Příroda a vlastnosti lateritických půd odvozených z různých matečných materiálů na Tchaj-wanu

Abstrakt

Cílem této studie bylo prozkoumat fyzikální, chemické a mineralogické složení lateritických půd za účelem využití těchto půd jako potenciálních komerčních produktů pro průmyslové využití v budoucnosti. Z úrovně půdních vzorků bylo odebráno pět lateritických půd pocházejících z různých matečných materiálů na Tchaj-wanu, včetně andezitu, diluvia, břidlicového kamene, čediče a pleistocenního ložiska. Na základě analýz je půda Tungwei alfisol, zatímco ostatní lateritické půdy jsou ultisoly. Vyšší hodnota pH půdy Tungwei se připisuje velkému množství Ca2+ a Mg2+. Půdy Loupi a Pingchen by měly být staršími lateritickými půdami kvůli nižšímu poměru aktivního železa. Co se týče minerálů železa, u lateritických půd Tamshui a Tungwei byly zjištěny magnetické oxidy železa, jako je hlavní množství magnetitu a maghemitu. Lepidokrokit byl nalezen pouze v půdě Soka a střední množství goethitu bylo zjištěno u půd Loupi a Pingchen. Po procesech nasycení Mg a K bylo zjištěno hlavní množství smíšené vrstvy v půdách Loupi a Soka, zatímco montmorillonit byl zjištěn pouze v půdě Tungwei. Výsledky šetření ukázaly, že matečné materiály budou hrát důležitou roli během procesu zvětrávání půdy a fyzikální, chemické a mineralogické složení silně ovlivňuje vznik lateritických půd.

1. Úvod

Lateritické půdy jsou jednou z důležitých půd a jsou rozšířeny v tropických oblastech a subtropickém podnebí. Jsou to nejsilněji zvětralé půdy v klasifikačním systému. Lateritické půdy na Tchaj-wanu jsou většinou klasifikovány jako ultisoly a alfisoly a pokrývají přibližně 25 % kulturních půd. Významnými znaky lateritických půd jsou jejich jedinečná barva, nízká úrodnost a vysoký obsah jílu a nižší kationtová výměnná kapacita. Kromě toho mají lateritické půdy velké množství oxidů železa a hliníku . Oxidy železa, existující převážně v amorfní a krystalické anorganické formě, jsou jednou z hlavních složek v mnoha půdních řádech. V mé předchozí studii byla použita řada půdních vzorků včetně alfisolu, inceptisolu, entisolu a ultisolu k testování jejich účinnosti odstraňování H2S z horkého uhelného plynu. Výsledky experimentů ukázaly, že ultisol má nejlepší účinnost odstraňování ze všech půdních vzorků. Kromě toho se potvrdilo, že obsah celkového volného železa je hlavní složkou, která ovlivňuje celkovou účinnost odstraňování. Je tedy velmi důležité porozumět podrobným vlastnostem lateritických půd, pokud mají být komerčním produktem pro průmyslové využití. Na základě předchozí studie se předpokládá, že lateritické půdy Tamshui a Tungwei jsou nejlepšími kandidáty pro průmyslové využití díky přítomnosti magnetitu a maghemitu, což jsou dva typy oxidů železa, které mají ve srovnání s ostatními oxidy železa vynikající termodynamickou sulfidaci . Mateřský materiál je klíčovým faktorem ovlivňujícím složení a distribuci železa a minerálů u lateritických půd. Anda et al. uvedli řadu oxisolů odvozených ze serpentinitu, čediče a andezitu a zjistili, že obsah oxidů železa má zjevně odlišné rozložení. U lateritických půd odvozených ze serpentinitu bylo stanoveno přibližně 19 % oxidů železa. Rozdílné matečné materiály přinášejí také rozdílné fyzikální a chemické vlastnosti.

Pro lepší pochopení podrobných informací o lateritických půdách bylo proto hlavním cílem této studie prozkoumat vlastnosti lateritických půd odvozených z různých matečných materiálů, včetně břidlicového kamene, čediče, diluvia a andezitu, a poskytnout základní informace o lateritických půdách pro rozvoj zemědělství.

