Name: electrostatic method to remove particulate organic matter from soil
Uploaded: 2021-02-10T13:30:00
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Ce travail a été soutenu uniquement par le financement de base de l’USDA-ARS. Les auteurs apprécient grandement Mikayla Kelly, Caroline J. Melle, Alex Lasher, Emmi Klarer et Katherine Son pour leur aide technique.

1. Préparation du sol
<ol><li>Prélever des échantillons de sol à la profondeur souhaitée. Sécher soigneusement le sol à 40 °C ou en suivant les protocoles standard spécifiques au laboratoire.</li>
	<li>Tamisez le sol à travers des tamis de sol de taille appropriée pour obtenir environ 10 à 25 g de sol tamisé. De nombreuses études utilisent un tamis de 1 ou 2 mm. La quantité de sol est basée sur la masse requise pour les analyses en aval et aura un impact sur le nombre de fois où l’étape d’élimina...

<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>

La méthode d’attraction électrostatique s’est efficace pour éliminer le POM des sols limoneux. La méthode décrite ici est légèrement différente de Kaiser, et al.10 qui utilisait une combinaison verre/coton. Nous avons traité tout sauf la fraction de sol la plus fine et avons utilisé du polystyrène plutôt que du verre en raison de la différence triboélectrique, qui pour le polystyrène / nylon est de 100 nC / J par rapport au verre / coton à 20 nC / J12. L...

Des estimations précises du carbone organique du sol (COS) sont importantes pour évaluer les changements résultant de la gestion agricole ou de l’environnement. La matière organique particulaire (POM) a des fonctions importantes dans l’écologie et la physique d’un sol, mais elle est souvent de courte durée et varie en fonction de plusieurs facteurs, notamment la saison, les conditions d’humidité, l’aération, les techniques de prélèvement d’échantillons, la gestion récente des sols, le cycle de vie de la végétation et autres1. Ces sources temporellement instables peuvent fausser les estimations des tendances à long terme du carbone organique stable et véritablement séquestré du sol2.
Bien qu’il soit bien défini, commun et important, le POM n’est pas facilement séparé du sol et n’est pas facile à mesurer quantitativement. Les matières organiques particulaires ont été mesurées comme celles qui flottent dans des liquides (fraction légère, typiquement 1,4-2,2 g cm-3),ou comme celle qui peut être séparée par la taille (par exemple, > 53-250 μm ou > 250 μm), ou comme une combinaison des deux3,4,5. Les techniques basées sur la taille et sur la densité peuvent influencer les résultats quantitatifs et chimiques de la mesure POM4. Une inspection visuelle minutieuse du sol qui a été fractionné à l’aide de méthodes de routine révèle souvent des structures longues et étroites comme des racines et des éclats de feuilles ou de tiges qui ont traversé l’écran. Il a été démontré que le simple retrait de ces structures à la main réduisait considérablement les mesures du SOC total2,6 mais la méthode est notamment soumise à la diligence et à l’acuité visuelle de l’opérateur. La séparation pom d’un échantillon de sol car la fraction légère lors de la flottation dans un liquide dense7 ne capte pas tout POM, et une secousse excessive pendant le processus de flottation peut effectivement réduire la quantité de fraction légère récupérée à partir d’un échantillon8. La flottation nécessite de nombreuses étapes et expose le sol à des solutions chimiques qui peuvent modifier les caractéristiques chimiques ou dissoudre et éliminer les constituants qui peuvent présenter un intérêt4.
D’autres méthodes d’élimination des POM ont été utilisées pour éviter ou augmenter l’utilisation de solutions aqueuses denses. Kirkby et coll.6 ont comparé l’élimination de la fraction légère à l’aide de deux procédures de flottation à une méthode de tamisage/vannage à sec9. Le vannage a été effectué en faisant passer un léger courant d’air à travers une fine couche de sol pour éloigner doucement la lumière de la fraction lourde. Le tamisage/vannage à sec a fonctionné de la même manière que les deux méthodes de flottaison en ce qui concerne la teneur en C, N, P et S; cependant, les auteurs suggèrent que le tamisage/vannage à sec a produit des sols « légèrement plus propres »6. Pom a également été séparé du sol par l’attraction électrostatique10,11 dans laquelle les particules organiques sont isolées en passant une surface chargée électrostatiquement au-dessus du sol. La méthode d’attraction électrostatique a réussi à récupérer le POM, appelées particules organiques de cours, à partir de sols séchés et tamisés (> 0,315 mm) avec une répétabilité statistique comparable à d’autres méthodes de fractionnement de taille et de densité10.
Ici, nous démontrons comment l’attraction électrostatique peut être utilisée pour éliminer les POM de tailles allant du visible au microscopique. Contrairement à d’autres méthodes rapportées, l’attraction électrostatique du sol fin élimine également une petite partie du sol minéral et agrégé qui ressemble visiblement au sol restant. Compte tenu de nos résultats à ce jour, il est raisonnable de supposer que l’enlèvement d’une petite partie du sol non POM n’aura pas d’effet substantiel sur les analyses en aval; toutefois, cette hypothèse devrait être vérifiée pour un sol particulier si de grandes proportions de l’échantillon total de sol sont enlevées électrostatiquement. Les méthodes et les exemples fournis ici ont été réalisés sur des sols limoneux limoneux provenant d’un environnement semi-aride.
Cette méthode peut ne pas convenir à tous les types de sol, mais présente les avantages d’être rapide et efficace pour éliminer les matières organiques particulaires trop petites pour être éliminées manuellement ou par un courant d’air. La vitesse du processus est importante pour réduire la fatigue, assurer la cohérence et encourager une plus grande réplication pour une meilleure précision des conclusions. De plus, la capacité d’éliminer les très petites particules est importante pour éviter les biais vers les sols de plus grande taille plutôt que de petite taille.

