比较物理土壤有机质的分离方法修正土壤

文摘

选择一个合适的物理分离方法,研究土壤有机质动态,从可用的过多是一个艰巨的任务。使用五种不同的物理分离方法,在土壤或参与历史的修正案外源有机质的输入(爱尔兰苔藓泥炭;马粪堆肥;花园堆肥)和产生的碳含量范围(6.8 - 22.2%),我们表明,方法选择有重大影响的总C恢复和恢复C之间的分布不受保护的,身体保护,或化学保护概念池。这些between-method差异最可能是由于以下几点:(i)的变化(即获得的方法论的分数。,区分总大小类);(2)他们的后续设计概念池(例如,受保护的和不受保护的);和(iii)过程中使用样品预处理和随后的总色散和分离步骤。每个方法的性能也取决于问题的修正案。研究结果强调需要了解土壤样本的性质在接受调查,和感兴趣的稳定机制,方法选择和之前在比较文学研究和解释结果时使用不同的分离方法。

1。介绍

土壤有机碳(SOC)是土壤质量的最重要指标之一(1]。土壤含有大约三倍比大气中或陆地植被碳2),占80%的陆地碳池(3]。因此,维护和提高土壤碳储量是非常重要的在考虑促进土壤健康和全球碳循环的规定,事实上承认在21^圣缔约方会议的联合国气候变化框架公约(COP21)在巴黎,2015年,“4千分率为粮食安全和气候土壤”行动纲领是(4]。

有机土壤改良剂的应用在园艺系统中,如粪肥和堆肥(即。绿色垃圾堆肥和花蘑菇混合物),据报道提高SOC (5- - - - - -7]。然而,为了告诉未来的管理策略,旨在提高SOC存储,它是至关重要的,研究建立机制占主导地位在土壤有机C稳定(8]。

有传统的观点,定期报告在文献[8- - - - - -13),有三个关键的稳定机制,可以保护SOC包含在土壤有机质(SOM)被分解和土壤矿化:(i)生物化学稳定,有关的存在和选择性保护分子对分解结果的化学结构。这个固执可以是内在的初始结构,或创建的结果通过缩合化学复杂结构的形成和二次合成反应。(2)物理稳定有关内SOM的遮挡聚集,导致物理断开,因此难接近的SOM微生物分解器。(3)化学稳定,SOM成为化学难以接近的分解者的SOM在矿物表面的吸附和络合金属离子。

历史上,它被认为SOM持久性主要是生化稳定的函数(11]。然而,最近的证据的合成问题结构的选择性保护的重要性,传统上认为是固有的顽固的(例如,木质素)结构的重要性,通过二次合成与获得生化固执(“腐殖化”)在SOC的持久性的控制(2]。相反,共识现在支持这一事实物理稳定通过阻塞和化学稳定通过吸附和络合的主导机制控制的长期持久性SOC (2]。

土壤物理分离方法一直采用量化的C与池不同理论的稳定性有关,和这些C池是如何受到各种管理技术,包括添加有机修正案(7,12]。这些分馏方法通常量化SOC (i)包含在聚合,因此,从理论上讲,身体保护通过阻塞;(2),因此在有机矿质复合体关联化学保护;或(3)无保护的(免费),因此容易被微生物及其酶分解。这些方法可以丰富对SOM在土壤系统的稳定性(10和SOM动态变化的敏感性14]。此外,物理分离可以增加理解和预测的SOC动态过程是否能产生分数可翻译在土壤碳池模型(15]。然而,过多的物理分离方法在文献中很难选择一个适当的和有益的方法。此外,它可能是一个特定方法的适用性,因此选择适当的方法,将取决于土壤管理的历史。最近分离的比较(16)关注耕地土壤SOC内容(1 - 2%)投入了这类系统的典型,氮磷钾施肥,和接收没有OM修正案之外的其他作物残留物(玉米)或没有输入/耕作(芒草)。不确定结论方法相互比对完成耕地土壤适用于土壤接受年度外生OM修正案,园艺之类的系统,可能不同的总SOC含量和SOC的分布之间的物理分数。

因此,本研究的目的是试验5土壤物理分离方法发表在接收园艺OM修正案,有特别的兴趣比较C分数之间的分布定义为身体保护,化学保护,或无保护的每个方法报道。额外的目标是评估进行的后勤缓解每个方法在实验室。我们所知,这是最广泛的物理分离方法进行比较在同一实验室,由同一运营商,为土壤外源有机质的输入。

