Name: combined size and density fractionation of soils for investigations of organo-mineral interactions
Uploaded: 2019-02-15T13:30:00
Duration: 8 min 38 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Combined Size and Density Fractionation of Soils for Investigations of Organo-Mineral Interactions at JoVE.com

De ontwikkeling van deze methode werd gesteund door de Fond d'Investissement (F.inverse) van de Faculteit Geowetenschappen aan de Universiteit van Lausanne. Wij erkennen de Oeganda nationale Raad voor wetenschap en technologie en Uganda Wildlife Authority voor de toekenning van ons toestemming onderzoek monsters te verzamelen. De auteurs verder bedank Prof. Thierry Adatte voor CHN en XRD analyses. Wij zijn dankbaar aan Prof. Erika Marin-Spiotta voor het verstrekken van de basisopleiding in klassieke dichtheid fractionering. Wij danken ook laboratorium manager, Laetitia Monbaron voor haar hulp bij het veiligstellen van de bevoorrading en apparatuur.

De auteurs hebben niets te onthullen.

Het succes van CSDF experimenten staat of valt met de selectie van de juiste parameters voor de methode, zodat de fracties van relatief homogene samenstelling kunnen worden geïsoleerd. Belangrijke overwegingen bij de keuze van fractionering parameters worden hieronder besproken.
De fLF vertegenwoordigt organisch materiaal waarvoor interactie met mineralen minimaal is. Winning van deze fractie is broos, aangezien het mengen van de bodem met de dichte oplossing kan al uiteenvallen sommige macroaggregates. Er zijn echter aanwijzingen dat de organische stof aanwezig in macroaggregates meer vergelijkbaar met de fLF stricto sensu dan aan de oLF uitgebracht door hoog-energetische ultrasoonapparaat18 wellicht. Sommige auteurs hebben zelfs een lage-energie ultrasoonapparaat stap om te isoleren van de pool van vrije en zwak minerale-interactie organisch materiaal, aangeduid als 'intra statistische organische deeltjes', iPOM54voorgesteld.
Voor de release van afsluiting organisch materiaal bestaan verschillende technieken om het verstoren van de bodem aggregaten. De meest voorkomende zijn ultrasoonapparaat, agitatie met glaskralen en het gebruik van chemische dispergeermiddelen33,62,,63. Ultrasoonapparaat werd hier gekozen omdat de uitvoer energie kan fijn worden gecontroleerd en wordt beschouwd als min of meer gelijkmatig verdelen in het monster. Door de uitschakeling van de noodzaak om chemische dispergeermiddelen, kan ultrasoonapparaat worden beschouwd als relatief conserveermiddel naar organo-minerale complexen22,33. De stap van dispersie, blijft echter een van de meest delicate operaties. Aan de ene kant, een zwakke dispersie zal de aggregaten intact laten en kan leiden tot een overmatige raming van hF SOC; aan de andere kant, kan een zeer krachtige dispersie stap herverdeling van SOC over de breuken door gedeeltelijke vernietiging van organo-minerale complexen. Zwakke biologische-zand verenigingen kunnen bijzonder kwetsbaar zijn voor dit proces. Aangezien occlusie binnen aggregaten en oppervlakte sorptie processen die zich langs een continuüm2, bestaat er geen perfecte oplossing. Het energieniveau van ultrasoonapparaat moet daarom zorgvuldig worden aangepast volgens de bodemeigenschappen. Kaiser en Berhe64 hebben gepubliceerd een zeer nuttig onderzoek dat een strategie om te minimaliseren van artefacten stelt, veroorzaakt door echografie bij het dispergeren van bodems.
Gemeld ultrasoonapparaat energieën variëren van 60 tot 5.000 J·mL-1. Verschillende onderzoeksgroepen hebben gemeld dat 100 J·mL-1 zou voldoende te vernietigen macroaggregates en effectief verspreiden zandige bodems, terwijl 500 J·mL-1 zou vernietigen van grote microaggregates en een redelijke dispersie van reactieve bieden bodems63,65,66,,67,68. In fysieke fractionering regelingen, kan volledige spreiding van slib en klei en middelgrote aggregaten niet nodig, aangezien het beveiligingsmechanisme dreigt te worden niet te onderscheiden van sorptive stabilisatie in deze grootte bereiken. Een redelijke doelstelling van dispersie voorafgaand aan grootte of dichtheid fractionering mag verstoren macro-(> 250 µm) en grote micro-(> 53 µm) aggregaten. Energieën van 100 J·mL-1 (zandige bodems) naar 200 J·mL-1 (Haspengouwse bodems) wellicht de juiste keuzes. Een energie van 200 J·mL-1 kan al een deel van de microbiële metabolieten (zogenaamd minerale-geassocieerde)69extract, dus let op het gebruik van hogere ultrasoonapparaat energieën onderworpen. Mineralogically reactieve bodems met gecementeerde aggregaten kunnen echter maximaal 500 J·mL-1 te verspreiden. Het is essentieel dat de energie van de dispersie worden aangepast om te overeenkomen met elk bodemtype, alsook het bestuderen van de doelstellingen. Tenslotte is het belangrijk om te onthouden dat zelfs na zogenaamd volledige Ultrasone dispersie, klei en middelgrote microaggregates dreigen te volharden70.
