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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Die Entwicklung dieser Methode wurde durch den Fond Investissement (FINV) der Fakultät für Geowissenschaften an der Universität Lausanne unterstützt. Wir anerkennen die Uganda National Council für Wissenschaft und Technologie und Uganda Wildlife Authority für Berechtigung Forschung Proben zu sammeln. Die Autoren weiter danken Prof. Thierry Adatte für CHN und XRD-Analysen. Wir sind dankbar, Prof. Erika Marin-Spiotta für die erste Ausbildung in klassischen Dichte Fraktionierung. Wir danken auch Laborleiter Laetitia Monbaron für ihre Unterstützung bei der Sicherung Versorgungsgüter und Ausrüstungsgegenstände.

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Der Erfolg von CSDF Experimenten hängt die Auswahl der entsprechenden Parameter für die Methode, dass Bruchteile von relativ homogene Zusammensetzung isoliert werden können. Wichtige Überlegungen bei der Auswahl der Fraktionierung Parameter werden unten besprochen.
Die fLF steht für organische Substanz, die für den Interaktion mit Mineralien minimal ist. Gewinnung von dieser Fraktion ist heikel, da die Vermischung des Bodens mit der dichten Lösung bereits einige Macroaggregates zerbrechen kann. Es gibt jedoch Anzeichen dafür, dass die organische Substanz im Macroaggregates mehr Ähnlichkeit mit der fLF Stricto Sensu als um die oLF von hochenergetischen Beschallung18veröffentlicht. Einige Autoren haben sogar vorgeschlagen, einen Niedrigenergie-Beschallung Schritt um den Pool von freien und schwach Mineral-Interaktion organischer Substanz, genannt "Intra aggregate organische Partikel", iPOM54zu isolieren.
Für die Freigabe der okkludierte organischer Substanz gibt es verschiedene Techniken um Bodenaggregate stören. Am weitesten verbreitet sind Beschallung, Unruhe mit Glasperlen und die Verwendung von chemischen Dispersionsmitteln33,62,63. Beschallung wurde hier gewählt, weil die Ausgangsenergie fein gesteuert werden und geglaubt wird, um in der Probe mehr oder weniger gleichmäßig zu verteilen. Durch die Notwendigkeit chemische Dispergatoren entgegensteht, kann als relativ Konservierungsmittel in Richtung Organo-mineralische komplexe22,33Beschallung betrachtet werden. Die Dispersionsschritt bleibt jedoch eines der heikelsten Operationen. Auf der einen Seite eine schwache Dispersion der Aggregate intakt lassen und kann zu einer übermäßigen Schätzung der hF SOC führen; auf der anderen Seite könnte ein sehr kräftig Dispersionsschritt durch teilweisen Zerstörung der Organo-mineralische komplexe Umverteilung des SOC in die Brüche. Schwache organische Sand Vereine möglicherweise besonders anfällig für diesen Prozess. Da Okklusion innerhalb der Aggregate und Oberfläche Sorption sind Prozesse, die entlang einem Kontinuum2, gibt es keine perfekte Lösung. Das Energieniveau der Beschallung muss daher sorgfältig nach den Eigenschaften des Bodens angepasst werden. Kaiser und Berhe64 haben einen sehr hilfreichen Beitrag veröffentlicht, die eine Strategie zur Minimierung von Artefakten durch Ultraschall verursacht, wenn Böden Dispergieren vorgeschlagen wird.
Beschallung Energien reichen von 60 bis 5.000 J·mL-1gemeldet. Mehrere Forschergruppen haben berichtet, dass 100 J·mL-1 könnte ausreichen, um zu zerstören Macroaggregates und Sandböden, effektiv zu verteilen, während 500 J·mL-1 würde große Microaggregates zerstören und eine angemessene Verteilung der reaktiven 63,65,66,67,68Böden. In physikalischen Fraktionierung Systeme kann komplette Dispersion von Schluff und Ton-große Aggregate nicht erforderlich sein, da der Schutzmechanismus von sorptive Stabilisierung in dieser Größe reicht nisht zu unterscheidend werden dürfte. Ein vernünftiges Ziel der Dispersion vor Größe und Dichte Fraktionierung möglicherweise Makro-(> 250 µm) und große Mikro-(> 53 µm) Aggregate zu stören. Energien von 100 J·mL-1 (Sandböden) bis 200 J·mL-1 (lehmigen Böden) möglicherweise geeignete Wahl. Eine Energie von 200 J·mL-1 kann bereits einen Teil der mikrobielle Stoffwechselprodukte (angeblich Mineral-assoziierten)69extrahieren, daher sollte die Verwendung von höheren Beschallung Energien unterliegen Vorsicht. Mineralogisch reaktive Böden mit zementierten Aggregate erfordern jedoch konnte bis zu 500 J·mL-1 zu zerstreuen. Es ist wichtig, dass die Dispergierenergie passen jede Bodenart sowie die Studienziele angepasst werden. Zu guter Letzt ist es wichtig zu bedenken, dass auch nach angeblich komplette Ultraschall Dispersion, Microaggregates Ton-Größe70bestehen dürften.
Eine Schwierigkeit mit der Harmonisierung der physikalischen Fraktionierung Techniken befindet sich in der Heterogenität in Böden, insbesondere in ihrer mineralischen Zusammensetzung gefunden. Die Wahl des dichten Lösungen sollten auf der Grundlage bekannter gemacht werden oder hergeleitet Boden Mineralogie, mit dem Ziel, Brüche zu isolieren, die so homogen wie möglich sind.
