Name: electrostatic method to remove particulate organic matter from soil
Uploaded: 2021-02-10T13:30:00
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Este trabajo fue apoyado únicamente por el financiamiento base del USDA-ARS. Los autores aprecian enormemente a Mikayla Kelly, Caroline J. Melle, Alex Lasher, Emmi Klarer y Katherine Son por su ayuda técnica.

1. Preparación del suelo
<ol><li>Recoger muestras de suelo a la profundidad deseada. Seque bien el suelo a 40 °C o siguiendo los protocolos estándar específicos del laboratorio.</li>
	<li>Tamice el suelo a través de tamices de suelo de tamaño apropiado para obtener aproximadamente 10-25 g de suelo tamizado. Muchos estudios utilizan un tamiz de 1 o 2 mm. La cantidad de suelo se basa en la masa requerida para los análisis aguas abajo y afectará el número de veces que será necesario repetir la etapa de eliminaci...

<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>

El método electrostático de la atracción era eficaz en la eliminación de POM de los suelos franco limo. El método descrito aquí es ligeramente diferente de Kaiser, et al.10 que utiliza una combinación de vidrio / algodón. Tratamos todos menos la fracción más fina del suelo y utilizamos el poliestireno bastante que el vidrio debido a la diferencia triboeléctrica, que para el poliestireno/el nylon es 100 nC/J comparado al vidrio/algodón en 20 nC/J12. El vidrio y l...

Las estimaciones precisas del carbono orgánico del suelo (SOC) son importantes para evaluar los cambios resultantes de la gestión agrícola o el medio ambiente. La materia orgánica particulada (POM) tiene funciones importantes en la ecología y la física de un suelo, pero a menudo es de corta duración y varía en función de varios factores, incluyendo la temporada, las condiciones de humedad, la aireación, las técnicas de recolección de muestras, el manejo reciente del suelo, el ciclo de vida de la vegetación y otros1. Estas fuentes temporalmente inestables pueden confundir las estimaciones de las tendencias a largo plazo en el carbono orgánico del suelo estable y verdaderamente secuestrado2.
A pesar de estar bien definido, ser común e importante, el POM no se separa fácilmente del suelo ni es fácil de medir cuantitativamente. La materia orgánica particulada se ha medido como aquella que flota en líquidos (fracción ligera, típicamente 1,4-2,2 g cm-3),o como aquella que puede separarse por tamaño (por ejemplo, > 53-250 μm o > 250 μm), o una combinación de las dos3,4,5. Tanto las técnicas basadas en el tamaño como en la densidad pueden influir en los resultados cuantitativos y químicos de la medición pom4. Una inspección visual cuidadosa del suelo que ha sido fraccionado por tamaño utilizando métodos rutinarios a menudo revela estructuras largas y estrechas como raíces y astillas de hojas o tallos que han pasado a través de la pantalla. Se ha demostrado que la simple eliminación de estas estructuras a mano reduce sustancialmente las mediciones del TOTAL DE SOC2,6, pero el método está notablemente sujeto a la diligencia y la agudeza visual del operador. La separación de POM de una muestra de suelo como la fracción ligera durante la flotación en un líquido denso7 no captura todo el POM, y el temblor excesivo durante el proceso de flotación puede reducir realmente la cantidad de fracción de luz recuperada de una muestra8. La flotación requiere muchos pasos y expone el suelo a soluciones químicas que pueden cambiar las características químicas o disolver y eliminar componentes que pueden ser de interés4.
Se han utilizado métodos alternativos para eliminar el POM para evitar o aumentar el uso de soluciones acuosas densas. Kirkby, et al.6 compararon la eliminación de la fracción ligera utilizando dos procedimientos de flotación con un método de tamizado/guiño seco9. Winnowing se realizó pasando una corriente ligera de aire a través de una capa delgada de suelo para levantar suavemente la luz de la fracción pesada. El tamizado/winnowing seco realizado de manera similar a los dos métodos de flotación con respecto al contenido de C, N, P y S; sin embargo, los autores sugieren que el tamizado/guiño seco produjo suelos "ligeramente más limpios"6. Pom también se ha separado del suelo utilizando la atracción electrostática10,11 en la que las partículas orgánicas se aíslan pasando una superficie cargada electrostáticamente por encima del suelo. El método de atracción electrostática recuperó con éxito el POM, denominado partículas orgánicas de curso, de suelos secos, tamizados (> 0,315 mm) con repetibilidad estadística comparable a otros métodos de fraccionamiento de tamaño y densidad10.
Aquí demostramos cómo la atracción electrostática se puede utilizar para eliminar pom de tamaños que van desde visible a microscópico. A diferencia de otros métodos reportados, la atracción electrostática del suelo fino también elimina una pequeña porción de suelo mineral y agregado que es visiblemente como el suelo restante. Dados nuestros resultados hasta la fecha, es razonable suponer que la eliminación de una pequeña porción de suelo no POM no tendrá ningún efecto sustancial en los análisis posteriores; sin embargo, esta suposición debe verificarse para un suelo específico si grandes proporciones de la muestra total de suelo se están eliminando electrostáticamente. Los métodos y ejemplos proporcionados aquí se realizaron en suelos de loess franco limo de un ambiente semiárido.
Este método puede no ser adecuado para todos los tipos de suelo, pero tiene las ventajas de ser rápido y eficiente en la eliminación de partículas orgánicas demasiado pequeñas para eliminar manualmente o por una corriente de aire. La velocidad del proceso es importante para reducir la fatiga, garantizar la consistencia y fomentar una mayor replicación para una mejor precisión de las conclusiones. Además, la capacidad de eliminar partículas muy pequeñas es importante para evitar el sesgo hacia suelos con tamaños de partículas más grandes en lugar de pequeños.

