2. Material and methods2.1. Develop

2. Material and methods
2.1. Development of the method
Our method for analysis of biochar in soils is based on the “loss on ignition” method for the analysis of soil organic matter (Heiri et al., 2001). Loss on ignition is considered to be superior to wet combustion for the estimation of soil organic matter because it accounts for a greater fraction of the organic matter present in the sample, but it can overestimate soil organic matter if there is substantial carbonate present in the sample (Byers et al., 1978). A temperature of 550 °C is generally assumed to oxidize the conventional (non-thermally altered) organic matter in most soils (Ball, 1964 and Heiri et al., 2001). In preliminary tests we determined that 550 °C also thermally oxidized the organic portion of biochar produced from hardwood via conventional charcoaling (slow pyrolysis) methods. We therefore subsequently used 550 °C in all experiments of this study.

Because both conventional soil organic matter and biochar are oxidized in the same process, the weight that is lost on ignition from a soil sample containing biochar can be given in the following equation:

equation(1)
LI=OM+CHLI
Turn MathJax on

where:
LI is the total weight of the sample that is lost on ignition,

OM is the weight of the native, non-biochar organic matter resident in the soil (frequently referred to as thermally unaltered organic matter, Schmidt and Noack, 2000) that is lost on ignition, and

CHLI is the weight of the biochar in the soil sample that is lost on ignition.

The portion of the biochar in the soil sample exposed to 550 °C that is not lost on ignition is the mineral component of biochar or ash. Our soil, described below, did not contain measurable concentrations of carbonate.

In the absence of biochar, OM is operationally defined as that portion of the soil that is lost on ignition (Heiri et al., 2001). It is assumed to be the non-biochar organic matter resident in the soil. Therefore, in a soil sample containing biochar:

equation(2)
OM=q(W−CH)
Turn MathJax on

where:
q is the proportion (by weight) of pure soil (without biochar) that is lost on ignition,

W is the weight of the soil sample containing biochar, and

CH is the weight of the biochar in the sample (including that which is lost on ignition plus the ash component of the biochar that remains after combustion).

CHLI, the weight of biochar lost on ignition, can be given by the following equation:

equation(3)
View the MathML source
Turn MathJax on

where:
y is the proportion (by weight) of biochar that is lost on ignition. We assume this is the organic fraction of the biochar.

Substituting Eqs. (2) and (3) into Eq. (1), we obtain:

equation(4)
View the MathML source
Turn MathJax on

Rearranging the equation to solve for CH, we obtain:

equation(5)
View the MathML source
Turn MathJax on

Thus, the weight of biochar in a soil sample can be calculated from the weight that is lost on ignition from the soil sample containing biochar, the weight of the soil sample containing biochar, the proportion of pure soil (not including the biochar) that is lost on ignition (q), and the proportion of the biochar that is lost on ignition (y).

2.2. Testing the assumptions of the method
The proposed method for biochar analysis assumes knowledge of q, the proportion of the pure soil (without biochar) that is lost on ignition, and y, the proportion of the pure biochar (without soil) that is lost on ignition. We imagine that in most cases it will be difficult to separate biochar from a soil sample, especially if the biochar is fine, in order to routinely determine either q or y. However, in cases in which biochar is experimentally added to soil, samples of pure biochar can be analyzed to determine y and samples of pure soil can be analyzed to determine q. In order for that approach to be useful, however, one must assume that y and q do not change as a consequence of residence of the biochar in the soil. We tested these assumptions by adding biochar to soil in the field and, 15 months later, collecting field samples and separating the biochar from the remaining soil (see below) in order to determine whether q and y remained unaltered.

In June 2009, we rototilled to a depth of 25 cm a portion of a field formerly planted to corn at the Russell Larson Research and Education Center. Its location is 40°42′45.65″N, 77°57′26.21″W. This field was not the source of the soil described in Section 2.3, but it possesses the very same soil type. The soil is Hagerstown soil: fine, mixed, semiactive, mesic Typic Hapludalfs (USDA–NRCS, 2010). The surface texture is a silt loam with subsurface textures of a silty clay loam and silty clay. After rototilling, we laid out 4-1 m2 plots in each of three blocks. Two plots in each block were amended with biochar while two plots were not and served as controls. Plots were separated from each other by 2 m. The biochar plots received approximately 5.7 kg (12.5 lbs) biochar, equivalent to approximately 56.8 tonne ha−1. The biochar was produced from domestic hardwood via conventional, slow pyrolysis and obtained from Humphrey Charcoal (Brookville, PA, USA). In blocks 2 and 3 we used mesh size #6 biochar; the pieces of biochar were smaller than 3.4 mm in the smallest dimension. In block 1 we used mesh size #10 biochar; the pieces of biochar were smaller than 1.7 mm in the smallest dimension. Other than size, the biochars were identical. After spreading the biochar uniformly over the plots, we mixed it into the soil with spades to a depth of approximately 25 cm, turning the soil 3–4 times for thorough mixing. The area was then planted to sweet corn (Delectable, Rupp Seeds Wauseon, OH, USA), and the corn was harvested later that season. In May 2010, the same area was planted to soybean (FS H535A90, Growmark, Bloomington, IL, USA). In September 2010, when the biochar had been in the soil for 15 months, we collected soil samples to a depth of 15 cm from each of the 12 plots using a standard 2.5 cm diameter soil sampler (Oakfield Apparatus, Inc., Oakfield, WI, USA). Two cores were taken from each control (no biochar) plot and four cores were taken from each biochar plot.

We then separated out approximately 15 ml of biochar pieces from each biochar plot soil sample. The separation was facilitated by the fact that the biochar pieces were relatively large (see above). We employed a 5 mm soil sieve to perform the initial separation of biochar from soil. Most of the biochar in the sample remained on the sieve. The biochar pieces and soil aggregates remaining on the sieve were easily separated. The soil aggregates were retained as part of the pure soil fraction. The smaller aggregates of soil passing through the sieve were picked free of biochar using forceps. The soil aggregates that passed through the sieve were added to the larger aggregates remaining on the sieve and collectively comprised the pure soil fraction. The smaller pieces of biochar were added to the larger pieces retained by the sieve to comprise the biochar fraction.

