International Scientific-Methodological Conference «How to teach material sciences: new approaches and experiences from the MMATENG project»

Із застосуванням методики прецизійного синхронного термічного аналізу (СТА) залученням фазового рентгеноструктурного аналізу вивчені фазові та структурні перетворення під час нагрівання порошку наноквазікристалічного сплаву Al94Fe3Cr3, отриманого методом розпилення розплаву водою високого тиску(Р=10 МПа). Встановлені особливості і визначені температурні інтервали фізико-хімічних процесів, які супроводжуються відповідними тепловими ефектами. Показано, що еволюція структури супроводжується дегідратацією гідрооксиду алюмінію, присутнього на поверхні порошкових часток та пор у вигляді нанорозмірного шару рентгеноаморфного гідраргілліту Al2O3•nH2O. Нагрівання квазікристалічного порошку супроводжується реорганізацією дислокацій та рекристалізацією твердого розчину α-Al, а також перетворенням наноквазікристалічних частинок i–фази на звичайні кристалічні сполуки: метастабільний інтерметалід Al6Fe та стабільні θ- фази: Al13Cr2 та Al13Fe4.Phase and structural transformation under heating of powdered nanoquasicrystalline Al94Fe3Cr3 alloy produced by atomization with high ressure (P=10 MPa)water have been examined by means of developed precise method of simultaneous thermal analysis and confirmed by the results of X-ray diffraction analysis. Temperature intervals for physical and chemical processes, which resul in the change of mass and corresponde heat reactions ave been found and discussed. According to the data obtained in the present study structural evolution is accompanied by dehydratio of aluminium hydroxide presented in form of Al2O3•nH2O amorphous layer and site on the surfac of the powde particle and pores within theirinterior. Dislocation reorganisation and recrystallisation of the α-Al solid solution occur under heatingthe uasicrystalline powder prior transformation of icosahedral quasicrystalline particles of i-phase into conventional crystalline compounds compositionally corresponded to metastable Al6Fe phase and stable θ -phases such as q-Al13Cr2 and q-Al13Fe4.рентгеноструктурного анализа изучены фазовые и структурные превращения при нагревании порошка наноквазикристаличного сплава Al94Fe3Cr3, полученного методом распыления расплава водой высокого давления (Р = 10 МПа). Установлены особенности и определенные температурные интервалы физико-химических процессов, которые сопровождаются соответствующими тепловыми эффектами. Показано, что эволюция структуры сопровождается обезвоживанием гидроксида алюминия, присутствующего на поверхности порошковых частиц и пор в виде наноразмерного слоя рентгеноаморфного гидраргиллиту Al2O3•nH2O. Нагрев квазикристаллического порошка сопровождается реорганизацией дислокаций и рекристаллизацией твердого раствора α-Al, а также превращением наноквазикристаличних частиц i-фазы в обычные кристаллические соединения: метастабильний интерметаллид Al6Fe и стабильные θ - фазы: Al13Cr2 и Al13Fe4

Analgesic activity of new complex compounds SnCl4 with salicyloylhydrazones of benzaldehyde and brombenzaldehyde

The physiological role of pain helps to avoid or limit the tissue damage and therefore it provides the vital protective function. It has been previously studied, that complex compounds SnCl4 with salicyloylhydrazones of benzaldehyde and brombenzaldehyde as well as their components represent the practical interest by the manifestation of anti-inflammatory and antidepressive action. In this case the analgesic properties of the complexes themselves, as well as compounds belonging to their structure were of interest of our study. The experiments were performed on white mice. Several chemical (allyl isothiocyanate or AITC, capsaicin, formalin) and thermal effects have been chosen in this investigation for studying the analgesic activity and establishing the possible mechanisms of antinociceptive effect. The tested compounds showed a mixed type of receptor interaction using models with different types of stimulation, which allows to make conclusions about their perspective as highly effective analgesics with a complex mechanism of action

2018, IEEE 8th International Conference on Nanomaterials: Applications & Properties (NAP-2018)

