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

Эта работа была поддержана исключительно базовым финансированием USDA-ARS. Авторы высоко ценят Микайлу Келли, Кэролайн Дж. Мелле, Алекса Лэшера, Эмми Кларер и Кэтрин Сон за их техническую помощь.

1. Подготовка почвы
<ol><li>Соберите образцы почвы на нужную глубину. Тщательно высушите почву при 40 °C или в соответствии со стандартными лабораторными протоколами.</li>
	<li>Просейте почву через почвенные сита соответствующего размера, чтобы получить примерно 10-25 г просеянную почву. Во мног?...

<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>

Метод электростатического притяжения был эффективен при удалении POM из иловых суглинистых почв. Метод, описанный здесь, немного отличается от Kaiser et al.10, в котором использовалась комбинация стекла / хлопка. Мы обработали все, кроме тончайшей фракции почвы, и использовали пол?...

Точные оценки почвенного органического углерода (SOC) важны для оценки изменений, вызванных управлением сельским хозяйством или окружающей средой. Твердые частицы органического вещества (POM) имеют важные функции в экологии и физике почвы, но они часто недолговечны и варьируются в зависимости от нескольких факторов, включая сезон, условия влажности, аэрацию, методы сбора проб, недавнее управление почвой, жизненный цикл растительности и другие1. Эти временно нестабильные источники могут сбить с толку оценки долгосрочных тенденций стабильного и действительно изолированного почвенного органического углерода2.
Несмотря на то, что POM является четко определенным, общим и важным, его нелегко отделить от почвы и не легко измерить количественно. Органические твердые частицы были измерены как то, что плавает в жидкостях (легкая фракция, обычно 1,4-2,2 гсм-3),или как то, что может быть разделено по размеру (например, > 53-250 мкм или > 250 мкм), или как комбинация двух3,4,5. Как методы, основанные на размерах, так и на плотности, могут влиять на количественные и химические результаты измерения POM4. Тщательный визуальный осмотр почвы, которая была фракционирована по размеру с использованием обычных методов, часто выявляет длинные, узкие структуры, такие как корни и щепки листьев или стеблей, которые прошли через экран. Было показано, что простое удаление этих структур вручную существенно сокращает измерения общего SOC2,6, но метод особенно подвержен усердию и остроте зрения оператора. Отделение POM от образца почвы, так как легкая фракция во время флотации в плотной жидкости7 не захватывает все POM, а чрезмерное встряхивание во время процесса флотации может фактически уменьшить количество легкой фракции, извлеченной из образца8. Флотация требует многих этапов и подвергает почву воздействию химических растворов, которые могут изменять химические характеристики или растворять и удалять компоненты, которые могут представлять интерес4.
Альтернативные методы удаления POM были использованы, чтобы избежать или увеличить использование плотных водных растворов. Kirkby et al.6 сравнили удаление легкой фракции с использованием двух процедур флотации с методом сухого просеивания/взбивания9. Высыживание выполнялось путем пропускания легкого потока воздуха через тонкий слой почвы, чтобы мягко отогнать свет от тяжелой фракции. Сухое просеивание/взвинчивание выполнялось аналогично двум методам флотации в отношении содержания C, N, P и S; однако авторы предполагают, что сухое просеивание/всевывод производит «немного более чистые» почвы6. POM также был отделен от почвы с помощью электростатического притяжения10,11, в котором органические частицы выделяются путем прохождения электростатически заряженной поверхности над почвой. Методом электростатического притяжения успешно извлекали ПОМ, называемые курсовыми органическими частицами, из высушенных, просеянные (> 0,315 мм) грунты со статистической повторяемостью, сопоставимой с другими методами фракционирования размеров и плотности10.
Здесь мы демонстрируем, как электростатическое притяжение может быть использовано для удаления POM размеров от видимых до микроскопических. В отличие от других методов, электростатическое притяжение мелкой почвы также удаляет небольшую часть минеральной и агрегированной почвы, которая заметно похожа на оставшуюся почву. Учитывая наши результаты на сегодняшний день, разумно предположить, что удаление небольшой части почвы, не включаемой в POM, не окажет существенного влияния на анализы ниже по течению; однако это предположение должно быть проверено для конкретного грунта, если большие части общего образца почвы удаляются электростатическим путем. Методы и примеры, приведенные здесь, были выполнены на иловых суглинистых лёссовых почвах из полузасушливой среды.
Этот метод может не подходить для всех типов почв, но имеет преимущества в том, что он быстро и эффективно удаляет твердые частицы, слишком мелкие для удаления вручную или воздушным током. Скорость процесса важна для снижения усталости, обеспечения согласованности и поощрения большей репликации для большей точности выводов. Кроме того, способность удалять очень мелкие частицы важна для предотвращения смещения в сторону почв с большими, а не малыми размерами частиц.