Een probleem met de harmonisatie van de technieken van de fysieke fractionering bevindt zich in de heterogeniteit gevonden in de bodem, in het bijzonder in hun minerale samenstelling. De keuze van dichte oplossingen dient te geschieden op basis van bekende of afgeleid van de mineralogie van de bodem, met als einddoel om te isoleren van de fracties die zo homogeen mogelijk.
In het artikel was de dichte oplossing gebruikt SPT - pH 371,72. De lage pH minimaliseert verliezen van oplosbare organische stoffen. Dichtheid fractionering kan echter worden uitgevoerd met verschillende dichte oplossingen. Historisch, organische vloeistoffen gebruikt (tetrabromoethane, tetrachloormethaan) waren, maar op de winst van anorganische zouten (Natriumjodide, SPT) geleidelijk werden gestaakt vanwege de giftigheid van gehalogeneerde koolwaterstoffen en de inherente verontreiniging van de bodem organische stoffen. Tegenwoordig, SPT is de ideale oplossing, aangezien de dichtheid tussen 1.0 aan 3.1 g·cm-3kan worden aangepast, kan worden gerecycled en heeft een lage toxiciteit (tenzij ingeslikt)22,,50. Belangrijkste fabrikanten bieden een scala van SPT kwaliteiten die verschillen in de mate van besmetting van koolstof en stikstof. Voor fractionering van de dichtheid van de bodem, wordt de zuiverste rang aangeraden, met name wanneer de breuken moeten worden geanalyseerd voor isotopensamenstelling.
Een oplossing van dichtheid 1.6 g·cm-3 klassiek is gebruikt om te scheiden licht organische uit minerale-geassocieerde fracties - Zie bijvoorbeeld Golchin et al.21. Terwijl sommige auteurs hebben gesuggereerd dat een dichtheid van 1 g·cm-3 (water) voldoende zijn kan om uittreksel allermeest naar de lichte fractie73,74, hebben anderen voorgestelde hogere dichtheid cut-offs zoals 1.62 of 1,65 g·cm-3 op basis van het idee dat sommige organische componenten densiteiten tot 1.60 g·cm-3 33,75,76kon tonen. Dichtheden maar liefst 1,85 g·cm-3 geweest zelfs werknemer50. Bij het selecteren van een dichtheid te scheiden van licht van zware fracties, moet opgemerkt worden dat er geen perfecte oplossing bestaat. Inderdaad, lagere dichtheden risico sommige "light" organics toeschrijven aan de zware breuken, terwijl hogere dichtheden risico, met inbegrip van sommige mineralen in de lichte fracties. Dit laatste effect kan worden gedetecteerd wanneer het koolstofgehalte van de lichte fracties, met een % SOC lager dan 40-45% met vermelding van een zekere mate van minerale besmetting observeren.
Voor zware breuken, voorlopige analyse zoals XRD geven in de mineralogie van de bulk inzicht kunnen proef60 en helpen bepalen van de dichtheid cut-offs staat onderscheid te maken tussen de minerale hoofdonderdelen van een bodem, rekening houdend met dat hoge organische belastingen verlaagt de dichtheid van een mineraal ten opzichte van de theoretische waarde. Ook voor deeltjesgrootte scheiding kunt een textuur analyse77,78 instellen passende grenzen. Deeltjesgrootte scheiding is een bijzonder aantrekkelijke aanvulling op eenvoudige dichtheid fractionering wanneer sequentiële dichtheid fractionering moeilijk is. Dit geldt bijvoorbeeld voor bodem die grote hoeveelheden oxyhydroxides en laag-activiteit-kleien, die resulteren in monster spreiding en voorkomen van duidelijke scheidingen in zware vloeistoffen bevatten. Een scheiding van de deeltjesgrootte stap is ook geïndiceerd te scheiden van mineralen van soortgelijke dichtheden maar verschillende maten (bijvoorbeeld kwarts en illiet).
Gratis calciumionen zal reageren met SPT vormen van onoplosbare Ca metatungstate. De procedure is dus ongeschikt voor alkalische bodems met grote hoeveelheden van slecht kristallijn, pedogenic carbonaten. Kleine hoeveelheden van lage-reactiviteit carbonaten interfereert niet met de fractionering, zolang de monsters zijn niet links contact SPT te lang. CA metatungstate precipitaten zal leiden tot een overmatige raming van de opgebrachte hoeveelheid. Als LFs worden uitgevoerd op een elementaire analyzer voor C concentratie, het probleem zal worden ontdekt, maar de fractionering zal worden aangetast.
Naast deze technische moeilijkheden, de fundamentele beperking van CSDF (of van de regeling van eventuele fysieke fractionering) vloeit voort uit het feit dat reactief mineralen in de bodem zelden als discrete scheidt, maar in plaats daarvan als coatings en cement voorkomen. Het vóórkomen van zeer sorptive maar zeer dunne coatings op anders onreactieve mineralen (zoals kwarts) kan leiden tot een vooringenomen mening van organo-minerale verenigingen. Voorzichtigheid is dus nodig bij het interpreteren van de resultaten, met name voor bodems waarvan reactiviteit wordt gedomineerd door slecht kristallijne en oxide fasen. Verdere karakterisering van breuken kan helpen verlichten deze dubbelzinnigheden. Gedetailleerde fysieke fractionering methoden zoals CSDF hebben echter een ongeëvenaarde mogelijkheid inzicht te krijgen in de samenstelling van natuurlijk voorkomende organo-minerale complexen. Dergelijke inzicht wordt verwacht dat nieuwe begrip van de biogeochemie van het grootste zwembad van organisch materiaal in de bodem, de één mineraal-geassocieerde opleveren.

