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

Dit werk werd uitsluitend ondersteund door USDA-ARS-basisfinanciering. De auteurs waarderen Mikayla Kelly, Caroline J. Melle, Alex Lasher, Emmi Klarer en Katherine Son zeer voor hun technische hulp.

1. Bodemvoorbereiding
<ol><li>Verzamel bodemmonsters tot de gewenste diepte. Droog de grond grondig bij 40 °C of volg labspecifieke standaardprotocollen.</li>
	<li>Zeef de grond door grondzeven van de juiste grootte om ongeveer 10-25 g gezeefde grond te verkrijgen. Veel studies gebruiken een zeef van 1 of 2 mm. De hoeveelheid grond is gebaseerd op de massa die nodig is voor de downstreamanalyses en heeft invloed op het aantal keren dat de elektrostatische verwijderingsstap moet worden herhaald.</li>
	<li>Plaats de gro...

<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>

De elektrostatische aantrekkingsmethode was effectief bij het verwijderen van POM uit de slib leembodems. De hier beschreven methode verschilt enigszins van Kaiser, et al.10 die een combinatie van glas/katoen gebruikten. We behandelden alles behalve de fijnste bodemfractie en gebruikten polystyreen in plaats van glas vanwege het tribo-elektrische verschil, dat voor polystyreen / nylon 100 nC / J is in vergelijking met glas / katoen bij 20 nC / J12. Glas en polystyreenschuim...

Nauwkeurige schattingen van organische koolstof in de bodem (SOC) zijn belangrijk bij het evalueren van veranderingen als gevolg van landbouwbeheer of het milieu. Fijnstof organisch materiaal (POM) heeft belangrijke functies in de ecologie en fysica van een bodem, maar het is vaak van korte duur en varieert op basis van verschillende factoren, waaronder seizoen, vochtomstandigheden, beluchting, monsterverzamelingstechnieken, recent bodembeheer, vegetatielevenscyclus en andere1. Deze tijdelijk onstabiele bronnen kunnen schattingen van langetermijntrends in stabiele en echt afgezonderde organische koolstof in de bodemverwarren 2.
Ondanks het feit dat POM goed gedefinieerd, gemeenschappelijk en belangrijk is, is pom niet gemakkelijk van de bodem te scheiden en is het ook niet gemakkelijk kwantitatief te meten. Organische deeltjes zijn gemeten als deeltjes die in vloeistoffen drijven (lichte fractie, meestal 1,4-2,2 g cm-3), of zoals die welke naar grootte kunnen worden gescheiden (bv. > 53-250 μm of > 250 μm), of een combinatie van de twee3,4,5. Zowel op grootte gebaseerde als op dichtheid gebaseerde technieken kunnen de kwantitatieve en chemische resultaten van POM-meting4beïnvloeden . Een zorgvuldige visuele inspectie van grond die met routinemethoden is gefractioneerd, onthult vaak lange, smalle structuren zoals wortels en stukjes blad of stengel die door het scherm zijn gegaan. Het is aangetoond dat het eenvoudig met de hand verwijderen van deze structuren de metingen van de totale SOC2,6 aanzienlijk vermindert, maar de methode is met name afhankelijk van de ijver en gezichtsscherpte van de exploitant. POM-scheiding van een bodemmonster omdat de lichte fractie tijdens flotatie in een dichte vloeistof7 niet alle POM vangt, en overmatig schudden tijdens het flotatieproces kan de hoeveelheid lichtfractie die uit een monster wordt teruggewonnen, daadwerkelijk verminderen8. Flotatie vereist vele stappen en stelt de bodem bloot aan chemische oplossingen die de chemische eigenschappen kunnen veranderen of kunnen oplossen en bestanddelen kunnen verwijderen die van belang kunnen zijn4.
Alternatieve methoden voor het verwijderen van POM zijn gebruikt om het gebruik van dichte waterige oplossingen te voorkomen of uit te breiden. Kirkby, et al.6 vergeleken lichte fractieverwijdering met behulp van twee flotatieprocedures met een droge zeef-/winnowingmethode9. Winnowing werd uitgevoerd door een lichte luchtstroom over een dunne laag grond te laten passeren om het licht voorzichtig weg te tillen van de zware fractie. De droge zeven/winnowing uitgevoerd op dezelfde manier als de twee flotatiemethoden met betrekking tot C, N, P en S inhoud; de auteurs suggereren echter dat droog zeven / winnowing "iets schonere" bodems produceerde6. POM is ook gescheiden van de bodem met behulp van elektrostatische aantrekkingskracht10,11 waarin organische deeltjes worden geïsoleerd door een elektrostatisch geladen oppervlak boven de grond te passeren. De elektrostatische aantrekkingsmethode heeft pom, ook wel natuurlijke deeltjes genoemd, met succes teruggewonnen uit gedroogde, gezeefde (> 0,315 mm) bodems met statistische herhaalbaarheid vergelijkbaar met andere methoden van grootte- en dichtheidsfractie10.
Hier laten we zien hoe elektrostatische aantrekkingskracht kan worden gebruikt om POM van groottes variërend van zichtbaar tot microscopisch te verwijderen. In tegenstelling tot andere gerapporteerde methoden verwijdert elektrostatische aantrekkingskracht van fijne grond ook een klein deel minerale en geaggregeerde grond die zichtbaar lijkt op de resterende grond. Gezien onze resultaten tot nu toe is het redelijk om aan te nemen dat het verwijderen van een klein deel van de niet-POM-grond geen substantieel effect zal hebben op de downstreamanalyses; deze veronderstelling moet echter voor een specifieke bodem worden geverifieerd als grote delen van het totale bodemmonster elektrostatisch worden verwijderd. De hier gegeven methoden en voorbeelden werden uitgevoerd op slib leem löss bodems uit een semi-droge omgeving.
Deze methode is misschien niet geschikt voor alle grondsoorten, maar heeft als voordeel dat het snel en efficiënt is in het verwijderen van deeltjes organisch materiaal dat te klein is om handmatig of door een luchtstroom te verwijderen. Processnelheid is belangrijk bij het verminderen van vermoeidheid, het waarborgen van consistentie en het aanmoedigen van meer replicatie voor een betere nauwkeurigheid van conclusies. Bovendien is het vermogen om zeer kleine deeltjes te verwijderen belangrijk om bias naar bodems met grotere in plaats van kleine deeltjesgroottes te voorkomen.