<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

Оценки почвенного органического углерода зависят от методов обработки почвы, включая удаление неразложенного растительного материала. Недостаточное отделение корней и растительного материала от почвы может привести к сильно изменчивым измерениям углерода. Методы удаления растительного материала часто ограничиваются самыми крупными, наиболее заметными растительными материалами. В этой рукописи мы описываем, как электростатическое притяжение может быть использовано для удаления растительного материала из образца почвы. Электростатически заряженная поверхность, прошедшая близко к сухой почве, естественным образом притягивает как неразложенные, так и частично разложившуюся частицы растений, а также небольшое количество минеральной и агрегированной почвы. Образец почвы распределяют тонким слоем по ровной поверхности или почвенным ситом. Пластиковая или стеклянная чашка Петри электростатически заряжается трением пенополистирола или нейлоновой или хлопчатобумажной тканью. Заряженное блюдо многократно пропускается по почве. Затем блюдо очищают щеткой и подзаряжают. Повторное распределение почвы и повторение процедуры в конечном итоге приводит к снижению выхода твердых частиц. Процесс удаляет от 1 до 5% образца почвы и примерно в 2-3 раза больше доли органического углерода. Как и другие методы удаления твердых частиц, конечная точка является произвольной, и не все свободные частицы удаляются. Процесс занимает около 5 минут и не требует химического процесса, как это делают методы флотации плотности. Электростатическое притяжение последовательно удаляет материал с концентрацией C выше среднего и соотношением C:N, и большая часть материала может быть визуально идентифицирована как растительный или фаунистический материал под микроскопом.

Представленные здесь результаты основаны на анализе иловых суглинистых почв сельскохозяйственных участков на северо-западе Тихого океана(таблица 1). Почвы собирали на глубину 0-20 см или 0-30 см, сушили при 40 °C, пропускали через сито 2 мм и обрабатывали с помощью ?...

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

Удаление недавно осажденного и неполностью разложившегося растительного материала из образцов почвы снижает влияние временных сезонных поступлений на измерения органического углерода в почве. Притяжение к электростатически заряженной поверхности может быть использовано для быстрого удаления значительного количества твердых органических частиц.