<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

Les estimations du carbone organique du sol dépendent des méthodes de traitement du sol, y compris l’élimination du matériel végétal non décomposé. Une séparation inadéquate des racines et du matériel végétal du sol peut entraîner des mesures de carbone très variables. Les méthodes d’enlever le matériel végétal sont souvent limitées aux matières végétales les plus grandes et les plus visibles. Dans ce manuscrit, nous décrivons comment l’attraction électrostatique peut être utilisée pour éliminer le matériel végétal d’un échantillon de sol. Une surface chargée électrostatiquement passée près d’un sol sec attire naturellement les particules végétales non décomposées et partiellement décomposées, ainsi qu’une petite quantité de sol minéral et agrégé. L’échantillon de sol est étalé en une fine couche sur une surface plane ou un tamis de sol. Une boîte de Petri en plastique ou en verre est chargée électrostatiquement en frottant avec de la mousse de polystyrène ou un chiffon de nylon ou de coton. Le plat chargé est passé à plusieurs reprises sur le sol. Le plat est ensuite brossé propre et rechargé. La réapplation du sol et la répétition de la procédure entraînent finalement une diminution du rendement en particules. Le procédé élimine environ 1 à 5% de l’échantillon de sol, et environ 2 à 3 fois cette proportion en carbone organique. Comme d’autres méthodes d’élimination des particules, le critère d’effet est arbitraire et toutes les particules libres ne sont pas éliminées. Le processus prend environ 5 min et ne nécessite pas de processus chimique comme le font les méthodes de flottation de densité. L’attraction électrostatique élimine systématiquement le matériau dont la concentration en C et le rapport C:N sont supérieurs à la moyenne, et une grande partie du matériau peut être identifiée visuellement comme un matériau végétal ou faunique au microscope.

Les résultats présentés ici sont fondés sur l’analyse des sols limoneux des sites agricoles du Nord-Ouest Pacifique (tableau 1). Les sols ont été recueillis à des profondeurs de 0 à 20 cm ou de 0 à 30 cm, séchés à 40 °C, passés à travers un tamis de 2 mm et traités à l’aide d’une surface en polystyrène chargée d’un chiffon en nylon.
La quantité de sol retirée électrostatiquement d?...

