The overall objective of this research was to show a NIR soil analyzer assessing soil fertility by measuring soil properties rapidly. A total of 140 soil samples were used to obtain calibrations and validation estimating soil properties. The soil samples were ground to pass 0.2mm sieve openings. Partial least square regression analysis was used to develop a calibration for soil analysis. The results indicated that NIR soil analyzer could be used as a routine method for quantitatively determining pH, OM, total nitrogen, CEC, extractable Ca, Mg, K, available $SiO_2$ and soil moisture simultaneously within one minute. Therefore, the NIR soil analyzer may be suitable for quick estimation of soil fertility estimation in fertilizer assessments.
Background: The Arctic permafrost stores enormous amount of carbon (C), about one third of global C stocks. However, drastically increasing temperature in the Arctic makes the stable frozen C stock vulnerable to microbial decomposition. The released carbon dioxide from permafrost can cause accelerating C feedback to the atmosphere. Soil organic matter (SOM) composition would be the basic information to project the trajectory of C under rapidly changing climate. However, not many studies on SOM characterization have been done compared to quantification of SOM stocks. Thus, the purpose of our study is to determine soil properties and molecular compositions of SOM in four different Arctic regions. We collected soils in different soil layers from 1) Cambridge Bay, Canada, 2) Council, Alaska, USA, 3) Svalbard, Norway, and 4) Zackenberg, Greenland. The basic soil properties were measured, and the molecular composition of SOM was analyzed through pyrolysis-gas chromatography/mass spectrometry (py-GC/MS). Results: The Oi layer of soil in Council, Alaska showed the lowest soil pH and the highest electrical conductivity (EC) and SOM content. All soils in each site showed increasing pH and decreasing SOC and EC values with soil depth. Since the Council site was moist acidic tundra compared to other three dry tundra sites, soil properties were distinct from the others: high SOM and EC, and low pH. Through the py-GC/MS analysis, a total of 117 pyrolysis products were detected from 32 soil samples of four different Arctic soils. The first two-axis of the PCA explained 38% of sample variation. While short- and mid-hydrocarbons were associated with mineral layers, lignins and polysaccharides were linked to organic layers of Alaska and Cambridge Bay soil. Conclusions: We conclude that the py-GC/MS results separated soil samples mainly based on the origin of SOM (plants- or microbially-derived). This molecular characteristics of SOM can play a role of controlling SOM degradation to warming. Thus, it should be further investigated how the SOM molecular characteristics have impacts on SOM dynamics through additional laboratory incubation studies and microbial decomposition measurements in the field.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.38
no.12
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pp.641-646
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2016
Soil organic matter (SOM) is an important soil component releasing nutrients to the plants and reducing risks of soil contamination to the human and ecosystem. Much attention has been recently paid to SOM investigation and management because SOM holds the most of carbon in the earth and sequestrate carbon as a sink tank. The first objective of the study was to investigate SOM of 495 soil samples taken at the Korea Soil Quality Monitoring Network. Soil samples were collected from 16 regions and 8 land use types. The second objective of the study was to find a relationship between the Tyurin method and loss-on-ignition (LOI) method for SOM. The means of SOM by Tyurin and LOI methods were 1.90 and 2.92 % (w/w), respectively. Land uses such as forest, religious area and park where organic matters continuously supply to normally showed higher SOMs than residential and school areas having sandy soils. A regression equation of the relationship between Tyurin and LOI methods was y(Tyurin) = 0.6257x(LOI) + 0.0602 (P-value < 0.001). The coefficient of determination was $R^2=0.749$, relatively linearly related. Although LOI may result in higher SOMs than the Tyurin method, LOI may be a preference for the SOM investigation if various kinds of land uses and many soil samples should be measured.
In order to investigate the strength characteristics of weathered granite soils in unsaturated state, the five physically different weathered granite soils and the common soil (sandy loam) were examined. The disturbed and the undisturbed material were prepared for triaxial compression test. The following conclusions were drawn from the study; 1. Dry density of the undisturbed soil samples was lower than maximum dry density determined from the compaction test and it showed the higher value at the well graded soil. 2. The failure strength of the samples decreased with the increase of moisture content of the soil and these results were highly pronounced at the common soil sample having a good cohesive property. 3. On weathered granite soils, the cohesion was lower measured and the internal friction angle highly, the decrease rate at internal friction angle with increase of moisture content of the soil was more significant than that of cohesion 4. The modulus of deformation of the samples decreased with increase of moisture content of the soil and these phenomena were highly pronounced at the weathered granite soils than common soil. 5. The failure strength of the samples increased with in crease of confining pressure and effect of confining pressure on failure strength was highly significant at the lower moisture content of the soil.