2。方法

2.1。网站描述和土壤采样

土壤样本(0-15厘米深度)2013年10月被英国皇家园艺学会的(RHS)在Wisley鹿农场,英国(51.323428°N,−0.474392°W),细节的研究中可以发现亚历山大和Nevison [17]。网站由一个砂壤土土收到年度申请6年:爱尔兰苔藓泥炭(Pt);马粪堆肥(H);或花园堆肥全速率(GCf)和半速率(我们)从收集修剪和岩屑RHS Wisley花园、英国。抽样前(2013年5月),情节已经播下钟穗tanacetifolia边沁,地面材料收获和2013年9月。修正案在早春应用每年5 cm层表面的土壤(除了GCh治疗收到2.5厘米),并纳入前15厘米的土壤旋耕机的使用。土壤的也许,裸露的阴谋控制(BP)也收集。这些不同有机物修正案导致一系列总C在治疗(表内容1)。


治疗	缩写	整个土壤C (mg C·g⁻¹)

Nonamended光秃秃的阴谋控制	英国石油公司	68.22±2.23^e
花园堆肥(全价)	GCf	112.28±5.66^c
花园堆肥(一半)	我们为了	81.67±7.98^d
马粪堆肥	H	145.86±3.81^b
泥炭	Pt	222.40±1.64^一个

数据平均值±标准偏差(n= 3)。平均值没有分享上标字母明显不同( ;图基的显著差异)。

不同的土壤改良的治疗,在一个土壤类型,选择只提供一套C内容来测试不同的物理分离方法虽然避免了歧义的使用多种土壤类型与不同材质等。

每个治疗的大部分土壤取样钻从0到15厘米。样本分配器用于获得15代表次级样本的土壤(3每个分段法复制样本)。(即样本进一步准备。,dried and sieved) according to the requirements of each individual method (Table2)。


物理分段法
	广场等。18)(PL)	六等。9密度(SD)	六等。9微团聚体隔离器(重度)	Sohi et al。19(所以)	齐默尔曼et al。15](ZM评选)

样品准备	土壤风干和渗(< 2毫米)	风干土壤不渗	风干土壤不渗	新鲜的土壤不渗	土壤风干和渗(< 2毫米)

初始大小分离		湿已筛大小分为四类:	湿已筛大小分为四类:		轻轻地用22 J·毫升⁻¹然后湿大小已筛分为两类:
		大型macroaggregates (> 2000μ米)	大型macroaggregates (> 2000μ米)		Intra-aggregate、自由POM和砂相关(> 63μ米)
		小macroaggregates(250 - 2000年μ米)	小macroaggregates(250 - 2000年μ米)		解散,粘土和淤泥(< 63有关μ米)
		微团聚体(53 - 250μ米)	微团聚体(53 - 250μ米)
		淤泥和粘土(< 53μ米)	淤泥和粘土(< 53μ米)

使用的流体密度	SPT 1.85 g·厘米⁻³	SPT 1.85 g·厘米⁻³	没有一个	奈1.80 g·厘米⁻³	SPT 1.80 g·厘米⁻³

总类	区分macroaggregates(250 - 2000年μ米)和微团聚体(< 250μ米)	区分大macroaggregates (> 2000μ米)、小macroaggregates(250 - 2000年μ米)和微团聚体(53 - 250μ米)	区分大macroaggregates (> 2000μ米)、小macroaggregates(250 - 2000年μ米),微团聚体(53 - 250μ包含在macroaggregates m)和微团聚体	所有聚集在一个分数	所有聚集在一个分数

分散聚合方法	Macroaggregates使用微团聚体隔离器(分解Macroaggregates同时保持微团聚体中包含完整的)	置于真空(138 kPa)	Macroaggregates使用微团聚体隔离器(分解Macroaggregates同时保持微团聚体中包含完整的)	声波降解法在1500 J·g⁻¹	没有一个
分散聚合方法	微团聚体:声波降解法在1500 J·g⁻¹	置于真空(138 kPa)	微团聚体:0.5% NaHMP驱散	声波降解法在1500 J·g⁻¹	没有一个

矿物分数	沙子、淤泥和粘土	沙子、淤泥和粘土	淤泥和粘土(砂占总分数的一部分)	沙子、淤泥和粘土	淤泥和粘土(砂占总分数的一部分)

2.2。有机物分离

土壤样本受到五个分馏过程按照下列方法:出版(i)广场等。18)使用微团聚体隔离器、声波降解法和密度浮选(PL);(2)六et al。9)使用大小分离、微团聚体隔离器和密度浮选(SD);(3)六et al。9使用大小分离),微团聚体隔离器,六偏磷酸钠(NaHMP)色散(重度);(iv) Sohi et al。19使用声波降解法和密度)浮选(所以);和(v)齐默尔曼等。15)使用大小和密度分离浮选(ZM评选)。每一个方法将被缩写从这里开始。简要概述关键特性的每个方法可以在表中找到2。所有有机物分离方法在同一实验室,进行同样的操作。

