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

Dette arbejde blev udelukkende støttet af USDA-ARS basisfinansiering. Forfatterne sætter stor pris på Mikayla Kelly, Caroline J. Melle, Alex Lasher, Emmi Klarer og Katherine Son for deres tekniske hjælp.

1. Jordforberedelse
<ol><li>Indsamle jordprøver til den ønskede dybde. Jorden tørres grundigt ved 40 °C eller efter laboratoriespecifikke standardprotokoller.</li>
	<li>Sigt jorden gennem jordsigte i passende størrelse for at opnå ca. 10-25 g sigtet jord. Mange undersøgelser bruger en 1- eller 2 mm sigte. Mængden af jord er baseret på den masse, der kræves til downstream-analyserne, og vil påvirke det antal gange, det elektrostatiske fjernelsestrin skal gentages.</li>
	<li>Placer jorden i en ren, tør metal ...

<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>

Den elektrostatiske attraktion metode var effektiv til at fjerne POM fra silt loam jord. Den her beskrevne metode er lidt forskellig fra Kaiser, et al.10, som brugte en kombination af glas/bomuld. Vi behandlede alle, men den fineste jord fraktion og brugte polystyren snarere end glas på grund af den triboelektriske forskel, som for polystyren / nylon er 100 nC / J i forhold til glas / bomuld på 20 nC / J12. Glas og polystyren skum har vist sig effektiv og bekvem i nyere e...

Nøjagtige skøn over organisk kulstof i jorden (SOC) er vigtige for vurderingen af ændringer som følge af landbrugsforvaltning eller miljø. Partikler organisk materiale (POM) har vigtige funktioner i en jords økologi og fysik, men det er ofte kortvarigt og varierer baseret på flere faktorer, herunder sæson, fugtforhold, befrugtning, prøveindsamlingsteknikker, nylig jordforvaltning, vegetationslivscyklus og andre1. Disse tidsmæssigt ustabile kilder kan forvirre estimater af langsigtede tendenser i stabilt og virkelig afsondret jord organisk kulstof2.
På trods af at pom er veldefineret, almindelig og vigtig, er den ikke let adskilt fra jorden, og den er heller ikke let at måle kvantitativt. Partikler organisk materiale er blevet målt som det, der flyder i væsker (let fraktion, typisk 1,4-2,2 g cm-3), eller som det, der kan adskilles efter størrelse (f.eks. > 53-250 μm eller > 250 μm) eller en kombination af de to3,4,5. Både størrelsesbaserede og tæthedsbaserede teknikker kan påvirke de kvantitative og kemiske resultater af POM-måling4. En omhyggelig visuel inspektion af jord, der er blevet størrelse-fraktioneret ved hjælp af rutinemæssige metoder ofte afslører lange, smalle strukturer som rødder og skiver af blade eller stilk, der har passeret gennem skærmen. Det har vist sig blot at fjerne disse strukturer manuelt at reducere målingerne af det samlede SOC2,6 betydeligt, men metoden er især underlagt operatørens flid og synsstyrke. POM-adskillelse fra en jordprøve, da lysfraktionen under flotationen i en tæt væske7 ikke fanger alle POM, og overdreven omrystning under flotationsprocessen kan faktisk reducere mængden af lysfraktion, der genvindes fra en prøve8. Flotation kræver mange trin og udsætter jorden for kemiske opløsninger, som kan ændre de kemiske egenskaber eller opløse og fjerne bestanddele, der kan være af interesse4.
Alternative metoder til fjernelse af POM er blevet brugt til at undgå eller øge brugen af tætte vandige opløsninger. Kirkby, et al.6 sammenlignet lys fraktion fjernelse ved hjælp af to flotation procedurer til en tør sigte / winnowing metode9. Winnowing blev udført ved at passere en lys strøm af luft over et tyndt lag jord til forsigtigt at løfte væk lyset fra den tunge fraktion. Den tørre sigte/winnowing fungerede på samme måde som de to flydemetoder med hensyn til C-, N-, P- og S-indhold. forfatterne foreslår dog, at tør sigtning / winnowing produceret "lidt renere" jord6. POM er også blevet adskilt fra jorden ved hjælp af elektrostatisk tiltrækning10,11, hvor organiske partikler isoleres ved at passere en elektrostatisk ladet overflade over jorden. Den elektrostatiske attraktionsmetode genvandt pom, benævnt kursus organiske partikler, fra tørrede, sigtet (> 0,315 mm) jord med statistisk repeterbarhed svarende til andre metoder til størrelse og tæthed fraktionering10.
Her demonstrerer vi, hvordan elektrostatisk tiltrækning kan bruges til at fjerne POM af størrelser lige fra synlige til mikroskopiske. I modsætning til andre rapporterede metoder fjerner elektrostatisk tiltrækning af fin jord også en lille del af mineralsk og aggregeret jord, der synligt ligner den resterende jord. I betragtning af vores hidtidige resultater er det rimeligt at antage, at fjernelsen af en lille del af jord, der ikke er pom-jord, ikke vil have nogen væsentlig indvirkning på downstream-analyserne. denne antagelse bør dog verificeres for en bestemt jord, hvis store andele af den samlede jordprøve fjernes elektrostatisk. De metoder og eksempler, der her er givet, blev udført på silt loam loess jord fra et halvtørret miljø.
Denne metode er muligvis ikke egnet til alle jordtyper, men har fordelene ved at være hurtig og effektiv til at fjerne partikler organisk materiale, der er for små til at fjerne manuelt eller ved en luftstrøm. Proceshastighed er vigtig for at reducere træthed, sikre konsistens og tilskynde til større replikation for bedre nøjagtighed af konklusioner. Derudover er evnen til at fjerne meget små partikler vigtig for at undgå bias mod jord med større snarere end små partikelstørrelser.