In dem Artikel war die Dichte Lösung verwendet SPT - pH 371,72. Der niedrige pH-Wert minimiert Verluste von löslichen organischen Verbindungen. Jedoch kann die Dichte Fraktionierung mit unterschiedlichen dichten Lösungen durchgeführt werden. Historisch, organische Flüssigkeiten wurden verwendet (Tetrabromoethane, Tetrachlormethan), aber wurden nach und nach aufgegeben bei der Gewinn von anorganischen Salzen (Natriumiodid, SPT) wegen der Toxizität von halogenierten Kohlenwasserstoffen und die inhärenten Kontamination des Bodens Organics. Heute, SPT ist die bevorzugte Lösung, da seine Dichte zwischen 1.0 bis 3.1 G·cm-3eingestellt werden kann, es kann recycelt werden und hat eine geringe Toxizität (es sei denn eingenommen)22,50. Wichtigsten Hersteller bieten eine Palette von SPT Sorten unterscheiden sich in den Grad der Kontamination von Kohlenstoff und Stickstoff. Für Dichte Fraktionierung der Böden ist die reinste Klasse empfohlen, insbesondere dann, wenn die Fraktionen sind für die isotopische Zusammensetzung analysiert werden.
Eine Lösung von Dichte 1,6 G·cm-3 klassisch verwendet wurde, um separate light Bio aus Mineral-assoziierten Brüche - siehe z. B. Golchin Et Al.21. Während einige Autoren vorgeschlagen haben, dass eine Dichte von 1 G·cm-3 (Wasser) ausreichen könnte, um extrahieren Großteil die Leichtfraktion73,74, haben andere vorgeschlagene höhere Dichte Trenngrenzen wie 1,62 oder 1,65 G·cm-3 basierend auf die Idee, daß einige organische Komponenten dichten bis 1,60 G·cm-3 33,75,76zeigen konnte. Dichte so hoch wie 1,85 G·cm-3 wurden sogar Arbeitnehmer50. Bei der Auswahl einer Dichte, Licht von schweren Fraktionen zu trennen ist anzumerken, dass es keine perfekte Lösung gibt. In der Tat, niedrigere dichten Risiko zugeschrieben werden einige "leichte" Organics, schwere Brüche, während höhere dichten Risiko einschließlich einige Mineralien in der leichten Fraktionen. Dieser letzte Effekt kann erkannt werden, wenn den Kohlenstoffgehalt der leichten Fraktionen mit einem % SOC weniger als 40-45 % zeigt ein gewisses Maß an mineralischen Verunreinigungen zu beobachten.
Für schwere Brüche, vorläufige Analyse wie XRD in die Mineralogie der Masse Einblick können60 probieren und Dichte Trenngrenzen unterscheiden zwischen mineralischen Hauptbestandteile eines Bodens, unter Berücksichtigung, dass hohe definieren Bio Belastungen werden die Dichte des Minerals im Vergleich zu seinen theoretischen Wert senken. Ebenso hilft eine strukturelle Analyse77,78 für Partikelgröße Trennung, angemessene Grenzen setzen. Partikelgröße Trennung ist eine besonders attraktive Bereicherung für einfache Dichte Fraktionierung, wenn sequenzielle Dichte Fraktionierung schwierig ist. Dies gilt zum Beispiel für Böden, enthält große Mengen an Oxyhydroxides und Low-Aktivität Tone, die Probendispergierung zur Folge und klare Trennungen in schwere Flüssigkeiten zu verhindern. Ein Partikelgröße Trennung-Schritt wird ebenfalls angezeigt, um Mineralien ähnliche Dichte aber verschiedene Größen (z. B. Quarz und Illit) zu trennen.
Freie Calcium-Ionen reagiert mit SPT unlöslichen Ca Metatungstate zu bilden. Das Verfahren ist somit ungeeignet für alkalische Böden, enthält große Mengen an schlecht kristalline, pedogenic Karbonate. Kleine Mengen von niedrig-Reaktivität Karbonate stören der Fraktionierung nicht, solange die Proben nicht in Kontakt mit SPT zu lang sind. Ca Metatungstate Ausscheidungen führt zu einer übermäßigen Schätzung der Massenanteile. LFs auf einen elementaren Analyzer für C Konzentration ausgeführt werden, das Problem entdeckt wird, aber die Fraktionierung beeinträchtigt wird.
Neben diesen technischen Schwierigkeiten rührt die grundlegende Beschränkung des CSDF (oder von einem beliebigen physikalischen Fraktionierung Schema) entstehen reaktive Mineralien im Boden nur selten als diskrete trennt, sondern als Beschichtungen und Zemente. Das Auftreten von sehr sorptive aber sehr dünne Beschichtungen auf sonst reaktionsträgen Mineralien (z. B. Quarz) kann zu eine voreingenommene Blick von Organo-mineralische Verbände führen. Vorsicht ist also geboten, bei der Interpretation der Ergebnisse, vor allem für Böden, deren Reaktivität von schlecht kristalline dominiert wird, und Oxid-Phasen. Weitere Charakterisierung von Brüchen kann helfen, solche Unklarheiten zu lindern. Dennoch haben detaillierte physikalische Fraktionierung Methoden wie CSDF eine unvergleichliche Fähigkeit, Einblick in die Zusammensetzung des natürlich vorkommenden Organo-mineralische komplexe. Diese Einsicht soll neues Verständnis für die Biogeochemie den größten Pool an organischer Substanz im Boden, die Mineral-assoziierten eine Ausbeute.