The biochar samples separated from soil were cleaned of adhering soil by placing them overnight in 50 ml polyethylene centrifuge tubes filled with a 0.5% (by weight) aqueous solution of sodium hexametaphosphate, (NaPO3)6. The tubes were then shaken vigorously to dislodge the soil particles, and the biochar was rinsed four times with distilled water. They were then allowed to soak in distilled water for a few hours before being drained and dried in an oven at 70 °C for temporary storage.

We performed “loss on ignition” analyses of samples of control plot soils, which never contained biochar (10 g), samples of pure biochar separated from the biochar-amended soil plots (2.5 g), samples of pure soil separated from the biochar-amended soil plots (10 g), as well as three samples of biochar (2.5 g) that had never been added to soil. Loss on ignition was determined as the difference in weight between the sample after drying at 105 °C and after heating in a muffle furnace at 550 °C for 4 h. The values of q and y were determined from these measurements according to the explanations given beneath Eqs. (2) and (3), respectively. By comparing biochar that had not been added to soil with biochar that had been in the soil for 15 months, we tested the assumption that y did not change. By comparing soil from the control plots with soil separated from biochar-amended soil plots, we tested the assumption that q did not change.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

2. วัสดุและวิธีการ
2.1 พัฒนาวิธีการ
วิธีการของเราสำหรับการวิเคราะห์ biochar ในดินเนื้อปูนขึ้นอยู่กับวิธีการ "ขาดทุนในการจุดระเบิด" สำหรับการวิเคราะห์ดินอินทรีย์ (Heiri และ al., 2001) ขาดทุนในการจุดระเบิดถือเป็นห้องเผาไหม้สำหรับการประเมินของดินอินทรีย์เปียกน้ำเนื่องจากมีสัดส่วนมากของวัตถุอินทรีย์ที่อยู่ในตัวอย่าง แต่มันสามารถ overestimate ดินอินทรีย์ถ้าไม่พบคาร์บอเนตที่อยู่ในตัวอย่าง (Byers et al., 1978) อุณหภูมิ 550 องศาเซลเซียสโดยทั่วไปจะถือออกแบบธรรมดา (ไม่ใช่แพเปลี่ยน) อินทรีย์ในดินเนื้อปูนใหญ่ (ลูก 1964 และ Heiri และ al., 2001) ในการทดสอบเบื้องต้น เราพบว่า 550 ° C ส่วนอินทรีย์ของ biochar ผลิตจากไม้เนื้อแข็งผ่านธรรมดา charcoaling (ไพโรไลซิช้า) วิธีออกซิไดซ์ยังแพ เราจึงมาใช้ 550 ° C ในการทดลองทั้งหมดของการศึกษานี้

เพราะอินทรีย์ดินธรรมดาและ biochar ถูกออกซิไดซ์ในกระบวนการเดียวกัน สามารถรับน้ำหนักที่หายไปบนจุดระเบิดจากตัวอย่างดินประกอบด้วย biochar ในสมการต่อไปนี้:

สมการ (1)
LI =ออม CHLI
MathJax เปิดบน

ที่:
LI เป็นน้ำหนักรวมของตัวอย่างที่หายไปในระบบจุดระเบิด,

ออมเป็นน้ำหนักของการพื้นเมือง ไม่ใช่ biochar อินทรีย์อยู่ในดิน (มักเรียกว่าแพ unaltered อินทรีย์ชมิดท์และ Noack 2000) ที่หายไปในระบบจุดระเบิด และ

CHLI เป็นน้ำหนักของ biochar ในตัวอย่างดินที่หายไปบนจุดระเบิด

biochar ในตัวอย่างดินที่สัมผัสถึง 550 ° C ที่ไม่แพ้ในจุดระเบิดส่วนเป็นส่วนประกอบแร่ biochar หรือเถ้า ไม่ประกอบด้วยดินของเรา ช่อง วัดความเข้มข้นของคาร์บอเนต

ของ biochar ออม operationally ไว้เป็นส่วนของดินที่สูญเสียในระบบจุดระเบิด (Heiri และ al., 2001) สันนิษฐานต้อง การไม่ใช่ biochar อินทรีย์อยู่ในดิน ดังนั้น ในตัวอย่างดินประกอบด้วย biochar:

สมการ (2)
OM = q (W−CH)
MathJax เปิดบน

ที่:
q คือ สัดส่วน (โดยน้ำหนัก) ของดินที่บริสุทธิ์ (ไม่ biochar) ที่หายไปในระบบจุดระเบิด,

W เป็นน้ำหนักของตัวอย่างดินประกอบด้วย biochar และ

CH เป็นน้ำหนักของ biochar จากตัวอย่าง (รวมถึงที่สูญหายในการจุดระเบิดและส่วนประกอบของเถ้าของ biochar ที่คงค้างหลังจากการเผาไหม้) ได้

CHLI น้ำหนักของ biochar เกี่ยวกับระบบจุดระเบิด สามารถถูกกำหนด โดยสมการต่อไปนี้:

สมการ (3)
ดูต้น MathML
MathJax เปิดบน

ที่:
y คือ สัดส่วน (โดยน้ำหนัก) ของ biochar ที่หายไปในระบบจุดระเบิด เราคิดว่า นี่คือเศษอินทรีย์ของ biochar

Eqs แทน (2) และ (3) เป็น Eq. (1), เรารับ:

สมการ (4)
ดูต้น MathML
เปิด MathJax ใน

เราเรียงสมการเพื่อหาค่า CH รับ:

สมการ (5)
ดูต้น MathML
MathJax เปิดบน

ดังนี้ น้ำหนักของ biochar ในตัวอย่างดินสามารถคำนวณได้จากน้ำหนักที่หายไปบนจุดระเบิดจากดินประกอบด้วย biochar น้ำหนักของตัวอย่างดินประกอบด้วย biochar สัดส่วนของดินบริสุทธิ์ (ไม่รวม biochar) ที่หายไปบนจุดระเบิด (q), และสัดส่วนของ biochar ที่หายไปบนจุดระเบิด (y) ได้