不同的数量和描述的方法获得物理分数。这些方法的概述与分数概念讲池:(i)身体保护(在聚集,特别是微团聚体);(2)化学保护(通过共生矿物);或(3)无保护的通过化学或物理机制(自由微粒有机物质),在表3。


物理分段法
稳定机制	广场等。18)(PL)	六等。9密度(SD)	六等。9微团聚体隔离器(重度)	Sohi et al。19(所以)	齐默尔曼et al。15](ZM评选)

无保护的	(我)免费OM (fOM)	(我)免费POM在大型和小型macroaggregates (lM fPOM和sM fPOM)	(我)大型POM /垃圾> 2000μ米(> 2000 pom)	(我)免费光OM (FLF)	(我)颗粒有机物(POM)
	(2)Intramacroaggregate OM (i-MaOM)		(2)在大型和小型粗POM macroaggregates (lM cPOM和sM cPOM)		(2)溶解有机C (DOC)
	(3)溶解OM (DOM)

物理	(我)Intramicroaggregate OM (i-miOM)	(我)免费POM在微团聚体(m fPOM)	(我)Intramicroaggregate POM (imPOM)	(我)Intraaggregate光OM (iAFLF)	(我)砂和稳定的聚合物(年代+一个)
		(2)免费POM微团聚体在大型和小型macroaggregates(传销fPOM和二甲基砜fPOM)	(2)在大型和小型Intramicroaggregate POM macroaggregates (imlM POM和imsM POM)

化学	(我)Mineral-associated (MinOM)	(我)Mineral-associated SOC在大型和小型macroaggregates (lM mSOC和sM mSOC)	(我)淤泥和粘土(年代+c)	(我)Mineral-associated OM (MA)	(我)淤泥和粘土(年代+c)
		(2)Mineral-associated SOC在微团聚体(m mSOC)	(2)在大型和小型macroaggregates淤泥和粘土(lM年代+c和sM年代+c)		(2)耐土壤有机C (rSOC)
		(3)淤泥和粘土(年代+c)	(3)微团聚体(m内淤泥和粘土年代+c)

分类表3有点主观,因为一些方法(所以和ZM评选)指定SOM锢囚在微团聚体和macroaggregates身体保护但其他人(SD和重度)只考虑OM锢囚在微团聚体物理保护。这些不同的方法已经适应在表之间的描述3如下:方法,微团聚体定义为一小部分有这个分数的OM归类为身体和macroaggregate OM未受保护的。方法不区分微团聚体和macroaggregates,和池总分数,作为一个有整个总分数分为物理保护。

此外,一些在筛选方法使用不同大小的类的定义,这可能会导致在不同的概念池重叠。ZM评选的方法,例如,OM < 63类μ米化学保护,而SD和重度使用< 53μm筛子。因此,53 - 63μm的OM可能包含不受保护的OM,获得化学保护OM,和身体保护OM取决于所使用的方法。因此,它是不确定哪种方法是最有效地将身体OM免受化学保护。

还应该指出的是,这一术语分配给每个分数的表3是原始出版物中使用的名称。因此,由于between-publication术语的差异,相同的分数,或者非常相似,可能有不同的名称。例如,自由微粒OM(即不受物理或化学保护机制)被定义为颗粒OM,或POM, ZM评选方法,自由OM (fOM) PL方法,或自由轻馏分(FLF)方法。

的方法测试,只有两个,PL和ZM评选,溶解有机物(DOM)定义为一个分数。然而,ZM评选方法需要如此大量的水来洗掉DOM,在这种情况下,浓度过低在日本岛津公司TOC分析仪检测。这些样品的低浓度的DOM(平均3.6毫克C g·土壤⁻¹)恢复PL C方法意味着其贡献是微不足道的总恢复试验。因此,为了简化对比方法,DOM被排除在分析之外。

2.3。化学分析

获得的分数都是干的温度所对应的发布方法。样本地面使用特马0.2毫米盘磨机和分析总C含量在热科学Flash 2000中文/ O分析器。

结果数据被表示为身体的保护,化学保护,保护土壤C mg C g·⁻¹。此外,为了占总C复苏不同,总C和自由POM C的数量获得使用每种方法也被表示为一个百分比的总C恢复在每个方法。

最后,为了评估获得的质量分数(因此它们是否适合进一步分析),C浓度分数的表达为毫克C g·分数⁻¹也被计算。这让我们回顾矿物成分的影响,特别是砂,在每个方法的不同分数。