Der Boden ist ein komplexes System, das Elemente der geologischen und biologischen Ursprungs enthält. Die Studie von ihrer Wechselbeziehung ist ein Eckpfeiler unseres Verständnisses von Ökosystem-Funktion1. Insbesondere sind Organo-mineralische Interaktionen vermutlich eine Schlüsselrolle im Boden organische Substanz (SOM) Dynamik2spielen. Unravelling SOM Dynamik ist derzeit ein sehr aktives Forschungsgebiet aus mehreren Gründen. Ein Boden mit hoher SOM Lagerbestände wird tendenziell gute innere Fruchtbarkeit und kann auch eine ökologisch wertvolle Kohlenstoff-Sequestrierung Gelegenheit3,4darstellen.
Organischer Substanz im Boden ist sehr heterogen, mit einigen Komponenten umdrehen im Raum innerhalb von wenigen Stunden, während andere seit Tausenden von Jahren5fortbestehen können. Die Determinanten von dieser Heterogenität bleibt ein umstrittenes Thema, aber Verband mit der mineralischen Matrix wird gedacht, um besonders wichtig6,7, vor allem für Untergrund Horizonte8sein. Infolgedessen erhalten Mineralphasen eng mit organischen Komponenten assoziieren bekanntermaßen zunehmende Interesse9,10,11.
Böden enthalten eine Vielzahl von Mineralien mit qualitativ und quantitativ unterschiedliche sorptive Potenzial in Richtung Som Mineralien mit großen bestimmten Flächen und/oder hochreaktive Oberflächen haben nachweislich eine hohe Sorption Kapazität für organische Verbindungen4,12. In Böden, sekundären Mineralien wie hoch radioaktiven Schichtsilikate (z. B. Smectites), Eisen Oxyhydroxides und schlecht kristalline Alumosilikate alle nachweislich erheblich in die sorptive Erhaltung von einigen organischen Verbindungen13 engagieren , 14 , 15 , 16 , 17. Boden in Mineralogie unterschiedlicher Fraktionen zu trennen konnte damit helfen, organischer Substanz Pools mit relativen funktionale Homogenität zu isolieren.
Dieses Papier soll eine Methode zur Organo-mineralische komplexe je nach Zusammensetzung, zu isolieren, die dann die Studie ihrer Eigenschaften erleichtert zu präsentieren. Die Methode verbindet Größe und Dichte Fraktionierung um körperlich Masse Boden in eine Sequenz von Fraktionen unterschiedlicher Zusammensetzung zu trennen. Kombinierte Größe und Dichte Fraktionierung (CSDF) integriert zwei wirksamen physikalischen Fraktionierung Ansätze (Partikel Größe Trennung und Dichtetrennung). Die Kombination dieser beiden Ansätze bringt verbesserte Auflösung zu unserem Verständnis von Organo-mineralische Verbände im Boden.
Es gibt viele verschiedene Ansätze (chemische, physikalische und / oder biochemischen), die verwendet werden, um Brüche in einer Masse Boden Probe18,19angeben. Einfache Dichte Fraktionierung ist eine physische Trennung von Bodenkundler eingesetzt hat, um SOM Dynamik zu studieren (siehe z. B. Grunwald Et Al., 2017 und verweist darin)20. In seiner klassischen Form trennt einfache Dichte Fraktionierung Materialien leichter als einen bestimmten Grenzwert (in der Regel 1,6 bis 1,85 G·cm-3) - die Leichtfraktion (LF) von schwereren Materialien - die schwere Fraktion (hF). Der LF ist manchmal weitere kostenlose Leichtfraktion (fLF) und okkludierte Leichtfraktion (oLF)21aufgeteilt.
