Acta Univ. Agric. Silvic. Mendelianae Brun. 2009, 57(4), 73-82 | DOI: 10.11118/actaun200957040073

Celkový obsah uhlíku a kvalita humusových látek u vybraných subtypů kambizemí

Veronika Petrášová, Jiří Martinec, Ľubica Pospíšilová
Ústav agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika

Cílem naší práce bylo charakterizovat množství a kvalitu stabilních forem organického uhlíku u vybraných subtypů kambizemí pomocí nedegradačních - spektrálních metod. Půdní vzorky byly odebrány z humusového horizontu (0-20cm) orných půd a půd pod trvalým travním porostem (3-20 cm). Byly vybrány následující subtypy: Eutric Cambisol (lokalita Vatín - OP), Eutric Cambisol (lokalita Vatín - TTP), Haplic Cambisol (lokalita Náměšť n/Oslavou - OP), Leptic Cambisol (lokalita Ocmanice - TTP), Haplic Cambisol (lokalita Nové Město na Moravě - OP), Haplic Cambisol (lokalita Přemyslov - Tři Kameny - TTP), Arenic Cambisol (lokalita Pocoucov - OP), Dystric Cambisol (lokalita Sněžné - OP), Dystric Cambisol (lokalita Velká Skrovnice - OP), Dystric Cambisol (lokalita Vojnův Městec - OP). Vybrané charakteristické vlastnosti různých subtypů kambizemí jsou uvedeny v Tab. I.
Celkový obsah uhlíku (TOC) byl stanoven oxidimetrickou titrací podle Nelson et Sommers (1982). Izolace HK byla provedena podle standardní mezinárodní metody IHSS (Hayes, 1985). Humusové látky (HL) byly extrahovány směsí 0,1M pyrofosforečnanu sodného a 0,1M NaOH (Podlešáková et al., 1992). Kvalita stabilních forem uhlíku představených humínovými kyselinami (HK) a fulvokyselinami (FK) byla posuzována podle absorbance v UV-VIS oblasti spektra, fluorescence (synchronních fluorescenčních spekter) a 13C NMR spekter. K měření spekter byly použity spektrometry Varian Cary 50 Probe s optickým vláknem, spektrofluorimetr Aminco Bowman, Series 2 a spektrometr Varian INOVA 600 (frequency 150,830 MHz).
Byl zjištěn vyšší obsah humusu a nižší kvalita humusu u půd pod trvalým travním porostem (Fig. 1, 2, 3). Maximální hodnota byla 2,7 % C na lokalitě Přemyslov - Tři Kameny (TTP). Minimální hodnota byla 1,3 % C na lokalitě Náměšť n/Oslavou (OP). Výsledky celkového obsahu uhlíku (TOC), frakční složení humusových látek, poměr HK/FK, stupeň humifikace a vypočítané barevné indexy (Q4/6) jsou uvedeny v Tab. II. Průměrná suma HL byla 8,4 mg/kg (TTP) a 6,4 mg / kg (OP). Maximum HL bylo zjištěno na lokalitě Tři Kameny (11 mg / kg). Minimum HL bylo u kambizemě arenické na lokalitě Pocoucov (4 mg / kg). Nejvíce HK bylo u kambizemě modální (Tři Kameny) a to 4,3 mg / kg. Nejméně HK bylo u kambizemě arenické na lokalitě Pocoucov (1,5 mg / kg). FK v průměru dosahovaly 4,7 mg / kg (TTP) a 3,7 mg / kg (OP). Maximum FK bylo opět na lokalitě Tři Kameny (6,7 mg / kg) a minimum (2,4 mg / kg) u kambizemě arenické (Pocoucov, OP). Poměr HK/FK byl nízký (< 1) a indikoval nízkou kvalitu HL u všech vzorků. Stupeň humifikace byl nízký (< 20 %) - viz Tab. II. Absorbance HL v UV-VIS oblasti byla nízká a korespondovala s obsahem HL (Fig. 4). Barevné indexy byly vysoké a indikovaly nízkou kvalitu HL. Vyšší fluorescence byla zjištěna u vzorků s vyšším obsahem humusových látek. Synchronní fluorescenční spektra byly podobné u všech sledovaných typů a byly ovlivněny přítomností FK (Fig. 5). U všech sledovaných vzorků bylo nalezeno pět hlavních fluorescenčních píků při λex./ λem.: 468/488, 482/502, 450/470, 376/396, 340/360.
13C-NMR spektra byly měřeny u HK izolovaných z variant TTP a OP (Eutric Cambisol) - viz Fig. 6. Můžeme je charakterizovat jako mladé HK s vyšším podílem alifatických složek, nižším podílem aromatických složek a nízkým stupněm aromaticity.

frakční složení humusu, UV-VIS, SFS a 13CNMR spektroskopie, kambizemě

Total carbon content and humic substances quality in selected subtypes of Cambisols

