмы стабилизации почвы С. Основным требованием к фракционированию почвы является способность полностью рассеивать органические и минеральные частицы. После диспергирования разложившееся органическое вещество, относительно свободное от минералов, плавает в растворах легче ~ 1,85 г / см 3 , в то время как минералы обычно находятся в диапазоне 2-4,5 г / см 3 , хотя оксиды железа могут иметь плотность до 5,3 г / см3 . Легкая или свободная фракция твердых частиц, как правило, имеет более короткое время оборота (если нет значительного загрязнения древесным углем) и, как было показано, очень чувствительна к культивации и другим нарушениям. Тяжелая (>1,85 г/см3) или связанная с минералами фракция часто имеет более длительное время оборота из-за устойчивости к микробно-опосредованному разложению, получаемой при связывании органических молекул с реакционноспособными минеральными поверхностями. Однако тяжелая фракция может насыщаться (т.е. достигать верхнего предела минеральной комплексообразующей способности), в то время как легкая фракция теоретически может накапливаться почти бесконечно. Таким образом, понимание физического распределения органического вещества в пулах связанного с минералами и твердых органических веществ помогает выяснить, какими экосистемами можно управлять для эффективного связывания углерода и как различные системы будут реагировать на изменение климата и меняющиеся модели антропогенных возмущений20.

Несмотря на то, что за последнее десятилетие значительно возросло использование плотно-фракционного фракционирования с использованием растворов поливольфрамата натрия при разной плотности, методы и протоколы значительно различаются, что затрудняет сравнение результатов различных исследований и различных экосистем. Хотя было показано, что плотность 1,85 г/см3 позволяет извлекать наибольшее количество фракции свободного света с минимальным включением связанного с минералами органического вещества (МАОМ)17, во многих исследованиях использовались плотности в диапазоне от 1,65 до 2,0 г/см3. В то время как в большинстве исследований почвы были разделены только на две пулы (легкая фракция и тяжелая фракция, далее LF и HF), в других исследованиях использовались множественные плотности для дальнейшего измельчения тяжелой фракции в пулы, которые различаются минералами, с которыми они связаны, относительным отношением минералов к органическому покрытию или степенью агрегации (например, 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). Кроме того, были предложены более сложные процедуры фракционирования, которые сочетают в себе разделение как по размеру, так и по плотности, что приводит к увеличению числа бассейнов (например, Yonekura et al.26, Virto et al.27, Moni et al.15, Poeplau et al.10), но также и к большему количеству ошибок как в методологии, так и в отношении размера пула. Кроме того, авторы также использовали обработку ультразвуком с различной интенсивностью и временем, чтобы диспергировать агрегаты и MAOM с минеральных поверхностей28,29,30.

Здесь мы описываем надежную процедуру фракционирования плотности, которая идентифицирует, во-первых, два уникальных пула почвенного углерода (LF и HF, или POM и MAOM), и мы предлагаем как методы, так и аргументы для дальнейшего разделения пула HF на дополнительные фракции, которые различаются в зависимости от их минералогии, степени органического покрытия или агрегации. Показано, что идентифицированные здесь фракции различаются по химическому составу, времени оборота, степени микробной обработки и степени стабилизации минералов18,19.

Следующая процедура разделяет объемную почву на твердые органические вещества (POM) и минеральные органические вещества (MAOM) путем смешивания известного количества почвы в растворе с определенной плотностью. Эффективность процедуры измеряется комбинированным извлечением почвенной массы и углерода по отношению к исходной массе образца почвы и содержанию углерода. Плотный раствор достигается растворением поливольфрамата натрия (SPT) в деионизированной воде. Почву сначала смешивают с плотным раствором SPT и перемешивают, чтобы тщательно перемешать и диспергировать почвенные агрегаты. Затем центрифугирование используется для отделения почвенных материалов, которые либо всплывают (легкая фракция), либо тонет (тяжелая фракция) в растворе. Этапы смешивания, изоляции, восстановления и промывки повторяются несколько раз, чтобы обеспечить разделение легких и тяжелых фракций, а также удаление SPT из материала. Наконец, фракции почвы сушат, взвешивают и анализируют на содержание C. Фракционированный материал может быть использован для последующих процедур и анализов.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

1. Изготовление исходных растворов поливольфрамата натрия (ППТ)

ВНИМАНИЕ: SPT является раздражителем и вреден при проглатывании или вдыхании. Он токсичен для водных организмов; избегать его попадания в окружающую среду.

