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
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Le développement de cette méthode a été soutenu par le Fond d’investissement (fonction inverse) de la faculté des sciences de la terre à l’Université de Lausanne. Nous reconnaissons l’Uganda National Council for Science and Technology et Uganda Wildlife Authority pour nous accorder une autorisation à recueillir des échantillons de recherche. Les auteurs plus tiennent à remercier Prof. Thierry Adatte pour analyses CHN et XRD. Nous sommes reconnaissants à l’Erika Prof. Marin-Spiotta assure la formation initiale en fractionnement classique de densité. Nous remercions également gestionnaire de laboratoire Laetitia Monbaron pour son aide pour obtenir des fournitures et du matériel.

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Le succès d’expériences FCDÉ repose sur le choix des paramètres appropriés pour la méthode, afin que les fractions de composition relativement homogène peuvent être isolées. Les principales considérations dans la sélection des paramètres de fractionnement sont examinées ci-dessous.
La fLF représente les matières organiques dont l’interaction avec des minéraux est minime. Extraction de cette fraction est délicate, car le mélange du sol avec la solution dense peut déjà éclatement des macro-agrégats. Cependant, il y a des indications que la matière organique présente en macroagrégats peut être plus semblable à la fLF stricto sensu qu’à l’oLF publié par sonication haute énergie18. Certains auteurs ont même proposé une étape de basse énergie sonication pour isoler la piscine de libre et faiblement minérale-interaction matière organique, appelée « intra-agrégat particules organiques », iPOM54.
La libération de la matière organique occluse, différentes techniques existent pour perturber les agrégats du sol. Les plus répandues sont la sonication, agitation avec perles de verre et l’utilisation de dispersants chimiques33,62,63. Sonication a choisi ici parce que l’énergie de sortie peut être finement contrôlé et est censé distribuer plus ou moins uniformément dans l’échantillon. En empêchant la nécessité d’utiliser des dispersants chimiques, sonication peut être considérée comme relativement conservateur vers des complexes organo-minéraux22,,33. L’étape de dispersion, cependant, reste une des opérations plus délicates. D’une part, une faible dispersion laissera les agrégats intact et peut conduire à une surestimation des hF SOC ; en revanche, une étape de dispersion très vigoureux peut provoquer des redistribution du cos dans les fractions par destruction partielle des complexes organo-minéraux. Faibles organique sable associations pourraient être particulièrement vulnérables à ce processus. Étant donné que l’occlusion au sein des agrégats et de sorption de surface sont des processus qui se produisent le long d’un continuum2, aucune solution parfaite n’existe. Par conséquent, le niveau d’énergie de la sonication doit être ajustée réfléchie selon les propriétés du sol. Kaiser et Berhe64 ont publié une revue très utile qui propose une stratégie pour réduire les artefacts causés par échographie en dispersant des sols.
Fait état de sonication énergies série de 60 à 5 000 J·mL-1. Plusieurs groupes de chercheurs ont signalé que 100 J·mL-1 pourrait être suffisant pour détruire les macro-agrégats et disperser efficacement les sols sableux, alors que 500 J·mL-1 détruirait grand micro-agrégats et fournir une dispersion raisonnable de réactif sols63,65,66,,du6768. Des programmes de fractionnement physique, dispersion totale de limon et d’agrégats argileuses peut-être pas nécessaire, étant donné que le mécanisme de protection est susceptible de devenir indiscernables de stabilisation sorption dans ces gammes de taille. Un objectif raisonnable de dispersion avant fractionnement de taille ou de la densité peut être perturber la macro (> 250 µm) et agrégats grand micro-(> 53 µm). Énergies de 100 J·mL-1 (sols sableux) à 200 J·mL-1 (sols limoneux) peuvent être des choix appropriés. Une énergie de 200 J·mL-1 peut déjà extraire une partie des métabolites microbiens (censé être associées aux minéraux)69, donc l’utilisation d’énergies plus élevées de sonication devrait être soumis à l’attention. Toutefois, sols minéralogiquement réactives avec des agrégats cimentés pourraient exiger jusqu'à 500 J·mL-1 à se disperser. Il est essentiel que l’énergie de dispersion être ajustée pour correspondre à chaque type de sol ainsi que l’étude des objectifs. Enfin, il est important de se rappeler que même après la dispersion ultrasonique soi-disant complete, micro-agrégats argileuses sont susceptibles de persister à70.