In accordance with the view on remediated soil as a resource, this study assessed the applicability of soil washing with the neutral phosphate for remediation of arsenic (As)-contaminated soil. Three soil samples of different land uses (i.e., rice paddy, upland field and forest land) were collected from the study site, and the aqua regia-extractable As concentrations were 59.2, 30.8 and 53.1 mg/kg, respectively. Among the neutral phosphate reagents, ammonium phosphate showed the highest As washing efficiency. The optimized washing condition was 2-hr washing with 0.5M ammonium phosphate solution (pH 6) and soil to liquid ratio of 1 : 5. The extraction efficiencies of As did not guarantee the residual soil As concentrations to satisfy the Korea soil regulatory level (i.e., Worrisome level) in the three soil samples. To enhance washing efficiency, the As-contaminated soil was submerged in washing solution (1 : 1, w/v) for 24 hr and 1-hr washing with 0.5M ammonium phosphate solution was tested. As extraction efficiencies of 36.1 (rice paddy), 21.4 (upland field) and 26.4% (forest land) were attained, which satisfied the Worrisome level for Region 1 (25 mg/kg of As) in rice paddy, but not in upland field and forest land.
The objectives of this paper were to simply estimate soil loss levels as caused by wind in reclaimed tidal flat land (RTFL) and the threshold wind velocity in the RTFL. For this experiment, RTFL located at Haenam Bay was selected and a total of 150 soil samples were collected at the Ap horizon from the five soil series. The particle distribution curves, including the limit of the non-erodible particle size (D > 0.84 mm) for each Ap horizon soil, show that the proportions of non-erodible particle sizes that exceeded 0.84 mm were 4.3% (Taehan, TH), 8.9% (Geangpo, GP), 0.5% (Bokchun, BC), 1.6% (Poseung, PS) and 1.4% (Junbook, JB), indicating that the amount of non-erodible soil particles increased with an increase in the sand content. The average monthly, daily and instantaneous wind velocities were higher than the threshold friction velocity (TFV) calculated according to the dynamic velocity (Vd) by Bagnold, while the average monthly wind velocity was lower than those of the TFV suggested by the revised wind erosion equation (RWEQ) and wind erosion prediction system (WEPS). The susceptible proportions of erodible soil particles from the Ap horizon soil samples from each soil series could be significantly influenced by the proportion of sand particles between 0.025 and 0.5 mm (or 0.84 mm) in diameter regardless of the threshold wind velocity. Thus, further investigations are needed to estimate more precisely soil erosion in RTFL, which shows various soil characteristics, as these estimations of soil loss in the five soil series were obtained only when considering wind velocities and soil textures.
Several methods of in-field measurements of Nitrogen and other soil properties using cores extracted by a hydraulic soil sampler were evaluated. A prototype core scanner was built to accommodate Veris Technologies commercial Vis-NIRS equipment. The testing result for pH, P and Mg were close to RPD (Ratio of Prediction to Deviation = Standard deviation/RMSE) of 2, however the scanner could not achieve the goal of RPD of 2 on some other properties, especially on nitrate nitrogen ($NO_3$) and potassium (K). In situ NIRS/EC probe showed similar results to the core scanner; pH, P and Mg were close to RPD of 2, while $NO_3$ and K were RPD of 1.5 and 1.2, respectively. Correlations between estimations using the probe and the core scanner were strong, with $r^2$ > 0.7 for P, Mg, Total N, Total C and CEC. Preliminary results for mid-IR spectroscopy showed an $r^2$ of 0.068 and an RMSE for nitrate (N) of 18 ppm, even after the removal of calcareous samples and possible N outlier. After removal of calcareous samples on a larger sample set, results improved considerably with an $r^2$ of 0.64 and RMSE of 6 ppm. However, this was only possible after carbonate samples were detected and eliminated, which would not be feasible under in-field measurements. Testing of $NO_3$ and K ion-selective electrodes (ISEs) revealed promising results, with acceptable errors measuring soil solutions containing nitrate and potassium levels that are typical of production agriculture fields.