Cambisols cover an estimated 45% of agricultural soils in the Czech Republic. We aimed our work at stabile forms of organic carbon and humic substances quality in Cambisols under different types of soil management (grassland and arable soil). Object of our study were the following subtypes of Cambisols: Eutric Cambisol (locality Vatín - arable soil), Eutric Cambisol (locality Vatín - grassland), Haplic Cambisol (locality Náměšť n/Oslavou - arable soil), Leptic Cambisol (locality Ocmanice - grassland), Haplic Cambisol (locality Nové Město na Moravě - arable soil), Haplic Cambisol (locality Přemyslov - Tři Kameny - grassland), Arenic Cambisol (locality Pocoucov - arable soil), Dystric Cambisol (locality Sněžné - arable soil), Dystric Cambisol (locality Velká Skrovnice - arable soil), Dystric Cambisol (locality Vojnův Městec - arable soil). Non-destructive spectroscopic methods such as UV-VIS spectroscopy, synchronous fluorescence spectroscopy (SFS) and 13C NMR spectroscopy for humic substances (HS) quality assessment were used. Total organic carbon (TOC) content was determined by oxidimetric titration. Fractionation of HS was made by short fractionation method. Isolation of pure humic acids (HA) preparation was made according to the standard IHSS method.
Results showed that TOC and humus content varied from 2.70 % (grassland) to 1.3 % (arable soil). Average HS sum was 8.4 mg/kg in grassland and 6.4 mg/kg in arable soil. Average HA sum was 3.6 mg/kg in grassland and 3 mg/kg in arable soil. Fulvic acids (FA) content was 4.7 mg/kg in grassland and 3.7 mg/kg in arable soil. HS quality was low and very similar for all studied samples. HA/FA ratio low (< 1). HS absorbance in UV-VIS spectral range was low and similar in all studied samples. Higher absorption in this spectral range was closely connected with higher HS content. Also in 2D-synchronous fluorescence scan spectra similar shape of spectral lines was detected. Relative fluorescence intensity strongly depended on HA and FA content. Five main fluorescence peaks for HA and FA presence at λex./ λem.: 468/488, 482/502, 450/470, 376/396, 340/360 at constant difference of Δλ=20 nm were measured. 13C NMR spectra of HA isolated from Eutric Cambisol showed low aromaticity degree and high content of aliphatic moieties. HA were young (= less aromatic compounds in HA molecule) and no differences in HA structure were detected to compare arable soil and grassland.

Keywords: humus fractionation, UV-VIS, SFS and 13CNMR spectroscopy, Cambisols
Grants and funding:

The project was supported by projects NAZVA No. QH 81200 and QH 72039.

Received: March 10, 2009; Published: October 11, 2014  Show citation

ACS AIP APA ASA Harvard Chicago IEEE ISO690 MLA NLM Turabian Vancouver
Petrášová, V., Martinec, J., & Pospíšilová, Ľ. (2009). Total carbon content and humic substances quality in selected subtypes of Cambisols. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 57(4), 73-82. doi: 10.11118/actaun200957040073
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. HATCHER, P. G., SCHNITZER, M., DENNIS, L. W., MACIEL, G. E., 1981: Aromaticity of humic substances in soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 45, 1089-1094. DOI: 10.2136/sssaj1981.03615995004500060016x Go to original source...
    2. Hayes, M. H. B., 1985: 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., 329-362.
    3. HAYES, M. H. B., Malcolm, R. M., 2001: 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, 3-39. Go to original source...
    4. Miano, T. M., Senesi, N., 1992: Synchronous excitation fluorescence spectroscopy applied to soil humic substance chemistry. The Science of the Total Environ., 117/118, 41-51. ISSN 0048-9697. DOI: 10.1016/0048-9697(92)90071-Y Go to original source...
    5. NELSON, D. W., SOMMERS, L. E., 1982: Total carbon, organic carbon, and organic matter. In: Page, A. L., Miller, R.H. and Keeney, D. R. (eds.) Methods of soil analysis. Part 2. ASA, Madison, Wisconsin. 1982, 539-579. Go to original source...
    6. Podlešáková, E., Němeček, J., Sirový, V., Lhotský, J., Macurová, H., Ivánek, O., Bumerl, M., Hodcová, O., Voplakal, K., Hálová, G., Blahovec, F., 1992: Rozbory půd, vod a rostlin. VÚMOP, Praha, 259 s.
    7. 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.
    8. Pospíšilová, L., Fasurová, N., Jurica, L., 2006: Fractionation of humus and optical properties of HA originating from different soil types. Acta universitatis agriculturae et ilviculturae Mendelianae Brunensis, roč. XIV, 6, č. 4, 45-52. ISSN 1211-8516. Go to original source...
    9. Pospíšilová, L., Fasurová, N., Barančíková, G., Liptaj, T., 2008: Spectral characteristics of HA islolated from southn Moravian lignite and soils. Petroleum and coal., 50 (2), 30-36, ISSN 1337-7027.
    10. PEURAVuori, J., Koivikko, R., Pihlaja, K., 2002: WATER RES. 36, 45-52. Go to original source...
    11. Stevenson, F. J., 1982: Humus chemistry_Genesis, composition, reactions. J. Wiley_Interscience Publication, N. Y., 445 p. ISBN 0-471-09299-1.
    12. SIMPSON, A., 2001: Multidimensional solution state NMR of humic substances: A practical quide and review. Soil Sci, vol. 166, 795-809. DOI: 10.1097/00010694-200111000-00006 Go to original source...
    13. WILSON, M. A., 1987: NMR techniques and applications in geochemistry. Pergamon Press, Oxford.

    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