De bodem is een complex systeem waarin elementen van geologische en biologische oorsprong. De studie van hun onderlinge relatie is een hoeksteen van ons begrip van ecosysteem functie1. In het bijzonder, worden organo-minerale interacties verondersteld een cruciale rol te spelen in de bodem organisch materiaal (SOM) dynamics2. Ontrafelen SOM dynamiek is momenteel een zeer actief onderzoeksgebied om verschillende redenen. Een bodem met hoge SOM voorraden zullen neigen te tonen goede intrinsieke vruchtbaarheid en kan ook het vormen van een ecologisch waardevolle carbon sequestration gelegenheid3,4.
Organisch materiaal in de bodem is zeer heterogeen, met sommige onderdelen draaien in de ruimte binnen een paar uur terwijl anderen gedurende duizenden jaren5 aanhouden kunnen. De determinanten van deze heterogeniteit blijven een controversieel onderwerp, maar de associatie met de minerale matrix wordt gezien als bijzonder belangrijk6,7, met name voor ondergrond horizon8. Minerale fasen bekend nauw koppelen aan organische componenten krijgen daardoor toenemende belang9,10,11.
Bodems bevatten een breed scala aan mineralen met kwalitatief en kwantitatief variërende sorptive potentieel naar SOM. Mineralen met groot specifieke oppervlak en/of zeer reactieve oppervlakken hebben aangetoond dat een hoge sorptie capaciteit voor organische stoffen4,12. In de bodem, secundaire mineralen zoals hoogactieve phyllosilicates (bijvoorbeeld smectites), is ijzeren oxyhydroxides en slecht kristallijne aluminosilicaten al aangetoond dat aanzienlijk deelnemen aan het sorptive behoud van sommige organische verbindingen13 , 14 , 15 , 16 , 17. bodem scheiden in fracties die verschillen in mineralogie kunnen dus isoleren van organisch materiaal zwembaden met relatieve functionele homogeniteit.
Het doel van deze paper is te presenteren van een methodologie om te isoleren organo-minerale complexen volgens samenstelling, die vervolgens de studie van hun eigenschappen vergemakkelijkt. De methode combineert grootte en bevolkingsdichtheid fractionering om fysiek gescheiden bulk bodem in een reeks van fracties van verschillende samenstelling. Gecombineerde grootte en bevolkingsdichtheid fractionering (CSDF) integreert twee effectieve fysieke fractionering benaderingen (deeltje grootte scheiding en scheiding van de dichtheid). De combinatie van deze twee benaderingen brengt verbeterde resolutie aan ons begrip van organo-minerale verenigingen in de bodem.
Er zijn veel verschillende benaderingen (chemische, fysieke en / of biochemische) die kunnen worden gebruikt om op te geven van breuken in een bulk bodem monster18,19. Eenvoudige dichtheid fractionering is een fysieke scheiding die wijd verbeid door wetenschappers van de bodem gebruikt is te bestuderen SOM dynamiek (zie bijvoorbeeld Grunwald et al., 2017 en verwijzingen daarin)20. In de klassieke vorm scheidt eenvoudige dichtheid fractionering materialen lichter dan een bepaalde cutoff (over het algemeen 1.6 naar 1,85 g·cm-3) - de lichte fractie (LF) van zwaardere materialen - de zware breuk (hF). De LF is soms verder opgesplitst in vrij lichte fractie (fLF) en afsluiting lichte fractie (oLF)21.
In vele gronden, wordt het grootste zwembad van de SOM gevonden in de hF-22. SOM in de hF wordt over het algemeen gezien als stabieler dan die van de LF-23, maar het is aangetoond dat het behouden van een hoog compositorische en waarschijnlijk, functionele heterogeniteit18. Dit wijst op de noodzaak om verdere afzonderlijke de hF in meer homogene subfractions, met het isoleren van zwembaden van SOM met verschillende biochemische eigenschappen (zoals verblijftijd of functionaliteit). Sequentiële dichtheid fractionering, zoals beschreven door Sollins et al. (2009)24, is inderdaad gebleken een succesvolle methode; nog dreigt een scheiding gebeuren uitsluitend op basis van dichtheid met uitzicht op verschillen ten gevolge van variatie in korrelgrootte en dus specifieke oppervlakte. Bijvoorbeeld, kaoliniet heeft ongeveer de dezelfde dichtheid als quartz maar mogen worden gescheiden op basis van de grootte-modus (tabel 1). CSDF behandeling van korrelgrootte bevat en de resolutie van de fractionering is verbeterd.
SOM fractionering gebaseerd op fysische, chemische of biochemische eigenschappen heeft een lange geschiedenis. Fysieke methoden zoals CSDF zijn gebaseerd op de fysieke kenmerken van de bodem onderdelen, zoals het formaat (van deeltjes of aggregaten) of dichtheid. Chemische methoden omvatten selectieve extracties uit te voeren van specifieke verbindingen of klassen van verbindingen, evenals de chemische oxidatie. Biochemische methoden, is afhankelijk van microbiële oxidatie onder verschillende experimentele omstandigheden. Chemische en biochemische methoden zijn gebaseerd op verschillende beginselen en hebben verschillende doelstellingen vergeleken met fysieke methoden maar toch kort hieronder worden beoordeeld.
De alkaline extractie (met natriumhydroxide bijvoorbeeld) behoort tot de vroegste methoden gebruikt om de organische component van bodems6chemisch te isoleren. Voorbeelden van modernere, chemische methoden voor SOM fractionering zijn ik) alkalische extractie met Na-pyrofosfaat gericht isoleren SOM gebonden aan mineralen; II) zure hydrolyse (HCl) gericht op het kwantificeren van de oude, hardnekkige SOM; en iii) selectieve oxidatie van SOM met chemische agentia gericht gratis of onstabiele SOM2aanvallen. Hoewel deze methoden kunnen nuttig inzicht te krijgen in functioneel verschillende organisch materiaal zwembad, lijden zij aan verschillende beperkingen. Eerst, kunnen de extracties onvolmaakt of onvolledig zijn. De klassieke alkaline methode haalt bijvoorbeeld slechts 50-70% van de bodem organische koolstof (SOC)6. Ten tweede, fractionering producten kunnen niet representatief zijn voor de SOM die is gevonden in situ en kunnen moeilijk te categoriseren van5. Derde, deze chemische methoden bieden slechts beperkt inzicht in de interactie van de organo-minerale omdat velen van hen doen niet het behoud van de originele associatie tussen organische stoffen en mineralen.
Biochemische extractie met inbegrip van incubations experimenten zijn hoofdzakelijk gebruikt om te studeren van onstabiele en reactieve SOM (Zie Strosser32 voor een herziening van de biochemische methoden). Incubatie experimenten kan worden beschouwd als een maatregel van biochemisch zuurstofverbruik en intuïtief goed geschikt is voor de bepaling van de biologisch beschikbare organische substraten. Echter, de noodzaak voor lange incubatie tijden in omstandigheden die van het veld (temperatuur, vochtigheid, fysieke storing, gebrek aan nieuwe ingangen afwijken) maakt de extrapolatie naar in-situ SOM dynamics delicaat.
In vergelijking met chemische of biochemische methoden die worden verondersteld om ofwel transformerende of vernietigende, fysieke fractionering technieken kunnen worden beschouwd als meer conserveermiddel22 (met de belangrijke uitzondering van oplosbare organische stoffen, die gaan verloren tijdens de procedure). Op de bodem van het beste, fysieke breuken kunnen worden beschouwd als een 'momentopname' van solid-phase bodem componenten als aanwezig in het veld en kon dus meer direct verband met SOM dynamiek in situ33. De niet-destructieve aard van de techniek betekent bovendien dat de fracties later kunnen worden gekarakteriseerd met behulp van een verscheidenheid van analyses of verdere gefractioneerde volgens chemische of biochemische methoden.