KIM YOUNG TAE;KIM SUNG EUN;PARK KI DUK;KANG TAE HOON;LEE YUN MI;LEE SANG HAN;MOON JAE SUN;KIM SUNG UK
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.15
no.5
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pp.1130-1134
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2005
To monitor the possibility of horizontal gene transfer between transgenic potato and bacteria in the environment, the gene flow from glufosinate-tolerant potato to bacteria in soils was investigated. The soil samples treated with the leaf tissue of either glufosinate-tolerant or glufosinate-sensitive potato were subjected to PCR and Southern hybridization to determine possible occurrence of glufosinate-resistant soil bacteria and to detect the bar (phosphinothricin acetyltransferase) gene, conferring tolerance to glufosinate. The bar gene was not detected from genomic DNAs extracted at different time intervals from the soil samples, which had been treated with the leaf tissue of either transgenic or non-transgenic potato for 2 to 8 weeks. In addition, the level of glufosinate-resistant bacteria isolated from the soil samples treated with the leaf tissue of transgenic potato was similar to that of the samples treated with non-transgenic potato after 4 months of incubation at $25^{\circ}C$. The bar gene was not detected in the genomic DNAs extracted from colonies growing on the plate containing glufosinate, indicating that the bacteria could acquire the resistant phenotype to glufosinate by another mechanism without the uptake of the bar gene from glufosinate-tolerant potato.
The present study examines the effects of 30 mg/kg butachlor on the cyanobacterial diversity of rice fields in Eastern Uttar Pradesh and Western Bihar in India. A total of 40 samples were grouped into three classes [(i) acidic, (ii) neutral, and (iii) alkaline soils], based on physicochemical and principle component analyses. Acidic soils mainly harbored Westillopsis, Trichormus, Anabaenopsis, and unicellular cyanobacteria; whereas Nostoc, Anabaena, Calothrix, Tolypothrix, and Aulosira were found in neutral and alkaline soils. Molecular characterization using 16S rRNA PCR and DGGE revealed the presence of 13 different phylotypes of cyanobacteria in these samples. Butachlor treatment of the soil samples led to the disappearance of 5 and the emergence of 2 additional phylotypes. A total of 40 DGGE bands showed significant reproducible changes upon treatment with butachlor. Phylogenetic analyses divided the phylotypes into five major clusters exhibiting interesting links with soil pH. Aulosira, Anabaena, Trichormus, and Anabaenopsis were sensitive to butachlor treatment, whereas uncultured cyanobacteria, a chroococcalean member, Westillopsis, Nostoc, Calothrix, Tolypothrix, Rivularia, Gloeotrichia, Fischerella, Leptolyngbya, and Cylindrospermum, appeared to be tolerant against butachlor at their native soil pH. Butachlor-induced inhibition of nitrogen fixation was found to be 65% (maximum) and 33% (minimum) in the soil samples of pH 9.23 and 5.20, respectively. In conclusion, low butachlor doses may prove beneficial in paddy fields having a neutral to alkaline soil pH.
An experiment was conducted to detect aquaculture pond bottom soil nutrients, pH and electrical conductivity with a view to optimize production and to incorporate the scientific method of fish nursing, rearing and culturing at Noakhali district in Bangladesh. The soil samples were collected from the recently dug ponds (1 - 5 years) and older ponds (> 5 years). Samples were taken from five different spots in a Z shape from each pond and were mixed to get a composite sample. The composite samples from the ponds were collected in polyethylene bags and shipped to the laboratory for analysis. The soil samples were analyzed with respect to pH, electrical conductivity (EC), organic carbon (OC), organic matter (OM), nitrogen (N), phosphorous (P), potassium (K) and sulfur (S). The average value of pH, OC, OM, N, P, K and S were $7.43{\pm}0.40$, $2.21{\pm}1.43%$, $1.47{\pm}0.53%$, $2.52{\pm}0.94{\mu}g\;g^{-1}$, $0.126{\pm}0.047{\mu}g\;g^{-1}$, $3.84{\pm}1.77{\mu}g\;g^{-1}$, $0.191{\pm}0.106{\mu}g\;g^{-1}$ and $306.72{\pm}222.05{\mu}g\;g^{-1}$ respectively, in Noakhali. The average EC, OC, OM, N and P contents were found to be higher in Subornachar than those in Sonapur. On the other hand pH, K and S were found to be higher in Sonapur than the values of Subornachar. The pH, EC, OC, OM, N and S contents were found to be higher in new ponds than old ponds whereas P and K contents were found to be higher in old pond than in new pond.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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