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

עבודה זו נתמכה אך ורק על ידי מימון בסיס USDA-ARS. המחברים מעריכים מאוד את מיקאילה קלי, קרוליין ג'יי מל, אלכס לאשר, אמי קלרר וקתרין סון על עזרתם הטכנית.

1. הכנת קרקע
<ol><li>לאסוף דגימות אדמה לעומק הרצוי. לייבש ביסודיות את הקרקע ב 40 מעלות צלזיוס או בעקבות פרוטוקולים סטנדרטיים ספציפיים למעבדה.</li>
	<li>מסננים את האדמה באמצעות מסננות אדמה בגודל מתאים כדי להשיג כ 10-25 גרם של אדמה מנופה. מחקרים רבים משתמשים במסננת של 1 או 2 מ"מ. כמות הקרקע מבוססת על המסה ...

<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>

שיטת המשיכה האלקטרוסטטית הייתה יעילה בהסרת POM מקרקעות לואם הסחף. השיטה המתוארת כאן שונה במקצת מקייזר, ואח'10 שהשתמשה בשילוב של זכוכית / כותנה. טיפלנו בכל שברי הקרקע מלבד הטובים ביותר והשתמשנו בפוליסטירן ולא בזכוכית בגלל ההבדל הטריבואלקטרי, שעבור פוליסטירן / ניילון הוא 100 nC / J לע?...

הערכות מדויקות של פחמן אורגני בקרקע (SOC) חשובות בהערכת שינויים הנובעים מניהול חקלאי או מהסביבה. חומר אורגני חלקיקי (POM) יש פונקציות חשובות באקולוגיה ובפיזיקה של אדמה אבל זה לעתים קרובות קצר חי ומשתנה בהתבסס על מספר גורמים כולל העונה, תנאי לחות, aeration, טכניקות איסוף מדגם, ניהול הקרקע האחרונות, מחזור החיים צמחייה, ואחרים1. מקורות לא יציבים אלה יכולים לבלבל הערכות של מגמות ארוכות טווח באדמה יציבה ומבודדת באמת פחמן אורגני2.
למרות היותו מוגדר היטב, נפוץ, וחשוב, POM אינו מופרד בקלות מן הקרקע וגם לא קל למדוד כמותית. חומר אורגני חלקיקי נמדד ככזה שצף בנוזלים (שבר אור, בדרך כלל 1.4-2.2 גרםס"מ -3), או ככזה שניתן להפריד לפי גודל (למשל, > 53-250 מיקרומטר או > 250 מיקרומטר), או שילוב של שני3,4,5. הן טכניקות מבוססות גודל והן טכניקות מבוססות צפיפות יכולות להשפיע על התוצאות הכמותיות והכימיות של מדידת POM4. בדיקה ויזואלית קפדנית של אדמה שעברה שברי גודל בשיטות שגרתיות מגלה לעתים קרובות מבנים ארוכים וצרים כמו שורשים ורסיסים של עלה או גזע שעברו דרך המסך. כל שעליך לעשות הוא להסיר מבנים אלה ביד הוכח להפחית באופן משמעותי את המדידות של SOC הכולל2,6 אבל השיטה כפופה בעיקר חריצות חדות חזותית של המפעיל. הפרדת POM מדגם קרקע כמו שבר האור במהלך ציפה בנוזל צפוף7 אינו לוכד את כל POM, ורעידות מוגזמות במהלך תהליך הציפה יכול למעשה להפחית את כמות שבר האור התאושש מדגם8. ציפה דורשת צעדים רבים וחושפת את הקרקע לפתרונות כימיים שיכולים לשנות את המאפיינים הכימיים או להתמוסס ולהסיר מרכיבים שעשויים להיותמעניינים 4.
שיטות חלופיות להסרת POM שימשו כדי למנוע או להגדיל את השימוש בפתרונות מימיים צפופים. Kirkby, ואח'6 השווה הסרת שבר אור באמצעות שני הליכי ציפה לשיטת מסננת / winnowing יבש9. Winnowing בוצע על ידי העברת זרם קל של אוויר על פני שכבה דקה של אדמה כדי להרים בעדינות את האור מהשבר הכבד. ההטיה היבשה/winnowing בוצעה באופן דומה לשתי שיטות הציפה ביחס לתוכן C, N, P ו- S; עם זאת, המחברים מציעים כי מסננת יבשה / winnowing מיוצר "מעט נקי" קרקעות6. POM גם הופרד מאדמה באמצעות משיכה אלקטרוסטטית10,11 שבו חלקיקים אורגניים מבודדים על ידי העברת משטח טעון אלקטרוסטטית מעל הקרקע. שיטת המשיכה האלקטרוסטטית התאוששה בהצלחה POM, המכונה כמובן חלקיקים אורגניים, מן יבש, מנופה (> 0.315 מ"מ) קרקעות עם חזרה סטטיסטית דומה לשיטות אחרות של גודל ושברצפיפות 10.
כאן אנו מדגימים כיצד משיכה אלקטרוסטטית יכולה לשמש להסרת POM של גדלים החל גלוי מיקרוסקופי. שלא כמו שיטות אחרות שדווחו, משיכה אלקטרוסטטית של אדמה עדינה גם מסירה חלק קטן של אדמה מינרלית ומצטברת שהיא בבירור כמו הקרקע הנותרת. בהתחשב בתוצאות שלנו עד כה, סביר להניח כי הסרת חלק קטן של אדמה שאינה POM לא תהיה השפעה מהותית על ניתוחים במורד הזרם; עם זאת, הנחה זו צריכה להיות מאומתת עבור אדמה מסוימת אם חלקים גדולים של מדגם הקרקע הכולל מוסרים אלקטרוסטטית. השיטות והדוגמאות שסופקו כאן בוצעו על קרקעות לולה סחף מסביבה צחיחה למחצה.
שיטה זו לא יכול להיות מתאים לכל סוגי הקרקע אבל יש את היתרונות של להיות מהיר ויעיל בהסרת חומר אורגני חלקיקי קטן מדי כדי להסיר באופן ידני או על ידי זרם אוויר. מהירות התהליך חשובה בהפחתת עייפות, הבטחת עקביות ועידוד שכפול גדול יותר לדיוק טוב יותר של מסקנות. בנוסף, היכולת להסיר חלקיקים קטנים מאוד חשובה במניעת הטיה כלפי קרקעות עם גדלי חלקיקים גדולים יותר ולא קטנים.