Une difficulté d’harmoniser les techniques de fractionnement physique réside dans l’hétérogénéité trouvée dans les sols, en particulier dans leur composition minérale. Le choix des solutions denses doit être fait conformément à connu ou déduit de minéralogie du sol, dans le but d’isoler les fractions qui sont aussi homogènes que possible.
Dans l’article, la solution dense utilisée était SPT - pH 371,72. Le faible pH réduit au minimum les pertes de composés organiques solubles. Toutefois, le fractionnement de densité peut être réalisé avec différentes solutions denses. Historiquement, les liquides organiques ont été utilisé (tétrabromoéthane, tétrachlorométhane), mais ont été progressivement abandonnés au profit des sels inorganiques (iodure de sodium, SPT) en raison de la toxicité des hydrocarbures halogénés et la contamination inhérente des sols matières organiques. De nos jours, SPT est la solution privilégiée car sa densité peut être ajustée entre 1,0 à 3,1 g·cm-3, il peut être recyclé et a une faible toxicité (sauf s’il est ingéré)22,50. Principaux fabricants offrent des grades a gamme de SPT, différant par le niveau de contamination de carbone et d’azote. Pour le fractionnement de la densité des sols, la plus pure qualité est recommandée, particulièrement si les fractions doivent être analysés pour la composition isotopique.
Une solution de densité 1.6 g·cm-3 est classiquement utilisée pour séparer light biologique des fractions minérales associées - voir par exemple Golchin et al.21. Alors que certains auteurs ont suggéré qu’une masse volumique de 1 g·cm-3 (eau) pourrait être suffisante pour extraire la plus grande partie de la fraction légère de73,74, d’autres ont proposé plus élevé densité seuils tels que 1.62 ou 1,65 g·cm-3 basé sur l’idée que certains composants organiques pourraient montrer des densités allant jusqu'à 1,60 g·cm-3 33,,du7576. Aussi hautes que 1,85 g·cm-3 densités ont été indépendants50. Lorsque vous sélectionnez une densité pour séparer la lumière des fractions lourdes, il est à noter qu’aucune solution parfaite n’existe. En effet, réduire le risque de densités attribuant certains composés organiques « light » pour les fractions lourdes, tandis que de risque plus élevé de densité dont certains minéraux dans les fractions légères. Ce dernier effet peut être détecté lors de l’observation de la teneur en carbone des fractions légères, avec un % SOC inférieur à 40-45 %, indiquant une certaine contamination minérale.
Pour les fractions lourdes, analyse préliminaire comme XRD peuvent donner un aperçu de la composition minéralogique de la plus grande partie échantillon60 et aident à définir la capacité de distinguer les principaux éléments minéraux d’un sol, en gardant à l’esprit très élevé seuil de densité organique les charges seront abaissera la densité d’un minéral par rapport à sa valeur théorique. De même, pour la séparation de la taille des particules, une analyse texturale77,78 peut aider à définir des limites appropriées. Séparation granulométrique est un ajout particulièrement attractif au fractionnement de la densité simple chaque fois que le fractionnement de densité séquentielle est difficile. C’est le cas par exemple pour les sols contenant de grandes quantités d’oxyhydroxydes et argiles de faible activité, qui résultent de la dispersion de l’échantillon et éviter les séparations claires dans les liquides lourds. Une étape de séparation granulométrique est également indiquée pour séparer les minéraux des densités similaires mais différentes tailles (par exemple, de quartz et illite).
Les ions de calcium libre réagira avec SPT pour former insoluble Ca metatungstate. La procédure est donc inappropriée pour sols alcalins contenant de grandes quantités de carbonates mal cristallins, pédogénétiques. De petites quantités de carbonates faible réactivité n’interfèrent pas avec le fractionnement tant que les échantillons ne soient pas laissés trop longtemps au contact de la SPT. Ca metatungstate précipités conduira à une surestimation des masses de fraction. Si LFs sont exécutés sur un analyseur élémentaire de concentration C, le problème sera découvert, mais le fractionnement sera compromis.
