Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2006, 54(4), 45-52 | DOI: 10.11118/actaun200654040045

Frakcionace humusu a optické vlastnosti humínových kyselin izolovaných z různých půdních typů

Ľubica Pospíšilová1, Naděžda Fasurová2, Lubomír Jurica3
1 Ústav agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika
2 Ústav fyzikální a spotřební chemie, Vysoké učení technické v Brně, Purkyňova 118, 612 00 Brno, Česká republika
3 Colné laboratorium, Colné riaditeľstvo SR, Miletičova 42, 824 59 Bratislava, Slovenská republika

Cílem naší práce bylo charakterizovat humínové kyseliny izolované z různých půdních typů s využitím nedegradačních - spektrálních metod. Ke studiu vlastností humínových kyselin (HAs), resp. fulvokyselin (FAs) byly použity spektrální metody UV-VIS, FTIR a spektrální fluorescenční spektroskopie (SFS). K měření spekter byly použity spektrometry Cary Probe 50 Varian, Shimadzu FTIR-8700 a spektrofluorimetr Aminco Bowman, Series 2. UV-VIS spektra byla měřena po 1 nm v rozsahu vlnových délek 200-800 nm, FTIR spektra v rozsahu vlnových délek 4000-600 cm-1 a SFS v rozsahu vlnových délek 300-600 nm (Δλ=20 nm).
Půdní vzorky byly odebrány z humusového horizontu (0-20 cm) orných půd na lokalitách (černozem modální - Bratčice, hnědozem modální - Veverské Knínice, kambizem modální - Vatín, fluvizem glejová - Žabčice). Humusové látky (HS) byly extrahovány směsí 0,1M pyrofosforečnanu sodného a 0,1M NaOH. Izolace HAs byla provedena podle standardní mezinárodní metody IHSS (Hayes, 1985, 2001, Pospíšilová et al., 2001, 2005). Přímo v extraktech (10krát zředěných) jsme stanovili UV-VIS a SFS spektrální píky. Čisté preparáty izolovaných HAs jsme použili k měření FTIR spekter. FTIR spektra jsme měřili jak v KBr + HAs tabletách, tak přímo práškový vzorek HAs na krystalu metodu SRATR = Single Reflection Attenuated Total Reflectance (Celi et al., 1997, Pospíšilová et al., 2005).
Vypočítané hodnoty barevných kvocientů klesají v pořadí: kambizem modální > fluvizem glejová > hnědozem modální > černozem modální. Podle FTIR spekter lze HAs rozdělit do dvou skupin. První skupina zahrnuje HAs izolované z černozemě a hnědozemě modální. Druhou skupinu tvoří HAs izolované z kambizemě modální a fluvizemě glejové, které obsahovaly méně aromatických C=C skupin a byly obohaceny o dusíkaté skupiny, alkoholové a etherické skupiny a polysacharidy. Dále byly vzorky charakterizovány metodou SFS, kdy bylo pozorováno pět hlavních spektrálních maxim při těchto vlnových délkách λex./λem.: 467/487, 481/501, 492/512, 450/470, 339/359, při konstantním Δλ=20 nm. Nejvyšší relativní intenzitu fluorescence vykazoval vzorek HAs u hnědozemě modální při vlnové délce 487 nm. Naopak nejnižší fluorescenční intenzitu vykazoval vzorek HAs fluvizemě glejové na stejné vlnové délce. Dále jsme zjišťovali poměr relativní intenzity fluorescence při I501/I487 a příslušné fluorescenční indexy. Fluorescenční indexy byly porovnány s barevnými kvocienty (Q4/6 , E4/6 ) naměřenými v UV-VIS oblasti spektra. Lineární korelace byly nalezeny mezi Q4/6 a frakčním složením humusu a rovněž mezi I501/I487 a E4/6 a frakčním složením humusu. Výsledky této práce korespondují s literaturou (Senesi, 1993; Gieguzynska et al., 1998; Barančíková, 1997, 2002, Sierra et al., 2005) a můžeme konstatovat, že nedegradační spektrální metody patří mezi spolehlivé a rychlé metody stanovení kvality humusových látek v orných půdách.

frakcionace humusu, humínové kyseliny, UV-VIS, FTIR a SFS spektroskopie, černozem modální, hnědozem modální, kambizem modální, fluvizem glejová

Fractionation of humus and optical properties of humic acids originating from different soil types

Assesment of soil organic matter quality is one of the urgent problems of contemporary agriculture. Determination of humic acids (HAs) optical properties using spectroscopic techniques could be a reliable step for this evaluation. We followed differences in the functional groups of HAs preparations and showed correlation between optical indexes and fractional composition of humus. UV-VIS and SFS spectral lines and indexes were measured in mixture 0.1M pyrophosphate sodium solution and 0,1M NaOH, after filtration and appropriate dilution. Differences in the structural composition of HAs originating from different soil types were studied after isolation of HAs preparations using FTIR spectroscopy (KBr + HAs pellets, SRATR FTIR method). Results showed that studied HAs preparations could be divided into two groups. First group included HAs isolated from Chernozem and Haplic Luvisol with higher content of aromatic constituents and condensation degree. The second group were HAs isolated from Eutric Cambisol and Fluvi-Eutric Gleysol. They reflected lower content of aromatic compounds, lower condensation degree and more aliphatic structural groups in the HAs molecule. Linear correlation between fractional composition of humus and optical indexes (I501/I487, Q4/6) was found.

Keywords: humus fractination, humic acids, UV-VIS, FTIR, SFS scan spectra, Chernozem, Haplic Luvisol, Eutric cambisol, Fluvi-Eutric Gleysol
Grants and funding:

The project was supported by the Grant Agency of the Czech Republic No: 104/03/D135 and by the Czech Ministry of Youth, Education and Sports, Grant No MSM 432100001.

