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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El desarrollo de este método fue apoyado por Fond d ' Investissement (FINV) de la Facultad de Geociencias en la Universidad de Lausana. Reconocemos al Consejo Nacional de Uganda para ciencia y tecnología y autoridad de vida silvestre de Uganda para nosotros otorgar permiso para recoger las muestras de investigación. Los autores más desean agradecer profesor Thierry Adatte análisis CHN y DRX. Agradecemos a la Prof. Erika Marin-Spiotta por capacitación inicial en fraccionamiento de densidad clásica. También agradecemos a laboratorio responsable de Laetitia Monbaron su asistencia en la obtención de suministros y equipo.

Los autores no tienen nada que revelar.

El éxito de los experimentos de Forum se basa en la selección de parámetros adecuados para el método, para que fracciones de composición relativamente homogénea pueden ser aislados. Consideraciones clave en la selección de parámetros de fraccionamiento se discuten a continuación.
El fLF representa materia orgánica para que la interacción con los minerales es mínimo. La extracción de esta fracción es delicada, ya que la mezcla de suelo con la solución densa puede ya romper algunos macroagregados. Sin embargo, hay indicios de que la materia orgánica presente en macroagregados puede ser más similar a los de fLF stricto sensu que a oLF por sonicación de alta energía18. Algunos autores incluso han propuesto un paso bajo sonicación para aislar la piscina libre y débil interacción con minerales materia orgánica, denominado 'el agregado materia orgánica particulada', iPOM54.
La liberación de la materia orgánica ocluida, existen técnicas diferentes para interrumpir los agregados del suelo. Las más difundidas son la sonicación, agitación con perlas de vidrio y el uso de dispersantes químicos33,62,63. Sonicación fue elegido aquí porque la energía de salida puede controlarse bien y se cree que distribuir más uniformemente en la muestra. Por que la necesidad de utilizar dispersantes químicos, sonicación puede considerarse como relativamente preservativo hacia complejos organo-minerales22,33. El paso de la dispersión, sin embargo, sigue siendo una de las operaciones más delicadas. Por un lado, una dispersión débil dejará intactos los agregados y puede conducir a una sobrestimación de hF SOC; por otro lado, un paso de dispersión altamente vigorosa podría causar redistribución del SOC a través de las fracciones por la parcial destrucción de complejos organo-minerales. Asociaciones de arena orgánica débiles pueden ser particularmente vulnerables a este proceso. Puesto que la oclusión dentro de agregados y de adsorción superficial son procesos que ocurren a lo largo de un continuum2, no existe ninguna solución perfecta. Por lo tanto, el nivel de energía de sonicación debe ajustarse cuidadosamente según las propiedades del suelo. Kaiser y Berhe64 han publicado una revista muy útil que propone una estrategia para minimizar los artefactos causados por ultrasonido cuando suelos de dispersión.
Informó el rango de energías de sonicación de 60 a 5.000 J·mL-1. Varios grupos de investigación han reportado que 100 J·mL-1 podría ser suficiente para destruir los macroagregados y dispersar eficazmente suelos arenosos, mientras que 500 J·mL-1 destruirían microagregados grandes y proporcionan una dispersión razonable de reactivos suelos63,65,66,67,68. En regímenes de fraccionamiento físico, completa dispersión de limo y arcilla-tamaño agregados puede no ser necesaria, puesto que el mecanismo de protección es probable que se vuelven indistinguibles de estabilización absorbentes en estas gamas del tamaño. Un objetivo razonable de dispersión antes de tamaño o densidad de fraccionamiento puede interrumpir macro (> 250 μm) y grandes micro (> 53 μm) agregados. Energías de 100 J·mL-1 (suelos arenosos) a 200 J·mL-1 (suelos margosos) pueden ser opciones adecuadas. Una energía de 200 J·mL-1 ya puede extraer una porción de metabolitos microbianos (supuestamente mineral asociado)69, así el uso de energías más altas de sonicación debe ser objeto de atención. Sin embargo, mineralógicamente reactivas suelos con agregados cementados pueden requerir hasta 500 J·mL-1 para dispersar. Es esencial ajustar la energía de dispersión para cada tipo de suelo, así como objetivos de estudio. Por último, es importante recordar que incluso después de supuestamente completa dispersión ultrasónica, microagregados tamaño de arcilla están probables que persistan70.
Una dificultad con la armonización de técnicas de fraccionamiento físico radica en la heterogeneidad que se encuentra en suelos, en particular en su composición mineral. La elección de soluciones densas debe hacerse sobre la base de conocidos o inferidos de la mineralogía del suelo, con el objetivo final para aislar fracciones que son tan homogéneas como sea posible.