2.4。统计分析

所有使用Minitab(18.0)进行了统计分析。一旦检测正常(Anderson-Darling测试)和方差相等(列文的测试),双向方差分析(方差分析)进行交互,使用分段法(PL, SD,重度或ZM评选)和土壤处理(BP, GCf,我们为了H,或Pt)因素。图基的诚实的显著差异测试被用于事后比较的意思。如果数据被表示为一个百分比(例如,%恢复),所有的数据都是反正弦转换正常和方差的同质性测试之前,和随后的双向方差分析。

这是一个方法比较,讨论修正案应用C动力学的影响不是本研究的范围内。因此,这里讨论的结果,将专注于分段法和交互的影响,而不是单独使用修正案治疗的效果在不同的概念C池。

3所示。结果

3.1。总C恢复

本试验中使用的物理分离方法有显著影响多少总土壤C可以在分离过程中恢复( ;表4)。重度等方法恢复C总比其他三种方法(PL, SD, ZM评选)。裸露的阴谋控制治疗,也许土壤总C含量最低(表1),比泥炭土壤有较高的复苏,这由于修正案C含量最高。没有其他治疗之间的显著差异;然而,之间有显著的交互方法和治疗( )。例如,总C恢复马manure-treated土壤最低为4的5个方法(PL, SD,所以和ZM评选),但当使用最高的重度方法(表4)。


治疗	方法
治疗	PL	SD	重度	所以	ZM评选	意思是治疗(n= 15)

英国石油公司	60.3±2.2	67.4±5.6	101.8±8.3	75.8±3.7	53.0±1.1	71.7±4.9
GCf	69.2±0.7	65.1±0.6	70.1±3.3	85.5±1.9	66.3±0.9	71.2±2.1 ab
我们为了	74.6±1.5	63.9±1.6	64.5±1.5	74.3±10.3	72.2±5.9	69.9±2.4 ab
H	54.3±1.3	44.3±5.3	127.3±17.2	63.7±1.2	47.8±1.9	67.5±8.7 ab
Pt	70.8±1.2	51.3±0.5	51.4±1.8	77.8±8.1	61.9±6.4	62.6±3.3 b
的方法(n=15)	65.8±2.1 b	58.41±2.8 b	83.01±8.1	75.4±3.0	60.24±2.8 b

值表示为一个百分比的整体,unsieved、土壤C(如表所示1)。平均值±标准错误(n= 3)。小写字母在大胆的值表示方法不明显不同,和大写字母表示治疗没有明显不同根据双向方差分析与图基的事后测试( )。方法治疗交互( )。

3.2。不受保护的C复苏

图1(一)表明PL C和重度恢复更多的保护( )比其他三种方法(SD,所以,ZM评选),但方法恢复的效果取决于OM治疗( )。例如,恢复保护C马manure-amended土壤特别高时使用SMI方法,使用PL方法时,不受保护的C复苏peat-amended土壤高。

(一)

(b)

(c)

图1

恢复(a)不受保护的,(b)物理保护,(c)化学保护修改土壤c使用不同的分离方法。误差为标准误差(n= 3)。方法共享相同的小写字母和治疗共享相同大写字母没有显著的不同根据双向方差分析和图基的事后测试( )。方法:PL:广场等。18];SD:六et al。9使用微团聚体隔离器和密度浮选);重度:六et al。9使用微团聚体隔离器和NaHMP色散);所以:Sohi et al。19];ZM评选:齐默尔曼等。15]。样品:英国石油公司:裸露的阴谋控制;GCf:花园堆肥(全价);我们为了:花园堆肥(一半);H:马粪堆肥;Pt:爱尔兰泥炭苔藓。

三个五个方法(PL,和ZM评选)涉及自由POM的初步分离,不与聚合或矿物成分有关,使用密度浮选。SD和重度方法没有一个初始分离自由POM之前总色散;所以,很难区分intra-aggregate OM和自由微粒OM相同的总大小类(稍后讨论)和解释他们如何与其他方法比较自由POM的隔离。检查这些方法,区分一个免费的POM分数显示方法的显著的影响( )在免费的POM(表C复苏5)PL C方法恢复最自由的POM, ZM评选等紧随其后。然而,自由POM C复苏对于一个给定的方法取决于OM治疗,证明了重要的方法治疗交互( )。例如,PL和ZM评选方法恢复更多的POM C批量花园堆肥处理比half-rate处理但方法恢复类似数量的POM(表C5)。此外,马粪POM复苏治疗中最低的方法,但最高的PL和ZM评选方法(表5)。