In vielen Böden ist der größte SOM-Pool in der hF-22gefunden. SOM in der hF wird allgemein angenommen, stabiler als in der LF-23, doch es hat sich gezeigt, weiterhin einen hohen kompositorischen und wahrscheinlich, funktionelle Heterogenität18. Dies weist auf die Notwendigkeit, weitere Separate hF in homogener Unterfraktionen, mit Blick auf die Pools von SOM mit verschiedenen biogeochemischen Eigenschaften (z. B. Verweilzeit oder Funktionalität) zu isolieren. Sequentielle Dichte Fraktionierung, wie beschrieben durch Sollins Et Al. (2009)24, hat in der Tat erwies sich als eine erfolgreiche Methode; noch läuft eine Trennung erfolgt ausschließlich durch Dichte Gefahr, mit Blick auf Kursdifferenzen aus Variation in Korngröße und damit spezifische Oberfläche. Zum Beispiel Kaolinit hat ungefähr die gleiche Dichte wie Quarz aber kann aufgrund seiner Größe-Modus (Tabelle 1) getrennt werden. CSDF werden unter anderem von Korngröße und verbessert die Auflösung der Fraktionierung.
SOM Fraktionierung basierend auf physikalischen, chemischen oder biochemischen Eigenschaften hat eine lange Geschichte. Physikalische Methoden wie CSDF basieren auf physikalischen Eigenschaften des Bodenkomponenten wie Größe (von Partikeln oder Aggregate) oder Dichte. Chemische Methoden sind die selektiven Extraktionen von bestimmten Verbindungen oder Klassen von Verbindungen sowie chemische Oxidation. Biochemische Methoden beruhen auf mikrobielle Oxidation unter verschiedenen experimentellen Bedingungen. Chemischen und biochemische Methoden basieren auf unterschiedlichen Prinzipien und haben unterschiedliche Ziele, die im Vergleich zu physischen Methoden aber sind dennoch kurz unten überprüft.
Die alkalische Extraktion (mit Natronlauge zum Beispiel) gehört zu der frühesten Methoden verwendet, um die organische Komponente von Böden6chemisch zu isolieren. Beispiele für modernere, chemische Methoden für SOM Fraktionierung sind ich) alkalischen Extraktion mit Na-Pyrophosphat abzielen, isolieren SOM verpflichtet, Mineralien; (II) saure Hydrolyse (HCl) abzielen, alte, hartnäckige SOM zu quantifizieren; und Iii) abzielen, dass selektive Oxidation von SOM mit chemischen Stoffen frei oder labile SOM2angreifen. Während diese Methoden Einblick in funktionell verschiedene organische Substanz Pool nützlich sein können, leidet unter einigen Einschränkungen. Erstens können die Extraktionen unvollkommen oder unvollständig sein. Die klassischen alkalische Methode extrahiert beispielsweise nur 50-70 % der Erde organischem Kohlenstoff (SOC)6. Zweitens: Fraktionierung Produkte möglicherweise nicht repräsentativ für das SOM in Situ gefunden und können schwierig sein,5zu kategorisieren. Drittens bieten diese chemischen Methoden nur begrenzten Einblick in die Organo-mineralische Interaktion, da viele von ihnen nicht die ursprüngliche Verbindung zwischen Organik und Mineralien beibehalten.
Biochemischen Abbau einschließlich Inkubationen Experimente dienen hauptsächlich zur labil und reaktive SOM zu studieren (siehe Strosser32 für eine Überprüfung der biochemischen Methoden). Inkubation Experimente kann als ein Maß der biochemische Sauerstoffbedarf betrachtet werden und eignet sich intuitiv auf die Bestimmung von organischen Substraten bioverfügbar. Allerdings macht die Notwendigkeit einer langen Inkubationszeiten unter Bedingungen, die sich aus dem Feld (Temperatur, feuchte, körperliche Störung, keine neuen Eingaben) unterscheiden die Extrapolation zur in-Situ SOM Dynamik zart.