En el artículo, la solución densa utilizada fue SPT - pH 371,72. El pH bajo reduce al mínimo las pérdidas de los compuestos orgánicos solubles. Sin embargo, fraccionamiento de densidad se puede realizar con diferentes soluciones densas. Históricamente, líquidos orgánicos fueron utilizado (tetrabromoethane, tetrachloromethane), pero fueron abandonados poco a poco en el beneficio de sales inorgánicas (yoduro de sodio, SPT) debido a la toxicidad de los hidrocarburos halogenados y la contaminación inherente del suelo materia orgánica. Hoy en día, SPT es la solución preferida porque se puede ajustar su densidad entre 1.0 a 3.1 g·centímetro-3, pueden ser reciclado y tiene una baja toxicidad (salvo ingestión)22,50. Principales fabricantes ofrecen a grados de rango de SPT difieren en el nivel de contaminación de carbono y nitrógeno. Para el fraccionamiento de densidad de los suelos, se recomienda el grado más puro, particularmente si las fracciones deben ser analizadas para la composición isotópica.
Una solución de densidad 1.6 g·centímetro-3 clásicamente se ha utilizado para separar la luz orgánica de fracciones minerales asociados - véase por ejemplo Golchin et al.21. Mientras que algunos autores han sugerido que una densidad de 1 g·centímetro-3 (agua) podría ser suficiente para extraer la mayor parte de la fracción ligera73,74, otros tienen propuesta mayor densidad cortes como 1.62 o 1.65 g·centímetro-3 basado en la idea de que algunos componentes orgánicos podrían mostrar densidades de hasta 1.60 g·centímetro-3 33,75,76. Densidades tan altas como 1.85 g·centímetro-3 han sido empleadas50. Al seleccionar una densidad para separar la luz de fracciones pesadas, debe señalarse que no hay solución perfecta existe. De hecho, menor riesgo de densidades atribuir algunos orgánicos 'light' a las fracciones pesadas, mientras que el mayor riesgo de densidades, incluyendo algunos minerales en las fracciones ligeras. Este último efecto puede detectarse al observar el contenido de carbono de las fracciones ligeras, con un % SOC inferior a 40-45% lo que indica algún grado de contaminación mineral.
Para fracciones pesadas, análisis preliminares tales como DRX pueden proporcionar la penetración en la mineralogía de la mayor parte de la muestra60 y ayudan a definir densidad capaz de distinguir entre los principales componentes minerales de un suelo, teniendo en cuenta que altas cortes orgánicos cargas bajará la densidad de un mineral comparado con su valor teórico. Del mismo modo, para la separación del tamaño de las partículas, un análisis textural77,78 puede ayudar a establecer límites apropiados. Separación de tamaño de partícula es una adición particularmente atractiva para fraccionamiento de densidad simple siempre que el fraccionamiento secuencial densidad es difícil. Este es el caso por ejemplo de suelos que contienen grandes cantidades de oxihidróxidos y arcillas de baja actividad, que resultan en la dispersión de la muestra y evitar separaciones claras en líquidos pesados. Un paso de separación de tamaño de partícula también está indicado para separar minerales de densidades similares pero diferentes tamaños (por ejemplo, cuarzo e illita).
Los iones de calcio libres reaccionarán con SPT para formar insolubles Ca metatungstate. El procedimiento es así inadecuado para suelos alcalinos que contienen grandes cantidades de carbonatos poco cristalinas, pedogenic. Pequeñas cantidades de carbonatos de baja reactividad no interfieren con el fraccionamiento siempre y cuando las muestras no queden en contacto con SPT durante demasiado tiempo. CA metatungstate precipitados dará lugar a una sobrestimación de las masas de la fracción. LFs se ejecutan en un analizador elemental para la concentración de C, se descubrirá el problema aunque el fraccionamiento se verá afectado.
Además de estas dificultades técnicas, la limitación fundamental de Forum (o de cualquier esquema de fraccionamiento físico) surge del hecho de que los minerales reactivos en suelos ocurren raramente como discreto se separa, sino como revestimientos y cementos. La ocurrencia de capas absorbentes muy pero muy finas en caso contrario no reacciona minerales (como el cuarzo) puede conducir a una visión sesgada de las asociaciones de organo-mineral. PRECAUCIÓN por lo tanto es necesaria al interpretar los resultados, particularmente para suelos cuya reactividad es dominada por mal cristalino y fases de óxido. La caracterización adicional de las fracciones puede ayudar a aliviar esas ambigüedades. Sin embargo, los métodos de fraccionamiento físico detallado como Forum tienen una capacidad incomparable para profundizar en la composición de complejos organo-minerales que ocurren naturalmente. Tal penetración se espera que nueva comprensión de la biogeoquímica de la piscina más grande de la materia orgánica en los suelos, un mineral asociado.