2.2 ได้ การทดสอบสมมติฐานวิธีการ
วิธีการนำเสนอวิเคราะห์ biochar สันนิษฐานความรู้ q สัดส่วนของดินที่บริสุทธิ์ (ไม่ biochar) ที่หายไปในการจุด ระเบิด และ y สัดส่วนของ biochar บริสุทธิ์ (ไร้ดิน) ที่หายไปในระบบจุดระเบิด เราคิดว่า ส่วนใหญ่ มันจะยากที่จะแยก biochar จากตัวอย่างดิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้า biochar ดี การกำหนด q หรือ y เป็นประจำ อย่างไรก็ตาม ในกรณีที่ biochar experimentally เพิ่มดิน ตัวอย่างของ biochar บริสุทธิ์สามารถนำมาวิเคราะห์เพื่อกำหนด y และตัวอย่างของดินที่บริสุทธิ์สามารถนำมาวิเคราะห์เพื่อกำหนด q ในใบสั่งสำหรับวิธีการใช้ อย่างไรก็ตาม หนึ่งต้องสมมติว่า y และ q ไม่เปลี่ยนแปลงเป็นลำดับของ biochar ในดิน เราทดสอบสมมติฐานเหล่านี้ โดยการเพิ่ม biochar ดินในฟิลด์ 15 เดือนต่อมา รวบรวมตัวอย่างของเขตข้อมูล และแยก biochar จากดินที่เหลือ (ดูด้านล่าง) เพื่อกำหนดว่า q และ y ยังคง unaltered.

ใน 2552 มิถุนายน เรา rototilled ได้ลึก 25 ซม.ส่วนของฟิลด์เดิมปลูกข้าวโพดที่ศูนย์ศึกษาและวิจัย Larson รัสเซล ตั้งอยู่ 40 ° 42′45. 65″N, 77 ° 57′26. 21″W ฟิลด์นี้ไม่ใช่แหล่งของดินที่อธิบายไว้ในส่วน 2.3 แต่มันมีดินชนิดเดียวกันมาก ดินเป็นดิน Hagerstown: ดี ผสม semiactive, mesic Typic Hapludalfs (จาก – NRCS, 2010) ผิวเป็น loam ตะกอน ด้วยพื้นผิว subsurface loam ดินเหนียวปนทรายแป้งและดินเหนียวปนทรายแป้ง หลังจาก rototilling เราวางออก m2 ลงจุดในแต่ละบล็อก 3 1 4 ผืนที่สองในแต่ละบล็อคได้แก้ไขกับ biochar สองผืนไม่ได้ และทำหน้าที่เป็นตัวควบคุม ผืนถูกแยกออกจากกัน โดย 2 m ผืน biochar รับประมาณ 5.7 กิโลกรัม (12.5 ปอนด์) biochar เทียบเท่ากับประมาณ 56.8 tonne ha−1 Biochar ถูกผลิตจากไม้เนื้อแข็งภายในประเทศผ่านทั่วไป ไพโรไลซิช้า และได้รับจากถ่านฟรีย์ (Brookville, PA สหรัฐอเมริกา) ในช่วง 2 และ 3 เราใช้ตาข่ายขนาด #6 biochar ชิ้นส่วนของ biochar เล็กกว่า 3.4 มม.ในขนาดน้อยที่สุดได้ ในบล็อก 1 เราใช้ตาข่ายขนาด #10 biochar ชิ้นส่วนของ biochar เล็กกว่า 1.7 มม.ในขนาดน้อยที่สุดได้ นอกจากขนาด biochars มีเหมือนกัน หลังจากการแพร่กระจาย biochar สม่ำเสมอเมื่อเทียบเคียงเหนือผืน เราผสมมันเป็นดินกับดำได้ลึกประมาณ 25 ซม. เปิดดิน 3-4 ครั้งสำหรับผสมอย่างละเอียด บริเวณที่ปลูกแล้วให้ข้าวโพด (อร่อย Rupp เมล็ด Wauseon, OH สหรัฐอเมริกา), และข้าวโพดเก็บเกี่ยวในภายหลังว่าฤดูกาล พฤษภาคม 2010 พื้นที่เดียวที่ปลูกกับถั่วเหลือง (FS H535A90, Growmark สร้างสรรค์ IL สหรัฐอเมริกา) ในเดือน 2010 กันยายน เมื่อ biochar ที่เคยดินเดือน 15 เรารวบรวมตัวอย่างดินได้ลึก 15 ซ.ม.จากผืน 12 ใช้แบบมาตรฐาน 2.5 ซม.เส้นผ่าศูนย์กลางดินแซมเพลอร์ (เครื่อง Oakfield, Inc., Oakfield, WI สหรัฐอเมริกา) แกนที่ 2 ที่ได้มาจากพล็อตแต่ละตัวควบคุม (ไม่ biochar) และแกนที่สี่ที่ได้มาจากแต่ละพล็อต biochar

เราแยกออกแล้วออกประมาณ 15 ml biochar ชิ้นจากตัวอย่างดินแต่ละแปลง biochar แยกเป็นการอำนวยความสะดวกความจริงที่ว่า ชิ้น biochar ได้ค่อนข้างมาก (ดูข้างต้น) เราจ้างเป็นตะแกรงดิน 5 มม.การแบ่งแยก biochar เริ่มต้นจากดิน Biochar จากตัวอย่างส่วนใหญ่ยังคงอยู่บนตะแกรง Biochar ชิ้นและรวมข้อมูลดินที่เหลืออยู่บนตะแกรงถูกแยกออกง่าย เพิ่มดินถูกเก็บไว้เป็นส่วนหนึ่งของเศษดินบริสุทธิ์ ผลขนาดเล็กของดินที่ผ่านตะแกรงจะได้รับฟรี biochar ใช้คีม ผลของดินที่ผ่านตะแกรงถูกเพิ่มให้กับผลรวมขนาดใหญ่ที่เหลืออยู่บนตะแกรง และโดยรวมประกอบด้วยเศษดินบริสุทธิ์ เพิ่มเพื่อสะสม โดยตะแกรงจะประกอบด้วยเศษ biochar ชิ้นใหญ่ชิ้นเล็กของ biochar