<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

Schattingen van organische koolstof in de bodem zijn afhankelijk van bodemverwerkingsmethoden, waaronder verwijdering van niet-afgebroken plantaardig materiaal. Onvoldoende scheiding van wortels en plantaardig materiaal van de bodem kan leiden tot zeer variabele koolstofmetingen. Methoden om het plantmateriaal te verwijderen zijn vaak beperkt tot de grootste, meest zichtbare plantaardige materialen. In dit manuscript beschrijven we hoe elektrostatische aantrekkingskracht kan worden gebruikt om plantmateriaal uit een bodemmonster te verwijderen. Een elektrostatisch geladen oppervlak dat dicht bij droge grond wordt doorgegeven, trekt van nature zowel ongedecomposeerde als gedeeltelijk ontbonden plantendeeltjes aan, samen met een kleine hoeveelheid minerale en geaggregeerde grond. Het bodemmonster wordt in een dunne laag op een vlak oppervlak of een bodemzeef verspreid. Een plastic of glazen petrischaal wordt elektrostatisch opgeladen door te wrijven met polystyreenschuim of nylon of katoenen doek. De opgeladen schotel wordt herhaaldelijk over de grond gepasseerd. De schotel wordt vervolgens schoongeborsteld en opgeladen. Het opnieuw verspreiden van de grond en het herhalen van de procedure resulteert uiteindelijk in een afnemende opbrengst van deeltjes. Het proces verwijdert ongeveer 1 tot 5% van het bodemmonster en ongeveer 2 tot 3 keer dat aandeel in organische koolstof. Net als andere methoden voor het verwijderen van deeltjes is het eindpunt willekeurig en worden niet alle vrije deeltjes verwijderd. Het proces duurt ongeveer 5 minuten en vereist geen chemisch proces, net als dichtheidsflotatiemethoden. Elektrostatische aantrekkingskracht verwijdert consequent materiaal met een hogere dan gemiddelde C-concentratie en C:N-verhouding, en veel van het materiaal kan visueel worden geïdentificeerd als plantaardig of faunamateriaal onder een microscoop.

De hier gepresenteerde resultaten zijn gebaseerd op de analyse van slib leembodems van landbouwlocaties in het noordwesten van de Stille Oceaan (tabel 1). Bodems werden verzameld tot een diepte van 0-20 cm of 0-30 cm, gedroogd bij 40 °C, door een zeef van 2 mm en behandeld met een polystyreenoppervlak geladen met een nylon doek.
De hoeveelheid grond die elektrostatisch uit een monster is verwijderd, varieerde. ...

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

Het verwijderen van recent afgezet en onvolledig afgebroken plantenmateriaal uit bodemmonsters vermindert de invloed van tijdelijke seizoensinputs op organische koolstofmetingen in de bodem. Aantrekkingskracht op een elektrostatisch geladen oppervlak kan worden gebruikt om snel een aanzienlijke hoeveelheid organisch deeltjesmateriaal te verwijderen.