  1. Чтобы получить 1 л раствора SPT плотностью 1,85 г/см3, растворите 1,051 г кристаллизованной SPT примерно в 600 мл деионизированной дистиллированной (DDI) воды. Перемешивайте раствор до полного растворения SPT, примерно в течение 15 мин, а затем доведите объем раствора до 1 л с помощью DDI.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Извлечение углерода с использованием плотности раствора <1,85 г/см3 может привести к недопривлечению углерода легкой фракции, полученного из твердых органических частиц17,18, что приводит к искажению количества углерода в образце. Таким образом, предлагается плотность раствора SPT 1,85 г/см3 8,17, чтобы в большей степени включать углерод, связанный с твердыми частицами органического вещества для типичного образца почвы (т.е. большинства песчаных, иловых и глинистых суглинков с содержанием C <10%).
  2. Чтобы получить 1 л раствора SPT плотностью 2,40 г/см3, растворите 1,803 г твердого SPT примерно в 500 мл воды DDI. Перемешайте раствор до полного растворения SPT, а затем доведите объем раствора до 1 л с помощью DDI.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Помимо потенциального использования для фракционирования почвы, для корректировки раствора SPT на более поздних этапах протоколачасто требуется раствор с плотностью более 1,85 г/см3 (см. этап 3.2). Если остается дополнительный раствор 2,40 г/см3, раствор можно разбавить до 1,85 г/см3 деионизированной водой и использовать для фракционирования почвы.
  3. Перед использованием во фракционировании проанализируйте SPT на содержание C и N. Выполните этот анализ с помощью твердотельного или жидкого элементного анализатора (примеры методов: ISO 10694:1995, ISO 20236:2018).
    1. Выполните разбавление раствора в соотношении 1:100 с этапа 1.1 для жидкостных элементных анализаторов, чтобы уменьшить износ элементарных скрубберов и катализаторов. Допуск на загрязнение C и N в растворе SPT будет зависеть от образца и последующего использования фракций почвы. Как правило, раствор SPT с содержанием C и N <1 ppm и <0,1 ppm, соответственно, считается пригодным для использования, поскольку такие растворы, как этот, обладают минимальной емкостью для изменения гораздо больших пулов C и N в почве.

2. Растворение почвы в СПТ

  1. Добавьте 50 г высушенной на воздухе и просеянной до 2 мм почвы в коническую полипропиленовую центрифужную пробирку объемом 250 мл. Запишите массу как минимум на четыре значимые цифры. Не используйте высушенную в духовке почву, так как это может увеличить растворимый углерод из-за термоиндуцированного лизисаклеток 31.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Можно использовать влажную почву31 поля, но на более поздних этапах требуется дальнейшая корректировка для поддержания целевой плотности раствора SPT. Рекомендуется просеивать почвенный материал до 2 мм, чтобы удалить крупный материал, который может исказить результаты фракционирования, например, камни и древесный мусор.
    1. Отрегулируйте массу почвы, чтобы обеспечить достаточную массу каждой фракции, чтобы избежать значительной ошибки в количественном определении. Наиболее частой причиной корректировки массы является низкое содержание ПОМ (например, <2% от общей массы почвы). Для таких почв обеспечьте дополнительную массу почвы, чтобы точно количественно оценить восстановление POM. В целом, допустимо корректировать массу почвы для каждого отдельного образца, поскольку изменение массы образца не изменит соотношение POM и MAOM. Тем не менее, часто полезно использовать постоянную массу, чтобы помочь сбалансировать центрифугу.
    2. Обработайте почвы, богатые карбонатами, для удаления неорганических карбонатов перед фракционированием32.
  2. Добавьте 50 мл SPT плотности 1,85 г/см3 в центрифужную пробирку и плотно закройте крышку. Как и в случае с количеством почвы, при необходимости отрегулируйте объем SPT. В поверхностных почвах, богатых ПОМ (например, во многих лесных почвах умеренного пояса), используйте большее соотношение почвы к ППТ (например, 30 г почвы на 60 мл СПТ) для достижения адекватного разделения материалов легкой и тяжелой фракции.
  3. Энергично встряхните трубку вручную в течение ~ 60 с, чтобы разбить неводостойкие агрегаты. Желательно сильное столкновение грунтовых агрегатов с боковыми стенками центрифужной пробирки, а это означает, что простого вихряния раствора может быть недостаточно.
  4. Прикрепите трубку к шейкеру платформы. Часто размещение трубки на боку способствует рассеиванию почвы, увеличивая силу выплескивания раствора и уменьшая высоту стояния слоя почвы. Позаботьтесь о том, чтобы трубка была плотно закрыта, и встряхивайте в течение 2 ч при 40-120 об/мин. Периодически вынимайте трубку из шейкера и энергично встряхивайте вручную, чтобы увеличить перемешивание более плотного агрегированного материала.

