Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

Znaleziono wyników: 1

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: struktura kwasów humusowych

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Analiza substancji humusowych gleb po wprowadzeniu węgla brunatnego

Kwiatkowska-Malina J.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Geodezja

2009

z. 45

3-151

W pracy poddano ocenie przydatność węgla brunatnego pod kątem wzbogacenia gleb w trwałą materię organiczną. Badano wpływ zróżnicowanych dawek węgla brunatnego na właściwości SH, kształtowanie struktury KH, właściwości fizyczne i chemiczne gleb oraz aktywność mikroorganizmów glebowych. Badania prowadzono na materiale glebowym zróżnicowanym pod względem typu (rdzawe, brunatne i płowe) i gatunku gleb oraz sposobu uprawy (zmianowanie, odłogowanie), ze względu na istotny wpływ tych czynników na szybkość i kierunki przemian SH. Do badań wykorzystano materiał glebowy z doswiadczeń: polowych Wydziałowej Stacji Doświadczalnej w Skierniewicach oraz obiektu Zakładu Gleboznawstwa i Ochrony Gruntów (obecnie Zakład Gospodarki Przestrzennej i Nauk o Środowisku Przyrodniczym) Politechniki Warszawskiej w Klonie, mikropoletkowych prowadzonych przez IUNG w Puławach oraz w wazonach gruntowych Wydziałowej Stacji Doświadczalnej w Skierniewicach. Źródłem materii organicznej był węgiel brunatny pochodzący z Zagłębia Konińskiego (KWB Konin) typu ziemistego oraz Rekulter - preparat na bazie węgla brunatnego. Wykazano, że dodatek materii organicznej z węgla brunatnego lub Rekultera spowodowal poprawę właściwości fizykochemicznych gleb, a także wzrost zawartości Corg i Nog oraz SH w glebach. Wśród wyekstrahowanych kwasów próchnicznych przeważały KH, których zawartość we frakcji związanej z mineralną częścią gleby wzrosła dwukrotnie. Pętle histerezy oraz izotermy adsorpcji/desorpcji pary wodnej wskazują, że dodatek węgla brunatnego w obu formach powodował korzystne zmiany właściwości sorpcyjnych gleb. Z kolei krzywe różniczkowe rozkładu wielkości porów dla gleb z wyższymi dawkami wskazują na równomierny rozkład porów o różnych rozmiarach. W przypadku gleby rdzawej nastąpił wzrost porowatości całkowitej i udziału mezoporów. We wszystkich typach gleb stwierdzono najwyższą aktywność mikroorganizmów glebowych w pełni sezonu wegetacyjnego - najbardziej intensywną na glebie rdzawej odłogowanej, najmniej intensywną na glebie płowej wytworzonej z pyłu ilastego bez szaty roślinnej (tzn. nieużytkowanej). KH gleb z dodatkiem węgla brunatnego w postaci Rekultera charakteryzowały się niższymi wartościami współczynników absorbancji w zakresie UV-VIS i stopniem aromatyczności, większym udziałem grup metoksylowych oraz wyższą podatnością na utlenianie, w porównaniu z probą kontrolną (tj. glebami bez dodatku węgla brunatnego/Rekultera). Widma FTIR dla KH z gleb z Rekulterem charakteryzowały się większym udziałem