<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

Skøn over organisk kulstof i jorden er afhængige af jordforarbejdningsmetoder, herunder fjernelse af ukomponeret plantemateriale. Utilstrækkelig adskillelse af rødder og plantemateriale fra jorden kan resultere i meget variable kulstofmålinger. Metoder til at fjerne plantematerialet er ofte begrænset til de største, mest synlige plantematerialer. I dette manuskript beskriver vi, hvordan elektrostatisk tiltrækning kan bruges til at fjerne plantemateriale fra en jordprøve. En elektrostatisk ladet overflade, der passerer tæt på tør jord, tiltrækker naturligt både ukomponerede og delvist nedbrudte plantepartikler sammen med en lille mængde mineralsk og samlet jord. Jordprøven spredes i et tyndt lag på en flad overflade eller en jordsigte. En petriskål af plast eller glas oplades elektrostatisk ved at gnide med polystyrenskum eller nylon eller bomuldsklud. Den ladede skål passeres gentagne gange over jorden. Skålen børstes derefter ren og genoplades. Re-spredning af jorden og gentage proceduren i sidste ende resulterer i en faldende udbytte af partikler. Processen fjerner omkring 1 til 5% af jordprøven, og omkring 2 til 3 gange denne andel i organisk kulstof. Ligesom andre metoder til fjernelse af partikler er slutpunktet vilkårligt, og ikke alle frie partikler fjernes. Processen tager ca. 5 minutter og kræver ikke en kemisk proces, ligesom massefylde flotationsmetoder. Elektrostatisk tiltrækning fjerner konsekvent materiale med højere koncentration end gennemsnittet C og C:N-forholdet, og meget af materialet kan visuelt identificeres som plante- eller faunamateriale under et mikroskop.

De her fremlagte resultater er baseret på en analyse af silt loamjord fra landbrugsområder i det nordvestlige Stillehav (tabel 1). Jordbunden blev indsamlet til dybder på 0-20 cm eller 0-30 cm, tørret ved 40 °C, passeret gennem en 2 mm sigte og behandlet med en polystyrenoverflade ladet med en nylonklud.
Mængden af jord elektrostatisk fjernet fra en prøve varierede. Omkring 1-6% af den samlede jordmasse b...

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

Fjernelse af nyligt deponeret og ufuldstændigt nedbrudt plantemateriale fra jordprøver reducerer indflydelsen af midlertidige sæsonbestemte input på jordens organiske kulstofmålinger. Tiltrækning til en elektrostatisk ladet overflade kan bruges til hurtigt at fjerne en betydelig mængde partikler organisk materiale.