<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

אומדנים של פחמן אורגני בקרקע תלויים בשיטות עיבוד הקרקע כולל הסרת חומר צמחי שלא הוטל עליו. הפרדה לקויה של שורשים וחומר צמחי מהאדמה יכולה לגרום למדידות פחמן משתנות מאוד. שיטות להסרת החומר הצמחי מוגבלות לעתים קרובות לחומרים הצמחיים הגדולים והגלויים ביותר. בכתב יד זה אנו מתארים כיצד ניתן להשתמש באטרקציה אלקטרוסטטית כדי להסיר חומר צמחי מדגם אדמה. משטח טעון אלקטרוסטטית שעבר קרוב לאדמה יבשה מושך באופן טבעי חלקיקי צמחים לא מפורקים וחלקיים, יחד עם כמות קטנה של אדמה מינרלית ומצטברת. דגימת הקרקע מפוזרת בשכבה דקה על משטח שטוח או מסננת אדמה. צלחת פטרי פלסטיק או זכוכית טעונה אלקטרוסטטית על ידי שפשוף עם קצף פוליסטירן או ניילון או מטלית כותנה. המנה הטעונה מועברת שוב ושוב על האדמה. לאחר מכן המנה מוברשת נקייה ונטענת. הפצה מחדש של הקרקע וחזרה על ההליך בסופו של דבר גורמת לתפוקה פוחתת של חלקיקים. התהליך מסיר כ 1 עד 5% מדגם הקרקע, ועל 2 עד 3 פעמים את שיעור זה פחמן אורגני. בדומה לשיטות אחרות להסרת חלקיקים, נקודת הקצה שרירותית ולא כל החלקיקים החופשיים מוסרים. התהליך אורך כ-5 דקות ואינו דורש תהליך כימי כמו גם שיטות ציפה בצפיפות. משיכה אלקטרוסטטית מסירה באופן עקבי חומר עם ריכוז C גבוה מהממוצע ויחס C:N, וחלק גדול מהחומר יכול להיות מזוהה חזותית כחומר צמחי או פאונלי תחת מיקרוסקופ.

התוצאות המוצגות כאן מבוססות על ניתוח קרקעות סחף לואם מאתרים חקלאיים בצפון מערב האוקיינוס השקט(לוח 1). קרקעות נאספו לעומקים של 0-20 ס"מ או 0-30 ס"מ, מיובשים ב 40 מעלות צלזיוס, עברו דרך מסננת 2 מ"מ, וטופלו באמצעות משטח פוליסטירן טעון עם מטלית ניילון.
<p class="jove_content" fo:keep-togethe...

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

הסרת חומר צמחי שהופקד לאחרונה מפורק לחלוטין מדגימות קרקע מפחיתה את ההשפעה של תשומות עונתיות זמניות על מדידות פחמן אורגניות בקרקע. משיכה למשטח טעון אלקטרוסטטי יכול לשמש כדי להסיר במהירות כמות משמעותית של חומר אורגני חלקיקי.