治疗	方法
治疗	PL	所以	ZM评选	意思是治疗

英国石油公司	33.4±0.1	21.5±2.6	22.0±5.3	25.6±2.6 d
GCf	73.4±2.8	41.8±6.7	65.2±3.0	60.1±5.2 b
我们为了	50.9±5.4	40.2±8.7	49.7±2.6	46.9±3.5摄氏度
H	72.6±3.6	31.9±4.3	66.0±1.2	56.8±6.5公元前
Pt	94.2±1.8	61.5±5.3	62.8±10.2	72.8±6.3
说的方法	64.9±5.7	39.4±4.2摄氏度	53.1±4.9 b

值表示为一个百分比的总C恢复。平均值±标准错误(n= 3)。小写字母在大胆的值表示方法不明显不同,和大写字母表示治疗没有明显不同根据双向方差分析与图基的事后测试( 。方法治疗交互 )。

3.3。身体保护C复苏

分段法有一个总体显著影响恢复身体保护C ( ;图1 (b))。重度,所以,ZM评选孤立更多身体保护比SD和PL C的方法,用PL方法隔离至少身体保护C .又有显著的方法治疗交互( )根据双向方差分析。例如,所以方法孤立最身体保护C泥炭和花园肥料(包括完整的半速率)修改为裸露的土壤,但没有控制或马粪修正土壤的阴谋。

3.3.1。聚合度

如前所述,一些方法(PL, SD, SMI)区分微团聚体和macroaggregate C,并指定他们身体上受保护的和不受保护的,分别。ZM评选方法,然而,一起总OM组。检查有多少总总C被每个方法孤立,无论大小类(表6)表明,分段法(整体有着重要的影响 )。事后分析表明SD和重度方法恢复总C明显多于其他三种方法和方法恢复更总比PL C ZM评选的方法恢复两国(表6)。然而,有显著的方法治疗交互( )。例如,C OM的治疗,总复苏中最高的马粪SD方法但最低的方法。


治疗	方法
治疗	PL	SD	重度	所以	ZM评选	意思是治疗

英国石油公司	15.7±2.1	56.1±6.4	43.6±1.8	10.3±5.8	34.8±3.2	32.1±4.8 b
GCf	17.5±3.2	69.8±1.3	73.1±2.2	33.4±5.5	12.2±1.3	41.2±7.0
我们为了	28.9±7.0	61.1±0.3	79.7±1.1	43.2±4.8	15.6±1.3	45.7±6.3
H	16.0±3.3	77.2±4.2	47.4±2.5	7.7±1.3	12.5±0.7	32.2±7.2 b
Pt	4.9±1.8	89.3±0.3	62.1±1.2	33.9±6.0	18.0±7.0	41.6±8.3
平均的方法	16.6±2.5 d	70.7±3.4	61.2±3.8 b	25.7±4.2摄氏度	18.6±2.6 cd

值表示为一个百分比的总C恢复。平均值±标准错误(n= 3)。小写字母在大胆的值表示方法不明显不同,和大写字母表示治疗没有明显不同根据双向方差分析与图基的事后测试( )。方法治疗交互( )。

3.4。化学保护C复苏

分段法对化学产生了显著影响总体保护C恢复( ;图1 (c))。所以方法恢复更多的化学保护C比所有其他方法,至少和PL中恢复过来。再一次,然而,有显著的方法治疗交互。例如,所以方法恢复大量的化学保护C马粪和裸露的阴谋控制治疗,与其他方法相比(图1 (c))。

3.5。C的浓度分数

检查数量的C分数,相对的质量分数(图2),显示,C的浓度不受保护的分数获得使用SMI大小分离方法相比,减少了其他密度分离方法(图2(一个))。重度和ZM评选方法也导致C浓度显著低于其他三个身体保护C(图的方法2 (b)C(图),但升高化学保护2 (c))。

(一)

(b)

(c)

图2

C (a)浓度不受保护的,(b)物理保护,(C)化学保护C分数修正土壤使用不同的分离方法。误差为标准误差(n= 3)。方法共享相同的小写字母和治疗共享相同大写字母没有显著的不同根据双向方差分析和图基的事后测试(p< 0.05)。方法:PL:广场等。18];SD:六et al。9使用微团聚体隔离器和密度浮选);重度:六et al。9使用微团聚体隔离器和NaHMP色散);所以:Sohi et al。19];ZM评选:齐默尔曼等。15]。样品:英国石油公司:裸露的阴谋控制;GCf:花园堆肥(全价);我们为了:花园堆肥(一半);H:马粪堆肥;Pt:爱尔兰泥炭苔藓。

4所示。讨论

所有的分馏方法不同符号的差异(例如,指定macroaggregate SOC作为身体未受保护的或受保护的),也实践方法论的方法之间的差异(例如,密度和大小分离)。这导致了重大差异的方法,不受保护的,身体的保护,和化学保护C。

