茶叶袋的化学基础指数:考试的茶叶的分解

文摘

分解是一个关键的陆地碳通量的气氛。因此,获得更好的理解如何在土壤、植物凋落物分解和控制这一过程,对全球气候模型是至关重要的。茶叶袋指数(创伤性脑损伤)介绍了Keuskamp et al。(2013)作为测量的新方法垃圾分解率和稳定。创伤性脑损伤使用两种类型的茶包代表快速(绿茶)和慢速(南非博士茶)分解基质标准化垃圾袋子。迄今为止,创伤性脑损伤的方法已被用于在全球范围内超过2000个地点。然而,在现在,没有信息在孵化茶叶的成分变化。这些数据是至关重要的在确定了创伤性脑损伤的使用方法的有效性在全球范围内,确保茶叶分解的方式代表所谓的“本地”窝。提供化学基础的创伤性脑损伤的方法,实验室孵化的茶袋进行破坏性抽样(0)7、14、21、28岁,35岁,42岁,49岁,56岁,63年,70年,77年、84年和91年d。孵化茶是分析总C和n .此外,C是定性为烷基,使用固态O-alkyl,芳香,或羰基C¹³C核磁共振光谱学与交叉极化和魔角旋转(CPMAS NMR)。结果表明碳的变化在两个茶类型与其他垃圾研究,以净减少C和相对比例的O-alkyl C分数,其中包含碳水化合物和纤维素。我们得出结论,分解的茶叶袋用于创伤性脑损伤是代表其他的窝。

1。介绍

土壤有机碳、SOC是最大的陆地C汇,包含大约2344 Gt C [1]。土壤空气通量在C的微生物矿化主要是由土壤有机质(SOM)组成的一个连续的逐步分解残留主要植物来源的2]。因此,获得一个更好的理解植物凋落物分解,控制这个过程,是至关重要的全球气候模型,寻求整合C循环反应和反馈在环境变化的情况下。

最常规的方法来量化分解土壤分解者SOM的社区与现场或实验室分解研究通常用垃圾袋(3]。然而,准备统一的垃圾袋子,允许比较研究是很困难的。Keuskamp et al。4]表明,茶叶袋指数(创伤性脑损伤)作为评估的标准化替代分解SOM和发布了一个呼吁贡献全球地图Teatime4science运动的分解(http://www.teatime4science.org/)。总之,该方法使用商用茶包之间的分解和利用微分绿茶的干叶子茶树(快速分解)和南非博士茶干叶子的Aspalathus linearis(缓慢分解)超过90天。质量损失在孵化过程中用于生成一个创伤性脑损伤描述凋落物分解速率常数(k)和一个因素量化的程度垃圾稳定(年代)。k假设指数衰减估计剩余从南非博士茶的质量t= 90天。年代被定义为实际的偏差分解分数(绿茶)分数相比,应该根据其化学不稳定性,分解和计算分数的绿茶之间的比例,实际上是分解后90天,绿茶的分数hydrolysable ( ;操作上定义为非极性萃取C的总和,水溶性C和酸溶性C)的大小年代因此可以被视为环境条件的抑制效应的量化分解的不稳定的部分4),其中可能包括二次合成反应的贡献在稳定不稳定的分数(及其部分分解产品)对最终成矿。

到目前为止,创伤性脑损伤已用于全球超过2000个地点(http://www.teatime4science.org)。此外,在撰写本文时,已有71年的出版物引用Keuskamp et al。4),根据网络的科学。然而,也不确定茶叶,分解的垃圾,代表“本地”垃圾输入土壤。首先,从创伤性脑损伤来自获得的参数分解的材料,期间经历了一定程度的加工生产,因此不可能以类似的方式未加工的叶片窝。南非博士茶树叶,例如,可能会受到氧化过程在生产期间,艾滋病在叶细胞壁的分解,而不受保护的窝。这可能影响结构的丰富与叶的表皮。其次,为了计算稳定系数(年代)的茶,还以为化学hydrolysable分数的茶,H,是唯一的可分解的茶。H以前一直由Keuskamp et al。4)通过连续萃取,由非极性抽提(如脂肪和蜡)和水溶性(例如,单糖)和酸溶性(如纤维素)组件。化学nonhydrolysable组件被定义为酸不溶性物质,如木质素,被认为是抗分解。然而,有相当多的证据表明聚合物组分的持久性植物残体在土壤中无法预测仅仅基于化学结构(5,6]。特别是,研究发现,残留木质素和长链脂肪含量高,因此传统上认为化学顽抗,实际上是分解很快,选择性保护重要的初级阶段分解过程中(3,7,8]。此外,现有的证据从矿物的土壤不支持持久材料的形成(即“腐殖质”分子大的分子大小)通过二次合成9)这可能是一种解释的稳定材料占计算年代创伤性脑损伤的因素。此外,传统上认为是不稳定的化合物(即。,those that are hydrolysable) have been shown to persist in soil, albeit through stabilising interactions with soil mineralogy and soil structure [5]。