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Electrostatic Method to Remove Particulate Organic Matter from Soil

L’élimination du matériel végétal récemment déposé et incomplètement décomposé des échantillons de sol réduit l’influence des apports saisonniers temporaires sur les mesures du carbone organique du sol. L’attraction vers une surface chargée électrostatiquement peut être utilisée pour éliminer rapidement une quantité substantielle de matières organiques particulaires.

Procédé électrostatique pour éliminer les matières organiques particulaires du sol

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

L’attraction électrostatique est un moyen efficace de réduire les particules organiques dans un échantillon de sol. Le principal avantage de cette méthode est qu’elle nécessite un jugement visuel minimal et fonctionne sur les particules fines non visibles à l’œil nu. L’élimination des fragments organiques non décomposés améliore la précision et la cohérence dans la mesure du stockage à long terme du carbone dans le sol.Après avoir prélevé des échantillons de sol à la profondeur souhaitée, séchez-les soigneusement à 40 degrés Celsius. Tamisez le sol à travers les tamis de sol des côtés appropriés pour obtenir environ 10 à 25 grammes de sol tamisé. Placez le sol dans un métal propre et sec ou dans une casserole à fond plat en verre suffisamment grande pour que le sol soit étalé.Secouez doucement la douleur horizontalement pour répartir le sol en une couche aussi mince que possible. Tenez un verre de 100 mm de diamètre ou une boîte de Petri en polystyrène en haut ou en bas dans une main et frottez vigoureusement la surface extérieure avec un morceau propre de tissu en nylon, de tissu de coton ou de mousse de polystyrène plusieurs fois. Effectuez la charge de surface loin de l’échantillon.Lorsque vous avez terminé, inspectez la surface de la boîte de Pétri pour vous assurer qu’elle est propre. Abaissez la surface chargée à moins de 0,5 à 2 centimètres au-dessus du sol et déplacez-la horizontalement pour ramasser autant de particules que possible. L’attraction à la surface peut être notée visuellement et auditivement.Lorsque la boîte de Pétri n’attire plus de particules supplémentaires, éloignez la boîte de l’échantillon. Pour nettoyer la surface électrostatique, maintenez-la sur une boîte de collecte et utilisez une brosse fine pour transférer le matériau attiré électrostatiquement de la surface de la boîte de Petri dans la boîte de collecte. Répétez ce processus jusqu’à ce que le nombre de particules de matière organique captées diminue.Redistribuer l’échantillon de sol en secouant horizontalement le bac de sol pour exposer de nouveaux matériaux à la surface et poursuivre la collecte électrostatique. Déterminer le point final par une inspection visuelle de la surface chargée pour déterminer si une quantité importante de particules organiques a été éliminée du sol. Ce protocole a été utilisé pour l’analyse des sols limoneux des sites agricoles du nord-ouest du Pacifique.Environ 1 % à 6 % de la masse totale du sol a été enlevée. Dans tous les cas, la proportion du carbone total prélevé dans l’échantillon était supérieure à la masse du sol enlevée. La concentration de carbone et le rapport carbone/azote de la fraction de sol enlevée électrostatiquement étaient toujours supérieurs à ceux du sol restant.Les conditions ambiantes et la combinaison de matériaux utilisés pour produire la surface chargée ont affecté les résultats. Les effets des paramètres de traitement ont été examinés en prélevant une série de trois échantillons électrostatiques l’un après l’autre à partir du même échantillon de sol. Le premier traitement a recueilli la plus grande quantité de carbone.Les deux traitements suivants étaient encore fortement enrichis en carbone par rapport au sol restant. Enfin, la quantité de matières particulaires qui pouvait être éliminée électrostatiquement de la fraction fine de la taille d’un limon qui passait à travers un écran de 53 micromètres a été testée sur cinq sols de prêt de limon. Les fractions enlevées électrostatiquement ont démontré très peu d’enrichissement de matière organique particulaire.L’inspection microscopique a révélé que des matières organiques particulaires existent dans la fraction fine du sol des sols, mais en très petites quantités. Le rapport C/N tend à se stabiliser car dans la matière organique complètement décomposée est éliminée. Cela pourrait conduire à de meilleurs modèles de matière organique du sol à long terme.

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