4.1。总C恢复的方法

这两种方法,恢复最C总共是重度等方法。这是唯一的方法,不涉及密度分离SPT在任何阶段。使用SPT和奈稍后讨论。

样品制备分离之前,是否该方法使用2毫米已筛土,也可能占重度所以有更高的总C恢复。大部分(50%)的总C恢复重度的方法,例如,归因于大> 2000μm POM分数(数据未显示)。这种材料将被删除在2毫米筛分在样品制备PL和ZM评选方法在分离之前发生。筛选可能也包含SOM去除较大的骨料。这可能有助于降低意味着PL C复苏和ZM评选方法相比,重度所以不筛土作为预处理的方法。这个粗砂的存在可以使大部分有机matter-amended土壤样本尤其是与粗堆肥土壤的情况下修改20.,21]。因此,决定是否要筛样品之前物理分离将取决于所使用的土壤(即。,the size of the large POM fraction) and also whether the research interest is in investigating free POM in detail or is focussed on the heavier fractions. That said, the SD does not sieve the soil as a pretreatment but failed to recover more total C than the PL and ZM methods that do sieve.

这里给出的结果表明,土壤中C含量越高,降低总C复苏。可能结果(我)增加免费光分数POM在这些土壤,哪个更容易丢失;和/或(2)土壤C含量较高,可能包含更多的DOM,并没有孤立在这个试验的方法。这对研究展望修正土壤,尤其是那些有大量外源有机质输入。这也可能减少占总经济复苏在这个实验中,研究相比Poeplau et al。16]。这里使用的土壤有至少两倍总C含量比使用Poeplau et al。16]。

4.2。保护、物理和化学保护C复苏

证据表明,C恢复的数量在每个给定概念池的方法取决于两个符号之间的差异方法,也是实践方法论的方法之间的差异,如总色散大小和密度与分离。

然而,重要的是要考虑到每个五个方法有许多操作差异,这使得很难得出确切结论。例如,当考虑密度分离,最初应用于三种方法(PL,所以,ZM评选)。这三种方法使用不同密度的液体(SPT和奈)和不同密度(1.80或1.85 g·厘米⁻³)。此外,该方法还使用SPT (PL和ZM评选)应用筛选前密度分离。因此,有可能获得的大量的不受保护的自由POM PL和ZM评选方法可能不止一个解释。

4.2.1。准备符号的不同方法

正如前面所讨论的,一些方法区分macroaggregates和微团聚体(如PL, SD和重度),和一些团体一起聚合体积分数(所以和ZM评选)。在后一种情况下,所有intra-aggregate光或微粒OM被归入物理保护。然而,在前,OM包含在macroaggregates列为不受保护的,只有OM锢囚在微团聚体划分为物理保护。添加的OM macroaggregates保护池可能占显著( )大比例的无保护C报告的PL和重度方法相比,所以和ZM评选方法。这反过来会导致减少身体保护C方法分类macroaggregate C作为保护而不是物理保护。PL和SD方法,例如,在身体保护的最低浓度土壤C和C(图中最高浓度的无保护1),反向方法和ZM评选方法是正确的。

然而,尽管SMI和SD方法使相同的区分微团聚体和macroaggregates PL方法,SD方法没有隔离保护C明显多于和ZM评选方法,和重度方法没有隔离大大减少身体保护C比所以和ZM评选方法。因此,在实际应用中也同样存在方法论上的差异需要考虑的方法,如聚合分散技术和方法使用大小或是否密度分离(见下文)。

当所有总分数被组合在一起无论大小类,可以看出SD和重度方法分离聚合度比其他三种方法。这些方法都涉及到一个初始密度分离孤立免费(从而)POM在分散聚合。因此,总OM孤立在这些方法由intra-aggregate OM和自由POM是相同大小的类作为骨料。

4.2.2。总色散

的三种方法,包括macroaggregate OM保护C池(PL、SD和重度),SD方法导致更少保护C被孤立。一个解释可能与中包含的技术用来驱散OM macroaggregates,之间不同SD(使用真空)和重度和PL(微团聚体隔离通过湿筛分)(表2)。真空方法可能不会积极地打破macroaggregates微团聚体隔离器相比,导致更少的OM macroaggregate分数被解放了。这可能不那么咄咄逼人分手SD方法也可能占总量的SD恢复更多的化学保护比SMI和PL C的方法来弥补少intra-aggregate OM被分散。