迄今为止,出版的化学分析茶类型只有在孵化前进行(4),因此关于(i)做出的假设是否分解处理过的茶的行为类似于未加工的“自然”垃圾和(2)C分数的性质,利用微生物在孵化并没有证据支持。

鉴于全球越来越受欢迎的创伤性脑损伤,这项工作的目的是确定和量化茶用于创伤性脑损伤的C分数在他们90天的退化和比较相似的研究使用不同的窝。这将(i)提供一个化学降解的绿色的理解和南非博士茶和(2)测试的假设的计算分解率和创伤性脑损伤的稳定因素。这将使化学基础的创伤性脑损伤的方法获得统一的跨生态系统分解数据。而茶的原始描述Keuskamp et al。4)涉及顺序C萃取设备,有机化合物与索氏这个调查使用固体13 C核磁共振光谱学与交叉极化和魔角旋转(CPMAS NMR)来提供更少的破坏性和更具代表性OM特点的分析。

2。方法

2.1。实验室孵化项目

创建一个时间序列的退化,烘干的实验室孵化项目中(70°C) preweighed茶包在花盆中进行。共有78个直径5”植物盆满是500克新鲜渗土壤的2毫米。土壤是获得一个unplanted砂壤土Wisley (pH值6.5,OM 7.29%),英国(51.323428°N,−0.474392°W)。每个锅包含三个绿茶和三个南非博士茶包,分别来自三个不同的生产批次。锅是孵化,在黑暗中在20°C,在饱和砂。

破坏性的收成的一锅被0,7、14、21、28岁,35岁,42岁,49岁,56岁,63年,70年,77年、84年和91年d(总共234个茶包)。茶包被烘干的(70°C),用手轻轻粘土壤颗粒被删除,重前袋裂开了。

2017年,茶包的面料从描述的尼龙编织袋Keuskamp et al。4]非织造聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),而茶叶仍然相同。作为回应,目前创建的地图Teatime4science运动是完全基于原来的尼龙网袋。因此,本文也主要集中在原来的尼龙网袋。

2.2。化学分析

以确保有足够的材料分析、复制茶包从同一生产批次的在一起和单一化到一个样本,导致一个样本的绿茶和一个示例的南非博士茶每批的三个数字,每个星期,进行化学分析。由于后勤方面的约束,进行了化学分析两三个批次,并给出了这两种方式。

样本地面0.2毫米和分析总C和N在热科学Flash 2000中文/ O分析器,和¹³C使用CPMAS NMR光谱光谱也获得。

2.2.1。核磁共振光谱学

¹³CPMAS NMR进行了使用一个10000 Hz的自转速度。分析使用一个500 MHz力量Ultrashield脉冲功率为67.6 kHz。光谱仪是哑音之间每个样本,每个样本是500年竞选1024扫描μ年代接触时间和循环延迟2秒。CPMAS NMR光谱是集成按照下列化学位移区域:(a)烷基C, (b) O-alkyl C, C (C)芳香,和(d)羰基C。这些地区的更多细节可以在表中找到1。

这些地区的集成被选为它们通常用于文献[10- - - - - -13]。积分报道这是定义光谱区域下的区域,表示为一个整个光谱的面积比例。集成进行了使用力量上旋3.2版。

2.3。分解指标

除了相对比例的变化每个化学位移区域上面列出的两个指标量化的程度垃圾分解计算。这些指标是(我)烷基C / C O-alkyl,或AC / OAC,比率(0 - 50/50 - 110 ppm)和(2)碳水化合物的C / C甲氧基,或CC / MC,比率(70 - 75 ppm / 52-57 ppm)。这些比率已经使用在文献[14)的可靠指标的分解层级上的叶子窝,通过比较传统上认为组件的相对丰度不稳定(O-alkyl C和C)碳水化合物更顽固的组件(烷基C和木质素的甲氧基C)。