Fysieke fractionering van de bodem is niet een recente idee. Wetenschappelijke literatuur over fysieke scheiding technieken gaat terug tot de mid-20 eeuw. Toepassingen van dichtheid fractionering werden zo spoedig 196534,35gemeld. Gedurende dezelfde periode en in de daaropvolgende decennia, werden publicaties over de dynamiek van SOM en zijn interactie met mineralen al steeds wijdverbreid onder bodem wetenschappers36,37,38,39 .
Scheiding op basis van dichtheid, statistische grootte of deeltje grootte zijn de meest voorkomende fysieke scheidingsmethoden die momenteel gebruikt. Een van de belangrijkste uitdagingen van de fysieke scheiding van is het isolement van homogene functionele SOM zwembaden, zoals gedefinieerd in turn-over snelheid, grootte of andere indicator van de functie. Combineren van scheidingsmethoden of criteria, zoals in CSDF, kan helpen om functionele resolutie naar bodem breuken; inderdaad, deze methoden lijken te worden meer en meer gebruikt in combinatie18,40,41,42,43. Door het combineren van sequentiële dichtheid scheiding, kunnen opleveren breuken met verschillende organische deeltjes inhoud en mineralogische samenstelling, met grootte scheiding, die goed is voor de verschillen toe te schrijven aan specifieke oppervlakte, CSDF houdt de belofte van opbrengst inzicht in de diversiteit en de functie van organo-minerale verenigingen in de bodem.
CSDF wil fractionate fysiek bulk bodemmonsters in fracties van relatieve mineralogische en textuur homogeniteit. De dichtheid en deeltje grootte cut-offs, evenals de dispersie-energie die hier gebruikt zijn geselecteerd op basis van onze bodemtype, maar deze parameters kunnen worden aangepast afhankelijk van de monsters als fractioned en het doel van de studie. In dit voorbeeld hebben we gekozen voor een dispersie stap, twee dichtheid en één grootte cut-offs, resulterend in de scheiding van de bulk bodem in 6 breuken (tabel 2). Figuur 1 geeft een overzicht van de methode. De materialen worden fractioned hier zijn tropische bodems, maar de methode kan worden toegepast op elk bodemtype evenals sedimenten. CSDF wordt meestal gebruikt als een voorbereidende stap voor verdere analyses, hoewel de distributie van materialen onder breuken kan zeer informatief in en van zichzelf. Wanneer toegepast op bodems, levert CSDF breuken die verschillen in (1) minerale samenstelling (mineralogie en textuur) en (2) SOM concentratie en samenstelling.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Fractionation</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium polytungstate</td>
			<td>Sometu</td>
			<td></td>
			<td>SPT 0 (low C and N) is recommended. Lower grade polytungstate may contaminate samples.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrometers (1-1.5, 1.5-2, 2-2.5, 2.5-3 g.cm-3)</td>
			<td>Allafrance</td>
			<td></td>
			<td>Calibrated at 20 &#176;C, e.g. 3050FG250/20-qp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex mixer</td>
			<td>Fisher</td>
			<td></td>
			<td>Fixed speed standard vortex mixer, e.g. 02-215-410</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonifier</td>
			<td>VWR</td>
			<td></td>
			<td>Qsonica LLC - Q500 system with standard probe 4220</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonifier stand</td>
			<td>VWR</td>
			<td></td>
			<td>Large clamp stand</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sonifier enclosure</td>
			<td>VWR</td>
			<td></td>
			<td>Soundproof cabinet (optional)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Swinging-bucket centrifuge</td>
			<td>Beckman</td>
			<td></td>
			<td>Able to achieve speeds of 4000 g or more, fitted with rotor accommodating 50 mL Falcon tubes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-speed centrifuge with fixed angle rotor</td>
			<td>Beckman</td>
			<td></td>
			<td>Able to achieve speeds of 7500 g or more, fitted with rotor accommodating 250 mL bottles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL centrifuge Falcon tubes</td>
			<td>Corning</td>
			<td></td>
			<td>e.g. 352070</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>250 mL centrifuge bottles</td>
			<td>Beckman</td>
			<td></td>
			<td>Polycarbonate bottles (e.g. 352070) are recommended because they are clearer than other plastics.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vaccum filtration units</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td>Polusulfone reusable units, e.g. 3029</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene hose</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td>To connect the filtration unit to vaccuum source</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrafiltration disks, 0.45 &#181;m pore size</td>
			<td>Millipore</td>
			<td></td>
			<td>e.g. HAWP04700</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dessicator cabinet</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td></td>
			<td>3 shelves, e.g. 305317-0120</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drierite absorbent indicating</td>
			<td>Millipore</td>
			<td></td>
			<td>Blue drierite, e.g. 10276750</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scintillation vials</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td></td>
			<td>HDPE - separated cap 20mL, e.g. 12341599</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>150 mL aluminium boats (smooth sides)</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laboratory oven</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recycling SPT column</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cation exchange resin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Dowex&#174; Marathon&#8482; C sodium form, strongly acidic, 20-50 mesh</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Activated charcoal</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Darco S-51, 4-12 mesh</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass wool</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td></td>
			<td>Pyrex</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter paper, 2.5 &#181;m pore size</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Whatman grade 42, e.g. WHA1442150</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen peroxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Reagent grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Reagent grade.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polycarbonate 1000mL graduated cylinder</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stand and clamp</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td></td>
			<td>Size L - 2-prong</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene hose</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene hose clamp</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene funnels</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polypropylene bottle (1L, 2L)</td>
			<td>Semadeni</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating plate</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td></td>
			<td>Any model.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