3. Выполнение грубого фракционирования почвы

  1. Извлеките трубку из шейкера. Выровняйте массы центрифужных пробирок, осторожно добавив дополнительный раствор SPT, чтобы достичь однородной массы по набору центрифугируемых пробирок, обеспечивая энергичное встряхивание вручную в течение 30 с после добавления раствора SPT. Центрифуга в течение 10 мин при 3 000 x g в центрифуге с качающимся ведром.
  2. Перед аспирацией образца проверьте плотность надосадочной жидкости, отобрав пипеткой 5 мл раствора и проверив массу на весах. Отрегулируйте плотность SPT по мере необходимости для достижения желаемой плотности. Встряхните и снова центрифугу, если была выполнена регулировка плотности раствора.
  3. Прикрепите колбу с боковым рычагом объемом 1 л к вакуумному насосу. Поместите стекловолоконный фильтр диаметром 110 мм (размер пор 0,7 мкм) в фарфоровую воронку Бюхнера с внутренним диаметром 12 см. Аккуратно загерметизируйте воронку с помощью конической резиновой прокладки на колбе с боковым рычагом.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Фильтры из стекловолокна следует предварительно промыть в сушильном шкафу при температуре 150 ° C и промыть DDI перед использованием.
  4. Установите одну дополнительную колбу с боковым оружием объемом 1 л, прикрепленную к пылесосу. Поместите резиновую пробку в верхнюю часть колбы с прикрепленной выступающей длиной ~ 0,5 м трубки для аспирации.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Может быть полезно прикрепить пластиковый наконечник (например, одноразовый наконечник для пипетки объемом 5 мл с концом, отрезанным под углом) к концу аспирационной трубки, чтобы улучшить контроль всасывания во время аспирации (см. рис. 1).
  5. Аккуратно аспирируйте надосадочную жидкость и взвешенный материал, осевший в верхнем слое раствора, по бокам центрифужной пробирки, стараясь не касаться кончика аспирационной трубки поверхностью гранулированного грунта под ней.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если какой-либо материал почвенных гранул (тяжелая фракция) по ошибке отсасывается вместе с взвешенным материалом (легкая фракция), процедуру фракционирования следует повторить. Если ее не заметить, такая ошибка приведет к более высокой, чем ожидалось, массе легкой фракции с более низким, чем ожидалось, содержанием углерода, что может быть очевидно при анализе данных образцов с аналогичными свойствами почвы.
    1. Чтобы очистить аспирационную трубку между образцами, быстро погрузите наконечник пробирки (например, погрузите на 0,1 с) в воду DDI и наберите ~ 5 мл воды DDI через линию с включенным вакуумным насосом. Повторяйте до тех пор, пока весь материал не будет смыт из вакуумной трубки.
    2. Снимите резиновую пробку и насадку аспирационной трубки с колбы с боковым рычагом и вылейте содержимое в верхнюю часть воронки Бюхнера с включенным вакуумным насосом.
    3. Промойте колбу водой DDI, перемешайте и вылейте содержимое колбы в воронку Бюхнера. Повторяйте до тех пор, пока не будут удалены все остатки, прилипшие к стенкам колбы.
  6. Добавьте 50 мл SPT в центрифужную пробирку и энергично встряхивайте вручную в течение 60 с (или используйте шейкерный стол, если почва не быстро рассеивается), обязательно разбивая твердые гранулы на дне пробирки, чтобы весь остаток ресуспендировался. Центрифуга в течение 10 мин в дозе 3 000 г.
  7. Повторите шаг 3.5. Вылейте содержимое колбы в ту же воронку Бюхнера, которая использовалась на шаге 3.5.2.
  8. Добавьте 50 мл SPT в центрифужную пробирку и энергично встряхните вручную, убедившись, что твердая гранула на дне пробирки разбита. Центрифуга в течение 10 мин в дозе 3 000 г.
  9. Повторите шаг 3.5. Вылейте содержимое колбы в ту же воронку Бюхнера, которая использовалась на шаге 3.5.2.

