Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

4.2: Вуглець ґрунту та дихання

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    37902

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання

    • Визначте здоров'я ґрунту.
    • Опишіть, як показники стану ґрунту використовуються для відстеження змін стану ґрунту з плином часу.
    • Опишіть, як показники стану ґрунту використовуються для порівняння двох різних практик управління.
    • Поясніть, як органічна речовина ґрунту впливає на стабільність агрегату.
    • Виконайте розрахунки вуглецевого циклу для ферми Канзас.

    Грунтове дихання - це чистий викид CO 2 з усіх живих організмів у ґрунті, включаючи бактерії, гриби, протисти, дощові черв'яки, коріння рослин тощо Швидкість дихання ґрунту має багато різних застосувань. Він може бути використаний для оцінки здоров'я ґрунту, з більш високими показниками дихання, що вказує на більш активну і, отже, здорову мікробну спільноту. Він також може бути використаний як частина балансу С, щоб визначити, чи ґрунт за певною практикою управління є чистим джерелом або раковиною С, який має пряме застосування до вуглецевих кредитів. На частоту дихання також може впливати якість субстрату, споживаного грунтовими мікробами. У цій лабораторії ви проведете тести, щоб визначити відносний стан ґрунту двох ґрунтів, якими керувалися по-різному протягом більше десяти років. Тести включають сплеск CO 2 або тест на базальне дихання для визначення відносної швидкості дихання та тест на слабку для визначення стійкості ґрунтових агрегатів. Ви також працюватимете зі своїми однокласниками, щоб завершити набір проблем Carbon Cycling.

    Матеріали

    • Два або більше зразків ґрунту, які були висушені в духовці при 35-40° C (для випробування на вибух CO 2)
    • Два або більше зразків вологого ґрунту, які були недавно зібрані (для тесту на базальне дихання)
    • грунтовий каток
    • 30 см (см 3) ґрунтовий совок та стрижень бойка
    • Пластиковий стакан
    • Сітчастий екран
    • Набір піпеток на 9 мл
    • Вода
    • Solvita® CO 2 випробувальний весло
    • Тестова баночка з кришкою
    • Тестове весло Solvita® з низьким вмістом CO 2
    • Інкубатор (опціонально)
    • Цифровий зчитувач кольорів Solvita® та/або довідкові кольорові діаграми
    • Два або більше грунтових педів, які мають приблизно розмір м'яча для гольфу
    • Груба дротяна сітка або машинна тканина
    • Дві, 1 L осадочні колони
    • Грунт вуглецю Велоспорт Проблема Набір

    Рекомендоване читання та перегляд

    Призначення передлабораторії

    Використовуючи рекомендовані читання та відео та введення в цю лабораторію, розглянемо питання, перераховані нижче. Ці визначення/питання нададуть стислий виклад основних концепцій, розглянутих в лабораторії. Їм також знадобляться навчальні записки до іспитів.

    1. Визначте стан ґрунту
    2. Визначаємо ґрунтове дихання
    3. Визначте секвестрацію вуглецю.
    4. Назвіть три способи, за допомогою яких С втрачається з грунту.
    5. Яка з цих трьох втрат С з грунту є найбільш значною?
    6. Які практики можуть зменшити або навіть повернути цю втрату в ґрунті С і, таким чином, зберегти або поліпшити здоров'я ґрунту?
    7. Опишіть, як органічна речовина ґрунту впливає на стійкість ґрунтових агрегатів.

    Вступ

    Розрахунки вуглецю

    Вуглекислий газ - продукт дихання, один з декількох парникових газів, що виділяються з грунтів. Парникові гази адсорбують випромінювання, що випромінюється із землі в космос, відображаючи випромінювання на землю, таким чином нагріваючи землю в ефекті, який зазвичай називають «парниковим ефектом». Цей процес допомагає підтримувати клімат планети при відповідній температурі, але якщо концентрація парникових газів в атмосфері занадто висока, цей процес збільшується, затримуючи занадто багато тепла і призводить до більш теплих світових середніх температур та змін до місцевого клімату. Це може призвести до значних змін, які зачіпають людей у всьому світі. Грунти мають важливе значення для стримування парникових газів та зміни клімату.

    Оскільки мікроби в грунті споживають органіку, вони виділяють вуглекислий газ через дихання, який врешті-решт пробирається на поверхню грунту і в атмосферу. Непорушені екосистеми, як правило, показують баланс С, доданий до ґрунту, і C втрачається з ґрунту в атмосферу. У деяких випадках C накопичується в ґрунті, коли додавання до C перевищують втрати С, що призводить до таких особливостей ґрунту, як темний горизонт А з великою кількістю органічної речовини ґрунту. Це чисте збільшення органічної речовини ґрунту називається секвестрацією С. У порушених ґрунтах, таких як оброблені та оброблені ґрунти, фізичне порушення обробітку ґрунту тимчасово збільшує аерацію, внаслідок чого підвищується швидкість дихання і більше С втрачається в атмосферу. Згодом це спричиняє чисте зниження рівня С грунту і чисте збільшення атмосферного С.