Im Vergleich zu chemischen oder biochemischen Methoden, die geglaubt werden, um entweder transformative oder destruktiv, physikalischen Fraktionierung Techniken können mehr als Konservierungsmittel22 betrachtet werden (mit der wichtigen Ausnahme von löslichen organischen Verbindungen, die sind verloren während des Verfahrens). In ihren besten, physischen Boden Brüche können als "snapshot" der Festphasen-Bodenbestandteile als Geschenk auf dem Gebiet betrachtet werden und könnte somit beziehen sich direkt auf SOM Dynamik in Situ33. Darüber hinaus bedeutet die nicht-destruktive Natur der Technik, dass die Fraktionen anschließend charakterisiert werden können, unter Verwendung einer Vielzahl von Analysen oder weiter nach chemischen oder biochemischen Methoden fraktioniert.
Physikalischen Fraktionierung der Böden ist keine neue Idee. Wissenschaftliche Literatur über räumliche Trennung Techniken stammt aus der Mitte des 20. Jahrhunderts. Anwendungen der Dichte Fraktionierung wurden bereits 196534,35gemeldet. Im selben Zeitraum und in den folgenden Jahrzehnten wurden Publikationen über die Dynamik von SOM und seine Wechselwirkung mit Mineralien bereits unter Boden Wissenschaftler36,37,38,39 ausbreitet .
Trennung anhand der Dichte, aggregierte Größe oder Partikel Größe sind die am weitesten verbreiteten räumliche Trennung Methoden derzeit verwendet. Eine der wichtigsten Herausforderungen der physischen Trennung ist die Isolierung der homogenen funktionalen SOM Pools, im Sinne von Turn-Over Rate, Größe oder anderen Indikator für die Funktion. Kombination von Trennmethoden oder Kriterien wie CSDF, kann dazu beitragen, funktionale Auflösung auf Boden Brüche; Diese Methoden scheinen in der Tat mehr und mehr in Kombination18,40,41,42,43verwendet werden. Durch die Kombination von sequentiellen Dichtetrennung, können weichen Brüche mit verschiedenen organischen Materie Inhalte und mineralogische Zusammensetzung mit Größe Trennung, die Unterschiede auf spezifische Oberfläche, CSDF entfallen hält das Versprechen der ertragreiche Einblick in die Vielfalt und Funktion von Organo-mineralische Verbände im Boden.
CSDF zielt darauf ab, körperlich Masse Bodenproben in Bruchteilen von relativen mineralogische und strukturelle Homogenität fraktionieren. Die Dichte und Partikel Größe Cut-Offs, sowie die hier verwendeten Dispergierenergie wurden ausgewählt basierend auf unserer Erde-Art, aber diese Parameter können je nach den Proben fraktioniert werden und der Zweck der Studie angepasst werden. In diesem Beispiel haben wir gewählt, ein Dispersionsschritt, zwei Dichte und Einheitsgröße Cut-Offs, zu verwenden, wodurch die Trennung des Bodens Masse in 6 Fraktionen (Tabelle 2). Abbildung 1 gibt eine grundlegende Übersicht der Methode. Der Materialien wird hier fraktioniert tropischen Böden sind, aber die Methode kann auf jeder Bodenart sowie Sedimente angewendet werden. CSDF wird generell als ein vorbereitender Schritt vor weiteren Analysen verwendet, obwohl die Verteilung der Materialien unter den Fraktionen sehr informativ, an und für sich sein kann. Bei Anwendung auf Böden ergibt CSDF Fraktionen unterschiedlicher (1) mineralische Zusammensetzung (Mineralogie und Textur) und (2) SOM Konzentration und Zusammensetzung.

