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

Detta arbete stöddes enbart av USDA-ARS basfinansiering. Författarna uppskattar verkligen Mikayla Kelly, Caroline J. Melle, Alex Lasher, Emmi Klarer och Katherine Son för deras tekniska hjälp.

1. Jordberedning
<ol><li>Samla jordprover till önskat djup. Torka jorden noggrant vid 40 °C eller enligt labbspecifika standardprotokoll.</li>
	<li>Sikta jorden genom jordsiktor av lämplig storlek för att erhålla cirka 10-25 g siktad jord. Många studier använder en 1- eller 2 mm sikt. Mängden jord baseras på den massa som krävs för nedströmsanalyserna och kommer att påverka antalet gånger det elektrostatiska avlägsnandesteget måste upprepas.</li>
	<li>Placera jorden i en ren, torr metall- eller glasplat...

<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 elektrostatiska attraktionsmetoden var effektiv för att ta bort POM från silt loam jordar. Metoden som beskrivs här skiljer sig något från Kaiser, et al.10 som använde en kombination av glas/bomull. Vi behandlade alla utom den finaste jordfraktionen och använde polystyren snarare än glas på grund av den triboelektriska skillnaden, som för polystyren/nylon är 100 nC/J jämfört med glas/bomull vid 20 nC/J12. Glas- och polystyrenskum har visat sig vara effektiv...

Noggranna uppskattningar av organiskt kol i marken (SOC) är viktiga för att utvärdera förändringar till följd av jordbruksförvaltning eller miljö. Partikel organiskt material (POM) har viktiga funktioner i en jords ekologi och fysik men det är ofta kortlivat och varierar baserat på flera faktorer inklusive säsong, fuktförhållanden, luftning, provsamlingsteknik, nyligen jordförvaltning, vegetationens livscykel och andra1. Dessa tidsmässigt instabila källor kan förvirra uppskattningar av långsiktiga trender i stabilt och verkligt beslagtagande organiskt koli marken 2.
Trots att pom är väldefinierat, vanligt och viktigt är det inte lätt att separera från jord och det är inte heller lätt att mäta kvantitativt. Partiklar organiskt material har mätts som det som flyter i vätskor (ljusfraktion, vanligtvis 1,4-2,2 g cm-3), eller som det som kan separeras efter storlek (t.ex. > 53-250 μm eller > 250 μm), eller en kombination av detvå 3,4,5. Både storleksbaserade och densitetsbaserade tekniker kan påverka de kvantitativa och kemiska resultaten av POM-mätning4. En noggrann visuell inspektion av jord som har storleksdelats med rutinmetoder avslöjar ofta långa, smala strukturer som rötter och slivers av blad eller stjälk som har passerat genom skärmen. Att helt enkelt ta bort dessa strukturer för hand har visat sig avsevärt minska mätningarna av totalt SOC2,6 menmetoden är särskilt föremål för operatörens flit och synskärpa. POM-separation från ett jordprov eftersom ljusfraktionen under flotation i en tätvätska 7 inte fångar upp all POM, och överdriven skakning under flytprocessen kan faktiskt minska mängden ljusfraktion som återvinns från ett prov8. Flotation kräver många steg och utsätter jorden för kemiska lösningar som kan ändra de kemiska egenskaperna eller lösa upp och ta bort beståndsdelar som kan vara av intresse4.
Alternativa metoder för att ta bort POM har använts för att undvika eller öka användningen av täta vattenlösningar. Kirkby, et al.6 jämförde avlägsnande av ljusfraktion med hjälp av två flytprocedurer med en torr siktnings-/winnowingmetod9. Winnowing utfördes genom att passera en lätt luftström över ett tunt lager jord för att försiktigt lyfta bort ljuset från den tunga fraktionen. Torr siktning/winnowing utfördes på samma sätt som de två flotationsmetoderna med avseende på C-, N-, P- och S-halten. författarna föreslår dock att torr siktning / winnowing producerade "något renare" jordar6. POM har också separerats från jord med hjälp av elektrostatiskattraktion 10,11 där organiska partiklar isoleras genom att passera en elektrostatiskt laddad yta ovanför jorden. Den elektrostatiska attraktionsmetoden återhämtade framgångsrikt POM, kallad kurs organiska partiklar, från torkade, siktade (> 0,315 mm) jordar med statistisk repeterbarhet jämförbar med andra metoder för storlek och densitetsfraktion10.
Här visar vi hur elektrostatisk attraktion kan användas för att ta bort POM av storlekar som sträcker sig från synliga till mikroskopiska. Till skillnad från andra rapporterade metoder tar elektrostatisk attraktion av fin jord också bort en liten del av mineral och aggregerad jord som är synligt som den återstående jorden. Med tanke på våra resultat hittills är det rimligt att anta att avlägsnandet av en liten del av icke-POM-marken inte kommer att ha någon väsentlig effekt på nedströmsanalyserna. Detta antagande bör dock kontrolleras för en viss jord om en stor del av det totala jordprovet tas bort elektrostatiskt. Metoderna och exemplen som gavs här utfördes på silt loam loess jordar från en halv-torr miljö.
Denna metod kanske inte är lämplig för alla jordtyper men har fördelarna med att vara snabb och effektiv när det gäller att ta bort partiklar som är för små för att avlägsna manuellt eller med en luftström. Processhastighet är viktigt för att minska trötthet, säkerställa konsekvens och uppmuntra större replikering för bättre noggrannhet i slutsatserna. Dessutom är förmågan att ta bort mycket små partiklar viktig för att undvika fördomar mot jordar med större snarare än små partikelstorlekar.

