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Determination of Microbial Soil Respiration with Respirometric Sensor System for Soil Analysis |
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Reference: ISO 16072:2011 Soil quality -- Laboratory methods for determination of microbial soil respiration.
Tested with RESPIROMETRIC Sensor System for soil analysis code SA102B0176 |
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| 원본보기 | Application Note 리스트 | |
Introduction
토양 호흡은 미생물에 의한 유기물의 무기화 과정에서 발생합니다. 이 과정에서 유기물은 산화되어 최종적으로 이산화탄소와 물이 생성되며, 호기성 미생물의 경우 산소가 동시에 흡수됩니다.
이러한 원리를 토대로 토양 호흡은 산소 소비량 및/또는 이산화탄소 방출량을 정량적으로 측정하여 토양 미생물의 전반적인 활동성을 평가할 수 있습니다.
토양 호흡은 작물, 식물 성장, 토양 동물, 미생물을 포함한 토양 생명을 지탱할 수 있는 토양의 능력을 반영합니다. 이는 토양 건강의 중요한 지표로서, 생물학적 활동 수준, 토양 유기물, 분해 정도를 보여줍니다.
특히 분해 과정에서 유기물에 포함된 유기 인, 질소, 황 등의 영양소가 무기 형태로 전환되어 식물이 흡수할 수 있게 됩니다.
실험실에서는 토양 호흡을 통해 토양 미생물량을 추정할 수 있습니다. 실제로 토양 호흡은 토양이 식물 성장을 유지할 수 있는 능력을 나타냅니다.
경운 (耕耘, 밭 갈이) 후에는 토양 집합체가 파괴되어 유기물이 보호받지 못하고 토양 통기성이 증가하기 때문에 과도한 호흡과 유기물 분해가 발생하기도 합니다.
이로 인해 유기물 고갈, 토양 집합력 감소, 식물과 미생물의 영양분 이용 가능성 제한이 나타나며, 영양분의 추가 투입이 없는 경우 작물 생산량 감소로 이어질 수 있습니다.
유기물 축적과 손실 사이의 임계점은 투입되는 탄소량을 알지 못하면 예측하기 어렵습니다.
RESPIROMETRIC 센서를 통해 토양 호흡을 측정하면 다음과 같은 목적을 달성할 수 있습니다.
| •
| 토양 미생물 활동성 평가 |
| •
| 첨가제(영양분, 오염물질, 토양 개량제 등)가 미생물 대사 성능에 미치는 영향 규명 |
| •
| 미생물량 측정 |
Samples
Bio-Organic soil conditioner ID EN99
Reagents required
Absorption of carbon dioxide (Potassium Hydroxide (KOH)) in flakes, commercial grade or non-deliquescent soda lime, 1.0-1.7 mm granules.
Sample Preparation
시험 전 토양의 수분 함량을 조절하는 것이 매우 중요합니다. 퇴비는 미생물의 활성화를 위해 반드시 적절한 습도를 유지해야 합니다.
퇴비가 너무 건조하면 미생물 활동이 불가능해져 퇴비화 과정 (퇴비 전환 과정) 이 중단되고, 퇴비가 너무 습하면 산소가 없는 혐기성 조건에서 원치 않는 미생물 과정이 일어나
악취가 발생하고 식물에 독성을 지닌 산 (phyto-toxic acids) 이 형성될 수 있습니다.
퇴비의 수분 함량은 주먹 테스트(punch test) 라는 간단한 방법을 통해 알 수 있습니다. 퇴비를 한 줌 쥐고 세게 쥔 뒤 손을 폈을 때,
- 퇴비가 너무 건조하면 손에서 쉽게 흩어집니다.
- 수분 함량이 정상이라면 퇴비가 뭉쳐진 상태로 유지됩니다.
- 퇴비가 너무 습하면 쥐었을 때 손에서 물이 흘러 나옵니다.
상황에 따라 물을 추가하거나 퇴비를 추가하여 적절한 수분 함량으로 조절하여야 합니다. 토양이 적정 습도로 준비되면, 건조 질량 분율을 결정하여야 합니다.
마지막으로, 토양의 적정 습도 조정 후 토양이 차지하는 부피를 다음의 방법으로 측정합니다. 200/250 mL cylinder 에 di-Water 100 mL 를 넣고, medium 50/100 g을 추가합니다.