ตัวอย่าง biochar ที่แยกออกจากดินได้ถูกล้างไวรัสของดินยึดมั่น โดยวางค้างคืนในท่อเครื่องหมุนเหวี่ยงเอทิลีน 50 มล.ด้วยละลาย 0.5% (โดยน้ำหนัก) ของ hexametaphosphate โซเดียม, (NaPO3) 6 หลอดถูกแล้วเขย่าอย่างดุเดือดเช่นการไล่ออกอนุภาคดิน และ biochar ถูก rinsed สี่เท่ากับน้ำกลั่น พวกเขาได้รับอนุญาตให้แช่ในน้ำกลั่นกี่ชั่วโมงก่อนที่จะระบายออก และอบแห้งในเตาอบที่ 70 ° C สำหรับเก็บข้อมูลชั่วคราวแล้ว

เราดำเนินการ "ขาดทุนในการจุดระเบิด" วิเคราะห์ตัวอย่างควบคุมแผนดินเนื้อปูน ซึ่งไม่เคยประกอบด้วย biochar (10 กรัม), ตัวอย่างของ biochar บริสุทธิ์แยกออกจากผืนดินที่แก้ไข biochar (2.5 กรัม), ตัวอย่างของดินที่บริสุทธิ์แยกออกจากผืนดินที่แก้ไข biochar (10 g), และตัวอย่างที่สามของ biochar (2.5 g) ที่ไม่ได้ถูกเพิ่มลงในดิน ขาดทุนในการจุดระเบิดที่ถูกกำหนดเป็นความแตกต่างของน้ำหนักระหว่างตัวอย่าง หลังอบแห้งที่ 105 ° C และความร้อนในตัวเตาเตาที่ 550 ° C สำหรับ 4 h ค่าของ q และ y ถูกกำหนดจากวัดเหล่านี้ตามคำอธิบายที่กำหนดภายใต้ Eqs (2) และ (3), ตามลำดับ โดยการเปรียบเทียบที่ไม่ได้ถูกเพิ่มลงดิน biochar ที่เคยในดิน 15 เดือน biochar เราทดสอบสมมติฐาน y ที่ไม่เปลี่ยนแปลงไม่ โดยการเปรียบเทียบดินจากตัวควบคุม ผืนกับดินแยกออกจากผืนดินที่แก้ไข biochar เราทดสอบสมมติฐาน q ที่ไม่เปลี่ยนแปลงไม่