<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

Kombinierte Größe und Dichte Fraktionierung (CSDF) ist eine Methode verwendet, um körperlich Boden in Fraktionen unterschiedlicher Korngröße und Mineralogie zu trennen. CSDF stützt sich auf sequentielle Dichte Trennung und Sedimentation Schritte (1) die kostenlose Leichtfraktion (Uncomplexed organische Materie), (2) der okkludierte Leichtfraktion (Uncomplexed organische Materie in Bodenaggregate gefangen) und (3) eine Variable Anzahl von schwer zu isolieren Fraktionen (Boden Mineralien und ihre damit verbundenen organischer Substanz) unterschiedlicher Zusammensetzung. Unter der Voraussetzung, dass die Parameter des CSDF (Dispergierenergie, Dichte Trenngrenzen, Sedimentation Zeit) richtig ausgewählt sind, liefert die Methode schwere Fraktionen relativ homogene mineralische Zusammensetzung. Jede dieser Fraktionen wird voraussichtlich haben eine unterschiedliche Komplexbildner Fähigkeit gegenüber organischen Substanz, wodurch dies eine nützliche Methode um zu isolieren und die Natur von Organo-mineralische Interaktionen zu studieren. Kombination von Dichte und Partikel Größe Trennung bringt eine verbesserte Auflösung im Vergleich zu einfachen Größe oder Dichte Fraktionierung Methoden ermöglicht die Trennung von schweren Bauteilen nach Mineralogie und Größe (bezogen auf Fläche) Kriterien. Wie bei allen physikalischen Fraktionierung Methoden der Fall ist, kann es als weniger störend oder aggressiv als chemisch-basierte Extraktionsmethoden betrachtet werden. Allerdings CSDF ist eine zeitaufwändige Methode und darüber hinaus kann die Menge des Materials in einigen Fraktionen erhalten für die spätere Analyse begrenzt werden. Nach CSDF können die Fraktionen für mineralogische Zusammensetzung, Boden organischer Kohlenstoffgehalt und organischer Chemie analysiert werden. Die Methode liefert quantitative Informationen über organischen Kohlenstoffverteilung innerhalb einer Bodenprobe und bringt Licht in die sorptive Kapazität der verschiedenen, natürlich vorkommende Mineral Phasen, wodurch mechanistischen Informationen über die bevorzugten Natur von Organo-mineralische Interaktionen in Böden (dh., welche Mineralien, welche Art von organischer Substanz).

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

Kombinierte Größe und Dichte Fraktionierung (CSDF) ist eine Methode, um körperlich Boden in Fraktionen unterschiedlicher Beschaffenheit (Korngröße) und Mineralogie (Dichte) zu trennen. Der Zweck ist, Brüche mit unterschiedlichen Reaktivitäten gegenüber organischen Bodensubstanz (SOM), zu isolieren, um besser zu verstehen, Organo-mineralische Interaktionen und SOM Dynamik.

Kombinierte Größe und Dichte Fraktionierung von Böden für Untersuchungen von Organo-mineralische Interaktionen