    Однак вдосконалені практики управління ґрунтом, такі як збереження обробітку ґрунту, відсутність та використання покривних культур, можуть мінімізувати ці втрати C або навіть збільшити ґрунт C. Управління ґрунтом для C було важливою темою на Конференції ООН з питань зміни клімату 2015 року в Парижі. Там вчені визнали, що сільське господарство може бути як джерелом викидів С, так і як інструмент боротьби зі зміною клімату через секвестрацію С, допомагаючи обмежити середнє підвищення глобальної температури до 1.5° C. вуглецеві кредити можуть бути використані для субсидування фермерів, які змінюють свою практику управління, щоб збільшити кількість С секвестрований (зберігається) в грунті в безстроковому режимі. Вуглецеві кредити функціонують як угоди між випромінювачем С і тим, хто може керувати землею, так що C видаляється з атмосфери через секвестрацію С. У першій діяльності ви будете виконувати розрахунки, які гіпотетичний виробник кукурудзи Канзас буде робити, розглядаючи можливість секвестру С через зміни практики обробки грунту, а потім продавати кредити C.

    Вимірювання дихання грунту

    Грунтове дихання - це показник того, скільки CO 2 виділяє грунт і відображає загальний CO 2, що виділяється з усіх живих організмів у ґрунті, включаючи бактерії, гриби, дощові черв'яки, протисти, коріння та інші. Вимірювання дихання ґрунту використовуються для розрахунку вуглецевих залишків, і можуть бути використані як біологічний індикатор здоров'я ґрунту. У заходах 2 та 3 ваш клас буде працювати разом, щоб кількісно оцінити частоту дихання зразків ґрунту, які раніше були зібрані та висушені (активність 2), або зразків, які нещодавно були зібрані і все ще вологі (активність 3). Ваш клас також буде досліджувати сукупну стійкість ґрунтів за допомогою тесту на сланці (активність 4).

    Діяльність 1: Набір проблем з вуглецевим велосипедом

    Набір проблем з грунтом вам буде надано. Використовуйте свій досвід та знання попередніх лабораторних заходів для вирішення цих проблем.

    Діяльність 2: Дихання ґрунту за допомогою тестів Solvita® CO2

    Примітка: Цей протокол є скороченою версією протоколу, який постачається з наборами вибірки від Solvita®. Повний Solvita® буде надано студентам для завершення цієї діяльності.

    Випробування базального проти викиду CO2

    Випробування на вибух CO 2 використовується в регіонах, де поширені тривалі періоди сухих умов. Тест на вибух CO 2 імітує швидкість дихання після його повторного зволоження після тривалого сухого періоду та використовує ґрунти, які раніше були зібрані та висушені. Зразки, що використовуються для методу вибуху CO 2, повинні бути повторно змочені. Базальний тест використовується у більш вологих, помірних регіонах, де ґрунти рідко відчувають тривалі періоди посушливих умов. Базальний тест використовує зразки грунту, які мінімально порушені і були недавно зібрані. Не потрібно додавати додаткову вологу в грунти для базального тесту. Ваш інструктор повідомить вам, який з цих двох тестів ви будете виконувати.

    Порядок дій

    Для цього експерименту ви будете використовувати два аналогічних грунти краще з однієї площі і одного ряду ґрунту. Однак вони повинні надходити з місць, які зазнали контрастних методів управління ґрунтом. Одним із прикладів є ґрунт, який щорічно оброблявся порівняно з ґрунтом, який був під забороненим управлінням та/або обрізаним покривом. Іншим прикладом є оброблене поле в порівнянні з грунтом з сусіднього, неочищеного паркану ряду.