Elektrostatisk metode til fjernelse af partikler organisk materiale fra jorden

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

Elektrostatisk tiltrækning er en effektiv måde at reducere partikler organisk materiale i en jordprøve. Den største fordel ved denne metode er, at kræver minimal visuel dømmekraft og virker på fine partikler, der ikke er synlige for øjet. Fjernelse af ukomponerede organiske fragmenter forbedrer nøjagtigheden og konsistensen i målingen af langtidslagre af jord kulstof.Efter at have indsamlet jordprøver til den ønskede dybde, tør dem grundigt ved 40 grader Celsius. Sigt jorden gennem passende sider jord sigte for at opnå ca 10 til 25 gram sigtet jord. Placer jorden i et rent tørt metal eller en glas fladbundet gryde, der er stor nok til, at jorden kan spredes tynd.Ryst forsigtigt smerten vandret for at fordele jorden i så tyndt et lag som muligt. Hold et glas med en diameter på 100 mm eller en polystyren petriskål øverst eller nederst i den ene hånd, og gnid kraftigt ydersiden med et rent stykke nylonklud, bomuldsklud eller polystyrenskum flere gange. Udfør overfladeopladningen væk fra prøven.Når du er færdig, skal du inspicere overfladen af petriskålen for at sikre, at den er ren. Sænk den ladede overflade til inden for 0,5 til 2 centimeter over jorden og flyt den vandret for at hente så meget partikelmateriale som muligt. Tiltrækning til overfladen kan bemærkes visuelt og hørbart.Når petriskålen ikke længere tiltrækker yderligere partikler, skal du flytte skålen væk fra prøven. For at rengøre den elektrostatiske overflade skal du holde den over en opsamlingsskål og bruge en fin børste til at overføre det elektrostatisk tiltrukket materiale fra petriskålens overflade til opsamlingsfaden. Gentag denne proces, indtil antallet af partikler af organisk materiale, der afhentes, falder.Omfordel jordprøven ved vandret omrystning af jordpanden for at eksponere nyt materiale på overfladen og fortsætte elektrostatisk indsamling. Slutpunktet bestemmes ved visuel inspektion af den ladede overflade for at afgøre, om en betydelig mængde organiske partikler er blevet fjernet fra jorden. Denne protokol blev brugt til analyse af silt loam jord fra landbrugsområder i Pacific Northwest.Omkring 1%til 6% af den samlede jordmasse blev fjernet. I alle tilfælde var andelen af det samlede udtagne prøvekul mere end den fjernede jordmasse. Kulstofkoncentrationen og kulstof-til-nitrogen-forholdet i den elektrostatisk fjernede jordfraktion var altid større end den resterende jord.De omgivende forhold og kombinationen af materialer, der anvendes til fremstilling af den ladede overflade, påvirkede resultaterne. Virkningerne af behandlingsslutpunkter blev undersøgt ved at indsamle en serie på tre elektrostatiske prøver den ene efter den anden fra samme jordprøve. Den første behandling indsamlede den største mængde kulstof.De følgende to behandlinger var stadig stærkt beriget med kulstof i forhold til den resterende jord. Endelig blev mængden af partikelmateriale, der kunne fjernes elektrostatisk fra den fine siltstørrelsesfraktion, der passerede gennem en 53 mikrometer skærm, testet på fem siltlånsjord. De elektrostatisk fjernede fraktioner viste meget lidt berigelse af partikler organisk materiale.Mikroskopisk inspektion viste, at partikler organisk materiale findes i den fine jordfraktion af jorden, men i meget små mængder. C til N-forholdet har tendens til at stabilisere sig, da i fuldstændigt nedbrudt organisk materiale fjernes. Dette kan føre til bedre modeller af langsigtede jord organisk materiale.

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

Design og drift af en kontinuerlig<sup&gt; 13</sup&gt; C og<sup&gt; 15</sup&gt; N Mærkning Afdeling for Uniform eller differentiale, Metabolisk og Konstruktioner, Plant isotopmærkning

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

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

Vurdering af Labil organisk kulstof i jorden ved hjælp af Sekventiel Gasning Inkuberingsbetingelser Procedurer

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

En gusseted Thermogradient Table at styre Jord Temperaturer for Evaluering plantevækst og jordbundsovervågning Processer

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

Forståelse opløste organiske stoffer Biogeokemi Gennem<em&gt; In Situ</em&gt; Næringsstof Manipulationer i Stream Ecosystems

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

En lipidekstraktions- og analysemetode til karakterisering af jordmikrober i forsøg med mange prøver

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

Produktion og måling af organiske partikler i en Flow rør reaktor

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

Produktion og måling af organiske partikler i Harvard miljømæssige kammer

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

Forbedring af infrarød spektroskopi karakterisering af jordbundens organiske materiale med spektrale fradrag

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

Vurdering af partikler fjernelse evner af træet blade

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

Brug af Principal komponenter for optrapning topografisk modeller til kort jord omfordeling og jordbundens organiske kulstof

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