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 arbeidet ble støttet utelukkende av USDA-ARS basefinansiering. Forfatterne setter stor pris på Mikayla Kelly, Caroline J. Melle, Alex Lasher, Emmi Klarer og Katherine Son for deres tekniske hjelp.

1. Jordforberedelse
<ol><li>Samle jordprøver til ønsket dybde. Tørk jorda grundig ved 40 °C eller etter laboratoriespesifikke standardprotokoller.</li>
	<li>Sikt jorda gjennom passende jordsikter for å oppnå ca. 10-25 g siktet jord. Mange studier bruker en 1- eller 2 mm sikt. Mengden jord er basert på massen som kreves for nedstrømsanalysene og vil påvirke antall ganger det elektrostatiske fjerningstrinnet må gjentas.</li>
	<li>Legg jorda i en ren, tørr metall eller glass flatbunnet panne som er stor nok til...

<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 tiltrekningsmetoden var effektiv for å fjerne POM fra silt loam jord. Metoden som er beskrevet her er litt forskjellig fra Kaiser, et al.10 som brukte en kombinasjon av glass / bomull. Vi behandlet alle unntatt den fineste jordfraksjonen og brukte polystyren i stedet for glass på grunn av triboelektrisk forskjell, som for polystyren / nylon er 100 nC / J sammenlignet med glass / bomull ved 20 nC / J12. Glass og polystyrenskum har vist seg å være effe...

Nøyaktige estimater av jord organisk karbon (SOC) er viktige for å evaluere endringer som følge av landbruksforvaltning eller miljø. Partikkel organisk materiale (POM) har viktige funksjoner i jordens økologi og fysikk, men det er ofte kortvarig og varierer basert på flere faktorer, inkludert sesong, fuktighetsforhold, lufting, prøveinnsamlingsteknikker, nyere jordforvaltning, vegetasjonslivssyklus og andre1. Disse tidsmessig ustabile kildene kan forvirre estimater av langsiktige trender i stabil og virkelig beslaglagt jord organisk karbon2.
Til tross for å være veldefinert, vanlig og viktig, er POM ikke lett skilt fra jord, og det er heller ikke lett å måle kvantitativt. Svevestøv organisk materiale har blitt målt som det som flyter i væsker (lett brøkdel, vanligvis 1,4-2,2 g cm-3), eller som det som kan skilles etter størrelse (f.eks. > 53-250 μm eller > 250 μm), eller en kombinasjon av de to3,4,5. Både størrelsesbaserte og tetthetsbaserte teknikker kan påvirke de kvantitative og kjemiske resultatene av POM-måling4. En nøye visuell inspeksjon av jord som har blitt størrelsesfraksjonert ved hjelp av rutinemetoder, avslører ofte lange, smale strukturer som røtter og slivers av blad eller stamme som har gått gjennom skjermen. Bare å fjerne disse strukturene for hånd har vist seg å redusere målinger av total SOC2,6 betydelig,men metoden er spesielt gjenstand for operatørens flid og synsskarphet. POM-separasjon fra en jordprøve som lysfraksjon under flotasjon i en tett væske7 fanger ikke opp all POM, og overdreven risting under flotasjonsprosessen kan faktisk redusere mengden lysfraksjon som gjenopprettes fra en prøve8. Flotasjon krever mange trinn og utsetter jorda for kjemiske løsninger som kan endre de kjemiske egenskapene eller oppløse og fjerne bestanddeler som kan være av interesse4.
Alternative metoder for fjerning av POM har blitt brukt for å unngå eller forsterke bruken av tette vandige løsninger. Kirkby, et al.6 sammenlignet lett brøkfjerning ved hjelp av to flyteprosedyrer til en tørr sikting / winnowing-metode9. Winnowing ble utført ved å passere en lett luftstrøm over et tynt lag jord for forsiktig å løfte bort lyset fra den tunge brøkdelen. Den tørre siktingen/winnowing utført på samme måte som de to flytemetodene med hensyn til C-, N-, P- og S-innhold; Forfatterne foreslår imidlertid at tørr sikting / winnowing produserte "litt renere" jord6. POM har også blitt skilt fra jord ved hjelp av elektrostatisk tiltrekning10,11 der organiske partikler er isolert ved å passere en elektrostatisk ladet overflate over jorda. Den elektrostatiske tiltrekningsmetoden gjenvunnet VELLYKKET POM, referert til som kurs organiske partikler, fra tørket, siktet (> 0,315 mm) jord med statistisk repeterbarhet som kan sammenlignes med andre metoder for størrelse og tetthet fraksjonering10.
Her demonstrerer vi hvordan elektrostatisk tiltrekning kan brukes til å fjerne POM av størrelser som spenner fra synlig til mikroskopisk. I motsetning til andre rapporterte metoder fjerner elektrostatisk tiltrekning av fin jord også en liten del av mineral og aggregert jord som er synlig som den gjenværende jorda. Gitt våre resultater til dags dato, er det rimelig å anta at fjerning av en liten del av ikke-POM jord ikke vil ha noen vesentlig effekt på nedstrømsanalysene; Denne antagelsen bør imidlertid verifiseres for en bestemt jord hvis store deler av den totale jordprøven fjernes elektrostatisk. Metodene og eksemplene som ble gitt her ble utført på silt loam loess jord fra et halvtørrt miljø.
Denne metoden er kanskje ikke egnet for alle jordtyper, men har fordelene ved å være rask og effektiv i å fjerne svevestøv organisk materiale for lite til å fjerne manuelt eller med en luftstrøm. Prosesshastighet er viktig for å redusere tretthet, sikre konsistens og oppmuntre til større replikering for bedre nøyaktighet av konklusjoner. I tillegg er evnen til å fjerne svært små partikler viktig for å unngå skjevhet mot jord med større i stedet for små partikkelstørrelser.