<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

Uppskattningar av organiskt kol i marken är beroende av markbearbetningsmetoder, inklusive avlägsnande av odecomposerat växtmaterial. Otillräcklig separation av rötter och växtmaterial från jord kan resultera i mycket varierande kolmätningar. Metoder för att ta bort växtmaterialet är ofta begränsade till de största, mest synliga växtmaterialen. I detta manuskript beskriver vi hur elektrostatisk attraktion kan användas för att ta bort växtmaterial från ett jordprov. En elektrostatiskt laddad yta som förs nära torr jord lockar naturligt både odekompilerade och delvis sönderdelas växtpartiklar, tillsammans med en liten mängd mineral och aggregerad jord. Jordprovet sprids i ett tunt lager på en plan yta eller en jordsikt. En petriskål i plast eller glas laddas elektrostatiskt genom gnuggning med polystyrenskum eller nylon- eller bomullsduk. Den laddade skålen skickas upprepade gånger över jorden. Skålen borstas sedan ren och laddas. Att åter sprida jorden och upprepa proceduren resulterar så småningom i ett minskande utbyte av partiklar. Processen tar bort cirka 1 till 5% av jordprovet och cirka 2 till 3 gånger den andelen i organiskt kol. Liksom andra partikelborttagningsmetoder är slutpunkten godtycklig och inte alla fria partiklar tas bort. Processen tar cirka 5 minuter och kräver inte en kemisk process liksom densitetsflotationsmetoder. Elektrostatisk attraktion avlägsnar konsekvent material med högre än genomsnittlig C-koncentration och C:N-förhållande, och mycket av materialet kan visuellt identifieras som växt- eller faunamaterial under ett mikroskop.

Resultaten som presenteras här är baserade på analysen av silt loam jordar från jordbruksområden i Nordvästra Stilla havet (Tabell 1). Jordar samlades in till djup av 0-20 cm eller 0-30 cm, torkade vid 40 °C, passerade genom en 2 mm sikt och behandlades med en polystyrenyta laddad med en nylonduk.
Mängden jord som elektrostatiskt avlägsnats från ett prov varierade. Omkring 1 till 6% av den totala jordm...

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

Om man tar bort nyligen deponerat och ofullständigt sönderdelas växtmaterial från jordprover minskar påverkan av tillfälliga säsongsindata på mätningar av organiskt kol i marken. Attraktion till en elektrostatiskt laddad yta kan användas för att snabbt ta bort en betydande mängd partiklar organiskt material.