4. Дополнительное разделение плотности с использованием SPT более высокой плотности

ПРИМЕЧАНИЕ: При выполнении более одной дополнительной фракции плотности последующие фракции должны выполняться в порядке увеличения плотности. Здесь показаны этапы выделения с использованием SPT плотности 1,85-2,4 г/см3 и >2,4 г/см3.

  1. Добавьте 50 мл 2,4 г/см3 SPT в центрифужную пробирку, содержащую почвенный материал >1,85 г/см3 с этапа 3. Энергично встряхните вручную (>60 с), не отрывая твердых гранул на дне трубки. Центрифуга в течение 10 мин в дозе 3 000 г.
  2. Перед аспирацией образца проверьте плотность надосадочной жидкости, отобрав пипеткой 5 мл раствора и проверив массу на весах. Отрегулируйте плотность SPT по мере необходимости для достижения желаемой плотности. Встряхните и снова центрифугу, если была выполнена регулировка плотности раствора.
  3. Повторите шаг 3, используя раствор SPT 2,4 г/см3 вместо раствора SPT 1,85 г/см3, используемого ранее. В конце этапа 3 материал, изолированный в воронке Бюхнера, будет иметь плотность от 1,85 до 2,4 г/см3, в то время как материал, оставшийся в центрифужной пробирке, будет иметь плотность >2,4 г/см3.

5. Промывка СПТ от образцов тяжелой и легкой фракции

ПРИМЕЧАНИЕ: Следующие этапы промывки должны быть выполнены для всего фракционированного материала. Если раствор SPT не полностью смыт с материала, соответствующие веса фракции будут неточными.

  1. Добавьте 50 мл воды DDI в центрифужную пробирку с материалом тяжелой фракции и энергично встряхните вручную (60 с), убедившись, что твердые гранулы на дне пробирки разбиваются. Центрифуга в течение 10 мин в дозе 3 000 г.
  2. Придыхание, как в шаге 3.5. На этом этапе весь материал легкой фракции должен был быть удален. Выбросьте прозрачный аспират в ведро для отходов вместо того, чтобы добавлять его в воронку фильтра.
  3. Повторите шаги 5.1-5.2 дважды. Перед окончательной аспирацией раствора в пробирке используйте пипетку для переноса, чтобы отбрать 25 мл надосадочной жидкости, и проверьте плотность, разделив вес раствора на объем, чтобы убедиться, что SPT был адекватно удален из образца. Если плотность составляет <1,01 г/мл, переходите к следующему шагу. Если плотность составляет 1,01 г/мл или выше, выполните дополнительную промывку водой, как указано выше, до тех пор, пока плотность не станет менее 1,01 г/мл.
  4. Чтобы обеспечить полное удаление SPT из легкой фракции, заполните каждую воронку Buchner водой DDI и отфильтруйте содержимое через фильтры из стекловолокна. Как только вода полностью отфильтруется, повторите это еще дважды. Если в почве много органических веществ, фильтрация может занять до 48 часов.

