Name: electrostatic method to remove particulate organic matter from soil
Uploaded: 2021-02-10T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Electrostatic Method to Remove Particulate Organic Matter from Soil at JoVE.com

这项工作完全由美国农业部-ARS基地资助。作者非常感谢米凯拉·凯利、卡罗琳·梅尔、亚历克斯·拉舍、埃米·克拉勒和凯瑟琳·儿子的技术帮助。

1. 土壤准备
<ol><li>收集土壤样本到所需的深度。在 40 °C 或遵循实验室特定的标准协议时彻底干燥土壤。</li>
	<li>通过适当大小的土壤筛筛筛土壤，获得约10-25克筛土。许多研究使用1毫米或2毫米筛子。土壤量基于下游分析所需的质量，将影响静电去除步骤需要重复的次数。</li>
	<li>将土壤放入干净、干燥的金属或玻璃平底平底平底平底锅中，其大到足以使土壤扩散稀薄（直径至少 20 厘米）。轻轻...

<ol>
	<li>Gosling, P., Parsons, N., Bending, G. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+are+the+primary+factors+controlling+the+light+fraction+and+particulate+soil+organic+matter+content+of+agricultural+soils.">What are the primary factors controlling the light fraction and particulate soil organic matter content of agricultural soils.</a> Biology and Fertility of Soils. 49 (8), 1001-1014 (2013).</li><li>Gollany, H. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soil+organic+carbon+accretion+vs.+sequestration+using+physicochemical+fractionation+and+CQESTR+simulation.">Soil organic carbon accretion vs. sequestration using physicochemical fractionation and CQESTR simulation.</a> Soil Science Society of America Journal. 77 (2), 618-629 (2013).</li><li>Cambardella, C. A., Gajda, A. M., Doran, J. W., Wienhold, B. J., Kettler, T. A., Kimble, J. M., Lal, R., Follett, R. F., Stewart, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Assessment methods for soil carbon. , 349-359 (2001).</li><li>Wander, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Soil organic matter in sustainable agriculture. , 67-102 (2004).</li><li>Curtin, D., Beare, M. H., Qiu, W., Sharp, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Does+particulate+organic+matter+fraction+meet+the+criteria+for+a+model+soil+organic+matter+pool.">Does particulate organic matter fraction meet the criteria for a model soil organic matter pool.</a> Pedosphere. 29 (2), 195-203 (2019).</li><li>Kirkby, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stable+soil+organic+matter:+A+comparison+of+C:N:P:S+ratios+in+Australian+and+other+world+soils.">Stable soil organic matter: A comparison of C:N:P:S ratios in Australian and other world soils.</a> Geoderma. 163 (3-4), 197-208 (2011).</li><li>Strickland, T. C., Sollins, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+method+for+separating+light-+and+heavy-fraction+organic+material+from+soil.">Improved method for separating light- and heavy-fraction organic material from soil.</a> Soil Science Society of America Journal. 51 (5), 1390-1393 (1987).</li><li>Golchin, A., Oades, J. M., Skjemstad, J. O., Clarke, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+free+and+occluded+particulate+organic+matter+in+soils+by+solid+state+13C+Cp/MAS+NMR+spectroscopy+and+scanning+electron+microscopy.">Study of free and occluded particulate organic matter in soils by solid state 13C Cp/MAS NMR spectroscopy and scanning electron microscopy.</a> Soil Research. 32 (2), 285-309 (1994).</li><li>Theodorou, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nitrogen+transformations+in+particle+size+fractions+from+a+second+rotation+pine+forest+soil.">Nitrogen transformations in particle size fractions from a second rotation pine forest soil.</a> Communications in Soil Science and Plant Analysis. 21 (5-6), 407-413 (1990).</li><li>Kaiser, M., Ellerbrock, R. H., Sommer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separation+of+coarse+organic+particles+from+bulk+surface+soil+samples+by+electrostatic+attraction.">Separation of coarse organic particles from bulk surface soil samples by electrostatic attraction.</a> Soil Science Society of America Journal. 73 (6), 2118-2130 (2009).</li><li>Kuzyakov, Y., Biriukova, O., Turyabahika, F., Stahr, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrostatic+method+to+separate+roots+from+soil.">Electrostatic method to separate roots from soil.</a> Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 164 (5), 541 (2001).</li><li>Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NIH+Image+to+ImageJ:+25+years+of+image+analysis.">NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis.</a> Nature Methods. 9 (7), 671-675 (2012).</li></ol>

静电吸引法有效地从淤泥土壤中去除POM。此处描述的方法与使用玻璃/棉组合的凯撒等人10 略有不同。我们处理所有，但最好的土壤分数和使用聚苯乙烯，而不是玻璃由于三聚电的差异，其中聚苯乙烯/尼龙是100 nC/J相比，玻璃/棉花在20 nC/J12。玻璃和聚苯乙烯泡沫已被证明是有效和方便的，在最近的经验。在一年中的某些季节，存储区和工作空间的相对湿度可能?...