Elektrostatisk metod för att avlägsna partiklar organiskt material från jord

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

Elektrostatisk attraktion är ett effektivt sätt att minska partiklar i ett jordprov. Den största fördelen med denna metod är att det kräver minimalt visuellt omdöme och fungerar på fina partiklar som inte är synliga för ögat. Att ta bort odecomperade organiska fragment förbättrar noggrannheten och konsekvensen vid mätning av långsiktig lagring av markkol.Efter att ha samlat jordprover till önskat djup, torka dem noggrant vid 40 grader Celsius. Sikta jorden genom lämpliga sidor jordsikten för att få cirka 10 till 25 gram siktad jord. Placera jorden i en ren torr metall eller en glasplatta bottenpanna som är tillräckligt stor för att jorden ska spridas tunn.Skaka försiktigt smärtan horisontellt för att fördela jorden i ett så tunt lager som möjligt. Håll ett glas med diametern 100 mm eller en polystyren Petri-skål eller botten i ena handen och gnugga den yttre ytan kraftigt med en ren bit nylonduk, bomullsduk eller polystyrenskum flera gånger. Utför ytladdningen bort från provet.När du är klar, inspektera petriskålens yta för att se till att den är ren. Sänk den laddade ytan till inom 0,5 till 2 centimeter över jorden och flytta den horisontellt för att plocka upp så mycket partikelmaterial som möjligt. Attraktion till ytan kan noteras visuellt och hörbart.När Petri-skålen inte längre drar till sig ytterligare partiklar, flytta skålen bort från provet. För att rengöra den elektrostatiska ytan, håll den över en uppsamlingsfat och använd en fin borste för att överföra det elektrostatiskt attraherade materialet från Petri-skålens yta till uppsamlingsfatet. Upprepa denna process tills antalet organiska materiapartiklar som plockas upp minskar.Omfördela jordprovet genom horisontell skakning av jordpannan för att exponera nytt material vid ytan och fortsätta elektrostatisk insamling. Bestäm slutpunkten genom okulärbesiktning av den laddade ytan för att avgöra om en betydande mängd organiska partiklar har avlägsnats från jorden. Detta protokoll användes för analys av silt loam jordar från jordbruksplatser i Nordvästra Stilla havet.Omkring 1%till 6%av den sammanlagda smutsa samlas togs bort. I samtliga fall var andelen kol som avlägsnades i hela urvalet större än den jordmassa som avlägsnades. Kolkoncentrationen och kol-kväveförhållandet i den elektrostatiskt borttagna jordfraktionen var alltid större än den återstående jorden.Omgivningsförhållandena och kombinationen av material som används för att producera den laddade ytan påverkade resultaten. Effekter av behandlingsmått undersöktes genom att samla in en serie av tre elektrostatiska prover en efter en från samma jordprov. Den första behandlingen samlade den största mängden kol.Följande två behandlingar var fortfarande mycket berikade i kol jämfört med den återstående jorden. Slutligen testades mängden partikelmaterial som elektrostatiskt kunde avlägsnas från den fina siltstora fraktionen som passerade genom en 53 mikrometer skärm på fem siltlånjordar. De elektrostatiskt borttagna fraktionerna visade mycket lite anrikning av partiklar organiskt material.Mikroskopisk inspektion visade att partiklar organiska ämnen finns i den fina jordfraktionen av jordarna men i mycket små mängder. C-N-förhållandet tenderar att stabiliseras eftersom i helt sönderdelas organiskt material avlägsnas. Detta kan leda till bättre modeller av långsiktigt organiskt material i marken.

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 och drift av en kontinuerlig<sup&gt; 13</sup&gt; C och<sup&gt; 15</sup&gt; N Märkning avdelningen för Uniform eller Differential, Metabolic och struktur, växt Isotope Labeling

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

Bedömning av labila organiskt kol i jorden med Sekventiell Bränning inkubation procedurer

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 invikta Thermogradient tabell att kontrollera Jord Temperaturer för att utvärdera Växternas tillväxt och övervakning mark

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

Förståelse Upplöst Organiskt material Biogeochemistry Genom<em&gt; In Situ</em&gt; Närings manipulationer i Stream ekosystem

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 lipid extraktions- och analysmetod för karakterisering av markmikrober i experiment med många prov

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

Produktion och mätning av organiska partiklar i ett flöde 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

Produktion och mätning av organiska partiklar i Harvard miljömässiga kammaren

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

Att förbättra infraröd spektroskopi karakterisering av markens organiska material med spektrala subtraktioner

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

Bedömning av partiklar borttagning kapaciteterna av träd lämnar

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

Användning av rektor komponenter för skalning upp topografiska modeller att mappa jord omfördelning och jord organiskt kol

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