słabo skondensowanych jąder aromatycznych, natomiast z węglem brunatnym - większym udziałem struktur aromatycznych. Cząsteczki KH z gleby brunatnej wytworzonej z piasku słabo gliniastego i płowej z pyłu ilastego z Rekulterem miały większy udział grup karboksylowych, połączeń alifatycznych (Cal) oraz struktur ligninowych (Clig), w porównaniu z próbą kontrolną. Dodatkowo, stwierdzono najwyższy udział Clig w puli całkowitego węgla połączeń aromatycznych (Car + Clig). Najniższe wartości intensywności fluorescencji (IF) na widmach 3-D EEM stwierdzono dla KH z gleby rdzawej. Z kolei, KH z gleby płowej wytworzonej z piasku gliniastego mocnego i rdzawej z Rekulterem charakteryzowały się mniejszym stężeniem wolnych rodników w porównaniu z próbą kontrolną. Parametr "g" dla KH ze wszystkich gleb mieścił się w zakresie 2,0032-2,0048, tj. charakterystycznym dla KH. Jedynie dla KH z gleby płowej i rdzawej zaobserwowano jego wzrost ze wzrostem dawki Rekultera. Termogramy DSC dla KH wykazywały podobny układ pików endo- i egzotermicznych w zbliżonej temperaturze, natomiast były zróżnicowane pod względem intensywności zależnie od wielkości dawki Rekultera. Silne piki endotermiczne dla KH świadczyły o utracie wilgoci i nietrwałości peryferyjnych łańcuchów polisacharydów. Z kolei piki egzotermiczne wskazywały na możliwe przemieszczenie i polikondensację aromatycznych jąder cząsteczek KH. Większy udział frakcji hydrofobowych (HOB) przy niższym frakcji hydrofilowych (HIL) oraz najniższe wartości stosunku HIL/HOB w przypadku KH z gleb z węglem brunatnym świadczą o większym stopniu alifatyczności, mniejszej masie cząsteczkowej oraz większym udziale prostych struktur aromatycznych, a tym samym o spadku stopnia dojrzałości cząsteczek KH. Wzrost o ok. 25-30% wartości powierzchni właściwej KH z gleb z węglem brunatnym był wynikiem jego budowy, tj. dużej zawartości grup funkcyjnych, w szczególności grup karboksylowych. Bardzo istotnym elementem pracy są wyniki z najstarszych w Polsce, jeśli chodzi o węgiel brunatny, wieloletnich doświadczeń polowych prowadzonych od 1987 roku na glebie rdzawej w Klonie. Substancja organiczna wprowadzona z węglem brunatnym w postaci Rekultera długotrwale i korzystnie oddziaływała na właściwości fizykochemiczne gleb, które utrzymywały się na tym samym poziomie do 19. roku. Zawartości Corg i Nog wzrastały ze wzrostem dawki węgla brunatnego i, mimo obserwowanego ich spadku z czasem, utrzymywały się na wysokim poziomie, niespotykanym powszechnie w glebach bardzo lekkich. Wykazano, że substancja organiczna z węgla brunatnego ulegała powolnemu rozkładowi, dlatego obserwowana wysoka zawartość Corg w glebach może się utrzymywać przez dłuższy czas. Generalnie, wśród wyekstrahowanych kwasów próchnicznych przeważały KH. Otrzymane wyniki potwierdziły korzystne, z punktu widzenia właściwości gleb, zmiany materii organicznej, której źródłem był węgiel brunatny.