2.4。统计分析

单向方差分析和图基的事后测试一款统计软件进行17日使用天数孵化的主要因素,确定显著差异( )。

3所示。结果

3.1。质量损失和分解速率常数

图1显示了相对质量的下降在绿色和南非博士茶的孵化(相对于初始质量在0 d)。绿茶的质量下降是两相的快速下降到14 d后以较慢的速度对91 d,而南非博士茶下降以较慢的速度在整个潜伏期。值年代和k(基于复制的质量损失中值)91 d后分别为0.032和0.038,分别。

3.2。C和N内容

图2介绍了C和N内容在绿色和南非博士茶包(总质量的茶叶袋),随着时间的推移。C(图的质量损失2(一个))是著名的绿茶比南非博士茶。C的总质量损失在绿色和南非博士茶茶的质量比例密切相关剩下的袋子里(r²= 0.99南非博士茶绿茶为0.97)。

N绿茶(图中的内容2 (b))平行的质量损失(r²= 0.95)但不是在南非博士茶(r²= 0.01),它显示了一个小N增加内容。C: N比率(图2 (c)在南非博士茶与培养时间明显减少( )。

3.3。核磁共振光谱学

的四个化学位移区域指定在本研究中(表中描述1),只有O-alkyl地区看到显著减少,在这两种茶类,91 d后孵化(表2)。虽然芳香羰基C或C的相对贡献,无论哪种茶类型,不是统计不同0 d、91 d孵化后,有一些值得注意的观察在这两个区域(图3)。芳香地区微妙的山峰在南非博士茶̴115,130,145,和153 ppm,坚持在潜伏期,都是发生在与C原子木质素单体(15,16]。高峰在145和155 ppm也归因于单宁(17),而这些地区的绿茶具有显著的山峰中迅速减少的最初第一个21 d。绿茶,木质素的峰值在130∼153 ppm也持续在潜伏期。也有峰坚持在两个羰基地区茶∼172 ppm。这个峰值可以分配给羧基C半纤维素或酰胺(18]。

对绿茶,所有的山峰O-alkyl C地区显示减少了潜伏期与单位的碳水化合物(72 ppm),多糖(105 ppm)和C (96 ppm)的异头碳水化合物(14,16,19]。文学的高峰通常与碳水化合物(72 ppm),虽然减少了,但并没有完全消失。类似于南非博士茶,减少碳水化合物的信号在72 ppm,纤维素在65 - 87 ppm (20.)所示,以及多糖在105 ppm (19]。

3.4。分解指标

图4显示了绿、南非博士茶分解指标。AC / OAC(图4(一))比例增加,孵化时间的绿茶,在91 d比率明显高于( )比在0 d。AC / OAC比率的差异在南非博士茶,0 d、91 d之间并不显著,尽管有显著减少之间的南非博士茶总质量0 d、91 d(图1)。

CC / MC比率显著降低0 d、91 d之间随着时间对茶类型(图4 (b)与急剧下降),绿茶在第一个14 d和洛依柏丝更循序渐进。与AC / OAC比率不同,CC / MC比率在这两种茶类型0 d、91 d之间的显著改变( )。的山峰∼53 ppm潜伏期期间表现出更大的相对增加,绿茶,这个峰值与甲氧基C木质素中找到。这也是南非博士茶(图4 (b)在∼73 ppm),峰值显示一个巨大的减少和峰值∼56 ppm坚持在潜伏期。

4所示。讨论

创伤性脑损伤的数据信息量丰富、分解的茶叶需要其它植物窝的典型。创伤性脑损伤的计算也是基于绿色茶叶经历的两个阶段两相的分解和达到高原90天后孵化,而南非博士茶仍然应该分解。

垃圾分解经过两个阶段的快速初步损失通过浸出进入土壤可溶性组件时,紧随其后的是一个更加渐进的质量损失由于微生物分解和矿化的纤维素和其他化合物(21,22]。绿茶的质量下降是两相的快速下降到14 d,可溶性单宁和损失,其次是较慢的速度91 d,而南非博士茶的质量下降以缓慢的速度在整个潜伏期。这也是在初步调查观察Keuskamp et al。4南非博士茶]尽管下降似乎在本文中给出的数据更迅速。剩下的质量比例的91 d孵化后的初始质量是0.20和0.48的绿色和南非博士茶,分别(图1),在提供的茶的可分解的分数值Keuskamp et al。4]。值年代基于平均质量损失(0.032)符合实验室孵化项目在15°C Keuskamp et al。(4]。的值k然而基于平均质量损失(0.038)高于观察到Keuskamp et al。4]15和20°C,表明一个更快速下降的南非博士茶孵化。