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

2. วัสดุและวิธีการ
2.1 การพัฒนาวิธี
การของเราสำหรับการวิเคราะห์ของ biochar ในดินจะขึ้นอยู่กับ "การสูญเสียในการเผาไหม้" วิธีการสำหรับการวิเคราะห์ของอินทรียวัตถุในดิน (Heiri et al,., 2001) ขาดทุนจากการเผาไหม้จะถือเป็นที่ดีกว่าการเผาไหม้เปียกสำหรับการประมาณของอินทรียวัตถุในดินเพราะมันบัญชีสำหรับส่วนใหญ่ของสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในตัวอย่าง แต่ก็สามารถประเมินค่าสูงอินทรียวัตถุในดินถ้ามีปัจจุบันคาร์บอเนตมากในตัวอย่าง (ยอร์ตอัล. 1978) อุณหภูมิ 550 ° C จะถือว่าโดยทั่วไปจะออกซิไดซ์แบบเดิม (การเปลี่ยนแปลงที่ไม่ร้อน) อินทรียวัตถุในดินมากที่สุด (บอล 1964 และ Heiri et al,., 2001) ในการทดสอบเบื้องต้นที่เราพิจารณาแล้วว่า 550 ° C ยังออกซิไดซ์ความร้อนส่วนอินทรีย์ของ biochar ที่ผลิตจากไม้เนื้อแข็งผ่าน charcoaling ธรรมดา (ไพโรไลซิช้า) วิธีการ ต่อมาดังนั้นเราจึงใช้ 550 ° C ในการทดลองของการศึกษาครั้งนี้เพราะทั้งสองแบบอินทรียวัตถุในดินและได้รับการออกซิไดซ์ biochar ในกระบวนการเดียวกันน้ำหนักที่จะสูญเสียไปกับการเผาไหม้จากตัวอย่างดินที่มี biochar จะได้รับในสมการต่อไปนี้สมการ (1) LI = OM + CHLI เปิด MathJax บนที่: LI เป็นน้ำหนักรวมของตัวอย่างที่จะสูญเสียไปกับการเผาไหม้, OM มีน้ำหนักของพื้นเมือง, ไม่ใช่ biochar อาศัยอินทรียวัตถุในดิน (มักจะเรียกว่า อินทรียวัตถุไม่เปลี่ยนแปลงความร้อนชามิดท์และ Noack, 2000) ที่หายไปในการเผาไหม้และCHLI เป็นน้ำหนักของ biochar ในตัวอย่างดินที่หายไปในการเผาไหม้ส่วนของ biochar ในตัวอย่างดินที่สัมผัสกับ 550 ° C ที่ ไม่ได้หายไปในการเผาไหม้เป็นส่วนประกอบของแร่ biochar หรือเถ้า ดินของเราอธิบายไว้ด้านล่างไม่ได้มีความเข้มข้นที่วัดได้ของคาร์บอเนตในกรณีที่ไม่มี biochar, OM ถูกกำหนดให้การดำเนินงานเป็นส่วนของดินที่หายไปในการเผาไหม้ (Heiri et al,., 2001) มันจะถือว่าเป็นเรื่องที่อยู่อาศัยที่ไม่ biochar อินทรีย์ในดิน ดังนั้นในตัวอย่างดินที่มี biochar: สมการ (2) OM = q (W-CH) เปิด MathJax บนที่: q เป็นสัดส่วน (โดยน้ำหนัก) ของดินบริสุทธิ์ (โดยไม่ต้อง biochar) ที่หายไปในการเผาไหม้, W เป็น น้ำหนักของตัวอย่างดินที่มี biochar และCH มีน้ำหนักของ biochar ในกลุ่มตัวอย่าง (รวมทั้งที่หายไปในการเผาไหม้รวมทั้งส่วนประกอบของเถ้า biochar ที่เหลือหลังจากการเผาไหม้) CHLI น้ำหนักของ biochar หายไปในการเผาไหม้ จะได้รับโดยสมการต่อไปนี้สมการ (3) ดูแหล่ง MathML เปิด MathJax บนที่: y เป็นสัดส่วน (โดยน้ำหนัก) ของ biochar ที่หายไปในการเผาไหม้ เราคิดนี้เป็นสารอินทรีย์ของ biochar แทน Eqs (2) และ (3) ลงในสมการ (1) เราได้รับ: สมการ (4) ดูแหล่ง MathML เปิด MathJax ที่จัดเรียงสมการที่จะแก้ปัญหาเพื่อ CH เราได้รับ: สมการที่ (5) ดูแหล่ง MathML เปิด MathJax บนดังนั้นน้ำหนักของ biochar ในตัวอย่างดิน สามารถคำนวณได้จากน้ำหนักที่จะสูญเสียไปกับการเผาไหม้จากดินตัวอย่างที่มี biochar น้ำหนักของดินตัวอย่างที่มี biochar สัดส่วนของดินบริสุทธิ์ (ไม่รวม biochar) ที่หายไปในการเผาไหม้ (q) และสัดส่วน ของ biochar ที่หายไปในการเผาไหม้ (y) 2.2 การทดสอบสมมติฐานของวิธีการที่นำเสนอวิธีการในการวิเคราะห์ biochar ถือว่าความรู้ของ q สัดส่วนของดินบริสุทธิ์ (โดยไม่ต้อง biochar) ที่หายไปในการเผาไหม้และ y สัดส่วนของ biochar บริสุทธิ์ (โดยไม่ใช้ดิน) ที่หายไปใน การเผาไหม้ เราคิดว่าในกรณีส่วนใหญ่ก็จะเป็นเรื่องยากที่จะแยก biochar จากตัวอย่างดินโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้า biochar เป็นเรื่องปกติในการที่จะตรวจสอบเป็นประจำอย่างใดอย่างหนึ่งหรือ q y อย่างไรก็ตามในกรณีที่มีการเพิ่ม biochar ทดลองดินตัวอย่างของ biochar บริสุทธิ์สามารถวิเคราะห์เพื่อตรวจสอบ y และตัวอย่างของดินที่บริสุทธิ์สามารถวิเคราะห์เพื่อตรวจสอบ q เพื่อให้วิธีการที่จะเป็นประโยชน์ที่ แต่หนึ่งต้องคิดว่า y และ q ไม่เปลี่ยนเป็นผลมาจากถิ่นที่อยู่ของ biochar ในดิน เราทดสอบสมมติฐานเหล่านี้โดยการเพิ่ม biochar ดินในสนามและ 15 เดือนต่อมาเก็บตัวอย่างภาคสนามและแยก biochar จากดินที่เหลืออยู่ (ดูด้านล่าง) เพื่อตรวจสอบว่า q และยังคงไม่เปลี่ยนแปลง y ในเดือนมิถุนายนปี 2009 เรา rototilled ความลึก 25 ซม. ส่วนของสนามก่อนที่จะปลูกข้าวโพดที่วิจัยและการศึกษาศูนย์รัสเซล Larson สถานที่มัน 40 ° 42'45 .65 "N, 77 ° 57'26 .21" ดับบลิว ฟิลด์นี้จะไม่ได้เป็นแหล่งที่มาของดินที่อธิบายไว้ในมาตรา 2.3 แต่ก็มีชนิดของดินเดียวกันมาก ดินเป็นดินฮาเจอร์สทาวน์: ดีผสม semiactive, mesic Typic Hapludalfs (USDA-NRCS, 2010) พื้นผิวเป็นดินตะกอนที่มีพื้นผิวดินของดินเหนียวปนทรายแป้งและดินเหนียวปนทรายแป้ง หลังจาก rototilling เราวาง 4-1 ม. 2 แปลงในแต่ละสามช่วงตึก สองแปลงในแต่ละกลุ่มได้รับการแก้ไขด้วย biochar ขณะที่ทั้งสองแปลงไม่ได้และทำหน้าที่เป็นตัวควบคุม พล็อตที่ถูกแยกออกจากกันโดย 2 เมตร แปลง biochar ได้รับประมาณ 5.7 กิโลกรัม (£ 12.5) biochar เทียบเท่าประมาณ 56.8 ตันฮ่า-1 biochar ถูกผลิตจากไม้เนื้อแข็งในประเทศผ่านทางเดิมไพโรไลซิช้าและฮัมฟรีย์ที่ได้รับจากถ่าน (Brookville, PA, USA) ในบล็อกที่ 2 และ 3 เราใช้ตาข่ายขนาดที่ 6 biochar; ชิ้นส่วนของ biochar มีขนาดเล็กกว่า 3.4 มม. ในมิติที่เล็กที่สุด ในบล็อกที่ 1 เราใช้ตาข่ายขนาด # 10 biochar; ชิ้นส่วนของ biochar มีขนาดเล็กกว่า 1.7 มม. ในมิติที่เล็กที่สุด นอกเหนือจากขนาด biochars เหมือนกัน หลังจากที่การแพร่กระจาย biochar สม่ำเสมอกว่าแปลงที่เราผสมลงไปในดินด้วยจอบที่ความลึกประมาณ 25 เซนติเมตรเปลี่ยนดิน 3-4 ครั้งสำหรับการผสมอย่างละเอียด พื้นที่ปลูกแล้วข้าวโพดหวาน (อร่อยรัปป์เมล็ดวอเซิน, OH, USA) และข้าวโพดที่เก็บเกี่ยวต่อมาในฤดูกาลที่ ในเดือนพฤษภาคม 2010, พื้นที่เดียวกันได้รับการปลูกถั่วเหลือง (FS H535A90, Growmark,, อิลลินอยส์, สหรัฐอเมริกา) ในเดือนกันยายน 2010, เมื่อ biochar เคยอยู่ในดินเป็นเวลา 15 เดือนเราเก็บตัวอย่างดินที่ความลึก 15 ซม. จากแต่ละ 12 แปลงโดยใช้มาตรฐาน 2.5 ซม. เส้นผ่าศูนย์กลางตัวอย่างดิน (Oakfield เครื่องมือ, Inc Oakfield, วิสคอนซิน , สหรัฐอเมริกา) สองแกนถูกพรากไปจากการควบคุมในแต่ละ (ไม่มี biochar) พล็อตและสี่คอร์ถูกพรากไปจากพล็อตแต่ละ biochar จากนั้นเราจะแยกออกประมาณ 15 มล. ชิ้น biochar จากแต่ละตัวอย่างดินแปลง biochar การแยกการอำนวยความสะดวกจากข้อเท็จจริงที่ว่าชิ้น biochar ค่อนข้างขนาดใหญ่ (ดูด้านบน) เราใช้ 5 มม. ตะแกรงดินในการดำเนินการเริ่มต้นของการแยก biochar จากดิน ส่วนใหญ่ของ biochar ในกลุ่มตัวอย่างยังคงอยู่บนตะแกรง ชิ้น biochar และมวลดินที่เหลืออยู่บนตะแกรงถูกแยกออกได้อย่างง่ายดาย มวลดินถูกเก็บไว้เป็นส่วนหนึ่งของเศษดินบริสุทธิ์ มวลรวมขนาดเล็กของดินผ่านตะแกรงถูกหยิบฟรี biochar ใช้คีม มวลดินที่ผ่านตะแกรงถูกเพิ่มเข้าไปในมวลรวมขนาดใหญ่ที่เหลืออยู่บนตะแกรงและรวมประกอบด้วยเศษดินบริสุทธิ์ ชิ้นส่วนขนาดเล็กของ biochar ถูกเพิ่มเข้าไปในชิ้นใหญ่เก็บไว้ตะแกรงจะประกอบด้วยเศษ biochar ตัวอย่าง biochar แยกออกจากดินทำความสะอาดของดินยึดมั่นโดยการวางไว้ค้างคืนใน 50 มล. หลอด centrifuge พลาสติกที่เต็มไปด้วย 0.5% (โดยน้ำหนัก ) สารละลายโซเดียมคล้ายเพคติ, (NaPO3) 6 หลอดสะเทือนสะท้านแล้วแรงที่จะขับไล่อนุภาคดินและ biochar ถูกล้างสี่ครั้งด้วยน้ำกลั่น พวกเขาได้รับอนุญาตแล้วไปแช่ในน้ำกลั่นไม่กี่ชั่วโมงก่อนที่จะถูกระบายออกและแห้งในเตาอบที่ 70 ° C สำหรับการจัดเก็บชั่วคราวเราทำ "ผลขาดทุนจากการเผาไหม้" การวิเคราะห์ตัวอย่างของการควบคุมดินพล็อตซึ่งไม่เคยมี biochar (10 กรัม) ตัวอย่างของ biochar บริสุทธิ์แยกออกจาก biochar-แก้ไขแปลงดิน (2.5 กรัม) ตัวอย่างของดินที่บริสุทธิ์แยกออกจาก biochar-แก้ไขแปลงดิน (10 กรัม), เช่นเดียวกับสามตัวอย่างของ biochar (2.5 กรัม) ที่มี ไม่เคยเข้ามาอยู่ในดิน ขาดทุนจากการเผาไหม้ถูกกำหนดเป็นความแตกต่างในน้ำหนักระหว่างกลุ่มตัวอย่างหลังจากการอบแห้งที่ 105 ° C และหลังการให้ความร้อนในเตาเผาที่ 550 ° C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง ค่าของ y q และได้รับการพิจารณาจากการวัดเหล่านี้ตามคำอธิบายที่ได้รับภายใต้ Eqs (2) และ (3) ตามลำดับ โดยการเปรียบเทียบ biochar ที่ไม่ได้รับการเพิ่มดินด้วย biochar ที่ได้รับในดินเป็นเวลา 15 เดือนที่เราได้ทดสอบสมมติฐานที่ว่า y ไม่เปลี่ยนแปลง โดยการเปรียบเทียบดินจากแปลงควบคุมด้วยดินแยกออกจากแปลงดิน biochar-แก้ไขเราได้ทดสอบสมมติฐานว่า q ไม่เปลี่ยนแปลง