En plus de ces difficultés techniques, la limitation fondamentale FCDÉ (ou n’importe quel régime de fractionnement physique) tient au fait que réactifs minéraux dans les sols se produire rarement comme discret sépare, mais plutôt comme des revêtements et des ciments. L’occurrence des revêtements très sorption mais très minces sur autrement non réactifs minéraux (tels que le quartz) peut conduire à une vision biaisée des associations organo-minérales. Prudence s’impose lors de l’interprétation des résultats, en particulier pour les sols dont la réactivité est dominée par le mal cristalline et phases d’oxyde. Une caractérisation plus poussée des fractions peut aider à atténuer ces ambiguïtés. Néanmoins, des méthodes de fractionnement physique détaillée comme FCDÉ ont une capacité inégalée à avoir un aperçu de la composition naturelle des complexes organo-minéraux. Cette clairvoyance devrait céder la nouvelle compréhension de la biogéochimie de la plus grande piscine de la matière organique dans les sols minéraux associés à celui.

Le sol est un système complexe qui contient des éléments d’origine géologique et biologique. L’étude de leur relation réciproque est des pierres angulaires de notre compréhension de l’écosystème fonction1. En particulier, des interactions organo-minéraux sont censées jouer un rôle clé dans le sol des matières organiques (SOM) dynamique2. Démêler SOM dynamique est actuellement un domaine de recherche très actif pour plusieurs raisons. Un sol renfermant des quantités importantes de SOM aura tendance à montrer la bonne fertilité intrinsèque et peut aussi constituer un écologiquement précieux carbon sequestration occasion3,4.
Matière organique dans le sol est très hétérogène, avec certains composants retournant dans l’espace de quelques heures, tandis que d’autres peuvent persister pendant des milliers d’années5. Les déterminants de cette hétérogénéité demeurent un sujet controversé, mais la liaison avec la matrice minérale est considéré comme particulièrement important6,7, surtout pour les sous-sol horizons8. En conséquence, les phases minérales connues à associer étroitement les composants organiques reçoivent croissant intérêt9,10,11.
Les sols contiennent un large éventail de minéraux avec qualitativement et quantitativement différents sorption potentiel vers som Minéraux avec grandes surfaces spécifiques et/ou des surfaces extrêmement réactives ont démontré avoir une capacité de sorption haute pour composés organiques4,12. Dans les sols minéraux secondaires tels que des phyllosilicates de haute activité (p. ex., smectites), oxyhydroxydes de fer et d’aluminosilicates cristallins mal ont tous démontré engager significativement à la préservation de sorption de certains composés organiques13 , 14 , 15 , 16 , 17. qui sépare le sol en fractions différant en minéralogie pourrait aider donc isoler la matière organique piscines avec une relative homogénéité fonctionnelle.
Le but de cet article est de présenter une méthode pour isoler des complexes organo-minéraux selon la composition, ce qui facilite ensuite l’étude de leurs propriétés. La méthode combine la taille et la densité de fractionnement pour séparer physiquement le sol en une séquence de fractions de différentes compositions. Fractionnement combiné de taille et de la densité (FCDÉ) intègre deux approches de fractionnement physique efficace (séparation de taille de particules et densité). La combinaison de ces deux approches apporte une résolution améliorée à notre compréhension des associations organo-minéral dans le sol.
Il existe de nombreuses approches différentes (chimiques, physiques et / ou biochimiques) qui peuvent être utilisés pour spécifier des fractions dans un vrac sol échantillon18,19. Simple densité fractionnement est une séparation physique qui a été largement utilisée par les pédologues pour étudier la dynamique de SOM (voir par exemple Al. Grunwald, 2017 et références incluses)20. Dans sa forme classique, fractionnement de la densité simple sépare les matériaux plus légers qu’un seuil donné (généralement de 1.6 à 1,85 g·cm-3) - la fraction légère (LF) à partir de matériaux plus lourds - la fraction lourde (hF). La LF est parfois en outre divisé en fraction légère libre (fLF) et la fraction légère occlus (oLF)21.