<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

Las estimaciones del carbono orgánico del suelo dependen de los métodos de procesamiento del suelo, incluida la eliminación de material vegetal no descompuesto. La separación inadecuada de las raíces y el material vegetal del suelo puede resultar en mediciones de carbono altamente variables. Los métodos para eliminar el material vegetal a menudo se limitan a los materiales vegetales más grandes y visibles. En este manuscrito describimos cómo la atracción electrostática se puede utilizar para quitar el material vegetal de una muestra del suelo. Una superficie cargada electrostáticamente que pasa cerca del suelo seco atrae naturalmente partículas vegetales no descompuestas y parcialmente descompuestas, junto con una pequeña cantidad de suelo mineral y agregado. La muestra de suelo se extiende en una capa delgada sobre una superficie plana o un tamiz de suelo. Una placa de Petri de plástico o vidrio se carga electrostáticamente frotando con espuma de poliestireno o tela de nylon o algodón. El plato cargado se pasa repetidamente sobre el suelo. El plato se cepilla y se recarga. Volver a esparcir el suelo y repetir el procedimiento finalmente resulta en una disminución del rendimiento de partículas. El proceso elimina alrededor del 1 al 5% de la muestra de suelo, y alrededor de 2 a 3 veces esa proporción en carbono orgánico. Al igual que otros métodos de eliminación de partículas, el punto final es arbitrario y no se eliminan todas las partículas libres. El proceso dura aproximadamente 5 minutos y no requiere un proceso químico como lo hacen los métodos de flotación de densidad. La atracción electrostática elimina consistentemente el material con una concentración de C y una relación C:N más altas que el promedio, y gran parte del material se puede identificar visualmente como material vegetal o faunística bajo un microscopio.

Los resultados aquí presentados se basan en el análisis de suelos franco limosos de sitios agrícolas en el noroeste del Pacífico (Tabla 1). Los suelos se recogieron a profundidades de 0-20 cm o 0-30 cm, se secaron a 40 °C, pasaron a través de un tamiz de 2 mm y se trataron utilizando una superficie de poliestireno cargada con un paño de nylon.
La cantidad de suelo extraída electrostáticamente de una mue...

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Electrostatic Method to Remove Particulate Organic Matter from Soil

La eliminación del material vegetal depositado recientemente e incompleto de las muestras de suelo reduce la influencia de los insumos estacionales temporales en las mediciones de carbono orgánico del suelo. La atracción a una superficie cargada electrostáticamente se puede utilizar para eliminar rápidamente una cantidad sustancial de materia orgánica particulada.