combined size and density fractionation of soils for investigations of organo-mineral interactions

Gecombineerde grootte en bevolkingsdichtheid fractionering (CSDF) is een methode gebruikt om te bodem fysiek te scheiden in fracties die verschillen in deeltjesgrootte en mineralogie. CSDF berust op sequentiële dichtheid scheiding en sedimentatie stappen om te isoleren (1) de vrije lichte fractie (uncomplexed organische stof), (2) de afsluiting lichte fractie (uncomplexed organisch materiaal in de bodem aggregaten gevangen) en (3) een variabel aantal zware breuken (bodem mineralen en hun bijbehorende organische stof) die verschillen in samenstelling. Voorwaarde dat de parameters van de CSDF (dispersie energie, dichtheid cut-offs, sedimentatie tijd) correct zijn geselecteerd, levert de methode zware fracties van relatief homogene minerale samenstelling. Elk van deze fracties naar verwachting hebben een verschillende complexvormers vermogen naar organisch materiaal, waardoor dit een handige methode om te isoleren en bestuderen van de aard van de organo-minerale interacties. Het combineren van dichtheid en deeltje grootte scheiding brengt een verbeterde resolutie ten opzichte van eenvoudige grootte of dichtheid fractionering methoden, waarmee de scheiding van zware onderdelen volgens zowel de mineralogie en de grootte (gerelateerd aan de oppervlakte) criteria. Zoals voor alle fysieke fractionering methoden geldt, kan het worden beschouwd als minder storend of agressief dan chemisch gebaseerde extractiemethoden. Echter CSDF is een tijdrovende methode, en anderzijds de hoeveelheid monstermateriaal in sommige breuken kan worden beperkt voor latere analyse. Na CSDF, de fracties kunnen worden geanalyseerd voor mineralogische samenstelling, organische koolstofconcentratie bodem en chemie van organische stof. De methode bevat kwantitatieve gegevens over de organische koolstof distributie binnen een bodemmonster en licht brengt aan de sorptive capaciteit van de verschillende, natuurlijk voorkomende minerale fasen, aldus mechanistische voorlichting over de preferentiële aard van de organo-minerale interacties in de bodem (dwz., welke mineralen, wat voor soort organisch materiaal).