<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

Beregninger av organisk jordkarbon er avhengig av jordbehandlingsmetoder, inkludert fjerning av ukomponert plantemateriale. Utilstrekkelig separasjon av røtter og plantemateriale fra jord kan resultere i svært variable karbonmålinger. Metoder for å fjerne plantematerialet er ofte begrenset til de største, mest synlige plantematerialene. I dette manuskriptet beskriver vi hvordan elektrostatisk tiltrekning kan brukes til å fjerne plantemateriale fra en jordprøve. En elektrostatisk ladet overflate som passerer nær tørr jord tiltrekker seg naturlig både ukomponerte og delvis nedbrutte plantepartikler, sammen med en liten mengde mineral og aggregert jord. Jordprøven er spredt i et tynt lag på en flat overflate eller en jordsikte. En petriskål av plast eller glass lades elektrostatisk ved å gni med polystyrenskum eller nylon eller bomullsklut. Den ladede parabolen overføres gjentatte ganger over jorda. Retten børstes deretter ren og lades opp. Re-spredning av jorda og gjenta prosedyren resulterer til slutt i et avtagende utbytte av partikler. Prosessen fjerner ca 1 til 5% av jordprøven, og ca 2 til 3 ganger den andelen i organisk karbon. Som andre partikkelfjerningsmetoder er endepunktet vilkårlig og ikke alle frie partikler fjernes. Prosessen tar ca. 5 min og krever ikke en kjemisk prosess som tetthetsflotasjonsmetoder. Elektrostatisk tiltrekning fjerner konsekvent materiale med høyere enn gjennomsnittlig C-konsentrasjon og C:N-forhold, og mye av materialet kan identifiseres visuelt som plante- eller faunamateriale under et mikroskop.

Resultatene som presenteres her er basert på analyse av silt loam jord fra landbrukssteder i Stillehavet Nordvest (Tabell 1). Jord ble samlet til dybder på 0-20 cm eller 0-30 cm, tørket ved 40 °C, passert gjennom en 2 mm sil og behandlet med en polystyrenoverflate ladet med en nylonklut.
Mengden jord elektrostatisk fjernet fra en prøve varierte. Omtrent 1% til 6% av den totale jordmassen ble fjernet (<stron...

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

Fjerning av nylig avsatt og ufullstendig dekomponert plantemateriale fra jordprøver reduserer påvirkningen av midlertidige sesongbaserte innganger på jord organiske karbonmålinger. Tiltrekning til en elektrostatisk ladet overflate kan brukes til raskt å fjerne en betydelig mengde partikkel organisk materiale.