Электростатический метод удаления твердых органических частиц из почвы

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

Электростатическое притяжение является эффективным способом уменьшения содержания твердых частиц в образце почвы. Основным преимуществом этого метода является то, что он требует минимального визуального суждения и работает на мелких частицах, не видимых глазу. Удаление неразложенных органических фрагментов повышает точность и последовательность в измерении долгосрочного накопления углерода в почве.После сбора образцов грунта на нужную глубину тщательно высушите их при 40 градусах Цельсия. Просейте почву через соответствующие боковые сита почвы, чтобы получить примерно от 10 до 25 граммов просеянную почву. Поместите почву в чистый сухой металл или стеклянную поддон с плоским дном, которая достаточно велика, чтобы почва была тонкой.Осторожно встряхните боль горизонтально, чтобы распределить почву как можно более тонким слоем. Держите в одной руке стекло диаметром 100 мм или чашку Петри из полистирола Петри и энергично протрите внешнюю поверхность чистым куском нейлоновой ткани, хлопчатобумажной ткани или пенополистирола несколько раз. Выполните поверхностную зарядку вдали от образца.Когда закончите, осмотрите поверхность чашки Петри, чтобы убедиться, что она чистая. Опунььте заряженную поверхность с точностью до 0,5-2 сантиметров над почвой и переместите ее горизонтально, чтобы собрать как можно больше твердых частиц. Притяжение к поверхности можно отметить визуально и звуково.Когда чашка Петри больше не притягивает дополнительные частицы, отодвините чашку от образца. Чтобы очистить электростатическую поверхность, подержите ее над тарелкой для сбора и используйте тонкую щетку для переноса электростатически притянутого материала с поверхности чашки Петри в чашку для сбора. Повторяйте этот процесс до тех пор, пока количество улавливаемых частиц органического вещества не уменьшится.Перераспределить образец почвы путем горизонтального встряхивания почвенного поддона, чтобы обнажить новый материал на поверхности и продолжить электростатический сбор. Определите конечную точку путем визуального осмотра заряженной поверхности, чтобы определить, было ли удалено значительное количество органических частиц из почвы. Этот протокол использовался для анализа иловых суглинистых почв сельскохозяйственных участков на северо-западе Тихого океана.Было удалено от 1% до 6% от общей массы почвы. Во всех случаях доля общего количества удаленного углерода в образце была больше, чем доля удаленной массы почвы. Концентрация углерода и отношение углерода к азоту электростатически удаленной фракции почвы всегда были больше, чем в оставшейся почве.Условия окружающей среды и комбинация материалов, используемых для производства заряженной поверхности, повлияли на результаты. Влияние конечных точек обработки было исследовано путем сбора серии из трех электростатических образцов один за другим из одного и того же образца почвы. При первой обработке было собрано наибольшее количество углерода.Следующие две обработки все еще были высоко обогащены углеродом по сравнению с оставшейся почвой. Наконец, количество твердых частиц, которые могут быть электростатически удалены из мелкой фракции размером с ил, которая прошла через 53-микрометровый экран, было протестировано на пяти иловых грунтах. Электростатически удаленные фракции продемонстрировали очень небольшое обогащение твердыми органическими частицами.Микроскопический осмотр показал, что твердые частицы органического вещества действительно существуют в мелкой почвенной фракции почв, но в очень небольших количествах. Соотношение C к N имеет тенденцию стабилизироваться, так как в полностью разложившейся органической материи удаляется. Это может привести к лучшим моделям долгосрочного органического вещества почвы.

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

Устройство и принцип действия непрерывного<sup&gt; 13</sup&gt; С и<sup&gt; 15</sup&gt; N Маркировка палата для Uniform или дифференциальный, Метаболический и структурная, завод Изотоп Маркировка

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

Оценка лабильного органического углерода в почве Использование процедур последовательного Фумигация инкубационного

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

A Таблица складками термоградиентный для управления температуры почвы для оценки роста растений и мониторинга почвенных процессов

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

Понимание растворенное органическое вещество биогеохимии Через<em&gt; В Ситу</em&gt; Питательные манипуляциях в потоке экосистемам

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

Метод липидной экстракции и анализа для характеристики микробов почвы в экспериментах со многими образцами

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

Производство и измерение органических частиц в реакторе трубки потока

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

Производство и измерение органических частиц в зале окружающей среды Гарвардского

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

Улучшение инфракрасной спектроскопии характеристика органического вещества почвы с спектральных вычеты

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

Оценке возможности удаления частиц дерева листья

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

Использование основных компонентов для масштабирования Топографическая модели для сопоставления перераспределения земли и почвы органического углерода

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