对土壤有机碳 （SOC） 的准确估计对于评估农业管理或环境所产生的变化非常重要。颗粒有机物（POM）在土壤的生态学和物理学中具有重要作用，但它往往是短暂的，并且因季节、水分条件、空气化、样品收集技术、最近的土壤管理、植被生命周期等几个因素而变化。这些暂时不稳定的来源可能会混淆对稳定和真正隔离土壤有机碳2的长期趋势的估计。
尽管 POM 定义明确、常见且重要，但与土壤分离并不容易，也不容易定量测量。颗粒有机物被测量为漂浮在液体中（光分，通常为1.4-2.2克厘米-3），或可按大小（例如，>53-250微米或>250微米）或两个3，4，5的组合。基于尺寸和密度的技术都可能影响 POM 测量4的定量和化学结果。仔细观察使用常规方法进行大小分割的土壤时，通常会发现长而窄的结构，如根部和穿过屏幕的叶片或茎片。简单地用手去除这些结构已被证明可以大大减少SC2，6的总测量，但该方法明显取决于操作员的勤奋和视觉敏锐度。POM 与土壤样本分离，因为在稠密液体7中上市时的光分数不会捕获所有 POM，在浮选过程中过度摇晃实际上可以减少从样品8中回收的光分数量。漂浮需要许多步骤，使土壤暴露在化学溶液中，这些化学溶液可以改变化学特性或溶解和去除可能感兴趣的成分。
已使用替代方法去除 POM，以避免或增加使用密集水溶液。柯克比等人6比较光分数去除使用两个上市程序干筛/赢取方法9。温诺翼是通过将一股轻流穿过一层薄薄的土壤，轻轻地将光从重的分数中移开来进行的。干筛/输赢在C、N、P和S内容方面与两种上市方法类似：然而，作者建议，干筛/温诺产生"稍微清洁"的土壤6。POM还利用静电电位10，11与土壤分离，其中有机颗粒通过在土壤上方通过静电表面进行分离。静电吸引法成功地从干燥、筛子（>0.315毫米）土壤中回收了POM，称为过程有机颗粒，其统计可重复性可与其他大小和密度分馏方法10可比。
在这里，我们演示如何使用静电吸引来去除从可见到显微大小的 POM。与其他报告的方法不同，细质土壤的静电吸引也会去除一小部分矿物和聚合土壤，这明显与剩余土壤类似。鉴于我们迄今的结果，有理由认为，清除一小部分非 POM 土壤不会对下游分析产生重大影响：但是，如果静电去除总土壤样本的很大一部分，则应验证这一假设。这里提供的方法和例子是在半干旱环境中的淤泥黄土上进行的。
这种方法可能不适合所有土壤类型，但具有快速高效去除颗粒有机物的优点，小到不能手动清除或通过气流去除。过程速度对于减少疲劳、确保一致性以及鼓励更大的复制以获得更好的结论准确性非常重要。此外，去除非常小的颗粒物的能力对于避免对较大而非小颗粒物大小的土壤的偏差非常重要。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>brush, camel-hair</td>
			<td></td>
			<td></td>
<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>petri dish, glass or plastic</td>
			<td></td>
<td></td>
<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>polystyrene foam, cotton or nylon cloth</td>
<td></td>
<td></td>
<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>soil</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>soil sieves</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electrostatic method to remove particulate organic matter from soil

土壤有机碳的估计取决于土壤处理方法，包括去除未分解的植物材料。根部和植物材料与土壤的分离不足可能导致碳测量发生高度可变。去除植物材料的方法通常仅限于最大、最显眼的植物材料。在这份手稿中，我们描述了静电吸引力如何用于从土壤样本中去除植物材料。电静电表面经过接近干燥土壤时，自然会吸引未分解和部分分解的植物颗粒，以及少量的矿物和聚合土壤。土壤样本分布在平坦表面或土壤筛子上的薄层中。塑料或玻璃培养皿通过摩擦聚苯乙烯泡沫或尼龙或棉布而静电充电。带电的菜反复通过土壤。然后，将菜刷干净并充电。重新铺开土壤并重复该过程最终导致颗粒物产量下降。这个过程去除大约1%到5%的土壤样本，大约2到3倍于有机碳的比例。与其他颗粒清除方法一样，终点是任意的，并非所有免费颗粒物都被移除。这个过程大约需要5分钟，不需要化学过程，密度上市方法也是如此。静电电感一致地去除浓度高于平均 C 浓度和 C：N 比率的材料，并且大部分材料可以在显微镜下直观地识别为植物或动物材料。

本文的结果表明，基于对西北太平洋农业用地淤泥土壤的分析（表1）。土壤收集到0-20厘米或0-30厘米的深度，在40°C干燥，通过2毫米筛子，并用用尼龙布充电的聚苯乙烯表面处理。
从样品中静态去除的土壤量各不相同。约1%至6%的土壤质量被移除（表2）。在所有情况下，清除的C样本总数比例都大于去?...