Elektrostatisk metode for å fjerne partikkel organisk materiale fra jord

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

Elektrostatisk tiltrekning er en effektiv måte å redusere partikler organisk materiale i en jordprøve. Den største fordelen med denne metoden er at krever minimal visuell dømmekraft og fungerer på fine partikler som ikke er synlige for øyet. Fjerning av ukomponerte organiske fragmenter forbedrer nøyaktigheten og konsistensen ved måling av langsiktig lagring av jordkarbon.Etter å ha samlet jordprøver til ønsket dybde, tørk dem grundig ved 40 grader Celsius. Sikt jorda gjennom passende sider jordsikter for å oppnå ca 10 til 25 gram siktet jord. Legg jorda i et rent tørt metall eller en flat bunnpanne av glass som er stor nok til at jorda kan spres tynt.Rist forsiktig smerten horisontalt for å fordele jorda i så tynt lag som mulig. Hold en 100 mm diameter glass eller en polystyren Petri tallerken topp eller bunn i den ene hånden og kraftig gni den ytre overflaten med et rent stykke nylon klut, bomull klut eller polystyren skum flere ganger. Utfør overflateladingen vekk fra prøven.Når du er ferdig, inspiser overflaten av Petri-parabolen for å sikre at den er ren. Senk den ladede overflaten til innen 0,5 til 2 centimeter over jorda og flytt den horisontalt for å plukke opp så mye svevestøvmateriale som mulig. Tiltrekning til overflaten kan noterres visuelt og hørbart.Når Petri-parabolen ikke lenger tiltrekker seg flere partikler, flytt parabolen bort fra prøven. For å rengjøre den elektrostatiske overflaten, hold den over en oppsamlingsfat og bruk en fin børste for å overføre det elektrostatisk tiltrukket materialet fra Petri-parabolens overflate til oppsamlingsfatet. Gjenta denne prosessen til antall organiske materiepartikler som plukkes opp reduseres.Omfordel jordprøven ved horisontal risting av jordpannen for å eksponere nytt materiale på overflaten og fortsette elektrostatisk innsamling. Bestem sluttpunktet ved visuell inspeksjon av den ladede overflaten for å avgjøre om en betydelig mengde organiske partikler er fjernet fra jorda. Denne protokollen ble brukt til analyse av silt loam jord fra landbrukssteder i Stillehavet Nordvest.Omtrent 1% til 6% av den totale jordmassen ble fjernet. I alle tilfeller var andelen av totalt prøvekarbon fjernet større enn jordmassen fjernet. Karbonkonsentrasjonen og karbon-til-nitrogen-forholdet mellom den elektrostatisk fjernede jordfraksjonen var alltid større enn den gjenværende jorda.Omgivelsesforholdene og kombinasjonen av materialer som brukes til å produsere den ladede overflaten påvirket resultatene. Virkningene av behandlingsendepunkter ble undersøkt ved å samle en serie på tre elektrostatiske prøver etter hverandre fra samme jordprøve. Den første behandlingen samlet den største mengden karbon.Følgende to behandlinger var fortsatt svært beriket i karbon sammenlignet med gjenværende jord. Til slutt ble mengden svevestøvmateriale som kunne fjernes elektrostatisk fra den fine silt-størrelse fraksjonen som passerte gjennom en 53 mikrometer skjerm testet på fem silt lån jord. De elektrostatisk fjernede fraksjonene viste svært lite berikelse av svevestøv organisk materiale.Mikroskopisk inspeksjon avslørte at svevestøv organisk materiale eksisterer i den fine jordfraksjonen av jorda, men i svært små mengder. C til N-forholdet har en tendens til å stabilisere seg da i helt nedbrutt organisk materiale fjernes. Dette kan føre til bedre modeller av langsiktig 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 av en kontinuerlig<sup&gt; 13</sup&gt; C og<sup&gt; 15</sup&gt; N Merking Chamber for Uniform eller Differential, Metabolic and Structural, Plant Isotop Merking

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 av labile organisk karbon i jord Bruke Sekvensiell utgassing Inkubasjon Prosedyrer

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 folde Thermogradient Table å kontrollere jordtemperaturer for Vurderer Plantevekst og overvåking Jord Prosesser

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

Forstå løst organisk materiale Biogeokjemi Gjennom<em&gt; In Situ</em&gt; Nærings manipulasjoner 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 lipidekstraksjons- og analysemetode for karakterisering av jordmikrober i eksperimenter 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

Produksjon og måling av organiske partikler i en flyt Tube 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

Produksjon og måling av organiske partikler i Harvard miljømessige kammeret

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

Forbedre infrarødspektroskopi karakteristikk av jord organisk materiale med spektral Subtractions

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

Vurdere svevestøv fjerning evner av tre blader

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

Bruk av rektor komponenter for skalering opp topografiske modeller å kartlegge jord distribusjon og jord organisk karbon

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