Dans de nombreux sols, la plus grande piscine SOM se trouve dans le hF22. SOM en hF est généralement considéré comme plus stable que celle de la LF23, mais il a été démontré pour conserver une grande composition et probablement, hétérogénéité fonctionnelle18. Cela souligne la nécessité de séparer davantage hF en sous-fractions plus homogènes, afin d’isoler les poules de SOM avec propriétés biogéochimiques distinctes (par exemple le temps de résidence ou de fonctionnalité). Fractionnement de densité séquentielle, telle que décrite par Sollins et coll. (2009)24, s’est avéré en effet pour être une méthode efficace ; encore une séparation faite uniquement sur la base de la densité court le risque de surplombant les différences résultant des variations dans la taille des grains et donc la surface spécifique. Par exemple, kaolin a environ la même densité que le quartz, mais peut-être être séparé sur la base de son mode de taille (tableau 1). FCDÉ tient compte de la taille des grains et améliore la résolution de fractionnement.
Fractionnement de SOM basé sur les propriétés physiques, chimiques ou biochimiques a une longue histoire. Méthodes physiques telles que FCDÉ reposent sur les caractéristiques physiques des composants de sol, tels que la taille (de particules ou d’agrégats) ou la densité. Méthodes chimiques comprennent des extractions sélectives de composés spécifiques ou des catégories de composés, en plus d’oxydation chimique. Méthodes biochimiques dépendent d’oxydation microbienne dans des conditions expérimentales différentes. Méthodes chimiques et biochimiques sont basées sur des principes différents et ont des objectifs différents par rapport aux méthodes physiques mais sont néanmoins brièvement examinés ci-dessous.
L’extraction alcaline (hydroxyde de sodium par exemple) se classe parmi les premières méthodes utilisées pour isoler chimiquement la composante organique des sols6. Exemples de méthodes plus modernes, produits chimiques pour le fractionnement de SOM : j’ai) extraction alcaline avec Na-pyrophosphate visant à isoler le SOM liée aux minéraux ; II) l’hydrolyse acide (HCl) visant à quantifier SOM vieux, persistante ; et iii) oxydation sélective du SOM avec agents chimiques visant à attaquer gratuitement ou labile SOM2. Bien que ces méthodes peuvent être utiles pour avoir un aperçu de piscine fonctionnellement différentes matières organiques, elles souffrent de plusieurs limitations. Tout d’abord, les extractions peuvent être imparfait ou incomplètes. Par exemple, la méthode alcaline classique extrait seulement 50 à 70 % du sol carbone organique (SOC)6. Deuxièmement, les produits de fractionnement ne sont pas représentatif de la SOM trouvé sur place et peuvent être difficiles à classer5. En troisième lieu, ces méthodes chimiques offrent seulement limité aperçu l’interaction organo-minéral puisque beaucoup d'entre eux ne conservent pas l’association originale entre les matières organiques et minéraux.
Biochimique extraction, y compris des expériences d’incubations sont utilisés principalement pour étudier SOM labile et réactive (voir Strosser32 pour un examen des méthodes biochimiques). Expériences d’incubation peut être considérée comme une mesure de la demande biochimique en oxygène et est intuitivement bien adaptées à la détermination des substrats organiques biodisponible. Cependant, la nécessité pour les temps d’incubation longue dans des conditions qui diffèrent du champ (température, humidité, perturbation physique, absence d’apports nouveaux) rend délicate l’extrapolation à la dynamique de SOM in situ .
Par rapport aux méthodes chimiques ou biochimiques qui sont censées être transformatrice ou destructrices, les techniques de fractionnement physique peuvent être considérés comme plus conservateur22 (à l’exception notable des composés organiques solubles, qui sont perdus au cours de la procédure). À leur meilleur, physique de sol fractions peuvent être considérées comme un « snapshot » des composantes de la phase solide du sol comme présentes sur le terrain et pourraient donc se rapportent plus directement à SOM dynamics in situ33. En outre, la nature non destructive de la technique signifie que les fractions peuvent être caractérisées par la suite en utilisant une variété d’analyses ou encore fractionné selon des méthodes chimiques ou biochimiques.
Le fractionnement physique des sols n’est pas une idée récente. Littérature scientifique sur les dates de techniques de séparation physique au milieu du 20 siècle. Applications de fractionnement de densité ont été signalées dès 196534,35. Durant la même période et dans les décennies suivantes, publications sur la dynamique des SOM et son interaction avec les minéraux étaient déjà plus répandues parmi sol scientifiques36,37,38,39 .