2. Materiály a metody

2.1. Lateritické půdy odvozené ze serpentýnu, čediče a diluvia. Studovaná oblast

Pět lateritických půd použitých v této studii bylo odebráno z různých lokalit na Tchaj-wanu. Nacházejí se v okresech Taipei (Tamshui), Taoyuan (Pingchen), Pingtung (Loupi), Taitung (Soka) a Penghu (Tungwei). Stručný popis morfologické charakteristiky těchto lateritických půd je uveden v tabulce 1. Podle klasifikace půd jsou Tamshui, Pingchen, Loupi a Soka ultisoly a Tungwei je alfisol.

2.2. Analytické metody

Vzorky půdy byly vysušeny na vzduchu, rozdrceny hmoždířem a prosety, aby se odstranily hrubé (>2 mm) úlomky. Rozložení velikosti částic bylo získáno pipetovou metodou po odstranění uhličitanů, organických látek a MnO2. Uhličitany byly odstraněny pomocí 1 M NaOAc s pH = 5 při 60 °C a organické látky a MnO2 byly rozloženy pomocí 30% . Hodnota pH půdy byla měřena na směsi 1 : 1 půda/deionizovaná voda, resp. 1 : 1 půda/1 M roztok KCl pomocí skleněné elektrody . Obsah organických látek byl stanoven Walkley-Blackovou mokrou oxidační metodou . Kationtová výměnná kapacita byla stanovena metodou octanu amonného při pH = 7 . Volné Fe (Fed) bylo extrahováno metodou dithionit-citrát-bikarbonát (DCB) . K extrakci nekrystalického (slabě krystalického a organicky vázaného) Fe (Feox) byl použit kyselý šťavelan amonný ve tmě . Koncentrace výměnných kationtů a Fe byla stanovena pomocí ICP/AES (model JY38P, JOBIN YVON). Mineralogické složení bylo u vzorků jílů zjišťováno pomocí rentgenové práškové difrakce. Jílové vzorky byly nasyceny 0,5 MgCl2 (nasycené Mg), resp. 1 M KCl (nasycené K). Roztažnost vzorků jílu nasycených Mg byla stanovena pomocí ethylenglykolové solvatace při 65 °C po dobu 24 hodin. Vzorky jílu nasyceného K byly podrobeny postupnému tepelnému zpracování při 110, 350 a 550 °C po dobu 2 hodin. Orientované vzorky jílů byly zkoumány na práškovém rentgenovém difraktometru Rigaku Model D/MAX III-V vybaveném Ni-filtrovaným CuKα zářením generovaným při 30 mA a 40 kV. Difrakční obrazce byly zaznamenány od 3° do 90° při rychlosti skenování 3°/min. Identifikace a semikvantitativní určení jílových minerálů bylo založeno na rozdílu odrazových obrazců ze vzorků nasycených K, nasycených Mg, glykolovaných, zahřátých a vysušených na vzduchu .

3. Výsledky a diskuse

3.1. Výsledky a diskuse Základní fyzikální a chemické vlastnosti různých lateritických půd

Krátké popisy některých fyzikálních a chemických vlastností i matečných podmínek odebraných půd jsou uvedeny v tabulkách 2 a 3. Munsellův zápis barvy půdy těchto půd se objevuje v hodnotách 2,5 až 5YR, což znamená, že barva těchto půd je červená nebo červenohnědá. Loupi, Soka a Tungwei obsahují vysoké množství jílové frakce, zatímco Tamshui a Pingchen se skládají převážně z jílové frakce. V klasifikaci textury patří k jílovitým a hlinitopísčitým půdám. S výjimkou Pingchen mají všechny půdy střední strukturu. Tamshui a Tungwei mají středně zrnitou a velmi jemnozrnnou strukturu; ostatní mají subangulární blokovou a angulární blokovou strukturu. Hodnoty pH () půd jsou 4,85, 4,06, 4,02, 4,46 a 8,13 pro Tamshui, Pingchen, Loupi, Soka a Tungwei. Je zřejmé, že všechny půdy kromě Tungwei jsou kyselé povahy. Rozdíl pH (pHKCl-) vykazuje u všech půd zápornou hodnotu, což naznačuje, že dominantní náboj na povrchu všech půd je záporný. Na druhou stranu to také naznačuje, že část výměnných míst má vodíkové ionty. To poskytuje aniontovou výměnnou kapacitu a snižuje hodnotu kationtové výměnné kapacity. Při pH 7 vodíkové ionty vymizely, a proto je kationtová výměnná kapacita nadsazenou hodnotou. V případě Tungwei patří jeho hodnota pH do alkalické oblasti. Je to způsobeno tím, že tato lokalita obsahuje velké množství uhličitanu vápenatého a mušlových konkrecí. Proto jsou výměnné kationty Ca2+ a Mg2+ pro Tungwei 9,28 a 8,73 (cmol kg-1). Tato hodnota je výrazně vyšší než u ostatních lateritických půd, což naznačuje, že vysoká hodnota pH pro Tungwei je důsledkem velkého množství Ca2+ a Mg2+.