El suelo es un sistema complejo que contiene elementos de origen geológico y biológico. El estudio de su interrelación es la piedra angular de nuestra comprensión del ecosistema la función1. En particular, las interacciones de organo-mineral se cree que desempeñan un papel clave en el suelo materia orgánica (MOS) dinámica2. Dinámica SOM desentrañar es actualmente un área de investigación muy activa por varias razones. Un suelo con altos stocks SOM tenderá a mostrar buena fertilidad intrínseca y también puede constituir un secuestro de carbono ambientalmente valiosos oportunidad3,4.
Materia orgánica en el suelo es muy heterogénea, con algunos componentes de volcar en el espacio dentro de unas horas, mientras que otros pueden persistir por miles de años5. Los determinantes de esta heterogeneidad siguen siendo un tema controversial, pero la asociación con la matriz mineral se piensa para ser particularmente importante6,7, especialmente para subsuelo horizontes8. Como resultado, las fases que estrechamente asociado con componentes orgánicos están recibiendo creciente interés9,10,11.
Suelos contienen una amplia gama de minerales con cualitativa y cuantitativamente diversos absorbentes potencial hacia SOM. Minerales con grandes áreas superficiales específicas o superficies altamente reactivas han demostrado tener una capacidad de absorción alta de compuestos orgánicos4,12. En los suelos, minerales secundarios como filosilicatos de alta actividad (por ejemplo, smectites), oxihidróxidos de hierro y aluminosilicatos pobremente cristalinas han demostrado participar significativamente en la conservación absorbentes de algunos compuestos orgánicos13 , 14 , 15 , 16 , 17. separar el suelo en fracciones diferentes en mineralogía así podría ayudar a aislar la materia orgánica piscinas con relativa homogeneidad funcional.
El objetivo de este trabajo es presentar una metodología para aislar complejos organo-minerales según composición, que luego facilita el estudio de sus propiedades. El método combina el tamaño y densidad de fraccionamiento para separar físicamente el suelo a granel en una secuencia de fracciones de diferente composición. Fraccionamiento combinado del tamaño y densidad (Forum) integra dos métodos de fraccionamiento físico eficaz (separación de tamaño de partícula y densidad de separación). La combinación de estos dos enfoques trae resolución mejorada a nuestra comprensión de las asociaciones de abonos minerales en el suelo.
Hay muchos enfoques diferentes (químicos, físicos o bioquímicos) que pueden utilizarse para especificar fracciones en un grueso suelo muestra18,19. Fraccionamiento de densidad simple es una separación física que ha sido ampliamente utilizada por los científicos del suelo para estudiar dinámica SOM (véase por ejemplo Grunwald et al., 2017 y referencias en esto)20. En su forma clásica, fraccionamiento de densidad simple separa materiales más ligeros que un corte determinado (generalmente de 1.6 a 1.85 g·centímetro-3) - la fracción ligera (LF) de los materiales más pesados - la fracción pesada (hF). El LF es a veces más futuro dividido en fracción ligera libre (fLF) y fracción luz ocluida (oLF)21.
En muchos suelos, se encuentra la piscina más grande de SOM en el hF22. MOS en la hF se piensa generalmente para ser más estables que en la LF23, sin embargo, se ha demostrado que mantener una alta composición y probablemente, heterogeneidad funcional18. Esto apunta a la necesidad de más se separa el hF en subfracciones más homogéneos, con el fin de aislar piscinas de SOM con distintas propiedades biogeoquímicas (tales como tiempo de residencia o de funcionalidad). Fraccionamiento de densidad secuencial, como se describe por Sollins et al (2009)24, de hecho ha demostrado para ser un método exitoso; sin embargo una separación únicamente a partir de densidad corre el riesgo de con vistas a las diferencias resultantes de la variación en tamaño de grano y así la superficie específica. Por ejemplo, la caolinita tiene aproximadamente la misma densidad como cuarzo pero puede estar separado sobre la base de su modo de tamaño (tabla 1). Forum incluye consideración de tamaño de grano y mejora la resolución del fraccionamiento.
Fraccionamiento de la MOS basado en las propiedades físicas, químicas o bioquímicas tiene una larga historia. Métodos físicos como el Forum se basan en atributos físicos de los componentes del suelo, tales como el tamaño (de partículas o agregados) o la densidad. Métodos químicos incluyen la extracción selectiva de compuestos específicos o clases de compuestos, así como oxidación química. Métodos bioquímicos dependen de la oxidación microbiana bajo diferentes condiciones experimentales. Métodos químicos y bioquímicos se basan en principios diferentes y tienen diferentes objetivos en comparación con métodos físicos pero sin embargo brevemente se repasan a continuación.