Séparation basée sur la densité, taille globale de taille ou de particules sont les méthodes de séparation physique les plus courantes utilisées actuellement. L’un des principaux enjeux de la séparation physique est l’isolement des pools SOM fonctionnels homogènes, telle que définie par le taux de roulement, taille ou un autre indicateur de fonction. Combinant des méthodes de séparation ou de critères, comme la FCDÉ, peut contribuer à résolution fonctionnelle de fractions du sol ; en effet, ces méthodes semblent être de plus en plus utilisés dans la combinaison18,40,41,42,43. En combinant la séparation de densité séquentielle, en mesure de céder en fractions avec différents organiques matières et la composition minéralogique, avec un espacement de taille, qui tient compte des différences attribuable à la surface spécifique, FCDÉ tient la promesse de donnant un aperçu de la diversité et la fonction des associations organo-minéral dans le sol.
FCDÉ vise à fractionner physiquement des échantillons de sol en vrac en fractions de la relative homogénéité minéralogique et texturale. Les densité et la particule taille seuils, ainsi que l’énergie de dispersion utilisées ici ont été sélectionnés selon notre type de sol, mais ces paramètres peuvent être adaptées selon les échantillons d’être fractionné et le but de l’étude. Dans cet exemple, nous avons choisi d’utiliser étape une dispersion, deux densité et une taille cut-off, aboutissant à la séparation du sol en vrac en 6 fractions (tableau 2). La figure 1 donne une vue d’ensemble conceptuelle de la méthode. Les matériaux étant fractionnée ici sont les sols tropicaux, mais la méthode peut être appliquée à n’importe quel type de sol, mais aussi les sédiments. FCDÉ est généralement utilisé comme une étape préparatoire avant les analyses plus poussées, même si la répartition des matières entre fractions peut être très instructive et de lui-même. Lorsqu’elle est appliquée aux sols, FCDÉ donne des fractions de composition (1) minérale (minéralogie et texture) et concentration (2) SOM et de composition différentes.

<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

Fractionnement combiné de taille et de la densité (FCDÉ) est une méthode utilisée pour séparer physiquement le sol en fractions différant par la minéralogie et la taille des particules. FCDÉ repose sur les étapes de séparation et de la sédimentation densité séquentielle d’isoler (1) la fraction légère libre (matière organique non complexé), (2) la fraction légère occluse (non complexé de matière organique piégée dans les agrégats du sol) et (3) un nombre variable de lourds fractions (minéraux du sol et leur matière organique associée) différant par la composition. Condition que les paramètres de la FCDÉ (énergie de dispersion, seuil de densité, le temps de sédimentation) sont correctement sélectionnés, la méthode donne des fractions lourdes de composition minérale relativement homogène. Chacune de ces fractions devrait avoir une capacité complexante différents vers la matière organique, cela rend une méthode utile pour isoler et étudier la nature des interactions organo-minéraux. Alliant densité et particules séparation de taille apporte une résolution améliorée par rapport à la taille ou la densité fractionnement des méthodes simples, permettant la séparation des composants lourds selon la minéralogie et la taille (lié à la superficie) critères. Comme c’est le cas pour toutes les méthodes de fractionnement physique, on peut considérer comme moins perturbatrice ou agressifs que les méthodes d’extraction de base chimiquement. Cependant, FCDÉ est une méthode longue et de plus, la quantité de matériel obtenu dans certaines fractions peut être limitant pour analyse ultérieure. La suite FCDÉ, les fractions peuvent être analysées pour la composition minéralogique, la concentration de carbone organique du sol et chimie de la matière organique. La méthode fournit des informations quantitatives sur la distribution de carbone organique dans un échantillon de sol et apporte la lumière à la capacité d’adsorption des phases minérales différentes, naturellement, fournissant ainsi des informations mécanistes sur la préférence nature des interactions organo-minéraux dans les sols (c.-à-d.., les minéraux, quel type de matière organique).

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

Fractionnement combiné de taille et de la densité (FCDÉ) est une méthode pour séparer physiquement le sol en fractions différant en texture (granulométrie) et en minéralogie (densité). Le but est d’isoler les fractions avec des réactivités différentes vers la matière organique du sol (SOM), afin de mieux comprendre les interactions organo-minéraux et dynamique SOM.