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

Diese Methode ist ein interessanter Ansatz, um Organo-Mineralien-Wechselwirkungen zu untersuchen, da sie organische Bodensubstanz entsprechend ihrer Assoziation mit verschiedenen Mineralien fraktioniert. Es ist ein physikalischer Fraktionierungsprozess, was bedeutet, dass es die Chemie der Fraktionen nicht verändert. Als Ergebnis sagt uns die Analyse der Fraktion etwas über die natürliche Zusammensetzung von Organo-Mineral-Komplexen.Diese Methode ist wirklich nützlich, da wir versuchen, mehr über die Fähigkeit verschiedener Böden zu lernen, Kohlenstoff von der Atmosphäre weg zu sequestrieren. Um die freie Lichtfraktion zu trennen, wiegen Sie fünf bis acht Gramm luftgetrockneten gesiebten Boden in einem 50 Milliliter konischen Zentrifugenrohr. Erfassen Sie die Masse des Bodens mit vier signifikanten Zahlen.Mit einem abgestuften Zylinder, fügen Sie 35 bis 40 Milliliter Natriumpolywolframat oder SPT. Mit einer Dichte von 1,62 Gramm pro Kubikzentimeter zentrifugieren Sie 90 Minuten lang bei 2500-facher Schwerkraft in einer schwingenden Eimerzentrifuge, um eine klare Trennung zwischen der freien Lichtfraktion und dem Pellet zu ermöglichen. Gießen Sie das gesamte schwimmende und suspendierte Material in eine 250 Milliliter Polycarbonat Zentrifugeflasche.Stellen Sie sicher, dass die Palette fest an der Unterseite des Rohres untergebracht bleibt. Spülen Sie das an der Rohrwand anhaftende Material in dieselbe Polycarbonatflasche. Verwenden Sie eine Spritzflasche gefüllt mit entionisiertem Wasser, das das Rohr fast kopfüber über der Polycarbonatflasche hält.Richten Sie eine Vakuum-Ultrafiltrationslinie mit 0,45 Mikron-Filtern ein. Befeuchten Sie die Filter leicht und tragen Sie Vakuum auf, bevor Sie die Trichter anziehen, um Risse zu vermeiden. Gießen Sie den Inhalt der Polycarbonatflasche langsam in den Trichter einer Vakuumfiltrationseinheit.Ausspülen Sie alle rückständen, die in der Polycarbonatflasche verbleiben, in die Filtrationseinheit. Lassen Sie die Lösung nicht über eine Tiefe von mehr als etwa einem Zentimeter über den Filter ziehen. Fügen Sie der Filtereinheit mindestens dreimal mehr als 10 Milliliter entionisiertes Wasser hinzu, um sicherzustellen, dass alle Spuren von SPT entfernt werden.Achten Sie darauf, die Seite des Filtrationstrichters zu spülen. Entfernen Sie nach dem Lösen des Vakuums auf der Filterleitung den Trichter aus der Filtereinheit. Stellen Sie das an den Seiten an den Seiten haftete Material mit einer spritzenden Flasche, die mit entionisiertem Wasser gefüllt ist, wieder her.Heben Sie den Filter vorsichtig mit einer Pinzette an und spülen Sie das Material, das sie in dieselbe Aluminiumschüssel geben, mit einer Spritzflasche, die mit entionisiertem Wasser gefüllt ist, in dieselbe Aluminiumschüssel spülen. Trocknen Sie den Bootsinhalt bei maximal 65 Grad Celsius bis zu konstantem Gewicht. Nach mindestens 48 Stunden den Schaleninhalt in einem Trockenschrank mit frischem Trockenmittel mindestens 30 Minuten abkühlen lassen.Kratzen Sie das Material vorsichtig mit einem Plastikspachtel von der Aluminiumschale ab. Erfassen Sie die Masse der freien Lichtfraktion mit vier signifikanten Zahlen, und legen Sie die Probe dann in eine Speicherflasche. Um die Freisetzung der okkludierenden Lichtfraktion durchzuführen, fügen Sie 35 bis 40 Milliliter SPT mit einer Dichte von 1,62 Gramm pro Kubikzentimeter in das Zentrifugenrohr, das das Pellet aus der freien Lichtfraktionsextraktion enthält.Setzen Sie das Pellet wieder aus. Setzen Sie die Ultraschallsonde zwei Zentimeter unter der Oberfläche der Lösung ein und legen Sie das Rohr in Eiswasser, um eine Massenlösungserwärmung zu verhindern. Beschallen Sie die Probe mit der notwendigen Zeit, um die Zielenergie von 280 Joule pro Milliliter zu erreichen.Um die okkludiere Lichtfraktion zu trennen, Zentrifuge für 90 Minuten bei 2500-facher Schwerkraft in der Schwing-Bock-Zentrifuge. Gießen Sie alle schwimmenden und suspendierten Materialien in eine 250 Milliliter Polycarbonat Zentrifugeflasche. Stellen Sie sicher, dass das Pellet fest an der Unterseite des Rohres untergebracht bleibt.Spülen Sie das verschlossene leichte organische Material, das an der gesamten Röhre haften, in dieselbe Polycarbonatflasche wie zuvor. Fügen Sie gekühltes deionisiertes Wasser in die Röhre, die das Pellet bis zur 40-Milliliter-Marke enthält. Beschallung bei 75 Joule pro Milliliter Lassen Sie den Inhalt für die Zeit, die für Material feiner als acht Mikrometer zu begleichen benötigt wird, zu begleichen.Dann pipette aus dem Überstand bis zur 10 Milliliter Marke in ein 50 Milliliter Zentrifugenrohr. Legen Sie die Rohre, die die weniger als acht Mikrometer Fraktion enthalten, sowie solche, die die mehr als acht Mikrometer Fraktion enthalten, bei 