Watch this Scientific Journal Video about Combined Size and Density Fractionation of Soils for Investigations of Organo-Mineral Interactions at JoVE.com

Combined Size and Density Fractionation of Soils for Investigations of Organo-Mineral Interactions

Gecombineerde grootte en bevolkingsdichtheid fractionering (CSDF) is een methode om fysiek gescheiden bodem in breuken die verschillen in textuur (de grootte van de deeltjes) en mineralogie (dichtheid). Het doel is om te isoleren van breuken met verschillende reactivities naar organisch bodemmateriaal (SOM), om organo-minerale interacties en SOM dynamiek beter te begrijpen.

Gezamenlijkegrootte en versplintering van de dichtheid van bodems voor onderzoek van Organo-minerale interacties

Combined size and density fractionation (CSDF) is a method used to physically separate soil into fractions differing in particle size and mineralogy. CSDF ...

Deze methode is een interessante benadering om organo-mineralen interacties te bestuderen omdat het de organische stof van de bodem verfraait volgens zijn associatie met verschillende mineralen. Het is een fysiek fractioneringsproces, wat betekent dat het de chemie van de breuken niet verandert. Als gevolg hiervan vertelt de analyse van de fractie ons iets over de natuurlijke samenstelling van organo-minerale complexen.Deze methode is echt nuttig als we proberen om meer te leren over het vermogen van verschillende bodems om koolstof af te sekwestreren uit de buurt van de atmosfeer. Om de vrije lichtfractie te scheiden, weegt u vijf tot acht gram luchtgedroogde gezeefde grond in een conische centrifugebuis van 50 milliliter. Nota van de massa van de bodem met vier belangrijke cijfers.Voeg met behulp van een gegradueerde cilinder 35 tot 40 milliliter natriumpolytungstate of SPT toe. Met een dichtheid van 1,62 gram per kubieke centimeter, centrifuge gedurende 90 minuten op 2500 keer de zwaartekracht in een swingende emmer centrifuge om een duidelijke scheiding tussen de vrije lichtfractie en de pellet veroorloven. Giet alle drijvende en zwevende materiaal in een 250 milliliter polycarbonaat centrifuge fles.Zorg ervoor dat de pallet stevig aan de onderkant van de buis blijft zitten. Spoel het materiaal dat aan de wand van de buis vastgaat in dezelfde polycarbonaatfles. Gebruik een spuitfles gevuld met gedeïoniseerd water dat de buis bijna ondersteboven boven de polycarbonaatfles houdt.Stel een vacuüm ultrafiltratielijn in met 0,45 micronfilters. Bevochtig de filters lichtjes en breng vacuüm aan voordat u de trechters aandraaide om tranen te voorkomen. Giet langzaam het gehalte van de polycarbonaatfles in de trechter van een vacuümfiltratie-eenheid.Spoel alle resten in de polycarbonaatfles uit in de filtratie-eenheid. Laat de oplossing niet over een diepte van meer dan ongeveer een centimeter over het filter trekken. Voeg ten minste drie keer meer dan 10 milliliter gedeïsized water toe aan de filtereenheid om ervoor te zorgen dat alle sporen van SPT worden verwijderd.Zorg ervoor dat de zijkant van de filtratie trechter spoelen. Na het loslaten van het vacuüm op de filtratielijn, verwijder de trechter uit de filtratie-eenheid. Herstel het materiaal dat zich aan de zijkanten vastkeert in een gelabelde aluminium kom met behulp van een spuitfles gevuld met gedeïoniseerd water.Til het filter voorzichtig op met een pincet en spoel het aanwezige materiaal in dezelfde aluminium kom met behulp van een spuitfles gevuld met gedeïoniseerd water. Droog de inhoud van de boot met een maximum van 65 graden Celsius tot constant gewicht. Na ten minste 48 uur, koel de inhoud van de kom in een desiccator met verse droogmiddel gedurende ten minste 30 minuten.Schraap het materiaal voorzichtig van de aluminium kom met een plastic spatel. Nota van de massa van de vrije lichtfractie met vier significante cijfers, dan plaats het monster in een opslag flacon. Om het vrijkomen van de gestubseerde lichtfractie uit te voeren, voegt u 35 tot 40 milliliter SPT met een dichtheid van 1,62 gram per kubieke centimeter toe aan de centrifugebuis die de pellet bevat van de vrije lichtfractieextractie.De pellet opnieuw opgetrokken. Plaats de ultrasone sonde op twee centimeter onder het oppervlak van de oplossing en plaats de buis in ijskoud water om bulkoplossingsverwarming te voorkomen. Sonicate het monster met behulp