Elektrostatische methode om organisch materiaal van deeltjes uit de bodem te verwijderen

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

Elektrostatische aantrekkingskracht is een efficiënte manier om organisch materiaal in een bodemmonster te verminderen. Het belangrijkste voordeel van deze methode is dat het minimale visuele oordeel vereist en werkt op fijne deeltjes die niet zichtbaar zijn voor het oog. Het verwijderen van niet-afgebroken organische fragmenten verbetert de nauwkeurigheid en consistentie bij het meten van koolstofopslag in de bodem op lange termijn.Na het verzamelen van bodemmonsters op de gewenste diepte, droog ze grondig op 40 graden Celsius. Zeef de grond door geschikte zijden grondzeven om ongeveer 10 tot 25 gram gezeefde grond te verkrijgen. Plaats de grond in een schoon droog metaal of een glazen pan met platte bodem die groot genoeg is om de grond dun te verspreiden.Schud de pijn voorzichtig horizontaal om de grond in een zo dun mogelijke laag te verdelen. Houd een glas met een diameter van 100 mm of een polystyreen Petrischaal boven of onder in één hand en wrijf het buitenoppervlak meerdere keren krachtig in met een schoon stuk nylondoek, katoenen doek of polystyreenschuim. Voer het opladen van het oppervlak uit de buurt van het monster uit.Als u klaar bent, inspecteer dan het oppervlak van de Petrischaal om er zeker van te zijn dat deze schoon is. Laat het geladen oppervlak zakken tot 0,5 tot 2 centimeter boven de grond en beweeg het horizontaal om zoveel mogelijk deeltjes op te nemen. Aantrekkingskracht op het oppervlak kan visueel en hoorbaar worden opgemerkt.Wanneer de Petrischaal geen extra deeltjes meer aantrekt, verplaatst u de schaal uit de buurt van het monster. Om het elektrostatische oppervlak schoon te maken, houdt u het boven een opvangschaal en gebruikt u een fijne borstel om het elektrostatisch aangetrokken materiaal van het petrischaaloppervlak in de opvangschaal over te brengen. Herhaal dit proces totdat het aantal organische stofdeeltjes dat wordt opgepikt afneemt.Herverdeel het bodemmonster door horizontaal schudden van de grondpan om nieuw materiaal aan het oppervlak bloot te leggen en elektrostatische verzameling voort te zetten. Bepaal het eindpunt door visuele inspectie van het geladen oppervlak om te bepalen of een aanzienlijke hoeveelheid organische deeltjes uit de bodem is verwijderd. Dit protocol werd gebruikt voor de analyse van slib leembodems van landbouwlocaties in het Noordwesten van de Stille Oceaan.Ongeveer 1%tot 6% van de totale bodemmassa werd verwijderd. In alle gevallen was het aandeel van de totale verwijderde monsterkoolstof groter dan de verwijderde bodemmassa. De koolstofconcentratie en koolstof/stikstofverhouding van de elektrostatisch verwijderde bodemfractie was altijd groter dan de resterende grond.De omgevingsomstandigheden en de combinatie van materialen die worden gebruikt om het geladen oppervlak te produceren, beïnvloedden de resultaten. De effecten van behandelingseindpunten werden onderzocht door een reeks van drie elektrostatische monsters achter elkaar uit hetzelfde bodemmonster te verzamelen. De eerste behandeling verzamelde de grootste hoeveelheid koolstof.De volgende twee behandelingen waren nog steeds sterk verrijkt met koolstof in vergelijking met de resterende grond. Ten slotte werd de hoeveelheid fijnstof die elektrostatisch kon worden verwijderd uit de fijne fractie ter grootte van slib die door een scherm van 53 micrometer ging, getest op vijf slibvrije bodems. De elektrostatisch verwijderde fracties vertoonden zeer weinig verrijking van organisch materiaal in deeltjes.Microscopische inspectie toonde aan dat er wel fijnstof in de fijne bodemfractie van de bodem aanwezig is, maar in zeer kleine hoeveelheden. De C/N-verhouding heeft de neiging zich te stabiliseren, omdat in volledig ontbonden organisch materiaal wordt verwijderd. Dit kan leiden tot betere modellen van organisch materiaal in de bodem op lange termijn.

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

Opzet en werking van een continue<sup&gt; 13</sup&gt; C<sup&gt; 15</sup&gt; N Labeling Kamer voor Uniform of Differentieel, Metabole en structurele, Plant isotooplabelen

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

Beoordeling van de labiele organische koolstof in de bodem met behulp van Sequential Fumigatiediensten Incubation Procedures

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

Een Gusseted Thermogradient Tabel naar grondtemperaturen controle voor het evalueren van Plant Groei en Monitoring bodemprocessen

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

Het begrijpen van opgeloste organische stof Biogeochemie Through<em&gt; In Situ</em&gt; Nutrient manipulaties in Stroom 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

Een methode voor de extractie en analyse van lipiden voor het karakteriseren van bodemmicrobollen in experimenten met veel monsters

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

Productie en meting van organische deeltjes in een Flow buis Reactor

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

Productie en meting van organische deeltjes in de Harvard milieu zaal

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

Verbetering van infrarood spectroscopie karakterisering van organisch bodemmateriaal met spectrale aftrekken

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

Beoordeling van de zwevende deeltjes verwijderen capaciteiten van boom verlaat

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

Gebruik van Principal Components voor schaalvergroting van modellen van de topografische kaart van herverdeling van de bodem en bodemverontreiniging organische koolstof

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