45 Grad Celsius in den Ofen, um die verbleibende überschüssige Flüssigkeit zu verdampfen. Um die Dichtefraktionierung durchzuführen, fügen Sie 35 bis 40 Milliliter SPT mit einer Dichte von 2,78 Gramm pro Kubikzentimeter zu jeder Größenfraktion hinzu.Das Pellet und die Zentrifuge 90 Minuten bei 2500-facher Schwerkraft wieder aufhängen. Gießen Sie dann alle schwimmenden und suspendierten Materialien in eine 250 Milliliter Polycarbonat Zentrifugenflasche, um sicherzustellen, dass die Palette fest am Boden des Rohres untergebracht bleibt. Es kann schwierig sein, eine klare Trennung zwischen dem schwimmenden Material und dem Pellet zu erhalten.In diesem Fall können Sie versuchen, das Streben des Überstandes bis zu einem festgelegten Level zu erreichen. Nun die Pellets in 250 Milliliter Polycarbonatflaschen mit einer Spritzflasche mit entionisiertem Wasser gefüllt übertragen. Fügen Sie deionisiertes Wasser zu den Polycarbonatflaschen hinzu, um die Dichte zu senken, ohne die 200-Milliliter-Marke zu überschreiten.Tun Sie dies für alle Fraktionen. Nach zentrifugieren der Flaschen für 20 Minuten bei 5000-facher Schwerkraft, dekantieren Sie den Überstand in das verwendete SPT-Glas für das Recycling. Nach der Durchführung der Waschprozedur, wie im Textprotokoll beschrieben, sammeln Sie den schweren Bruch in einer Aluminiumschüssel, die schwere Fraktion ist das Pellet und feine Partikel an der Seite der Flaschen haften.Trocknen Sie den schweren Anteil bei maximal 105 Grad Celsius bis zu einem konstanten Gewicht. Bewahren Sie den schweren Bruch auf die gleiche Weise auf wie den leichten Bruch auf. Die Verteilung der Materialmasse zwischen den Fraktionen zeigte starke Unterschiede zwischen den Standorten.Wie zunächst durch Massenprobenmineralogie angegeben, wie durch Pulverröntgenbeugung beurteilt, werden die meisten Materialien an Standort eins, der von Primärsilikaten wie Quarz und Feldspaten dominiert wird, in schwerer Fraktion, die zur Konzentration von groben Silikaten entwickelt wurde, in schwerer Fraktion zurückgewonnen. Site zwei zeigte einen größeren Prozentsatz von Phyllosilikaten meist Kaolinit während der mineralogischen Analyse. Dementsprechend hatte die schwere Fraktion drei, die zur Konzentration feiner Silikate entwickelt wurde, mehr Materialien an Standort zwei als an Standort eins.Schließlich war Standort drei der am reichsten an Oxiden und zeigte auch die größte Menge an Material in schwerer Fraktion zwei, die entwickelt wurde, um grobe Oxide zu konzentrieren. Insgesamt deuten die Daten darauf hin, dass die Methode erfolgreich war, um Massenproben physisch in ihre wichtigsten mineralogischen Komponenten zu zerkleinern. Wie bei jedem physischen Trennschema ist es wichtig, Ihren Fraktionierungsparameter an Ihre spezifischen Ziele anzupassen.Stellen Sie sicher, dass Sie einen Testlauf haben und mit mehreren Replikationen arbeiten, um die Reproduzierbarkeit zu überprüfen. Obwohl Natriumpolywolframat weniger toxisch als bisher verwendet und Lösung, bleibt es ein Reizmittel und ist schädlich, wenn geschluckt oder eingeatmet. Vermeiden Sie seine Freisetzung in die Umgebung.Nach der Isolierung können die verschiedenen Fraktionen auf Mineralogie sowie den Gehalt an organischen Stoffen und zusammensetzungen analysiert werden. Dies gibt uns Informationen über den Mineral- und den Bio-Partner im Organo-Mineral-Verein. Diese Methode kann ein neues Licht auf die Abbaubarkeit organischer Stoffe werfen.In der Tat können scheinbare Widerspenstranten nicht so sehr eine Eigenschaft einer bestimmten organischen Verbindung sein, sondern ihrer Affinität zu verschiedenen Mineralien.

Research

JoVE Journal

Environment

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

Bestimmung mikrobieller extrazelluläre Enzymaktivität in Wasser, Böden und Sedimente mit hohem Durchsatz Mikrotiterplatten-Assays

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

Forschung

Umwelt

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

Integrierte Feld Lysimetrie und Porenwasserprobennahme für die Bewertung von Chemical Mobilität in Böden und Vegetation Gegründet

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

Messung der Treibhausgas-Flux aus landwirtschaftlichen Böden mit statischer Chambers

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

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Extraction and Analysis of Microbial Phospholipid Fatty Acids in Soils

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Boden Lysimeter Ausgrabung Gekoppelte hydrologische, geochemische und mikrobiologische Untersuchungen

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Eine Ultra-clean Multilayer Vorrichtung zum Sammeln von Größe fraktioniert Meeresplankton und Schwebeteilchen

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