This work was supported by Ministry of Education and Science of Ukraine [project # 2106]В роботі досліджено наноквазікристалічний сплав Al-Fe-Cr, консолідований в умовах квазігідростатічного стиснення. В експериментах використовувався порошок, розпилений водою високого тиску, номінального складу Al94Fe3Cr3, об'єм фракції нанорозмірних квазікристалічних частинок i-фази становив близько 30%. Перед квазігідростатичним стисненням порошок просівали до розмірів від 40 до 60 мкм. Термостабільність структури консолідованого Al-Fe-Cr сплаву досліджували прецизійним методом диференціальної скануючої калориметрії і рентгеноструктурного аналізу. Результати, отримані для консолідованого Al-Fe-Cr сплаву, порівнювали з результатами для вихідного порошку. Механічні характеристики консолідованого і термічно обробленого Al-Fe-Cr сплаву визначали методом індентування, і обговорювали з урахуванням його структурних особливостей. Наноквазікристалічний Al-Fe-Cr сплав, підданий квазігідростатичному стиску, показав високу міцність і достатню пластичність, зберігаючи їх на незмінному рівні до 400 °С.The present research is aimed at the nanoquasicrystalline Al-Fe-Cr alloy consolidated under conditions of quasihydrostatic compression. Water atomized powder of nominal composition Al94Fe3Cr3 and fraction volume of nano-sized quasicrystalline particles of i-phase about 30% has been used in experiments. Prior quasihydrostatic compression the powder was sieved to the size ranged from 40 to 60 μm. Structural stability of consolidated Al-Fe-Cr alloy in response to heat treatment has been examined by precise method of differential scanning calorimetry and X-ray analysis. The results obtained for consolidated Al-Fe-Cr alloy have been specified and compared with those of the feedstock powder. Mechanical parameters of as-receive and heat treated consolidated Al-Fe-Cr alloy have been determined by using indentation technique and discussed by considering specific features of structure. Nanoquasicrystalline Al-Fe-Cr alloy subjected to quasihydrostatic compression showed high strength and sufficient ductility, maintaining them at the unchanged level up to 400 °C.В работе исследован наноквазикристаллический сплав Al-Fe-Cr, консолидированный в условиях квазигидростатического сжатия. В экспериментах использовался порошок, распыленный водой высокого давления, номинального состава Al94Fe3Cr3, объем фракции наноразмерных квазикристаллических частиц i-фазы составлял около 30 %. Перед квазигидростатическим сжатием порошок просеивали до размерd от 40 до 60 мкм. Термостабильность структуры консолидированного Al-Fe-Cr сплава исследовали прецизионным методом дифференциальной сканирующей калориметрии и рентгеноструктурного анализа. Результаты, полученные для консолидированного Al-Fe-Cr сплава, сравнивались с результатами для исходного порошка. Механические характеристики консолидированного и термически обработанного Al-Fe-Cr сплава определяли методом индентирования, и обсуждали с учетом его структурных особенностей. Наноквазикристаллический Al-Fe-Cr сплав, подвергнутый квазигидростатическому сжатию, показал высокую прочность и достаточную пластичность, сохраняя их на неизменном уровне до 400 °С

Розробка методу щодо вибору способу транспортування сировини від морських бурових платформ до берегової інфраструктури