혼합한 후 최종 부피에서 물의 부피를 뺀 값이 토양이 차지하는 부피가 됩니다.
Analysis Procedure
| 1.
| Set the incubator temperature to the desired value, 20-25°C. We set the tests at 25°±1°C. |
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| 2.
| Connect the Wireless DataBox™ and fill in the RESPIROSoft™ software database. |
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| 3.
| Weigh 50 - 200g of well-mixed soil in a beaker and transfer it to a 1-liter flask |
| 4.
| Introduce about 6 pellets of KOH into the alkali collector |
| 5.
| Screw the RESPIROMETRIC Sensors onto each bottle and tighten |
| 6.
| Place the system in the incubator at the test temperature. |
| 7.
| Wait at least 3 hours to reach the correct test temperature and to develop the typical initial pressure increase.
| ●
| This growth is due to vapor pressure and air flask heating |
| •
| To remove the additional pressure, we recommend venting test bottles to the atmospheric pressure (by briefly loosening the ring nut). |
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| 8.
| Press START and run the test for at least 15 days. |
Free Gas Volume calculation
| Free gas 부피는 다음 식을 이용해 계산합니다 : |
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| - Vfg |
: the free gas volume, in liters |
| - Vtot |
: the total volume of the measuring vessel without soil, adsorption vessel and absorption material, in liters |
| - Vav |
: the absorption vessel volume, in liters |
| - Vam |
: the absorption material volume, in liters |
| - Vsm |
: the moist soil volume, in liters |
Dry Soil Mass calculation
| Dry soil 의 질량은 다음의 식을 이용해 계산합니다 : |
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| - msd |
: Dry soil mass (kg) |
| - msm |
: Moist soil mass (kg) |
| - Wsd |
: Dry mass fraction of the moist soil sample |
O₂ Consumption Rate calculation
| O₂ 비율은 다음 식을 이용해 계산합니다 : |
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| - RO₂ |
: O₂ consumption rate on a soil dry mass basis (mg O₂·g?1·h?1) |
| - 32000 |
: Molar mass of oxygen (mg/mol) |
| - Vfg |
: Free gas volume |
| - R |
: Gas constant (83.14 hPa I·mol-1·K-1) |
| - T |
: Measuring temperature (K) |
| - msd |
: Dry soil mass (g) |
| - ΔP |
: Measured pressure reduction (hPa) |
| - t |
: Elapsed time (h) |
Results obtained
Respirometric Sensor System의 RESPIROSoft™ 는 시험 기간 동안 기체의 압력 값을 자동으로 측정하며, 이를 그래프로 나타냅니다 (Figure 1).
Figure 1. Graph of 100 g of sample 298K test
NOTE : when pressure goes around 800mbar all the Oxygen inside the bottle is consumed. Therefore, the system requires to be aerated (unscrew the sensor and insufflate air inside the bottle).
시간에 따른 흡수 속도의 변동성을 모니터링 하기 위해 동일한 토양 시료에 대해 시료의 무게를 달리하여 20일 동안 시험한 결과는 다음과 같습니다.
Test 200 g of soil : T=298 K, Vfg=0.965 L, t=72 h
Test 200 g of soil : T=298 K, Vfg=1.037 L, t=72 h
Test 200 g of soil : T=298 K, Vfg=1.081 L, t=72 h
Conclusions
토양 분석용 Respirometric Sensor System 은 RSD% 값 (최소 3.29%) 에서 확인할 수 있듯이 미생물 토양 호흡을 측정하기 위한 기능적이고 신뢰할 수 있는 장비입니다.
또한, 토양 호흡 분석에서 우수한 반복성을 보여줍니다.
Respirometric Sensor 는 무선 기술을 통해 측정된 압력 값을 Wireless Databox™ 로 전송합니다 (분석 시작 전 데이터 전송 빈도를 설정할 수 있습니다).
Databox 로 전송된 데이터는 RespiroSoft™ 에서 최적의 방식으로 결과를 표시합니다.
또한, Respirometric Sensor System 을 VELP ERMES Cloud Flatform에 연결하여 원격으로 데이터를관리하고 결과를 확인할 수 있습니다.
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