שיטה אלקטרוסטטית להסרת חומר אורגני חלקיקי מאדמה

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

משיכה אלקטרוסטטית היא דרך יעילה להפחית חומר אורגני חלקיקי במדגם אדמה. היתרון העיקרי של שיטה זו הוא הדורש שיפוט חזותי מינימלי ועובד על חלקיקים עדינים שאינם גלויים לעין. הסרת שברים אורגניים שלא הוטל עליהם משפרת את הדיוק והעקביות במדידת אחסון פחמן קרקע לטווח ארוך.לאחר איסוף דגימות קרקע לעומק הרצוי, לייבש אותם ביסודיות ב 40 מעלות צלזיוס. לנפות את האדמה דרך הצדדים המתאימים קרקע מסננת כדי לקבל כ 10 עד 25 גרם של אדמה מנופה. מניחים את האדמה במתכת יבשה נקייה או במחבת תחתית שטוחה מזכוכית גדולה מספיק כדי שהאדמה תתפשט דק.בעדינות לנער את הכאב אופקית כדי להפיץ את האדמה בשכבה דקה ככל האפשר. החזק זכוכית בקוטר 100 מ"מ או צלחת פטרי פוליסטירן למעלה או למטה ביד אחת ולשפשף במרץ את המשטח החיצוני עם חתיכה נקייה של בד ניילון, בד כותנה או קצף פוליסטירן מספר פעמים. בצע את טעינת המשטח הרחק מהדגימה.כאשר סיים, לבדוק את פני השטח של צלחת פטרי כדי לוודא שהוא נקי. מנמיכים את המשטח הטעון עד למרחק של 0.5 עד 2 ס"מ מעל האדמה ומזיזים אותו אופקית כדי לקלוט כמה שיותר חומר חלקיקי. משיכה אל פני השטח ניתן לציין ויזואלית בקול רם.כאשר צלחת פטרי כבר לא מושך חלקיקים נוספים, להזיז את המנה מן המדגם. כדי לנקות את המשטח האלקטרוסטטי, החזיקו אותו מעל צלחת איסוף והשתמשו במברשת עדינה כדי להעביר את החומר הנמשך אלקטרוסטטית ממשטח צלחת פטרי לצלחת האיסוף. חזור על תהליך זה עד שמספר חלקיקי החומר האורגני הנקלטים יפחת.להפיץ מחדש את דגימת הקרקע על ידי טלטול אופקי של מחבת הקרקע כדי לחשוף חומר חדש על פני השטח ולהמשיך אוסף אלקטרוסטטי. קבע את נקודת הסיום על ידי בדיקה חזותית של המשטח הטעון כדי לקבוע אם כמות משמעותית של חלקיקים אורגניים הוסרה מהאדמה. פרוטוקול זה שימש לניתוח קרקעות סחף לואם מאתרים חקלאיים בצפון מערב האוקיינוס השקט.כ-1%עד 6% מסך מסת הקרקע הוסרה. בכל המקרים שיעור הפחמן המדגם הכולל שהוסר היה גדול יותר ממסת הקרקע שהוסרה. ריכוז הפחמן ויחס הפחמן לחנקן של שבר הקרקע שהוסר באופן אלקטרוסטטי תמיד היו גדולים יותר מהאדמה הנותרת.תנאי הסביבה ושילוב החומרים המשמשים לייצור המשטח הטעון השפיעו על התוצאות. ההשפעות של נקודות קצה של הטיפול נבדקו על ידי איסוף סדרה של שלוש דגימות אלקטרוסטטיות אחת אחרי השנייה מאותה דגימת אדמה. הטיפול הראשון אסף את הכמות הגדולה ביותר של פחמן.שני הטיפולים הבאים היו עדיין מועשרים מאוד בפחמן בהשוואה לאדמה הנותרת. לבסוף, כמות חומר החלקיקים שניתן להסיר באופן אלקטרוסטטי מהשבר הדק בגודל סחף שעבר דרך מסך 53 מיקרומטר נבדקה על חמש קרקעות הלוואה סחף. השברים שהוסרו באופן אלקטרוסטטי הדגימו מעט מאוד העשרה של חומר אורגני חלקיקי.בדיקה מיקרוסקופית גילתה כי חומר אורגני חלקיקי אכן קיים בחלק הקרקע הדק של הקרקעות אך בכמויות קטנות מאוד. יחס C עד N נוטה להתייצב כמו חומר אורגני מפורק לחלוטין מוסר. זה עלול להוביל מודלים טובים יותר של חומר אורגני קרקע לטווח ארוך.

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

עיצוב והפעלה של רציף<sup&gt; 13</sup&gt; C ו<sup&gt; 15</sup&gt; N תיוג הלשכה לאחיד או דיפרנציאלי, מטבולית ומבנית, צמח איזוטופ תיוג

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

הערכת פחמן אורגני יציב בקרקע שימוש סדרתית פומיגציה ונהלי דגירה

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

לוח א gusseted Thermogradient לשלוט טמפרטורות קרקע להערכת גדילת צמחי ניטור תהליכי אדמה

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

הבנה מומס אורגני Biogeochemistry דרך<em&gt; באתרו</em&gt; מניפולציות מזינות במערכות אקולוגיות זרמו

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

ליפיד הפקת וניתוח שיטה לאפיון קרקע חיידקים בניסויים עם דוגמאות רבות

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

ייצור, מדידה של החומר חלקיקים אורגניים כור צינור זרימה

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

ייצור, מדידה של חלקיקים אורגניים בבית הבליעה סביבתיים הרווארד

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

שיפור ספקטרוסקופית אינפרא אדום אפיון של חומר אורגני בקרקע עם המתחוללות ספקטרלי

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

הערכת היכולות הסרת חלקיקים של העץ עלים

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

השימוש של הרכיבים העיקריים עבור קנה מידה את סימון שבילים מודלים למיפוי פחמן אורגני הפצה אדמה וקרקע

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