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

2 . วัสดุและวิธีการ
2.1 . การพัฒนาวิธีการ
วิธีการวิเคราะห์ไบโอชาร์ในดินจะขึ้นอยู่กับ " ขาดทุนในการจุดระเบิด " วิธีการสำหรับการวิเคราะห์ดินอินทรีย์ ( heiri et al . , 2001 ) การสูญเสียในการจุดระเบิด ถือว่าเหนือกว่าการเผาไหม้เปียกประมาณปริมาณอินทรีย์วัตถุในดิน เพราะบัญชีมันสำหรับเศษส่วนที่มากกว่าของสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในตัวอย่างแต่ก็อย่ามองข้ามอินทรีย์วัตถุในดิน หากมีมาก คาร์บอเนตที่มีอยู่ในตัวอย่าง ( โดย et al . , 1978 ) อุณหภูมิ 550 องศา C จะถือว่าโดยทั่วไปจะออกซิไดซ์ธรรมดา ( ไม่ใช่การเปลี่ยนแปลงปริมาณอินทรีย์วัตถุในดิน ) มากที่สุด ( ลูก , 1964 และ heiri et al . , 2001 )ในการทดสอบเบื้องต้นคาดว่า 550 องศา C ยังได้รับออกซิเจนส่วนอินทรีย์ที่ผลิตจากไม้เนื้อแข็ง ผ่าน charcoaling ไบโอชาร์ ( ไพโรไลซิสแบบช้า ) วิธีการ ดังนั้นเราจึงสามารถใช้ 550 องศา C ตลอดการทดลองของการศึกษานี้

เพราะทั้งปกติ ปริมาณอินทรียวัตถุและไบโอชาร์จะออกซิไดซ์ในกระบวนการเดียวกันน้ำหนักที่สูญเสียไปในการจุดระเบิดจากดินตัวอย่างที่มีไบโอชาร์จะได้รับในสมการดังต่อไปนี้ สมการ ( 1 )