Método electrostático para eliminar la materia orgánica particulada del suelo

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

La atracción electrostática es una forma eficiente de reducir la materia orgánica particulada en una muestra de suelo. La principal ventaja de este método es que requiere un juicio visual mínimo y trabaja en partículas finas no visibles para el ojo. La eliminación de fragmentos orgánicos no descompuestos mejora la precisión y la consistencia en la medición del almacenamiento de carbono del suelo a largo plazo.Después de recolectar muestras de suelo a la profundidad deseada, séquelas completamente a 40 grados Celsius. Tamice el suelo a través de tamices de suelo laterales apropiados para obtener aproximadamente de 10 a 25 gramos de suelo tamizado. Coloque el suelo en un metal seco limpio o una sartén de fondo plano de vidrio que sea lo suficientemente grande como para que el suelo se extienda delgadamente.Agite suavemente el dolor horizontalmente para distribuir el suelo en una capa lo más delgada posible. Sostenga un vidrio de 100 mm de diámetro o una placa de Petri de poliestireno superior o inferior en una mano y frote vigorosamente la superficie exterior con un pedazo limpio de tela de nylon, tela de algodón o espuma de poliestireno varias veces. Realice la carga de la superficie lejos de la muestra.Cuando haya terminado, inspeccione la superficie de la placa de Petri para asegurarse de que está limpia. Baje la superficie cargada a 0,5 a 2 centímetros por encima del suelo y muévala horizontalmente para recoger la mayor cantidad de material particulado posible. La atracción hacia la superficie se puede observar visual y audiblemente.Cuando la placa de Petri ya no atrae partículas adicionales, aleje la placa de la muestra. Para limpiar la superficie electrostática, sostenga sobre un plato de recolección y use un cepillo fino para transferir el material electrostáticamente atraído desde la superficie de la placa de Petri al plato de recolección. Repita este proceso hasta que disminuya el número de partículas de materia orgánica que se recogen.Redistribuya la muestra de suelo mediante la agitación horizontal de la bandeja de suelo para exponer nuevo material en la superficie y continuar la recolección electrostática. Determine el punto final mediante una inspección visual de la superficie cargada para determinar si se ha eliminado una cantidad significativa de partículas orgánicas del suelo. Este protocolo se utilizó para el análisis de suelos franco limosos de sitios agrícolas en el noroeste del Pacífico.Se eliminó entre el 1% y el 6% de la masa total del suelo. En todos los casos, la proporción del carbono total de la muestra eliminado fue mayor que la masa del suelo extraída. La concentración de carbono y la relación carbono/nitrógeno de la fracción del suelo eliminada electrostáticamente siempre fue mayor que la del suelo restante.Las condiciones ambientales y la combinación de materiales utilizados para producir la superficie cargada afectaron los resultados. Los efectos de los criterios de valoración del tratamiento se examinaron mediante la recolección de una serie de tres muestras electrostáticas una tras otra de la misma muestra de suelo. El primer tratamiento recogió la mayor cantidad de carbono.Los dos tratamientos siguientes todavía estaban altamente enriquecidos en carbono en comparación con el suelo restante. Finalmente, la cantidad de material particulado que podría eliminarse electrostáticamente de la fracción fina del tamaño de un limo que pasó a través de una pantalla de 53 micrómetros se probó en cinco suelos de préstamo de limo. Las fracciones eliminadas electrostáticamente demostraron muy poco enriquecimiento de la materia orgánica particulada.La inspección microscópica reveló que la materia orgánica particulada existe en la fracción fina del suelo de los suelos, pero en cantidades muy pequeñas. La relación C a N tiende a estabilizarse a medida que se elimina la materia orgánica completamente descompuesta. Esto podría conducir a mejores modelos de materia orgánica del suelo a largo plazo.

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

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Diseño y aplicación de un continuo<sup&gt; 13</sup&gt; C y<sup&gt; 15</sup&gt; N Cámara Etiquetado de Uniforme o Diferencial, metabólico y estructural, Planta de isótopos de etiquetado

Tracing rare stable isotopes from plant material through the ecosystem provides the most sensitive information about ecosystem processes; from CO2 fluxes ...

Investigación

Medio ambiente

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