La extracción alcalina (con hidróxido de sodio por ejemplo) alinea entre los primeros métodos utilizados para aislar químicamente el componente orgánico de suelos6. Métodos más modernos, químicos para el fraccionamiento de SOM ejemplos de i) extracción alcalina con Na-pirofosfato destinadas a aislar a SOM a minerales; II) hidrólisis ácido (HCl) dirigido a cuantificar SOM antiguo, persistente; y iii) oxidación selectiva de SOM con agentes químicos dirigidas a atacar gratis o lábil SOM2. Mientras que estos métodos pueden ser útiles para profundizar en la piscina de materia orgánica funcionalmente diferentes, sufren de varias limitaciones. En primer lugar, la extracción puede ser imperfecta o incompleta. Por ejemplo, el clásico método alcalino extractos solamente 50-70% de suelo carbono orgánico (SOC)6. En segundo lugar, productos de fraccionamiento pueden no ser representante de la SOM en situ y pueden ser difíciles de categorizar5. En tercer lugar, estos métodos químicos nadamas penetración limitada en la interacción de abonos minerales ya que muchos de ellos no preservar la asociación original entre materia orgánica y minerales.
Extracción bioquímica incluyendo los experimentos de las incubaciones se utilizan principalmente para el estudio SOM lábil y reactiva (véase Strosser32 para una revisión de métodos bioquímicos). Experimentos de incubación puede ser considerado como una medida de la demanda bioquímica de oxígeno y es intuitivamente muy adecuados para la determinación de substratos orgánicos biodisponible. Sin embargo, la necesidad de tiempos de incubación en condiciones que difieren del campo (temperatura, humedad, alteración física, ausencia de nuevas entradas) hace la extrapolación a la dinámica SOM in situ delicado.
Comparado con métodos químicos o bioquímicos que se creen que ser transformativa o destructivos, técnicas de fraccionamiento físico pueden ser consideradas como más preservativo22 (con la excepción importante de compuestos orgánicos solubles, que se pierden durante el procedimiento). En su suelo física, mejor fracciones pueden ser consideradas como una 'instantánea' de componentes de la fase sólida del suelo como presente en el campo y podrían así se refieren más directamente a la dinámica de la SOM en situ33. Por otra parte, la naturaleza no destructiva de la técnica significa que las fracciones se pueden caracterizar posteriormente usando una variedad de análisis o más se fracciona según métodos químicos o bioquímicos.
Fraccionamiento físico de los suelos no es una idea reciente. Literatura científica acerca de las fechas de las técnicas de separación física del siglo de mid-20. Solicitudes de fraccionamiento de densidad se registraron ya en 196534,35. Durante el mismo período y en las décadas siguientes, publicaciones sobre la dinámica de la MOS y su interacción con los minerales estaban ya llegando a ser extenso entre suelo científicos36,37,38,39 .
Separación basada en la densidad, tamaño tamaño o partícula agregado son los métodos de separación física más común utilizados actualmente. Uno de los principales retos de la separación física es el aislamiento de las piscinas SOM funcionales homogéneas, como lo define a su vez con frecuencia, tamaño u otro indicador de la función. Combinar métodos de separación o criterios, como en Forum, puede ayudar a traer resolución funcional a fracciones de suelo; de hecho, estos métodos parecen ser utilizados cada vez más en combinación18,40,41,42,43. Mediante la combinación de separación secuencial densidad, capaz de ceder fracciones con diferentes orgánicos materia contenidos y composición mineralógica, con separación por tamaño, que representa las diferencias atribuible al área de superficie específica, Forum mantiene la promesa de rendimiento en la diversidad y función de las asociaciones de abonos minerales en el suelo.
Forum pretende fraccionar físicamente las muestras de suelo a granel en fracciones de relativa homogeneidad mineralógica y textural. Las densidad y la partícula tamaño cortes, así como la energía de dispersión utilizado aquí ha sido seleccionadas según nuestro tipo de suelo, pero estos parámetros se pueden adaptados dependiendo de las muestras a ser fraccionada y el propósito del estudio. En este ejemplo, hemos elegido utilizar una dispersión paso, dos densidad y un tamaño de cortes, dando por resultado la separación de la tierra a granel en 6 fracciones (tabla 2). La figura 1 presenta un resumen conceptual del método. Los materiales aquí ser fraccionada son suelos tropicales, pero el método puede aplicarse a cualquier tipo de suelo, así como sedimentos. Forum se utiliza generalmente como un paso preparatorio antes de otros análisis, a pesar de que la distribución de materiales entre fracciones puede ser muy informativa en y de sí mismo. Cuando se aplica a los suelos, Forum produce fracciones que difieren en composición y concentración de SOM (2) y composición (1) mineral (mineralogía y textura).