van de nodige tijd om de beoogde energie van 280 joules per milliliter te bereiken.Om de afgesloten lichtfractie te scheiden, centrifuge gedurende 90 minuten bij 2500 keer zwaartekracht in de swingende emmer centrifuge. Giet alle drijvende en zwevende materialen in een 250 milliliter polycarbonaat centrifuge fles. Zorg ervoor dat de pellet stevig aan de onderkant van de buis blijft zitten.Spoel het afgesloten lichte organische materiaal dat zich aan de hele buis vastklampt in dezelfde polycarbonaatfles als voorheen. Voeg gekoeld gedeïoniseerd water toe aan de buis met de pellet tot de 40 milliliter markering. Sonicaat op 75 joules per milliliter Laat de inhoud aan de afwikkeling voor de tijd die nodig is voor materiaal fijner dan acht micron te vestigen.Dan pipette uit de supernatant tot aan de 10 milliliter merk in een 50 milliliter centrifuge buis. Plaats de buizen met de minder dan acht micron fractie en die met de meer dan acht micron fractie in de oven op 45 graden Celsius om de resterende overtollige vloeistof te verdampen. Om dichtheidsfraction uit te voeren, voegt u 35 tot 40 milliliter SPT toe met een dichtheid van 2,78 gram per kubieke centimeter aan elke groottefractie.Resuspend de pellet en centrifuge gedurende 90 minuten op 2500 keer de zwaartekracht. Giet vervolgens alle drijvende en zwevende materialen in een 250 milliliter polycarbonaatcentrifugefles, zodat de pallet stevig onder de buis blijft zitten. Het kan moeilijk zijn om een duidelijke scheiding tussen het drijvende materiaal en de pellet te krijgen.In dit geval u proberen aspiratie van de supernatant naar een vast niveau. Breng nu de pellets in 250 milliliter polycarbonaat flessen met behulp van een spuitfles gevuld met gedeïoniseerd water. Voeg gedeïoniseerd water toe aan de polycarbonaatflessen om de dichtheid te verlagen zonder het merk van 200 milliliter te overschrijden.Doe dit voor alle fracties. Na centrifugatie van de flessen gedurende 20 minuten bij 5000 keer zwaartekracht, decanteren de supernatant in de gebruikte SPT pot voor recycling. Na het uitvoeren van de wasprocedure zoals beschreven in het tekstprotocol, verzamel de zware fractie in een aluminium kom, de zware fractie is de pellet en fijne deeltjes die zich aan de zijkant van de flessen vastmaken.Droog de zware fractie met een maximum van 105 graden Celsius tot constant gewicht. Bewaar de zware fractie op dezelfde manier als de lichte fractie. De verdeling van de materiaalmassa tussen fracties vertoonde sterke verschillen tussen locaties.Zoals aanvankelijk aangegeven door bulkmonster mineralogie zoals beoordeeld door poeder X-ray diffractie, op de plaats een gedomineerd door primaire silicaten zoals kwarts en veldspaat, de meeste van de materialen worden teruggewonnen in zware fractie een die is ontworpen om grove silicaten te concentreren. Site twee toonde een groter percentage van phyllosilicates meestal kaoliniet tijdens mineralogische analyse. Zware fractie drie die was ontworpen om fijne silicaten te concentreren, had dus meer materialen op plaats twee dan op locatie één.Ten slotte was plaats drie de rijkste in oxiden en toonde ook de grootste hoeveelheid materiaal in zware fractie twee die was ontworpen om grove oxiden te concentreren. Over het algemeen geven de gegevens aan dat de methode succesvol was in het fysiek fractioneren van bulkmonsters in hun belangrijkste mineralogische componenten. Zoals voor elke fysieke scheiding regeling, is het belangrijk om uw fractionering parameter aan te passen aan uw specifieke doelstellingen.Zorg ervoor dat u een test uitvoert en om te werken met verschillende replicaties om reproduceerbaarheid te controleren. Hoewel natriumpolyungstate minder giftig is dan voorheen gebruikt en oplossing, blijft het irriterend en schadelijk als het wordt ingeslikt of ingeademd. Vermijd de introductie ervan in de omgeving.Na de isolatie kunnen de verschillende breuken worden geanalyseerd op mineralogie, evenals het gehalte aan organische stof en samenstelling. Dit geeft ons informatie over zowel het mineraal als de organische stofpartner in de organo-minerale vereniging. Deze methode kan nieuw licht werpen op organische stof afbreekbaarheid.Inderdaad schijnbare recalcitranten kan niet zozeer een eigenschap van een bepaalde organische verbinding, maar van de affiniteit voor verschillende mineralen.