Taille combinée et le fractionnement de la densité des sols pour les études des Interactions Organo-minéraux

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

Cette méthode est une approche intéressante pour étudier les interactions organo-minéraux parce qu’elle fractionne la matière organique du sol en fonction de son association avec différents minéraux. Il s’agit d’un processus de fractionnement physique, ce qui signifie qu’il ne modifie pas la chimie des fractions. En conséquence, l’analyse de la fraction nous dit quelque chose sur la composition naturelle des complexes organo-minéraux.Cette méthode est vraiment utile car nous essayons d’en apprendre davantage sur la capacité des différents sols à séquestrer le carbone loin de l’atmosphère. Pour séparer la fraction de lumière libre, pesez de cinq à huit grammes de sol tamisé séché à l’air dans un tube de centrifugeuse conique de 50 millilitres. Enregistrez la masse du sol avec quatre figures significatives.À l’aide d’un cylindre gradué, ajouter de 35 à 40 millilitres de polytungstate de sodium ou de SPT. Avec une densité de 1,62 gramme par centimètre cube, centrifugeuse pendant 90 minutes à 2500 fois la gravité dans une centrifugeuse balançant seau pour permettre une séparation claire entre la fraction de lumière libre et la pastille. Verser tous les matériaux flottants et suspendus dans une bouteille de centrifugeuse en polycarbonate de 250 millilitres.Assurez-vous que la palette reste solidement logée au fond du tube. Rincer le matériau adhérant à la paroi du tube dans la même bouteille en polycarbonate. Utilisez une bouteille de gicler remplie d’eau déionisée tenant le tube presque à l’envers au-dessus de la bouteille en polycarbonate.Installez une ligne d’ultrafiltration sous vide avec des filtres de 0,45 micron. Humidifier légèrement les filtres et appliquer le vide avant de serrer les entonnoirs pour éviter les déchirures. Verser lentement le contenu de la bouteille en polycarbonate dans l’entonnoir d’une unité de filtration sous vide.Rincer les résidus laissés dans la bouteille de polycarbonate dans l’unité de filtration. Ne laissez pas la solution s’arrêter sur une profondeur supérieure à environ un centimètre au-dessus du filtre. Ajouter plus de 10 millilitres d’eau déionisée à l’unité de filtrage au moins trois fois pour s’assurer que toutes les traces de SPT sont enlevées.Assurez-vous de rincer le côté de l’entonnoir de filtration. Après avoir libéré le vide sur la ligne de filtration, retirez l’entonnoir de l’unité de filtration. Récupérer le matériau adhérant aux côtés dans un bol en aluminium étiqueté à l’aide d’une bouteille de gicler remplie d’eau déionisée.Soulevez soigneusement le filtre à l’aide d’une pince à épiler et rincez le matériau présent dans le même bol en aluminium à l’aide d’une bouteille de gicler remplie d’eau déionisée. Séchez le contenu du bateau à un maximum de 65 degrés Celsius à poids constant. Après au moins 48 heures, refroidir le contenu du bol dans un dessiccateur contenant du desiccant frais pendant au moins 30 minutes.Racler délicatement le matériau du bol en aluminium à l’aide d’une spatule en plastique. Enregistrez la masse de la fraction de lumière libre avec quatre figures significatives, puis placez l’échantillon dans un flacon de stockage. Pour libérer la fraction de lumière occluse, ajouter 35 à 40 millilitres de SPT avec une densité de 1,62 gramme par centimètre cube au tube de centrifugeuse contenant la pastille provenant de l’extraction de la fraction de lumière libre.Resuspendez la pastille. Insérez la sonde ultrasonique à deux centimètres sous la surface de la solution et placez le tube dans de l’eau glacée pour éviter le chauffage par solution en vrac. Sonicate l’échantillon en utilisant le temps nécessaire pour atteindre l’énergie cible de 280 joules par millilitre.Pour séparer la fraction de lumière occluse, centrifugeuse pendant 90 minutes à 2500 fois la gravité dans la centrifugeuse balançant-seau. Verser tous les matériaux flottants et suspendus dans une bouteille de centrifugeuse en polycarbonate de 250 millilitres. Assurez-vous que la pastille reste solidement logée au fond du tube.Rincer la matière organique légère occluse