<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

Fraccionamiento combinado del tamaño y densidad (Forum) es un método utilizado para separar físicamente el suelo en fracciones diferentes en mineralogía y granulometría. Forum se basa en pasos de separación y la sedimentación secuencial densidad para aislar (1) la fracción ligera libre (materia orgánica uncomplexed), (2) la fracción de luz ocluida (uncomplexed materia orgánica en los agregados del suelo) y (3) un número variable de pesado fracciones (minerales del suelo y su materia orgánica asociada) difieren en composición. Siempre que se seleccionan adecuadamente los parámetros de la Forum (energía de dispersión, densidad cut-offs, tiempo de sedimentación), el método produce fracciones pesadas de composición mineralógica relativamente homogéneo. Cada una de estas fracciones se espera tener una capacidad de secuestrantes diferentes hacia la materia orgánica, haciendo de esto un método útil para aislar y estudiar la naturaleza de las interacciones de organo-mineral. Combinación de separación de tamaño densidad y partícula trae una resolución mejorada en comparación con el tamaño o la densidad fraccionamiento métodos simples, lo que permite la separación de componentes pesados según tamaño (relacionado con el área de la superficie) y Mineralogía criterios. Como es el caso para todos los métodos de fraccionamiento físico, puede considerarse como menos disruptivos o agresivos que los métodos de extracción basados en la química. Sin embargo, Forum es un método lento y además, se puede limitar la cantidad de material obtenido en algunas fracciones para posterior análisis. Después de Forum, las fracciones pueden analizarse para la concentración de carbono orgánico del suelo, composición mineralógica y química de la materia orgánica. El método proporciona información cuantitativa sobre la distribución de carbono orgánico en una muestra de suelo y trae luz a la capacidad absorbentes de las fases mineralógicas diferentes, naturales, proporcionando información mecanicista sobre la preferente naturaleza de las interacciones de organo-minerales en los suelos (es decir,., que minerales, qué tipo de materia orgánica).

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

Fraccionamiento combinado del tamaño y densidad (Forum) es un método para separar un suelo en fracciones que difieren en la textura (granulometría) y mineralogía (densidad). El propósito es aislar fracciones con reactividades diferentes hacia la materia orgánica del suelo (SOM), para entender mejor las interacciones de abonos minerales y la dinámica SOM.