The object of research is the process of transportation of mined resources from offshore drilling platforms in the shelf of the seas to onshore reservoirs. One of the most problematic places is the need to choose the means of transport and the method of transporting the extracted hydrocarbons from offshore drilling platforms (ODP) to the onshore infrastructure.Using the method of equivalent values, the limiting values of the use of pipeline transport are established depending on the distance of offshore drilling platforms from the coast.During the study, an algorithm was developed to improve the organization of transportation of hydrocarbons produced in the seas to substantiate the mode of transportation depending on the distance between the ODP and the coast. As well as a reasonable criterion for choosing a vehicle was proved and a system of indicators for the formation of the criterion was considered. Methodical approach for the choice of transport consists of the following steps:indicators of capital, operating and reduced costs for each type of transport are formed;threshold value of the reduced costs for pipeline transport and for the delivery by shuttle tankers and with the help of marine barge-towing vehicles depending on the distance of the ODP from the coast is determined;criterion of the effectiveness of the choice of transportation mode is displayed;indicator of unit costs for marine and pipeline transport is calculated;threshold value of the use of one of several transportation modes is determined.A methodical approach is developed that ensures a reasonable approach to the choice of the transportation mode and type of transport when organizing the delivery of the extracted raw materials from the ODP to the onshore infrastructure, ensuring the lowest unit transportation costs.Compared with similar known methods that are used to select transport for land production and transportation, such methods have not been used in the offshore oil business.Объектом исследования является процесс транспортировки добытых ископаемых от морских буровых платформ в шельфах морей к береговым резервуарам. Одним из самых проблемных мест является необходимость выбора средств транспорта и способа транспортировки добытых углеводородов от морских буровых платформ (МБП) к береговой инфраструктуре.Применяя метод равнозначных величин, были установлены предельные значения использования трубопроводного транспорта в зависимости от удаленности морских добывающих платформ (МДБ) от берега.В ходе исследования для совершенствования организации транспортировки добытых в шельфе морей углеводородов был разработан методический подход по обоснованию способа транспортировки в зависимости от удаленности МБП от берега. А также обоснован критерий выбора транспортного средства и рассмотрена система показателей для формирования критерия. Методический поход по выбору транспорта состоит из следующих этапов:формируются показатели капитальных, эксплуатационных и приведенных расходов по каждому виду транспорта;определяется пороговое значение показателя приведенных затрат для трубопроводного транспорта и для доставки шаттл-танкерами и с помощью морских баржи-буксирных составов в зависимости от удаленности МБП от берега;выводится критерий эффективности выбора вида транспорта;рассчитывается показатель удельных расходов на морском и трубопроводном транспорте;определяется граничное значение использования одного из нескольких видов транспорта.Разработанный методический подход обеспечивает обоснованный подход к выбору способа транспортировки и вида транспорта при организации доставки добытого сырья от МБП к береговой инфраструктуре, который обеспечивает наименьшие удельные расходы по транспортировке. По сравнению с аналогичными известными методами, которые применяются для выбора транспорта при наземной добыче и транспортировки, в морском нефтедобывающем бизнесе подобные методы не применялись.Об'єктом дослідження є процес транспортування добутих копалин від морських бурових платформ в шельфах морів до берегових резервуарів. Одним з найбільш проблемних місць є необхідність вибору засобів транспорту і способу транспортування добутих вуглеводнів від морських бурових платформ (МБП) до берегової інфраструктури.Застосовуючи метод рівнозначних величин, було встановлено граничні значення використання трубопровідного транспорту в залежності від віддаленості морських видобувних платформ (МВБ) від берега.В ході дослідження для вдосконалення організації транспортування видобутих в шельфі морів вуглеводнів був розроблений алгоритм щодо обґрунтування способу транспортування в залежності від віддаленості МБП від берега. А також обґрунтований критерій вибору транспортного засобу та розглянута система показників для формування критерію. Методичний похід за вибором транспорту складається з наступних етапів:формуються показники капітальних, експлуатаційних та наведених витрат по кожному виду транспорту;визначається граничне значення показника приведених витрат для трубопровідного транспорту і для доставки шаттл-танкерами та за допомогою морських баржі-буксирних складів в залежності від віддаленості МБП від берега;виводиться критерій ефективності вибору виду транспорту;розраховується показник питомих витрат на морському і трубопровідному транспорті;визначається граничне значення використання одного з декількох видів транспорту.Розроблений методичний підхід забезпечує обґрунтований підхід до вибору способу транспортування і виду транспорту при організації доставки видобутої сировини від МБП до берегової інфраструктури, який забезпечує найменші питомі витрати з транспортування.У порівнянні з аналогічними відомими методами, які застосовуються для вибору транспорту при наземному видобутку і транспортуванні, в морському нафтовидобувному бізнесі подібні методи не застосовувалися

Розробка методології вибору маршруту роботи суден постачання видобувних платформ в шельфах морів

The object of research is specialized vessels servicing production platforms (SPV) in the shelves of the seas. One of the most problematic places is the need to improve the efficiency of specialized service vessels for transporting personnel, building materials and supplies to oil platforms in the sea shelves during the operation of platforms for oil production.In the course of the study, in order to improve the SPV operation of the production platforms, the method of variants and the routing of the operation of vehicles were used to develop the methodology. This allowed to improve the work of the SPV in the maintenance of production platforms, due to the reduction in the cost of voyage.The best way to organize the SPV operation in the maintenance of mining platforms in the Black Sea shelf is received. Namely, possible routes of SPV operation were compiled during the pendulum and group-delivery mode of operation, and the best way of SPV operation for the best route was determined according to the chosen criterion. The economic effect of the SPV operation on the selected route and method, which amounted to about 44 000 dollars for the voyage. This result is due to the fact that the developed methodology for the selection of the best version of the SPV has a number of features, in particular, it consists of successive stages:select route schemes for the organization of the work of environmental protection;compiled options for routes of SPV operation for each scheme;selection criterion is assigned;calculated performance of the vessels;the optimal route and scheme are selected according to the adopted optimization criterion.The developed methodology provides the determination of the optimal route and a variant of the operation scheme of the SPV, which provides the lowest value of the cost of transportation of 1 ton-km of cargo. Compared with similar known methods that are used in road transport, similar methods have not been used in the offshore oil business.Объектом исследования являются специализированные судна снабжения добывающих платформ (ССП) в шельфах морей. Одним из самых проблемных мест является необходимость повышения эффективности работы специализированных судов снабжения платформ для доставки персонала, строительных материалов и снабжения на нефтяные платформы в шельфах морей во время эксплуатации платформ для добычи нефти.В ходе исследования для совершенствования работы ССП при разработке методологии использовались метод вариантов и маршрутизации работы транспортных средств. Это позволило усовершенствовать работу СПП при обслуживании добывающих платформ, благодаря снижению себестоимости выполнения рейсов.Получен наилучший способ организации работы ССП при обслуживании добывающих платформ в шельфе Чёрного моря (Украина). А именно, составлены возможные маршруты работы ССП при маятниковом и сборно-развозном способе работы, а также по выбранному критерию определен лучший способ работы ССП для наилучшего маршрута. Рассчитан экономический эффект от работы ССП по выбранному маршруту и способу, который составил около 44 тыс. дол. за рейс. Это связано с тем, что разработанная методология по выбору лучшего варианта работы ССП имеет ряд особенностей, в частности она состоит из последовательных этапов:выбираются схемы маршрутов по организации работы СПП;составляются варианты маршрутов работы ССП по каждой схеме;назначается критерий выбора схемы;рассчитываются показатели работы судов;выбирается оптимальный маршрут и схема по принятому критерию оптимизации.Разработанная методология обеспечивает определение оптимального маршрута и варианта схемы работы ССП, который обеспечивает наименьшее значение себестоимости перевозок 1 тонно-км грузов. По сравнению с аналогичными известными методами, которые применяются в автомобильном транспорте, в морском нефтедобывающем бизнесе подобные методы не применялись.Об’єктом дослідження є організація роботи спеціалізованих суден постачання видобувних платформ (СПП) в шельфах морів. Одним з найбільш проблемних місць є необхідність підвищення ефективності роботи спеціалізованих судів обслуговування для доставки персоналу, будівельних матеріалів і постачання на нафтові платформи в шельфах морів під час експлуатації платформ для видобутку нафти.В ході дослідження для вдосконалення роботи СПП при розробці методології використовувалися метод варіантів і маршрутизації роботи наземних транспортних засобів. Це дозволило удосконалити роботу СПП при обслуговуванні видобувних платформ, завдяки зниженню собівартості виконання рейсів.Отримано найкращий маршрут та спосіб організації роботи СПП при обслуговуванні видобувних платформ, на прикладі шельфу Чорного моря (Україна). А саме, складені можливі маршрути роботи СПП при маятниковому і збірно-розвізному способі роботи, а також за обраним критерієм визначено кращий спосіб роботи СПП для найкращого маршруту. Розраховано економічний ефект від роботи СПП за обраним маршрутом і способом, який склав близько 44 тис. дол. за рейс. Це пов'язано з тим, що розроблена методологія щодо вибору найкращого варіанту роботи СПП має ряд особливостей, зокрема вона складається з послідовних етапів:вибираються схеми маршрутів по організації роботи СПП;складаються варіанти маршрутів роботи СПП за кожною схемою;призначається критерій вибору схеми;розраховуються показники роботи судів;вибирається оптимальний маршрут і схема за прийнятим критерієм оптимізації.Розроблена методологія забезпечує визначення оптимального маршруту і варіанти схеми роботи СПП, який забезпечує найменше значення собівартості перевезень 1 тонно-км вантажів. У порівнянні з аналогічними відомими методами, які застосовуються в автомобільному транспорті, в морському нафтовидобувному бізнесі подібні методи не застосовувалися

Розробка методології вибору маршруту роботи суден постачання видобувних платформ в шельфах морів

The object of research is specialized vessels servicing production platforms (SPV) in the shelves of the seas. One of the most problematic places is the need to improve the efficiency of specialized service vessels for transporting personnel, building materials and supplies to oil platforms in the sea shelves during the operation of platforms for oil production.In the course of the study, in order to improve the SPV operation of the production platforms, the method of variants and the routing of the operation of vehicles were used to develop the methodology. This allowed to improve the work of the SPV in the maintenance of production platforms, due to the reduction in the cost of voyage.The best way to organize the SPV operation in the maintenance of mining platforms in the Black Sea shelf is received. Namely, possible routes of SPV operation were compiled during the pendulum and group-delivery mode of operation, and the best way of SPV operation for the best route was determined according to the chosen criterion. The economic effect of the SPV operation on the selected route and method, which amounted to about 44 000 dollars for the voyage. This result is due to the fact that the developed methodology for the selection of the best version of the SPV has a number of features, in particular, it consists of successive stages:select route schemes for the organization of the work of environmental protection;compiled options for routes of SPV operation for each scheme;selection criterion is assigned;calculated performance of the vessels;the optimal route and scheme are selected according to the adopted optimization criterion.The developed methodology provides the determination of the optimal route and a variant of the operation scheme of the SPV, which provides the lowest value of the cost of transportation of 1 ton-km of cargo. Compared with similar known methods that are used in road transport, similar methods have not been used in the offshore oil business.Объектом исследования являются специализированные судна снабжения добывающих платформ (ССП) в шельфах морей. Одним из самых проблемных мест является необходимость повышения эффективности работы специализированных судов снабжения платформ для доставки персонала, строительных материалов и снабжения на нефтяные платформы в шельфах морей во время эксплуатации платформ для добычи нефти.В ходе исследования для совершенствования работы ССП при разработке методологии использовались метод вариантов и маршрутизации работы транспортных средств. Это позволило усовершенствовать работу СПП при обслуживании добывающих платформ, благодаря снижению себестоимости выполнения рейсов.Получен наилучший способ организации работы ССП при обслуживании добывающих платформ в шельфе Чёрного моря (Украина). А именно, составлены возможные маршруты работы ССП при маятниковом и сборно-развозном способе работы, а также по выбранному критерию определен лучший способ работы ССП для наилучшего маршрута. Рассчитан экономический эффект от работы ССП по выбранному маршруту и способу, который составил около 44 тыс. дол. за рейс. Это связано с тем, что разработанная методология по выбору лучшего варианта работы ССП имеет ряд особенностей, в частности она состоит из последовательных этапов:выбираются схемы маршрутов по организации работы СПП;составляются варианты маршрутов работы ССП по каждой схеме;назначается критерий выбора схемы;рассчитываются показатели работы судов;выбирается оптимальный маршрут и схема по принятому критерию оптимизации.Разработанная методология обеспечивает определение оптимального маршрута и варианта схемы работы ССП, который обеспечивает наименьшее значение себестоимости перевозок 1 тонно-км грузов. По сравнению с аналогичными известными методами, которые применяются в автомобильном транспорте, в морском нефтедобывающем бизнесе подобные методы не применялись.Об’єктом дослідження є організація роботи спеціалізованих суден постачання видобувних платформ (СПП) в шельфах морів. Одним з найбільш проблемних місць є необхідність підвищення ефективності роботи спеціалізованих судів обслуговування для доставки персоналу, будівельних матеріалів і постачання на нафтові платформи в шельфах морів під час експлуатації платформ для видобутку нафти.В ході дослідження для вдосконалення роботи СПП при розробці методології використовувалися метод варіантів і маршрутизації роботи наземних транспортних засобів. Це дозволило удосконалити роботу СПП при обслуговуванні видобувних платформ, завдяки зниженню собівартості виконання рейсів.Отримано найкращий маршрут та спосіб організації роботи СПП при обслуговуванні видобувних платформ, на прикладі шельфу Чорного моря (Україна). А саме, складені можливі маршрути роботи СПП при маятниковому і збірно-розвізному способі роботи, а також за обраним критерієм визначено кращий спосіб роботи СПП для найкращого маршруту. Розраховано економічний ефект від роботи СПП за обраним маршрутом і способом, який склав близько 44 тис. дол. за рейс. Це пов'язано з тим, що розроблена методологія щодо вибору найкращого варіанту роботи СПП має ряд особливостей, зокрема вона складається з послідовних етапів:вибираються схеми маршрутів по організації роботи СПП;складаються варіанти маршрутів роботи СПП за кожною схемою;призначається критерій вибору схеми;розраховуються показники роботи судів;вибирається оптимальний маршрут і схема за прийнятим критерієм оптимізації.Розроблена методологія забезпечує визначення оптимального маршруту і варіанти схеми роботи СПП, який забезпечує найменше значення собівартості перевезень 1 тонно-км вантажів. У порівнянні з аналогічними відомими методами, які застосовуються в автомобільному транспорті, в морському нафтовидобувному бізнесі подібні методи не застосовувалися

Analgesic activity of new complex compounds SnCl4 with salicyloylhydrazones of benzaldehyde and brombenzaldehyde

The physiological role of pain helps to avoid or limit the tissue damage and therefore it provides the vital protective function. It has been previously studied, that complex compounds SnCl4 with salicyloylhydrazones of benzaldehyde and brombenzaldehyde as well as their components represent the practical interest by the manifestation of anti-inflammatory and antidepressive action. In this case the analgesic properties of the complexes themselves, as well as compounds belonging to their structure were of interest of our study. The experiments were performed on white mice. Several chemical (allyl isothiocyanate or AITC, capsaicin, formalin) and thermal effects have been chosen in this investigation for studying the analgesic activity and establishing the possible mechanisms of antinociceptive effect. The tested compounds showed a mixed type of receptor interaction using models with different types of stimulation, which allows to make conclusions about their perspective as highly effective analgesics with a complex mechanism of action

Soil aggregates as biogeochemical reactors: Not a way forward in the research on soil‐atmosphere exchange of greenhouse gases

Over the last two decades, the fact that soils are significant sources of greenhouse gases (GHG), e.g., carbon dioxide (CO2), methane (CH4), nitrous oxide (N2O), and water vapor, has received considerable attention from the scientific community. Many laboratory and field experiments have been carried out to investigate the release of GHG by soils, and a wide range of computer modeling approaches have been explored to encapsulate what is known about the process, as well as to improve its prediction at various spatial and temporal scales

What does it take to detect a change in soil carbon stock? A regional comparison of minimum detectable difference and experiment duration in the north central United States