C: N比率在这两个绿色和南非博士茶与培养时间(图明显减少2 (c)),这是符合一系列的分解研究使用各种窝(14,23,24),是C的结果被矿化和失去的更快比与充足的N N .绿茶(C: N比率∼12),分解器已经能够代谢茶C同时满足他们的N的需求也包含在茶。南非博士茶的分解(C: N比率∼60),分解微生物将N从周围环境中。这外源N是纳入分解体微生物生物量和导致净增加N分解垃圾(25]。这个过程中占绝对的时间维护N潜伏期(图2 (b))和更大的相对减少C: N比率在南非博士茶(图2 (c))。这也许可以解释观察到的就越高k比Keuskamp et al。4)如果他们使用的土壤N含量低于土壤用于这个调查。

木质素山峰坚持这些样本支持假设由Keuskamp et al。4];即。,in the calculation of年代,它是假定顽固的生化反应分数是nonhydrolysable材料。木质素,高度芳香聚合物的无序结构,传统上被认为是选择性地保留在土壤3,26]。相反,一些研究发现,木质素含量高的修正案,认为是化学顽固的,被快速分解释放养分在土壤中,和选择性保护只是重要的有机的初始阶段分解过程中输入(3,7]。

对绿茶,尽管相对剩余质量达到高原的潜伏期,峰值通常与碳水化合物(72 ppm)仍然存在。这表明,一些碳水化合物仍在微生物群落的绿茶不能利用。高峰,持续在∼62 ppm的绿茶也一直与碳水化合物的C (10,16,20.]。这种碳水化合物可以微生物衍生化合物将有原来的垃圾的成分相似3]。这种持久性的传统分类不稳定C凸显了需要测定的一个稳定因素,年代作为一个一步Keuskamp带来的创伤性脑损伤的计算等。4]。年代占,传统上认为是不稳定的化合物可以稳定在分解过程中,呈现他们的衰变。O-alkyl C的分数(50 - 110 ppm)在两个茶类型显著减少。这是符合许多分解研究[12,14,23,27]。

烷基地区坚持两种茶的类型,在落叶的研究(28,29日]。烷基C发生在许多结构,如蜡和脂质,它需要特定的酶分解他们(27),因此可能更耐腐蚀。这些也是重要的化合物存在于茶叶生产绿茶,因为他们帮助保护植物对生物和非生物压力(28,30.]。它也表明,烷基地区也表明存在的微生物代谢产物所产生分解,进一步增加了这一地区的积累在垃圾20.]。这可能影响假设非极性抽提(即。,fats and waxes) comprise part of the hydrolysable fraction in the TBI calculations. The CPMAS NMR data presented here suggest that these components are persisting in the tea leaves and may be more resistant than assumed when defining the hydrolysable fraction as labile for the calculation of年代。

增加AC / OAC比率在分解中观察到许多研究由于不稳定的碳水化合物的分解和选择性保护更顽固的蜡,除了后续的二次代谢产物(14,23,31日]。两种茶类型看到AC / OAC比率的增加在潜伏期表明他们在类似的方式分解其他窝。有可能AC / OAC比不够敏感,反映了南非博士茶的分解层级上,因为这比使用大型化学位移区域,其中包括许多的山峰,其中一些强度降低,一些增加或维持在同一水平在这个操作窗口。因此,索引,关注个人的山峰,如CC / MC比,可能包含更多的信息。

到目前为止,并没有像许多研究文献中,使用CC / MC比率作为分解指数(14,31日),相比那些使用AC / OAC比率。我们观察到显著减少CC / MC比率随着分解是按照Bonanomi et al。14)报道,CC / MC比相关性最高的分解率。

5。结论

创伤性脑损伤的数据信息量丰富、分解的茶叶需要其它植物的典型窝,结果这里提出建议是这种情况。然而,本研究也强调一些关键因素解释创伤性脑损伤时需要的数据。首先,N-limited系统中使用这种方法可能会影响结果,作为南非博士茶的分解(C: N C。60)需要一个外部输入N的物质被分解。

其次,创伤性脑损伤的方法假定hydrolysable分数(H)是不稳定的,任何化学成分不hydrolysable (AIS)是顽固的。CPMAS NMR数据表明,水(WS)和酸溶性()有机化合物,如简单的糖和纤维素,在茶类型被耗尽。然而,山峰与这些化合物不完全消失在潜伏期。这强调了这一事实的重要性Keuskamp et al。4)承认部分不稳定部分稳定的材料,需要计算年代,特别是hydrolysable极性抽提,如脂肪和蜡,似乎坚持在茶包。

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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