Tamaño combinado y fraccionamiento de densidad de los suelos para las investigaciones de interacciones de abonos minerales

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

Este método es un enfoque interesante para estudiar las interacciones organo-minerales porque fracciona la materia orgánica del suelo de acuerdo con su asociación con diferentes minerales. Es un proceso de fraccionamiento físico, lo que significa que no altera la química de las fracciones. Como resultado, el análisis de la fracción nos dice algo sobre la composición natural de los complejos organomineral.Este método es realmente útil ya que tratamos de aprender más sobre la capacidad de diferentes suelos para secuestrar carbono lejos de la atmósfera. Para separar la fracción de luz libre, pese de cinco a ocho gramos de suelo tamizado seco al aire en un tubo de centrífuga cónica de 50 mililitros. Registrar la masa del suelo con cuatro cifras significativas.Con un cilindro graduado, agregue de 35 a 40 mililitros de politungstate de sodio o SPT. Con una densidad de 1,62 gramos por centímetro cúbico, centrífuga durante 90 minutos a 2500 veces la gravedad en una centrífuga de cubo oscilante para permitir una separación clara entre la fracción de luz libre y el pellet. Vierta todo el material flotante y suspendido en una botella de centrífuga de policarbonato de 250 mililitros.Asegúrese de que el palet permanezca firmemente alojado en la parte inferior del tubo. Enjuague el material adheriéndose a la pared del tubo en la misma botella de policarbonato. Utilice una botella de chorro llena de agua desionizada que sostenga el tubo casi al revés por encima de la botella de policarbonato.Configure una línea de ultrafiltración al vacío con filtros de 0,45 micras. Humedezca ligeramente los filtros y aplique el vacío antes de apretar los embudos para evitar desgarros. Vierta lentamente el contenido de la botella de policarbonato en el embudo de una unidad de filtración al vacío.Enjuague cualquier residuo que quede en la botella de policarbonato en la unidad de filtración. No permita que la solución tire de una profundidad superior a aproximadamente un centímetro sobre el filtro. Agregue más de 10 mililitros de agua desionizada a la unidad de filtrado al menos tres veces para asegurarse de que se eliminan todos los rastros de SPT.Asegúrese de enjuagar el lado del embudo de filtración. Después de liberar el vacío en la línea de filtración, retire el embudo de la unidad de filtración. Recuperar el material adherido a los lados en un recipiente de aluminio etiquetado usando una botella de chorro llena de agua desionizada.Levante cuidadosamente el filtro con pinzas y enjuague el material presente en el mismo tazón de aluminio con una botella de chorro llena de agua desionizada. Seque el contenido del barco a un máximo de 65 grados centígrados a un peso constante. Después de al menos 48 horas, enfríe el contenido del recipiente en un desecador que contenga desecante fresco durante al menos 30 minutos.Raspa suavemente el material del tazón de aluminio con una espátula de plástico. Registre la masa de la fracción de luz libre con cuatro cifras significativas y, a continuación, coloque la muestra en un vial de almacenamiento. Para realizar la liberación de la fracción de luz ocluida, añada de 35 a 40 mililitros de SPT con una densidad de 1,62 gramos por centímetro cúbico al tubo centrífugo que contiene el pellet de la extracción de fracción de luz libre.Resuspender el pellet. Inserte la sonda ultrasónica a dos centímetros por debajo de la superficie de la solución y coloque el tubo en agua helada para evitar el calentamiento de la solución a granel. Sonicar la muestra utilizando el tiempo necesario para alcanzar la energía objetivo de 280 julios por mililitro.Para separar la fracción de luz ocluida, centrifugar durante 90 minutos a 2500 veces la gravedad en la centrífuga de columpio oscilante. Vierta todos los materiales flotantes y suspendidos en una botella de centrífuga de policarbonato de 250 mililitros. Asegúrese de que el pellet permanezca firmemente alojado en la parte inferior del tubo.Enjuague el material orgánico ligero ocluido adherido a todo el tubo en la misma botella de policarbonato que antes. Agregue agua desionizada refrigerada al tubo que contiene el pellet hasta la marca de 40 mililitros. Sonicar a 75 julios por mililitro Deje el contenido a la liquidación durante el tiempo necesario para que el material sea más fino que ocho micras para asentarse.A continuación, pipetee el sobrenadante hasta la marca de 10 mililitros en un tubo centrífugo de 50 mililitros. Coloque los tubos que contengan la fracción de menos de ocho micras, así como los que contengan la fracción de más de ocho micras en el horno a 45 grados Centígrados para evaporar el exceso