adhérant à l’ensemble du tube dans la même bouteille en polycarbonate qu’auparavant. Ajouter de l’eau déionisée réfrigérée au tube contenant la pastille jusqu’à la marque de 40 millilitres. Sonicate à 75 joules par millilitre Laisser le contenu à l’établissement pour le temps nécessaire pour le matériel plus fin que huit microns à régler.Puis pipette sur le supernatant jusqu’à la marque de 10 millilitres dans un tube centrifugeuse de 50 millilitres. Placez les tubes contenant la fraction de moins de huit microns ainsi que ceux contenant la fraction supérieure à huit microns dans le four à 45 degrés Celsius pour évaporer le liquide excédentaire restant. Pour effectuer la fractionnement de densité, ajoutez 35 à 40 millilitres de SPT avec la densité de 2.78 grammes par centimètre cube à chaque fraction de taille.Resuspendez la pastille et la centrifugeuse pendant 90 minutes à 2500 fois la gravité. Verser ensuite tous les matériaux flottants et suspendus dans une bouteille de centrifugeuse en polycarbonate de 250 millilitres, en veillant à ce que la palette reste solidement logée au fond du tube. Il peut être difficile d’obtenir une séparation claire entre le matériau flottant et la pastille.Dans ce cas, vous pouvez essayer l’aspiration du surnatant jusqu’à un niveau défini. Maintenant, transférez les granulés dans des bouteilles en polycarbonate de 250 millilitres à l’aide d’une bouteille de gicler remplie d’eau déionisée. Ajouter de l’eau déionisée aux bouteilles en polycarbonate pour abaisser la densité sans dépasser la barre des 200 millilitres.Faites ceci pour toutes les fractions. Après centrifugation des bouteilles pendant 20 minutes à 5000 fois la gravité, décanter le supernatant dans le bocal SPT utilisé pour le recyclage. Après avoir effectué la procédure de lavage telle que décrite dans le protocole de texte, recueillir la fraction lourde dans un bol en aluminium, la fraction lourde est la pastille et les particules fines adhérant sur le côté des bouteilles.Séchez la fraction lourde à un maximum de 105 degrés Celsius à poids constant. Conservez la fraction lourde de la même manière que la fraction de lumière. La distribution de la masse matérielle entre les fractions, a montré de fortes différences entre les sites.Comme indiqué initialement par la minéralogie d’échantillon en vrac telle qu’évaluée par diffraction de rayon X de poudre, au site un dominé par les silicates primaires tels que le quartz et le feldspaths, la plupart des matériaux sont récupérés dans la fraction lourde un qui a été conçu pour concentrer les silicates grossiers. Le deuxième site a montré un plus grand pourcentage de phyllosilicates principalement kaolinite pendant l’analyse minéralogique. Par conséquent, la fraction trois lourde qui a été conçue pour concentrer les silicates fins avait plus de matériaux sur le site deux qu’au premier site.Enfin, le site trois était le plus riche en oxydes et a également montré la plus grande quantité de matière dans la fraction lourde deux qui a été conçu pour concentrer les oxydes grossiers. Dans l’ensemble, les données indiquent que la méthode a réussi à fractionner physiquement des échantillons en vrac en leurs principaux composants minéralogiques. Comme pour tout schéma de séparation physique, il est important d’adapter votre paramètre de fractionnement à vos objectifs spécifiques.Assurez-vous d’avoir un essai et de travailler avec plusieurs répliques pour vérifier la reproductibilité. Même si le polytungstate de sodium est moins toxique qu’auparavant utilisé et la solution, il reste un irritant et est nocif s’il est avalé ou inhalé. Évitez sa libération dans l’environnement.Après l’isolement, les différentes fractions peuvent être analysées pour la minéralogie ainsi que la teneur en matière organique et la composition. Cela nous donne des informations sur le minéral et le partenaire de matière organique dans l’association organo-minérale. Cette méthode peut jeter un nouvel éclairage sur la dégradabilité de la matière organique.En effet, les récalcitrants apparents ne sont peut-être pas tant la propriété d’un composé organique donné que son affinité pour différents minéraux.

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