    1. Зберіть грунт за допомогою чистої кельми, лопати або зонда. Зберіть 12 або більше підзразків з репрезентативної області на глибину, потім складіть підзразки в один зразок. Якщо ви проводите тест на базальне дихання, перейдіть до кроку 4.
    2. Просушують зразки грунту в печі при температурі до 45° печі, поки грунт не досягне стійкої маси (від декількох днів до тижня)
    3. Грунт повинна проходити через 2 мм сито. Якщо заповнювачі занадто великі, прокачайте зразки за допомогою грунтового катка до тих пір, поки агрегати не будуть розбиті настільки, щоб вони пройшли через сито. Не використовуйте подрібнювач грунту.
    4. Виміряйте стандартний об'єм ґрунту, використовуючи пробний совок ґрунту 30 см. Зачерпніть достатню кількість грунту, щоб грунт насипався на верхівку совки. Потім зішкребти надлишки зразка за допомогою ударного бруска, даючи рівно 30 куб.см грунту. Налийте зразок у пластиковий стакан і обережно постукайте по ньому, щоб вирівняти зразок. Якщо ви проводите тест на базальне дихання, перейдіть до кроку 6.
    5. Помістіть сітчастий екран поверх грунту в склянці, потім обережно додайте 9 мл води в грунт за допомогою піпетки.
    6. Відкрийте мішечок з низьким вмістом CO 2 і помістіть тестове весло в грунт з колом, спрямованим вниз, а кольоровий індикатор, який можна переглядати поверх зразка.
    7. Помістіть пластиковий стакан, що містить зразок ґрунту та тестове весло, у тестову банку, потім щільно закрийте кришку банки. Запишіть час закриття банки на кришку банки. Тримайте банку в приміщенні при стабільній температурі 20° C протягом 24 годин або помістіть банку в інкубатор, встановлений на 20° C, протягом 24 годин.
    8. Видаліть тестове весло через 24 години і запишіть отриманий колір, порівнявши його з кольоровою діаграмою, або виміряючи колір за допомогою цифрового зчитувача кольорів (DCR). DCR забезпечить як вимірювання кольору, так і інтерпольований CO 2 -C ppm, що зберігається зразком. Якщо ви використовуєте колірну діаграму, запишіть номер кольору в таблиці 12.1, а потім скористайтеся «Діапазоном настанов реагування» з протоколу Solvita® для визначення CO 2 -C ppm відстояв. Запис результатів за допомогою DCR в таблиці 12.2.

    Таблиця 12.1 Результати дихання ґрунту за допомогою кольорової діаграми

    Грунт Вимірювання кольору CO2-C проміле постояло Класи біологічної родючості ґрунту
    A
    Б
    C

    Таблиця 12.2 Результати дихання ґрунту за допомогою цифрового кольорового зчитувача

    Грунт Вимірювання кольору CO2-C проміле постояло Класи біологічної родючості ґрунту
    A
    Б
    C

    Узагальнити методи управління ґрунтами, як вони описані інструктором. Також коротко опишемо грунт (грунтовий ряд, горизонт, який був вибіраний, глибину відбору проб і т.д.).

    Який тест ви провели, тест на базальне дихання або тест на вибух CO 2?

    Як порівнялося дихання з грунтів?

    Який грунт «здоровіший»? Поясніть вплив практики управління ґрунтами на здоров'я ґрунтів.

    Діяльність 3: Тест на слабину

    Тепер вам належить провести тест на слабину, який представляє собою тест, який можна виконати як в польових умовах, так і в лабораторії. Випробування на сланці демонструє, наскільки добре грунт здатний протистояти внутрішньому тиску, що виникає під час раптового перезволоження грунту. Грунти з більш стійкими заповнювачами будуть краще витримувати цей тиск і будуть проявляти менше гасіння, ніж ґрунти з меншою кількістю табличних агрегатів. Ви будете використовувати два ґрунти з контрастною практикою управління ґрунтом (див. Діяльність 3). Щоб виконати тест, виконайте наступне:

    1. Заповніть водою два, 1 л відстійних стовпів.
    2. Сформуйте дротяну сітку в «U-подібну форму» так, щоб два краї підтримувалися ободом колони.
    3. Помістіть ґрунтові педи, які мають приблизно розмір м'яча для гольфу на дротяну сітку. Педи повинні бути повністю занурені в воду.
    4. Спостерігайте за шкірками не менше 5 хвилин.

    Який грунт виставляв найбільше гасіння?

    Опишіть, як порівнюється історія управління ґрунтом для двох ґрунтів, і поясніть, як практика управління ґрунтом вплинула на цей тест на слабину.

    Завдання: Набір проблем

    Набір проблем буде надано вам на початку лабораторного сеансу.

    Подальша настройка лабораторії

    Деякі заходи вимагають більше часу, ніж один лабораторний період. Ці заходи повинні бути налаштовані достроково. Одна активність у ґрунтових колоїдах досліджує властивості ґрунту на усадку та набухання. Щоб підготуватися до цієї діяльності, виконайте наступне:

    • У двох склянках об'ємом 500 мл створіть суспензії з каолінітових і бентонітових глин (цього повинно вистачити на весь клас). Суспензії повинні бути приблизно тієї ж консистенції, що і молочний коктейль: злегка рідкі, але не такі густі, як Frosty®.
    • Вам будуть надані дві чашки Петрі. За допомогою лінійки визначте внутрішній обсяг страви. (Пам'ятайте, об'єм циліндра = hπr 2, де h - висота циліндра, а r - радіус.)
    • Використовуючи етикеткову стрічку, позначте дно двох чашок Петрі наступною інформацією:
      • Колоїдний тип (каолініт або бентоніт)
      • Лабораторний день/час
      • Номер столу
    • За допомогою шпателя заповніть обидві чашки Петрі відповідною глиняною кашкою.
    • Встановіть чашки Петрі в місці, визначеному вашим інструктором.

    Solvita® є торговою маркою Woods End Laboratories, Inc.