de líquido restante. Para realizar fraccionamiento de densidad, agregue de 35 a 40 mililitros de SPT con la densidad de 2,78 gramos por centímetro cúbico a cada fracción de tamaño.Resuspender el pellet y la centrífuga durante 90 minutos a 2500 veces la gravedad. A continuación, vierta todos los materiales flotantes y suspendidos en una botella de centrífuga de policarbonato de 250 mililitros, asegurando que el palet permanezca firmemente alojado en la parte inferior del tubo. Puede ser difícil obtener una separación clara entre el material flotante y el pellet.En este caso, puede intentar la aspiración del sobrenadante hasta un nivel establecido. Ahora transfiera los pellets a botellas de policarbonato de 250 mililitros utilizando una botella de chorro llena de agua desionizada. Añadir agua desionizada a las botellas de policarbonato para reducir la densidad sin exceder la marca de 200 mililitros.Haz esto para todas las fracciones. Después de la centrifugación de las botellas durante 20 minutos a 5000 veces la gravedad, decantar el sobrenadante en el frasco SPT usado para el reciclaje. Después de realizar el procedimiento de lavado como se describe en el protocolo de texto, recoger la fracción pesada en un recipiente de aluminio, la fracción pesada es el pellet y las partículas finas que se adhieren al lado de las botellas.Seque la fracción pesada a un máximo de 105 grados Celsius a peso constante. Almacene la fracción pesada de la misma manera que la fracción ligera. La distribución de la masa material entre fracciones, mostró fuertes diferencias entre los sitios.Como se indicó inicialmente a través de la mineralogía de muestras a granel evaluada por la difracción de rayos X en polvo, en el sitio uno dominado por silicatos primarios como el cuarzo y los feldespatos, la mayoría de los materiales se recuperan en una fracción pesada que fue diseñada para concentrar silicatos gruesos. El sitio dos mostró un mayor porcentaje de filosilicates en su mayoría kaolinita durante el análisis mineralógico. En consecuencia, la fracción tres pesada que fue diseñada para concentrar silicatos finos tenía más materiales en el sitio dos que en el sitio uno.Finalmente, el sitio tres era el más rico en óxidos y también mostró la mayor cantidad de material en la fracción pesada dos que fue diseñado para concentrar óxidos gruesos. En general, los datos indican que el método fue exitoso en fraccionar físicamente muestras a granel en sus principales componentes mineralógicos. En cuanto a cualquier esquema de separación física, es importante adaptar el parámetro de fraccionamiento a sus objetivos específicos.Asegúrese de tener una ejecución de prueba y de trabajar con varias réplicas para comprobar la reproducibilidad. A pesar de que el politungstate de sodio es menos tóxico que el utilizado anteriormente y la solución, sigue siendo un irritante y es dañino si se ingiere o inhala. Evite su liberación en el medio ambiente.Después del aislamiento, las diferentes fracciones pueden ser analizadas para mineralogía, así como el contenido de materia orgánica y la composición. Esto nos da información sobre el mineral y el socio de materia orgánica en la asociación organo-mineral. Este método puede arrojar nueva luz sobre la degradabilidad de la materia orgánica.De hecho, los recalcitrantes aparentes pueden no ser tanto una propiedad de un compuesto orgánico dado, sino de su afinidad por diferentes minerales.

Research

JoVE Journal

Environment

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

Determinación de la actividad enzimática extracelular microbiana en aguas, suelos y sedimentos de los que utilizan y alto rendimiento de microplacas Ensayos

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

Investigación

Medio ambiente

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

Lysimetry Integrado de campo y toma de muestras de agua intersticial para la Evaluación de la Movilidad de Química en Suelos y Vegetación Establecido

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

Medición de Flujo de Gas de efecto invernadero procedentes de los suelos agrícolas Usando cámaras estáticas

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

Un ensayo de flexión para determinar el límite de Atterberg plástico en Suelos

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

Extracción y análisis de ácidos grasos de fosfolípidos microbiana en suelos

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

Lisímetro suelo de excavación para acoplados hidrológicos, geoquímicos, e investigaciones microbiológicas

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Un aparato de múltiples capas ultra limpio para recoger plancton marino tamaño fraccionado y partículas en suspensión

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