Watch this Scientific Journal Video about Electrostatic Method to Remove Particulate Organic Matter from Soil at JoVE.com

Electrostatic Method to Remove Particulate Organic Matter from Soil

从土壤样本中去除最近沉积和不完全分解的植物材料，可减少临时季节性输入对土壤有机碳测量的影响。吸引静电表面可以用来快速去除大量的颗粒有机物。

从土壤中去除颗粒有机物的静电方法

Estimations of soil organic carbon are dependent on soil processing methods including removal of undecomposed plant material. Inadequate separation of ...

静电吸引是减少土壤样本中颗粒有机物的有效方法。这种方法的主要优点是，需要最小的视觉判断，并适用于眼睛看不到的细颗粒。去除未分解的有机碎片可提高测量长期土壤碳储存的准确性和一致性。收集到所需的深度土壤样本后，在 40 摄氏度下彻底干燥。通过适当的侧面土壤筛筛筛选土壤，获得约10至25克筛土。将土壤放入干净的干金属或玻璃平底平底平底锅中，其大到足以使土壤变薄。轻轻水平摇动疼痛，将土壤尽可能薄地分布在一层薄的土壤中。一手拿着直径为100毫米的玻璃杯或聚苯乙烯培养皿顶部或底部，用一块干净的尼龙布、棉布或聚苯乙烯泡沫大力擦擦外表面数次。执行表面充电远离样品。完成后，检查培养皿的表面，以确保其清洁。将带电表面降低到土壤上方 0.5 到 2 厘米以内，然后水平移动，以拾取尽可能多的颗粒物。对表面的吸引力可以从视觉和声音上注意到。当培养皿不再吸引额外的颗粒时，将菜从样品中移开。要清洁静电表面，请将其托在收集盘上，并使用细刷将静电吸引的材料从培养皿表面转移到收集盘中。重复此过程，直到拾取的有机物颗粒数量减少。通过水平摇动土壤平底锅重新分配土壤样本，以暴露表面的新材料，并继续静电收集。通过对带电表面的目视检查确定终点，以确定是否从土壤中去除了大量有机颗粒物。该议定书用于分析太平洋西北地区农业用地的淤泥土壤。大约1%至6%的土壤质量被清除。在所有情况下，去除的碳样本总量比例都大于去除的土壤质量。静电去除土壤分数的碳浓度和碳氮比始终大于剩余土壤。环境条件和用于生产带电表面的材料组合影响了结果。通过从同一土壤样本中收集一系列三个静电样品来检查处理端点的影响。第一次处理收集的碳量最大。与剩余土壤相比，以下两种处理方法仍然富含碳。最后，在5个淤泥借用土壤上测试了通过53微米屏幕的细淤泥大小的颗粒材料的静电清除量。静电去除的分数显示颗粒有机物的富集很少。微观检查表明，颗粒有机物确实存在于土壤的细质土壤中，但数量很少。C 与 N 的比例趋于稳定，因为完全分解的有机物被去除。这可能导致更好的长期土壤有机物模型。

Research

JoVE Journal

Environment

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

Design and Operation of a Continuous 13C and 15N Labeling Chamber for Uniform or Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotope Labeling

设计一个连续和操作<sup&gt; 13</sup&gt; C和<sup&gt; 15</sup&gt;Ñ贴标商会统一或差分，代谢和结构，植物同位素标记

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

科研

环境科学

Assessment of Labile Organic Carbon in Soil Using Sequential Fumigation Incubation Procedures

活性有机碳评估土壤中连续熏蒸孵化程序

Management practices and environmental changes can alter soil nutrient and carbon cycling. Soil labile organic carbon, a readily decomposable C pool, is ...

A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes

一个插角Thermogradient表来控制土壤温度为评估植物生长和监测土壤过程

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a ...

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

了解溶解有机物生物地球化学通过<em&gt;原位</em&gt;在河流生态系统营养手法

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. ...

A Lipid Extraction and Analysis Method for Characterizing Soil Microbes in Experiments with Many Samples

用于表征土壤微生物的脂质提取和分析方法在许多样品的实验中

Microbial communities are important drivers and regulators of ecosystem processes. To understand how management of ecosystems may affect microbial ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in a Flow Tube Reactor

流管反应器中有机颗粒物的生产与测定

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in the Harvard Environmental Chamber

哈佛环境室内有机颗粒物的生产与测定

The production and the evolution of atmospheric organic particulate matter (PM) are insufficiently understood for accurate simulations of atmospheric ...

Improving Infrared Spectroscopy Characterization of Soil Organic Matter with Spectral Subtractions

利用光谱减法改进土壤有机质的红外光谱表征

Soil organic matter (SOM) underlies numerous soil processes and functions. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy detects infrared-active organic ...

Assessing the Particulate Matter Removal Abilities of Tree Leaves

树叶颗粒物去除能力的评价

Based on the conventional cleaning methods (water cleaning (WC) + brush cleaning (BC)), this study evaluated the influence of ultrasonic cleaning (UC) on ...

Use of Principal Components for Scaling Up Topographic Models to Map Soil Redistribution and Soil Organic Carbon

利用主成分扩展地形模型绘制土壤再分配和土壤有机碳

Landscape topography is a critical factor affecting soil formation and plays an important role in determining soil properties on the earth surface, as it ...