6. Сбор материала тяжелой фракции

  1. Аккуратно соскребите почву из пробирки центрифуги в чистый, маркированный стеклянный стакан или банку. Налейте в трубку достаточное количество воды DDI, чтобы разрыхлить оставшуюся почву; Закройте крышку и встряхните, а затем добавьте суспензию в стеклянную емкость. Промойте всю оставшуюся почву из центрифужной пробирки и переложите в стеклянную емкость с помощью деионизированной воды.
  2. Поместите стеклянную емкость в сушильный шкаф при температуре 40-60 °C. Сушат до тех пор, пока не будет достигнут постоянный сухой вес, обычно в течение 24-72 часов.

7. Сбор материала легкой фракции

  1. Выключите вакуумный насос и извлеките воронку из колбы с пистолета. Держа воронку горизонтально над стеклянным стаканом или банкой с маркировкой, аккуратно промойте частицы из фильтра с помощью бутылки для мытья воды DDI.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Возможно, потребуется аккуратно соскрести фильтр с помощью шпателя и промыть фильтр с обеих сторон, чтобы удалить все остатки.
  2. Поместите стеклянную емкость в сушильный шкаф при температуре 40-60 °C. Сушат до тех пор, пока не будет достигнут постоянный сухой вес, обычно в течение 24-72 часов.

8. Взвешивание сухой массы фракционированного материала

  1. Аккуратно соскребите весь высохший материал из каждого контейнера в пластиковую весовую лодку. Запишите массу с точностью до четвертого знака после запятой. Поместите образец в маркированный флакон или пакет для хранения.
  2. Повторите то же самое для всех высушенных образцов.

9. Сбор и анализ данных об общем органическом углероде

  1. Следуйте процедурам анализа в соответствии с прибором, который будет использоваться для анализа содержания элементарного С (например, ISO 10694:1995).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Измельчение высушенного фракционного материала в мелкий порошок является обычной практикой для обеспечения однородности фракционированного образца перед элементным анализом.
  2. Убедитесь, что совокупная масса всех фракций равна не менее ~ 90% от исходной массы образца почвы. Если потери материала составляют >10%, рекомендуется дополнительное повторное фракционирование.
  3. Количественно оценить кумулятивное извлечение почвенного органического углерода (SOC) во фракциях. Потери SOC могут не полностью коррелировать с потерей массы из-за непропорциональной потери фракционного материала и потери растворенного органического углерода. Тем не менее, потери SOC также должны составлять <10 % от исходного SOC в образце почвы.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

Фракционирование плотности почвы идеально подходит для исследования того, как почвы различаются по содержанию твердых частиц и связанных с минералами органических веществ. Разделение ПОУ на эти два отдельных пула дает возможность прояснить изменения в содержании C в почве и динамику ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

В протоколе фракционирования плотности почвы есть несколько конкретных процедур, которые необходимо тщательно контролировать, чтобы уменьшить ошибки при разделении и анализе фракций почвы. Важнейшим этапом процедуры фракционирования плотности почвы является многократная проверка ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Раскрытие информации

Авторам раскрывать нечего.

Благодарности

Для этой работы была оказана поддержка грантов Национального научного фонда DEB-1257032 для К.Л. и DEB-1440409 для программы долгосрочных экологических исследований Х. Дж.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

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

Ссылки

  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, Å, 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. Total carbon, organic carbon, and organic matter. Methods of Soil Analysis: Part 3 Chemical Methods. Sparks, D. L., Page, A. L., Helmke, P. A., Loeppert, R. H. , Soil Science Society of America, Inc., American Society of Agronomy, Inc. 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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

JoVE190

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Конфиденциальность

Условия эксплуатации

Политика

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ

РЕКОМЕНДОВАТЬ БИБЛИОТЕКЕ

НОВОСТИ JoVE

Исследования

Образование

АВТОРЫ

Библиотекарь

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены