Abstract: Fracționarea chimică și cuantificarea bazinelor de materie organică a solului (SOM) implică procese laborioase și consumatoare de timp, care, de asemenea, nu sunt foarte exacte. Prin urmare, s-a încercat aici cuantificarea fracției fulvice (FF), a fracției umice (HF) și a gunoiului de sol, care sunt cunoscute a fi foarte importante în ceea ce privește disponibilitatea nutrienților în ecosistemele tropicale, prin utilizarea metodei de pierdere în greutate la aprindere (LOI). Cambisolurile din Sri Lanka au fost folosite pentru extragerea substanțelor humice și a gunoiului de sol. Rezultatul a indicat faptul că gunoiul de sol a ars la temperaturi de 170-190 ° C. Pierderile maxime de greutate ale FF s-au produs între 200-250 ° C. Pierderile în greutate ale HF s-au produs la 500 ° C. Studiul a arătat în mod clar că gunoiul de sol ars la temperaturi de 190 ° C. Prin urmare, LOI poate fi folosit ca o tehnică simplă și rapidă pentru determinarea gunoiului de sol, în special și mai departe FF și HF, comparativ cu metodele convenționale de extracție. Acest lucru va fi foarte util în studiile comparative în care există un număr mare de probe de analizat.

metodă

Cum să citiți acest articol
R.R. Ratnayake, G. Seneviratne și S.A. Kulasooriya, 2007. O metodă modificată de pierdere în greutate la aprindere pentru a evalua fracțiunile materiei organice din sol. Jurnalul internațional al științei solului, 2: 69-73.

Există mai multe metode pentru fracțiile fizice și chimice și cuantificările grupurilor SOM. Dintre acestea, fracționarea densității (Christensen, 1992) și oxidarea chimică umedă (Baker, 1976) au fost raportate ca fiind metode comune utilizate la tropice. Substanțele humice sunt cele mai răspândite materiale organice naturale care apar în soluri (Allard, 2006). Acizii fulvici și humici reprezintă în general fracțiunea importantă a substanțelor humice și prezintă structuri chimice foarte complexe (McDonnell și colab., 2001).

Există o serie de metode pentru extragerea FF și HF din sol. Metoda dezvoltată de International Humic Substance Society (IHSS) este o metodă acceptabilă pentru extragerea substanțelor humice din soluri. Cu toate acestea, acesta conține anumite erori (Swift, 1996). Din punct de vedere tehnic, fracțiile separate în acest mod conțin cantități semnificative de impurități, în special polizaharide nelegate etc. Prin urmare, extracția și cuantificarea FF și HF este o sarcină dificilă.

Separarea și cuantificarea deșeurilor din sol este, de asemenea, un proces laborios și care consumă mult timp (Smcker și colab., 1982). Separarea deșeurilor în soluri cu conținut ridicat de lut implică înmuierea peste noapte în hexametafosfat de sodiu 10% pentru a dispersa particulele de sol (Smcker` și colab., 1982). Cuantificarea deșeurilor de sol într-un număr mare de probe este o sarcină dificilă. Prin urmare, s-a încercat aici cuantificarea fracțiilor SOM (FF și HF) și a gunoiului de sol, utilizând metoda LOI.

LOI măsoară pierderea în greutate a fracțiilor SOM datorită oxidării la încălzire. În această procedură, SOM este oxidat de la temperaturi moderate (150 ° C) la temperaturi ridicate (550 ° C), pierderea în greutate fiind proporțională cu cantitatea de SOM din probă (Konen și colab., 2002). Analiza LOI permite astfel stabilirea semnalelor de pierdere în greutate pentru cuantificarea SOM. Solurile cu cantități diferite de fracțiuni SOM produc semnale de pierdere în greutate de intensități diferite (Siewert, 2004). Variațiile dintre aceste profiluri permit evaluarea cantitativă a fracțiilor SOM.

Studii recente efectuate de mai mulți autori au indicat că LOI este o metodă precisă pentru estimarea carbonului organic din sol și, prin urmare, SOM. Metoda LOI este mult mai simplă, necesită mai puțină forță de muncă și permite măsurarea conținutului de carbon al unei probe întregi fără măcinare, amestecare sau sub-eșantionare (Kaspar și colab., 2000). Avantajele acestei metode includ numerele mari de eșantioane care pot fi rulate simultan și precis (Konen și colab., 2002). Kaspar și colab. (2000) au reușit să evalueze variabilitatea spațială a carbonului solului prin metoda LOI într-un câmp agricol cu ​​variații foarte mari, iar detectarea sa dovedit a fi extrem de dificilă prin alte metode.

Metoda LOI a fost utilizată în studiile de mai sus pentru a determina SOM total. Cu toate acestea, în prezentul studiu s-a încercat utilizarea metodei LOI pentru a cuantifica fracțiile SOM separate. Astfel, s-a emis ipoteza aici că LOI poate fi utilizat pentru a cuantifica fracțiile de materie organică separate și așternutul de sol.

MATERIALE ȘI METODE

Solurile au fost prelevate în ianuarie 2005 dintr-o pădure netulburată la 700 m deasupra nivelului mării, aparținând tipului tropical umed, vesnic verde, în Sri Lanka (5 ° 54 ? N - 9 ° 52 ? Latitudini N și 79 ° 39 ? E - 81 ° 53 ? E longitudine). Cinci probe de sol compozite (Cambisols) au fost colectate la o adâncime de 30 cm și utilizate pentru extragerea substanțelor humice și a gunoiului de sol.

Extragerea substanțelor humice
Solul a fost extras pentru FF și HF folosind metoda International Humic Substances Society (IHSS) (Swift, 1996). Proba de sol a fost agitată timp de 1 oră cu HCI 0,1 M (soluție raport sol 10 L kg -1) pentru a elimina carbonații și metalele alcalino-pământoase. Supernatantul a fost separat prin decantare (extract FF 1). Reziduul a fost neutralizat utilizând o soluție de NaOH 0,1 M (raport de extractant final la sol 10 L kg -1). Suspensia a fost apoi agitată timp de 4 ore și lăsată să stea timp de 12 ore. După centrifugare și decantare, substanțele humice au fost precipitate din supernatant prin acidificare cu HCI 6M la pH 1. Apoi fracțiile humice (precipitate) și fulvice (supernatantul: FF extract 2) au fost separate prin centrifugare. Au fost efectuate mai multe etape de purificare cu HCI 0,1 M și acid fluorhidric 0,3 M pentru a reduce cantitățile de impurități anorganice ale precipitatului, care a fost apoi luată ca HF (Swift, 1996). Extractul FF 1 și 2 au fost combinate. Extractul a fost apoi dializat împotriva membranei spectraporului (1000 Dalton) pentru a îndepărta sărurile și în cele din urmă liofilizat pentru a obține FF.

Extracția de așternut de sol
Solul a fost, de asemenea, extras pentru a obține așternutul de sol folosind metoda descrisă de Smucker și colab. (1982). Proba de sol a fost agitată în apă pentru a separa particulele de sol și particulele de gunoi de sol. Materia organică în suspensie a fost decantată cu grijă pe o sită de 0,25 mm. Materialele de gunoi din sol colectate pe sită au fost colectate și spălate cu apă distilată. Apoi a fost uscat la cuptor la 85 ° C.

Fracțiile SOM extrase (FF, HF) și așternutul de sol au fost supuse oxidării termice secvențiale de la 105 la 600 ° C folosind un cuptor cu mufla (Gallenkamp-box cupter F SL-340-0160). Volumele echivalente (aproximativ 2,5 g) din acele fracții au fost plasate în creuzete de 15 ml. Probele au fost uscate la cuptor la 105 ° C peste noapte, răcite în desicatoare și cântărite. S-a înregistrat pierderea în greutate a fracțiilor la trepte de temperatură de 50 ° C timp de 4 ore. Acest lucru a permis identificarea intervalelor critice de temperaturi care oxidează fracțiile SOM. Fracțiile SOM au fost cuantificate în termeni de LOI după cum urmează.

Probele de sol care au fost utilizate pentru extragerea fracțiilor SOM au fost, de asemenea, supuse oxidării termice secvențiale de la 150 la 550 ° C.

Semnalul maxim de scădere în greutate pentru așternutul de sol a avut loc între 150 și 200 ° C (Fig. 1). Două reacții principale au avut loc între 200-500 ° C. Semnalul de vârf de pierdere în greutate pentru FF a avut loc între 200-250 ° C (Fig. 1). Semnalul de vârf de pierdere în greutate pentru HF a avut loc la 500 ° C.

Figura 2 arată LOI a greutății solului de la 150 la 550 ° C. Au fost observate trei vârfuri principale la temperaturi de 150-200, 200-250 și la 500 ° C. Aceste vârfuri au coincis cu vârfurile din Fig. 1.

Studii recente au utilizat LOI a greutății fracțiunilor de sol, precum și a întregului sol pentru o gamă largă de aplicații și au determinat SOM cu precizie (de exemplu, Cambardella și colab., 2001; Konen și colab., 2002; DeLapp și LeBoeuf, 2004; Bellamy și colab., 2005). În timpul LOI, un anumit interval de temperaturi oxidează un anumit grup de compuși organici în funcție de energiile lor de activare de oxidare. Prin urmare, grupurile de compuși cu compoziții diferite produc vârfuri de pierdere în greutate la temperaturi diferite. Astfel, cuantificarea compușilor care sunt arși în funcție de energiile lor de activare este mai precisă decât cea utilizând metode de extracție chimică.

Semnalul de pierdere în greutate între 170-190 ° C s-a datorat pierderii de gunoi de sol cu ​​combustie (Morilzumi, 2003). Semnalul între 200-250 ° C al FF din acest studiu ar putea fi atribuit reacțiilor de degradare și decarboxilare ale acidului fulvic, deoarece se știe că acele reacții ale substanțelor humice apar în intervalul 200-350 ° C (Flaig și colab. ., 1975; Morilzumi, 2003). Vârful principal asociat cu HF la 500 ° C s-ar putea datora oxidării acidului humic în HF. HF se oxidează la o temperatură mai mare decât FF, deoarece prima conține multe structuri aromatice, care au nevoie de temperaturi ridicate pentru a se oxida (Flaig și colab., 1975). În plus față de vârful principal al fiecărei fracții, pierderile de greutate moderate până la minore au avut loc într-un interval de temperaturi. Deoarece, fiecare acid este un amestec eterogen de substanțe organice având o gamă largă de greutăți moleculare (Hayes și Swift, 1990).

Compararea Fig. 2 cu Fig. 1 arată că cel mai înalt vârf care a avut loc în sol între 150-200 ° C este atribuit pierderii de deșeuri din sol. Două vârfuri principale observate în sol între 200-500 ° C au corespuns FF și HF, așa cum a raportat și Dell ? Abate și colab. (2003) pentru solurile tropicale.

Deșeurile din sol reprezintă materiale de așternut parțial descompuse, fragmentate și încorporate în sol. Ele se încadrează între bazinele active și lente ale SOM (Brady și Weil, 1999), mai stabile decât alte forme active SOM (adică reziduuri de plante proaspete) și servesc ca o fracțiune importantă pentru furnizarea pe termen lung de substanțe nutritive (Wander și colab., 1994). LOI sa dovedit a fi o metodă simplă și precisă pentru cuantificarea deșeurilor din sol.

În general, se consideră că deșeurile de sol și alte fracții de materie organică în ansamblu, ca SOM. Studiul a arătat clar că gunoiul de sol a ars la temperaturi cuprinse între 170-190 ° C. Alte fracțiuni SOM au prezentat semnale de pierdere în greutate la temperaturi> 190 ° C. Prin urmare, LOI poate fi folosit ca o tehnică simplă și rapidă pentru determinarea gunoiului de sol, în special și mai departe FF și HF, comparativ cu metodele de extracție laborioase și care consumă mult timp. Cu toate acestea, posibilele erori implicate în această metodă sunt că, pe lângă oxidarea SOM, temperaturile din ce în ce mai ridicate pot elimina apa structurală din argile și alți constituenți anorganici, pot descompune carbonați și săruri hidratate și pot oxida Fe 2+, deși carbonații rămân stabili la temperaturi MULȚUMIRI

Autorii doresc să mulțumească domnișoarei Kanchana Gonawale pentru asistență în pregătirea eșantionului.

REFERINȚE

Allard, B., 2006. Un studiu comparativ asupra compoziției chimice a HA din solul forestier, solul agricol și depozitul de lignit. Geoderma, 130: 77-96.
Link direct

Baker, K.F., 1976. Determinarea carbonului organic în sol folosind o sondă-colorimetru. Laborator. Prac., 25: 82-83.

Bellamy, P.H., P.J. Loveland, R. Lan-Bradley, R.M. Lark și G.J.D. Kirk, 2005. Pierderile de carbon din toate solurile din Anglia și Țara Galilor 1978-2003. Natura, 437: 245-248.
Link direct

Brady, N.C. și R.R. Weil, 1999. Natura și proprietățile solurilor. Ediția a XII-a, Printice-Hall Inc., New Jersey, SUA., 785.

Cambardella, C.A., A.M. Gajda, J.W. Doran, B.J. Wienhold și T.A. Kettler, 2001. Estimarea particulelor și a materiei organice totale prin pierderea în greutate la aprindere. În: Metode de evaluare pentru carbonul solului, Lal, R., R.M.J. Kimble, R.J. Follett și B.A. Stewart (Eds.). CRC Press, Boca Raton, Fl., Pp: 349-359.

Christensen, B.T., 1992. Fracționarea fizică a solului și a materiei organice în dimensiunea și densitatea particulei primare se separă. Adv. Soil Sci., 20: 1-90.
Link direct

DeLapp, R.C. și E.J. LeBoeuf, 2004. Analiza termică a solurilor întregi și a sedimentelor. J. Environ. Cal., 33: 330-337.
Link direct

Dell-Abate, M.T., A. Benedetti și P.C. Brookes, 2003. Tehnici cromatizate de analiză termică pentru caracterizarea substanțelor humice din sol. Tehnici cromatizate de analiză termică pentru caracterizarea substanțelor humice din sol. J. Sep. Sci 26: 433-440.
Link direct

Flaig, W., H. Beutelspacher și E. Rietz, 1975. Compoziția chimică și proprietățile fizice ale substanțelor humice. În: Componente pentru sol Componente organice, Gieseking, J.E. (Ed.). Vol. 1. Springer-Verlag, New York, pp: 1-221.

Hayes, M.H.B. și R.S. Swift, 1990. Geneza, izolarea, compoziția și structurile substanțelor humice ale solului. În: Coloizii solului și asociațiile lor în agregate, De-Boodt, M.F., M.H.B. Hayes și A. Herbillon (Eds.). Plenum Press, New York, pp: 245-305.

Kaspar, T., C. Cambardella, D. Karlen și Y. Jung, 2000. Utilizarea metodei de pierdere în greutate la aprindere pentru a măsura variabilitatea spațială a carbonului din sol. Abstract agronomie, Serviciul de cercetare agricolă, Departamentul Agriculturii din Statele Unite.

Conen, M.E., P.M. Jacobs, C.L. Burras, B.T. Talaga și J.A. Mason, 2002. Ecuații pentru prezicerea carbonului organic din sol folosind pierderea la aprindere pentru nordul S.U.A. soluri. Știința solului. Soc. A.m. J., 66: 1878-1881.
Link direct

McDonnell, R., N.M. Holden, S.M. Ward, J.F. Collins, E.P. Farrell și M.H.B. Hayes, 2001. Caracteristicile substanțelor humice din solurile de pădure și solurile de turbă împădurite din Munții Wicklow. Biol. Environ., 101B: 187-197.
Link direct

Morilzumi, M., 2003. Comportamente de descompunere termică a acidului humic prin termogravimetrie. Geochimica Cosmochimica Acta Suppl., 67: 305-305.
Link direct

Schulte, E.E. și B.G. Hopkins, 1996. Estimarea materiei organice prin scăderea în greutate la aprindere. Știința solului. Soc. A.m. J., 46: 21-32.
Link direct

Schulten, H.R. și M. Schnitzer, 1997. Structură model chimic pentru materie organică a solului și soluri. Soil Sci., 162: 115-130.
Link direct

Siewert, C., 2004. Screening rapid al proprietăților solului folosind termogravimetria. Știința solului. Soc. A.m. J., 68: 1656-1661.
Link direct