Research

JoVE Journal

Environment

Determination of Microbial Extracellular Enzyme Activity in Waters, Soils, and Sediments using High Throughput Microplate Assays

Bepaling van Microbiële extracellulaire enzymactiviteit in Waters, bodem en sedimenten behulp High Throughput Microplaat Testen

Much of the nutrient cycling and carbon  processing in natural environments occurs through the activity of extracellular  enzymes released by ...

Integrated Field Lysimetry and Porewater Sampling for Evaluation of Chemical Mobility in Soils and Established Vegetation

Geïntegreerde Field Lysimetry en poriënwater bemonstering voor evaluatie van chemische Mobiliteit in de bodem en bestaande vegetatie

Potentially toxic chemicals are routinely applied to land to meet growing demands on waste management and food production, but the fate of these chemicals ...

Measurement of Greenhouse Gas Flux from Agricultural Soils Using Static Chambers

Meting van Greenhouse Gas Flux uit landbouwgrond met statisch Chambers

Measurement of greenhouse gas (GHG) fluxes between the soil and the atmosphere, in both managed and unmanaged ecosystems, is critical to understanding the ...

A Bending Test for Determining the Atterberg Plastic Limit in Soils

Een Buigen Test voor het bepalen van de Atterberg Plastic Limiet in bodems

The thread rolling test is the most commonly used method to determine the plastic limit (PL) in soils. It has been widely criticized, because a ...

Extraction and Analysis of Microbial Phospholipid Fatty Acids in Soils

Extractie en analyse van Microbiële Phospholipid vetzuren in de bodem

Phospholipid fatty acids (PLFAs) are key components of microbial cell membranes. The analysis of PLFAs extracted from soils can provide information about ...

Soil Lysimeter Excavation for Coupled Hydrological, Geochemical, and Microbiological Investigations

Soil Lysimeteronderzoek Opgraving voor Gekoppeld Hydrologisch, geochemische en microbiologische Onderzoeken

Studying co-evolution of hydrological and biogeochemical processes in the subsurface of natural landscapes can enhance the understanding of coupled ...

Methods of Soil Resampling to Monitor Changes in the Chemical Concentrations of Forest Soils

Methoden van Soil Resampling op veranderingen in de chemische concentraties van bosbodems Monitor

Recent soils research has shown that important chemical soil characteristics can change in less than a decade, often the result of broad environmental ...

Development of New Methods for Quantifying Fish Density Using Underwater Stereo-video Tools

Ontwikkeling van nieuwe methoden voor het kwantificeren van de dichtheid van de vissen met behulp van onderwater Stereo-video Tools

The use of video camera systems in ecological studies of fish continues to gain traction as a viable, non-extractive method of measuring fish lengths and ...

An Ultra-clean Multilayer Apparatus for Collecting Size Fractionated Marine Plankton and Suspended Particles

Een Ultra-Clean gelaagde apparaat voor het verzamelen van grootte gefractioneerde mariene Plankton en zwevende deeltjes

The distributions of many trace elements in the ocean are strongly associated with the growth, death, and re-mineralization of marine plankton and those ...