4.2.3。密度分离

四种方法在本试验使用密度分离在分馏过程某一阶段(PL, SD,所以和ZM评选)。然而,正如前面所讨论的那样,因为SD方法有一个初始的大小分离,很难区分intra-aggregate OM和自由OM相同大小的类。其余的三种方法(PL,和ZM评选)包含一个初始密度自由POM(即分离。,POM不与骨料或矿物相关组件)。大部分密度分馏方法使用钠多钨酸盐(SPT)或碘化钠(奈)密度的解决方案,因为它们比卤代烃之前使用更少的有毒分馏方法(22]。Sequeira et al。23)报告说,他们没有发现任何差异在C恢复自由光分数比较SPT和奈密度液体,但在这里,SPT (PL和ZM评选)恢复更自由的POM比方法,它使用奈。方法使用SPT (PL和ZM评选)还包括筛分预处理,与方法(如上所述)。因此,筛选的行为可以从大聚集,释放自由POM导致高架保护C,和不相关的SPT奈是否用作密度流体。反过来,这将导致减少总OM发布在PL和ZM评选方法相比,方法。

PL的方法,它使用更高密度的SPT (1.85 g·厘米⁻³ZM评选方法)比(1.80 g·厘米⁻³),也恢复了自由POM明显多于ZM评选方法。这种免费的POM的增加与流体密度加大一致的发现Sequeira et al。23]。

在物理分离,化学保护的分数可以孤立使用密度分离(PL, SD,所以和ZM评选)或大小分离(重度)。重度方法分离化学保护C显著低于其他四个方法,表明density-based方法分离更多的化学保护基于C比大小的方法。density-based方法,化学保护C的复苏是显著的高于方法,它使用奈,而不是SPT,流体密度。方法使用SPT作为内密度流体(PL, SD, ZM评选),ZM评选(1.80 g·厘米⁻³SPT)复苏明显比PL方法(1.85 g·厘米⁻³),反向自由POM(如上所述)。

4.3。分馏为修正土壤

总C复苏的负面影响应用C含量高泥炭修正案。这将会影响使用的物理分离技术在评估的影响高C C稳定土壤改良剂。此外,对于所有的分析(不受保护的,身体,和化学保护C),有显著的治疗方法×交互( ),这意味着不同的方法能更有效地隔离某些C概念池,对某些修改。这将影响研究调查修正案应用C稳定,作为这项工作表明,每个方法的性能取决于问题的修正案。这凸显了需要了解的性质实验样品和最感兴趣的稳定机制,前两个方法选择和结果进行对比研究。

4.4。方法选择的实际问题

物理分离方法选择有重大影响的总C(表中恢复过来4)和恢复C之间的分布概念定义池,根据目前的想法的重要性总阻塞和矿物组合,在控制土壤有机C持久性(图1)。这些between-method差异最可能产生变异的方法获得的分数(例如,区分总大小类或不)及其后续指定概念池中使用的程序(受保护的和不受保护的)和样品预处理和随后的总色散和分离步骤。人民币升值对方法论的变化敏感的表征土壤C概念池是至关重要的数据由物理分离方法的解释。然而,科学价值的分数将不是唯一考虑研究人员在选择一个合适的分离方法。因素,如个人研究的目标与物流、时间和预算也将发挥作用。的数量(表为每个方法获得的分数有很大的差异3)和检索这些分数需要时间,而且可能会导致更大的损失C的方法变得越来越复杂(表4)。因此,当选择一个分段法,研究者需要考虑他们的个人研究的需求,他们需要的信息从每个分数,和衡量这个时间来获取这些分数。

溶解有机物(DOM)常常被忽视在有机物分离方法,但文献表明,不应该这样。尽管只有一小部分的总贡献土壤C, DOM是一个活性的SOM (24),是一个重要的土壤微生物C来源(25]。事实上,DOM的可用性分解土壤微生物群落被认为是重要的C营业额微生物吸收发生从方案阶段26]。

所有的方法在本研究中定义一个矿物分数,反映出当前的思考[重要性2,16协会的C C与矿物表面吸附和络合稳定。矿物分数是如何定义的,尤其是在这一部分砂,影响C的质量获得所有的分数。这将产生影响,如果分析土壤含砂量高的,或者比较多个站点和不同土壤质地。沙子的存在与否的分数,这是认为只有弱关联与C [22),可以从本质上讲,稀释样品通过增加的质量分数没有贡献多C。

所有方法认识到闭塞的重要性在总量稳定C在土壤的机制。然而,并不是所有的方法都定义微团聚体和独立macroaggregate阻挡C。人们认为有机物质分解在更大程度上的保护比macroaggregates微团聚体,不仅由于减少微生物进入有机C基板由于土壤毛孔越来越少联系,但也由于慢分解在应对大流行的缺氧条件下由于慢氧气扩散通过小毛孔水(27]。微团聚体也紧紧地相拥在一起,加强内部绑定代理,这导致他们在土壤系统更稳定,并提供更好的长期保护SOM (25]。阻塞在微团聚体,包含在macroaggregates中,被认为是最重要的对于C稳定在管理网站28,29日),以及影响微生物群落的组成(30.]。