เปิด mathjax ลี้ = โอม chli บน

:
ลี คือ น้ำหนักรวมของกลุ่มตัวอย่างที่สูญเสียไปในการจุดระเบิด

โอมคือน้ำหนักของพื้นเมือง ที่ไม่ใช่ไบโอชาร์สารอินทรีย์ที่อยู่ในดิน ( มักเรียกว่าไม่เปลี่ยนแปลงปริมาณอินทรียวัตถุ และ noack ชมิดท์ ,2000 ) ที่สูญหายไปในการจุดระเบิด และ

chli คือน้ำหนักของไบโอชาร์ในดินตัวอย่างที่สูญหายในการจุดระเบิด

ส่วนของไบโอชาร์ในดินตัวอย่างเปิดเผยถึง 550 องศา C ไม่หายในการจุดระเบิดแร่ส่วนประกอบของไบโอชาร์หรือขี้เถ้า ของเรา ดิน อธิบายไว้ด้านล่างไม่ได้มีความเข้มข้นที่วัดได้ของคาร์บอเนต ในกรณีที่ไม่มีไบโอชาร์

,โอมจะถ่วงดุล เช่นที่ส่วนของดินที่สูญเสียไปในการจุดระเบิด ( heiri et al . , 2001 ) ก็ถือว่าเป็นถิ่นที่อยู่ไม่ไบโอชาร์อินทรียวัตถุในดิน ดังนั้นในตัวอย่างดินที่มีไบโอชาร์ : สมการ ( 2 )

โอม = Q ( W − CH )
เปิด mathjax บน

:
Q คือสัดส่วน ( โดยน้ำหนัก ) ของดินบริสุทธิ์ ( ปราศจากไบโอชาร์ ) ที่สูญหายไปในการจุดระเบิด

,W คือน้ำหนักของดินตัวอย่างที่มีไบโอชาร์และ

มันคือน้ำหนักของไบโอชาร์ในตัวอย่าง ( รวมซึ่งจะหายไปในไฟบวกขี้เถ้าของไบโอชาร์ที่ยังคงอยู่หลังจากการเผาไหม้ )

chli น้ำหนักของไบโอชาร์หายไปในการจุดระเบิด สามารถกำหนดได้โดยสมการต่อไปนี้ สมการ ( 3 ) :



ดู MathML แหล่งเปิด mathjax บน


:Y คือสัดส่วน ( โดยน้ำหนัก ) ของไบโอชาร์นั้นจะหายไปในการจุดระเบิด เราถือว่านี้คือสัดส่วนอินทรีย์ของไบโอชาร์

แทน EQS . ( 2 ) และ ( 3 ) อีคิว ( 1 ) เราได้รับสมการ ( 4 ) :



เปิดแหล่งที่มาดู MathML mathjax บน

จัดสมการแก้ตอนที่เราได้รับ :

สมการ ( 5 )

เปิดแหล่งที่มาดู MathML mathjax บน

ดังนั้นน้ำหนักของไบโอชาร์ในดินตัวอย่างคำนวณได้จากน้ำหนักที่สูญเสียไปในการจุดระเบิดจากดินตัวอย่างที่มีไบโอชาร์ น้ำหนักของดินตัวอย่างที่มีไบโอชาร์ สัดส่วนของดินบริสุทธิ์ ( ไม่รวมไบโอชาร์ ) ที่สูญหายไปในการจุดระเบิด ( Q ) และสัดส่วนของไบโอชาร์ที่สูญหาย ในการจุดระเบิด ( Y )

. . การทดสอบสมมติฐานของวิธี
วิธีการวิเคราะห์ไบโอชาร์ถือว่าความรู้ Q , สัดส่วนของดินบริสุทธิ์ ( ปราศจากไบโอชาร์ ) ที่สูญหายไปในการจุดระเบิด และ Y , สัดส่วนของไบโอชาร์บริสุทธิ์ ( ไม่มีดิน ) ที่สูญหายไปในการจุดระเบิด เราจินตนาการว่าในกรณีส่วนใหญ่ก็จะเป็นการยากที่จะแยกไบโอชาร์จากดินตัวอย่างโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าไบโอชาร์ก็ได้ เพื่อตรวจพิจารณาให้ Q หรือ Yอย่างไรก็ตาม ในกรณีที่ไบโอชาร์เพิ่มการทดลองในดิน ตัวอย่างของเพียวไบโอชาร์สามารถวิเคราะห์ตรวจสอบตัวอย่างดินบริสุทธิ์ Y และสามารถวิเคราะห์เพื่อตรวจสอบคิวเพื่อให้วิธีการที่เป็นประโยชน์ อย่างไรก็ตาม ต้องถือว่า Y Q ไม่ได้เปลี่ยนเป็นผลของที่อยู่อาศัยของไบโอชาร์ใน ดินเราทดสอบสมมติฐานเหล่านี้ โดยการเพิ่มไบโอชาร์ดินในสนามและ 15 เดือนต่อมา การเก็บตัวอย่างภาคสนามและแยกไบโอชาร์จากดินที่เหลือ ( ดูด้านล่าง ) เพื่อตรวจสอบว่า Q Y ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