Variability in soil organic carbon (SOC) results from natural and human processes interacting across time and space, and leads to large variation in the minimum difference in SOC that can be detected with a particular experimental design. Here we report a unique comparison of minimum detectable differences (MDDs) in SOC, and the estimated times required to observe those MDDs across the north central United States, calculated for the two most common SOC experiments: (1) a comparison between two treatments, e.g., moldboard plow (MP) and no-tillage (NT), using a randomized complete block design experiment; and (2) a comparison of changes in SOC over time for a particular treatment, e.g., NT, using a randomized complete block design experiment with time as an additional factor. We estimated the duration of the two experiment types required to achieve MDD through simulation of SOC dynamics. Data for the study came from 13 experimental sites located in Iowa, Illinois, Ohio, Michigan, Wisconsin, Missouri, and Minnesota. Soil organic carbon, bulk density, and texture were measured at four soil depths. Minimum detectable differences were calculated with probability of Type I error of 0.05 and probability of Type II error of 0.15. The MDDs in SOC were highly variable across the region and increased with soil depth. At 0 to 10 cm (0 to 3.9 in) soil depth, MDDs with five replications ranged from 1.04 g C kg−1 (0.017 oz C lb−1; 6%) to 7.15 g C kg−1 (0.114 oz C lb−1; 31%) for comparison of two treatments; and from 0.46 g C kg−1 (0.007 oz C lb−1; 3%) to 3.12 g C kg−1 (0.050 oz C lb−1; 13%) for SOC change over time. Large differences were also predicted in the experiment duration required to detect a difference in SOC between MP and NT (from 8 to \u3e100 years with five replications), or a change in SOC over time under NT management (from 11 to 71 years with five replications). At most locations, the time required to detect a change in SOC under NT was shorter than the time required to detect a difference between MP and NT. Minimum detectable difference and experiment duration decreased with the number of replications and were correlated with SOC variability and soil texture of the experimental sites, i.e., they tended to be lower in fine textured soils. Experiment duration was also reduced by increased crop productivity and the amount of residue left on the soil. The relationships and methods described here enable the design of experiments with high power of detecting differences and changes in SOC and enhance our understanding of how management practices influence SOC storage

Emergent properties of microbial activity in heterogeneous soil microenvironments:Different research approaches are slowly converging, yet major challenges remain

Over the last 60 years, soil microbiologists have accumulated a wealth of experimental data showing that the usual bulk, macroscopic parameters used to characterize soils (e.g., granulometry, pH, soil organic matter and biomass contents) provide insufficient information to describe quantitatively the activity of soil microorganisms and some of its outcomes, like the emission of greenhouse gases. Clearly, new, more appropriate macroscopic parameters are needed, which reflect better the spatial heterogeneity of soils at the microscale (i.e., the pore scale). For a long time, spectroscopic and microscopic tools were lacking to quantify processes at that scale, but major technological advances over the last 15 years have made suitable equipment available to researchers. In this context, the objective of the present article is to review progress achieved to date in the significant research program that has ensued. This program can be rationalized as a sequence of steps, namely the quantification and modeling of the physical-, (bio)chemical-, and microbiological properties of soils, the integration of these different perspectives into a unified theory, its upscaling to the macroscopic scale, and, eventually, the development of new approaches to measure macroscopic soil characteristics. At this stage, significant progress has been achieved on the physical front, and to a lesser extent on the (bio)chemical one as well, both in terms of experiments and modeling. In terms of microbial aspects, whereas a lot of work has been devoted to the modeling of bacterial and fungal activity in soils at the pore scale, the appropriateness of model assumptions cannot be readily assessed because relevant experimental data are extremely scarce. For the overall research to move forward, it will be crucial to make sure that research on the microbial components of soil systems does not keep lagging behind the work on the physical and (bio)chemical characteristics. Concerning the subsequent steps in the program, very little integration of the various disciplinary perspectives has occurred so far, and, as a result, researchers have not yet been able to tackle the scaling up to the macroscopic level. Many challenges, some of them daunting, remain on the path ahead