The main aim of this research was to estimate directions of transformations of particular fractions of organic matter added with brown coal into soils, as well as the growth of soil microorganisms in terms of their stability and efficiency for enrichment of soil with organic matter. It was assumed that brown coal added to soil will allow for enriching soil of low organic matter content with humic substances (HS) of properties similar to these coming from other commonly used sources.The research was conducted on soil materials diverse in terms of type (Cambic Arenosol, Haplic Luvisol and Dystric Cambisol) and soil species, as well as the way of cultivation (crop rotation, fallow) that are important for the HS transformation processes. Soil material used in the research was collected from the field, microplots and ground pots experiments conducted by the author, respectively, in: the Experimental Station in Skierniewice and an object in Klon established and conducted by Warsaw University of Technology, IUNG in Pulawy, and the Experimental Station in Skierniewice. Two sources of organic matter were used: brown coal (soft smudge type) obtained from the Konin Basin deposits and the Rekulter that is the brown coal-based preparation. It was shown that the addition of brown coal or the Rekulter resulted in an increase of HS, improvement of physical-chemical properties and increased organic carbon and total nitrogen contents in soils. The content of humic acids (HAs) increased 2 times in the heavy fraction of HS, and they were predominant among extracted humus acids. Brown coal from the Rekulter was not totally mineralized 19 years after application to soil, which is very important from the point of view of soil fertility and environmental protection. The hysteresis loops and adsorption/desorption isotherms of water vapours indicate that the addition of brown coal in both forms improved sorption properties of soil. On the other hand, the differential curves of pore size distribution in soil with higher doses indicate an even distribution of pores of different sizes. In addition, an increase of total porosity and contribution of mezopores was observed in Cambic Arenosol. The highest activity of soil microorganism was observed in all types of soil during high vegetation season: the most intensive in the case of fallow Cambic Arenosol and the least intensive for Haplic Luvisol developed from loamy silt without plant cover. The HAs extracted from soil with the Rekulter were characterized by lower values of absorbance in the UV-VIS range and higher values of A2/4, A2/6 as compared to these from the control samples (i.e. samples without brown coal or the Rekulter). Moreover, HAs had a higher degree of aromatization, content of metoxyl groups and oxidation ability. In the case of Cambic Arenosol brown coal was humified in a lower degree compared to Eutric Cambisol. The FTIR spectra of HAs from soil with the Rekulter were characterized by higher contribution of low-condensed aromatic nuclei, whereas these with brown coal - by higher contribution of aromatic structures. In particles of HAs extracted from Eutric Cambisol and Haplic Luvisol obtained from loamy silt with the Rekulter, a higher contribution of carboxyl groups was found. The HAs extracted from soil with the Rekulter had more aliphatic combinations (Cal), lignin structures (Clig) and carboxyl groups as compared to the control sample. In addition, the highest contribution of Clig in the total carbon of aromatic combinations (Car + Clig) was observed. The lowest fluorescence intensity (FI) for 3-D EEM spectra were observed in the case of HAs extracted from fallow soil. Induced spectra of HAs from Haplic Luvisol obtained from loamy sand with brown coal from both sources, showed a decrease of FI and a gradual drop of relative intensity of the peak at a wavelength of 446 nm. The HAs extracted from Haplic Luvisol obtained from loamy sand and Cambic Arenosol with the Rekulter were characterized by lower concentrations of free radicals in comparison to the control sample. The parameter "g" for HAs extracted from all tested soil samples was within the range of 2.0032-2.0048, i.e. characteristic for HAs. Only in the case of HAs from Cambic Arenosol and Haplic Luvisol was an increase of this parameter observed with an rising dose of the Rekulter. The DSC thermograms of HAs showed a similar lay-out of endo- and exothermic peaks at similar temperatures, however, they differ with respect to intensity depending on the Rekulter dose. Big endothermic peaks of HAs in low temperature indicate loss of humidity and instability of peripheral polysaccharides chains. On the other hand, exothermic peaks at high temperature indicate possible relocation and polycondensation of aromatic nuclei of HAs particles. The fractional separation of HAs using the RP-HPLC method showed that the addition of brown coal in both forms resulted in an increase of the contribution of hydrophobic fractions. Higher contribution of HOB-1 and lower of hydrophilic fractions, along with the lowest values of HIL/HOB ratio indicate higher degree of aliphatization, lower molecular mass and higher contribution of simple aromatic structures and, consequently a decrease of maturity of HAs particles. The transformation dynamics (relations between mineralization and humification) of soil organic matter originating from diverse sources can only be effectively evaluated based on results of long-term field experiments. Therefore, a very important part of this work comprised the results of the 19-year research carried out in Klon. Organic matter introduced to Cambic Arenosol with brown coal in the form of the Rekulter had long-term advantageous effects (as a consequence of its long transformation time) on physical-chemical properties of soil, as indicated by slightly acidic reaction that was observed 5 years after application and was kept stable after 19 years. As expected, organic carbon and total nitrogen contents increased with an increasing dose of brown coal and, besides their drop observed with time (5-19 years), they were kept on a high and advantageous level, not commonly found in very light soils. It was demonstrated that organic matter from brown coal was undergoing slow humification, thus observed high contents of total organic carbon could be present for a long period of time In general, HAs were predominant among extracted HS. Results obtained during this long-term experiment confirmed advantageous (from the soil properties viewpoint) transformation of organic matter that originated from brown coal.