Received: June 15, 2006; Published: December 4, 2014  Show citation

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Pospíšilová, Ľ., Fasurová, N., & Jurica, L. (2006). Fractionation of humus and optical properties of humic acids originating from different soil types. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 54(4), 45-52. doi: 10.11118/actaun200654040045
Share...
Download citation
  • BibTeX (.bib)
  • Bookends (.ris)
  • EasyBib (.ris)
  • EndNote (.enw)
  • EndNote 8 (.xml)
  • ISI WoS (.isi)
  • Medlars (.medlars)
  • Mendeley (.ris)
  • MODS (.xml)
  • Papers (.ris)
  • RefWorks (.txt)
  • RefManager (.ris)
  • RIS (.ris)
  • MS Word (.xml)
  • Zotero (.ris)
    • Open full article

    References

    1. BARANČÍKOVÁ, G., SENESI, N., BRUNETTI, G.: Chemical and spectroscopic characterization of humic acids from different Slovak soil types. Geoderma, 1997, 78, 251-266. ISSN 0016-7061. DOI: 10.1016/S0016-7061(97)00033-5 Go to original source...
    2. BARANČÍKOVÁ, G.: Changes of humic acids structure on selected key monitoring localities of arable soils. Soil, Plant and Environ., 2002, 48, 40-42. ISSN 0370-663X. DOI: 10.17221/4202-PSE Go to original source...
    3. CELI, L., SCHNITZER, M., NEGRE: Soil Science, 1997, 162, p. 189 DOI: 10.1097/00010694-199703000-00004 Go to original source...
    4. GIEGUZYNSKA, E., KOCMIT, A. and GOLEBIOWSKA, D.: Studies on humic acids in eroded soils of western Pomerania. In: Humic Substances in Ecosystems, 1998, 3, 35-41. ISBN 80-85361-93-0.
    5. HAYES, M. H. B.: Extraction of humic substances from soil.In: Aiken, G.R., Wershaw,R.L., McKnight, D. M., McCarthy, P.(Eds.), Humic Substances in Soil Sediments and Water. John Wiley, N.Y., 1985, 329-362.
    6. HAYES, M. H. B., MALCOLM, R. M.: Consideration of compositions and aspects of structures of humic substances. In: Humic substances and chemical contaminants. C.E. Clapp (Eds.), Soil Sci. of America, Madison, WI, 2001, 3-39. Go to original source...
    7. MIANO, T. M., SENESI, N.: Synchronous excitation fluorescence spectroscopy applied to soil humic substance chemistry. The Science of the Total Environ., 1992, 117/118, 41-51. ISSN 0048-9697. DOI: 10.1016/0048-9697(92)90071-Y Go to original source...
    8. PICCOLO, A.: The supramolecular structure of humic substances: a novel understanding of humus chemistry and application in soil science. Adv. Agron. 75, 2002, 57-133 DOI: 10.1016/S0065-2113(02)75003-7 Go to original source...
    9. PODLEŠÁKOVÁ, E. et al.: Rozbory půd vod a rostlin. VÚMOP, Praha, 1992, 259 p.
    10. POSPÍŠILOVÁ, L., LAŠTINCOVÁ, J., FIŠERA, M., BRANDŠTETEROVÁ, E.: Quality of humic acids isolated from Fluvi-Eutric Gleysol. Acta universitatis agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 2001, roč. XLIX, 1, 7-13. ISSN 1211-8516.
    11. POSPÍŠILOVÁ, L., POKORNÝ, E., JANDÁK, J.: Chemical properties of humic acids isolated from arable soils. Chemické listy, 2005, 49, 99(s), 604-606. ISSN 0009-2770.
    12. PULLIN, M. J., CABANISS, S. E.: Rank analysis of the pH_dependent Synchronous Fluorescence spectra of six standard humic substances. The Environmental Science and Technology, 1995, 29, 1460-1467. ISSN 0013-936X. DOI: 10.1021/es00006a006 Go to original source...
    13. SENESI, N., MIANO, T. M., PROVENZANO, M. R. and BRUNETTI, G.: Characterization, differentiation and classification of humic substances by fluorescence spectroscopy. Soil Sci., 1991, 152, 4, 259-271. ISSN 0038-075X. DOI: 10.1097/00010694-199110000-00004 Go to original source...
    14. SENESI, N.: Nature of interactions between organic chemicals and dissolved humic substances and the influence of environmental factors. In. Beck, A. J., Jones, K. C., Hayes, M. H. B., Mingelgrin, U. (Eds.),Organic Substances in Soil and Water: Natural Components and their Influence on Contaminant Behaviour, Ch 4, Royal Society of Chemistry, London, 1993, 73-101.
    15. SIERRA, M. M. D., GIOVANELA, M., PARLANTI, E., SORIANO-SIERRA, E. J.: Fluorescence fingerprint of fulvic and humic acids from varied origins as viewed by single-scan and excitation/emission matrix techniques. Chemosphere, 2005, 58, 715-733. ISSN 0045-635. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2004.09.038 Go to original source...
    16. STEVENSON, F. J.: Humus chemistry_Genesis, composition, reactions. J. Wiley_Interscience Publication, N.Y., 1982, 445 p. ISBN 0-471-09299-1.
    17. SWIFT, R. S.: Organic matter characterisation. In: Sparks, D. L. (eds.): Methods of soil analysis, Part 3-Chemical methods. Soil science of America, Inc., American Soc. of Agronomy, Inc., Madison, 1996, 1011-1069. ISSN 0045-635. Go to original source...

    This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License (CC BY NC ND 4.0), which permits non-comercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original publication is properly cited. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.


    Return to the content