ในเดือนมิถุนายน 2009 , เรา rototilled จนถึงระดับความลึก 25 ซม. ส่วนของเขตเดิม การปลูกข้าวโพดที่รัสเซล Larson การวิจัยและการศึกษาศูนย์ที่ตั้งของมันคือ 40 ° 42 ได้รับ 45.65 เพลง N 77 องศา 57 ได้รับเลือกเพลง ดับเบิลยู ฟิลด์นี้ไม่ได้เป็นแหล่งที่มาของดินที่อธิบายไว้ในส่วน 2.3 แต่มันครอบครองประเภทดินเดียวกันมาก ดินเป็นดิน Hagerstown : ดี , ผสม , semiactive เมสิก , typic hapludalfs ( USDA ) nrcs , 2010 ) ผิวเนื้อเป็นเนื้อดินตะกอนด้วยพื้นผิวของดินร่วนดินเหนียวปนทรายแป้ง และดินเหนียวปนทรายแป้ง . rototilling หลัง ,เราวาง 4-1 M2 แปลงในแต่ละสามบล็อก 2 แปลงในแต่ละบล็อกมีการแก้ไขเพิ่มเติมกับไบโอชาร์ในขณะที่สองแปลงไม่ และทำหน้าที่ควบคุม ส่วนแปลงแยกออกจากกัน โดย 2 เมตร ประมาณ 5.7 กิโลกรัม ( ไบโอชาร์แปลงได้รับ 12.5 ปอนด์ ) ไบโอชาร์ , เทียบเท่ากับประมาณ 56.8 ตันฮา− 1 ที่ผลิตจากไม้ในประเทศผ่านทางไบโอชาร์ทั่วไปไพโรไลซิสที่ช้า และได้รับจากฮัมฟรีย์ถ่าน ( Brookville , PA , USA ) ในกลุ่มที่ 2 และ 3 เราใช้ตาข่ายขนาด 6 #ไบโอชาร์ ; ชิ้นส่วนของไบโอชาร์มีขนาดเล็กกว่า 3.4 มิลลิเมตร ในมิติที่เล็กที่สุด ในบล็อก 1 เราใช้#ตาข่ายขนาด 10 ไบโอชาร์ ; ชิ้นส่วนของไบโอชาร์มีขนาดเล็กกว่า 1.7 มิลลิเมตร ในมิติที่เล็กที่สุด นอกจากขนาด biochars อยู่เหมือนกันหลังจากการกระจายไบโอชาร์อย่างสม่ำเสมอกว่าแปลง เราผสมมันลงไปในดินกับเสียมให้ลึกประมาณ 25 เซนติเมตร เปลี่ยนดิน 3 – 4 ครั้งให้ละเอียดผสม พื้นที่ก็ปลูกข้าวโพดหวาน ( พันธุ์อร่อยรัป wauseon , โอ้ , USA ) และข้าวโพดเก็บเกี่ยวในภายหลังในฤดูกาลนั้น ในเดือนพฤษภาคม 2010 , พื้นที่เดียวกันคือปลูกถั่วเหลือง ( FS h535a90 growmark , , บลูมิง , อิลสหรัฐอเมริกา ) ในเดือนกันยายน 2553 เมื่อไบโอชาร์ได้ในดินเป็นเวลา 15 เดือน เราได้เก็บตัวอย่างดินที่ความลึก 15 เซนติเมตร จากทั้ง 12 แปลง โดยใช้มาตรฐานขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 2.5 เซนติเมตร ดินตัวอย่าง ( oakfield เครื่องมือ , อิงค์ , oakfield , WI , USA ) 2 แกน ที่ได้จากแต่ละควบคุม ( ไม่มีไบโอชาร์ ) วางแผนและสี่แกน นำมาจากไบโอชาร์

แต่ละแปลงจากนั้นเราก็แยกกันออกไปประมาณ 15 มล. ไบโอชาร์ชิ้นจากแต่ละไบโอชาร์แปลงดินตัวอย่าง แยกเป็นสนับสนุนโดยข้อเท็จจริงว่าไบโอชาร์ชิ้นค่อนข้างใหญ่ ( ดูข้างต้น ) เราใช้ดิน 5 มม. ตะแกรงเพื่อแสดงการเริ่มต้นของไบโอชาร์จากดิน ที่สุดของไบโอชาร์ในตัวอย่างยังคงบนตะแกรงส่วนไบโอชาร์ชิ้นและมวลรวมดินค้างตะแกรง คือสามารถแยก ดินมวลรวมถูกเก็บไว้เป็นส่วนหนึ่งของดินบริสุทธิ์ เศษส่วน มีขนาดเล็กกว่าของดินผ่านตะแกรงถูกเลือกฟรีของไบโอชาร์โดยใช้ปากคีบดินผสมที่ผ่านตะแกรงมีการเพิ่มขนาดใหญ่ปริมาณค้างตะแกรงและเรียกใช้ดินบริสุทธิ์ เศษส่วน ของชิ้นเล็กชิ้นใหญ่ไบโอชาร์ถูกเก็บรักษาไว้โดยตะแกรงประกอบด้วยไบโอชาร์

ส่วน .ที่แยกจากตัวอย่างดินไบโอชาร์ทำความสะอาดของที่ดิน โดยวางไว้ข้ามคืนใน 50 ml polyethylene ขายขาดเต็มไปด้วย 0.5 % ( โดยน้ำหนัก ) สารละลายของ Hexametaphosphate โซเดียม ( napo3 ) 6 . หลอดแล้วเขย่าอย่างแรง เพื่อขจัดอนุภาคดินและไบโอชาร์ถูกล้างสี่ครั้งด้วยน้ำกลั่นพวกเขาได้รับอนุญาตแล้วให้แช่ในน้ำกลั่นสำหรับสองสามชั่วโมงก่อนที่จะถูกระบายและอบแห้งในเตาอบที่อุณหภูมิ 70 องศา C สำหรับการจัดเก็บชั่วคราว

เราแสดง " ขาดทุนในการจุดระเบิด " การวิเคราะห์ตัวอย่างของการควบคุมแผนดิน ซึ่งไม่เคยมีไบโอชาร์ ( 10 กรัม ) ตัวอย่างของเพียวไบโอชาร์แยกออกจากไบโอชาร์แก้ไข แปลงดิน ( 2.5 กรัม )ตัวอย่างของดินแยกบริสุทธิ์จากไบโอชาร์แก้ไขแปลงดิน ( 10 กรัม ) รวมทั้งสามตัวอย่างของไบโอชาร์ ( 2.5 กรัม ) ที่ไม่เคยเพิ่มดิน การสูญเสียในการจุดระเบิดถูกกำหนดเป็นความแตกต่างในน้ำหนักระหว่างกลุ่มตัวอย่างหลังจากการอบแห้งที่ 105 ° C และหลังจากความร้อนในเตาเผาที่อุณหภูมิ 550 องศา C เป็นเวลา 4 ชั่วโมงค่า Q Y คำนวณจากการวัดเหล่านี้ตามคำอธิบายให้อยู่ใต้ EQS . ( 2 ) และ ( 3 ) ตามลำดับ โดยการเปรียบเทียบไบโอชาร์ที่ไม่ได้ถูกเพิ่มลงในดินกับไบโอชาร์ที่ได้รับในดินเป็นเวลา 15 เดือน ที่เราทดสอบสมมติฐานว่า Y ไม่ได้เปลี่ยน โดยการเปรียบเทียบของดินจากแปลงควบคุมดินแยกจากไบโอชาร์แก้ไขแปลงดินเราทดสอบสมมติฐานว่า Q เปลี่ยนไม่