总隔离方法,如SD和重度提出的六个et al。9),允许意义的大小,在土壤保护SOM待定(31日),但他们也量化特有的淤泥和粘土包含在总。这可能是特别感兴趣的是C与淤泥和粘土,包含在一个聚合,可能是化学的和物理的保护。这一信息将是宝贵的在测试假设C的自行车总formation-stabilisation-destruction流程和开发的理解一个被忽视的有机物,是由多个保护机制。然而,正如前面所讨论的那样,检索多个分数也有成本,和并不总是可能的情况有很高比例的POM的土壤。当POM的质量构成大部分总土样的质量,就像土样修改接受调查,往往是缺乏足够的剩余样品分离到剩下的分数。因此,为了确保足够的材料在分数过程的末期,大卷的土壤需要处理,分析时间和成本增加。

大小分离过程中很多因素,如湿筛分,会影响结果,包括筛大小、速度和持续时间,这就需要考虑(12手工),特别是当湿筛分运营商将会有明显的差异。此外,筛选分离总大小类也会分离出不同大小类的POM连同沙子颗粒(32),不含阻挡OM的聚合和可能对结果的影响。人们认为,湿筛分也可能导致医生较小的总大小类的浸出,随着高能熟化过程较弱的总量和重新分配微粒分解成较小的总大小类(33]。

大部分密度分馏方法使用钠多钨酸盐(SPT)或碘化钠(奈)密度的解决方案,因为它们比卤代烃之前使用更少的有毒分馏方法(22]。尽管这项研究的结果是不确定的解决方案是更合适的,根据Sequeira et al。23),决定是否使用SPT或奈作为密度的解决方案依赖于以下因素:(i)成本(奈比SPT便宜);(2)健康和安全(SPT不如奈有毒);和(3)密度范围(SPT能产生更大范围的密度,同时维持一个低粘度更高浓度)(34]。

还有额外的考虑,如果目的是产生分数,可以进一步分析,例如核磁共振(NMR)和同位素示踪剂,进一步探索成分和停留时间在每一个分数。例如,可能出现问题的正交偏振光谱NMR如果内容样本是100毫克的C g·分数⁻¹或更少(35),就像在当前的研究中:无保护C孤立使用SMI方法;身体保护C使用SMI和ZM评选方法;和化学保护使用PL C孤立,SD,所以方法(图2)。分数C浓度的差异是由矿物的存在与否决定组件(特别是沙子在我们的例子中),在不同的分数根据分段法。例如,使用大小分离技术分离保护C在重度方法意味着相同大小类中的矿物成分,如沙子和砾石,沉在密度分离方法,包括在POM分数。将砂总分数的重度和ZM评选方法(表2)同时也会显著降低C浓度的身体保护部分与其他方法相比,但较高的化学保护C .可怜的核磁共振光谱通常源于低示例C浓度由于背景信号引起的转子帽和探头组件,除了广泛的山峰和低限率(35]。低有机分子的样本,因此,可能需要预处理与氢氟酸(HF)、溶解矿物质从而集中有机质信号(36]。然而,高频的使用相关的健康和安全问题,需要时间。用高频也被观察到治疗样本造成问题,因为它可以导致一些土壤SOC的损失37]。

同样重要的是要注意,如果是打算把物理分离技术和微生物分析,可能不适合使用密度分离,因为密度解决方案可能有害的微生物活动(38)或隔离和分析微生物群落特征的核酸标记。

5。结论

这里测试的五个物理分离方法(18];(15,19];和两个变量的9),方法的选择有重大影响的分布有机C分数之间概念上是无保护的代表,化学保护,身体保护池。这个between-method变异可以解释的差异:(i)方法获得的分数;(2)随后的主观指定分数概念池;(3)程序用于样品预处理和随后的总色散和分离步骤。

我们的方法比较强调需要了解被调查样本的性质,特别是对土壤修正。此外,人民币升值下稳定机制(s)的研究和操作方法之间的差异在选择一个方法来解决一个特定的研究问题是必要的。对于cross-study土壤C质量数据的比较,会有影响,如果数据取得了使用不同的物理分离方法。

未来的工作可以检查各种分离方法和步骤是否分数从土壤外源有机质输入隔离确实有营业额乘以相一致的概念池是用来表示(如[16])。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究受到了一个工业合作奖在科学和工程(CASE)共同资助的生物技术和生物科学研究委员会(BBSRC),英国皇家园艺学会(RHS)和英国环境、食品和农村事务部(Defra)。

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应用和环境土壤学

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