Volné oxidy železa nebo DCB extrahovatelné oxidy železa (Fed) v pěti studovaných půdách se pohybují od 3,86 do 13,8 %. Obsahy oxalátem extrahovatelných oxidů železa (Feox) v pěti zkoumaných půdách jsou velmi nízké. Hodnoty Feox se v pěti půdách pohybují od 0,36 do 2,42 %. Tento výsledek odráží, že oxidy železa v lateritických půdách obsahují menší množství chudé krystalické nebo amorfní formy oxidů železa a hlavní formou oxidů železa přítomných v půdě jsou krystalické oxidy železa. Poměr Feox a Fed byl Lekwou a Whitesidem vyjádřen jako „poměr aktivního železa“ . V této studii je poměr aktivního železa pro Loupi a Pingchen nižší než pro Tamshui a Tungwei. Tento výsledek může poskytnout důkazy týkající se stáří půdotvorných procesů . Poměr Feox k Fedu pěti lateritických půd sleduje pořadí Tungwei > Tamshui > Soka > Pingchen > Loupi. Z toho vyplývá, že Loupi může být v porovnání s ostatními nejstarší lateritickou půdou

3.2. Lateritické půdy. Jílové mineralogie lateritických půd

Mineralogické složení pěti lateritických půd je uvedeno v tabulce 4. V tabulce 4 jsou uvedeny mineralogické složení pěti lateritických půd. Hlavním rozdílem mezi těmito půdami je obsah oxidů železa. Dominantními druhy železa jsou magnetit a maghemit u půd Tamshui a Tungwei. Tyto dva půdní vzorky mají magnetické druhy železa pravděpodobně díky podmínkám jejich matečného materiálu. Matečnými materiály půd Tamshui a Tungwei jsou andezit a čedič, které patří mezi vyvřelé horniny. Vzhledem k mladším matečným materiálům nebo krajinám je rozsah zvětrávání nebo chemického vyluhování méně intenzivní a přítomnost magnetitu a maghemita se přisuzuje tomuto důvodu. Na rozdíl od Tamshui a Tungwei obsahují Pingchen a Loupi shodné druhy oxidů železa (goethit a méně hematit) a hlavním druhem oxidu železa obsaženým v Soce je lepidokrocit. Obecně je hematit stabilní fází oxidů železa v atmosféře. Tchaj-wan se nachází na rozhraní tropického a subtropického klimatu. Průměrný roční úhrn srážek je asi 2 400 mm a průměrná teplota se pohybuje kolem 23 °C. Za takto vysokých vlhkostních podmínek se hematit mění na goethit nebo lepidokrokit. U všech pěti půd bylo pomocí XRD zjištěno menší množství hematitu. Po nasycení K- a Mg jsou v této studii identifikovány také některé jílové minerály. Pingchen a Loupi mají stejné jílové minerály včetně kaolinitu, slíd, gibsitu, vermikulitu a menších smíšených vrstev chloritu. Soka obsahuje velké množství křemene, slíd a smíšených vrstevnatých jílových minerálů spolu s malým množstvím chloritu a gibsitu. Unikátní je, že jílové minerály v Tamshui a Tungwei nejsou nápadné. V půdě Tungwei byl zjištěn pouze montmorillonit. Na základě chemické a mineralogické analýzy lze konstatovat, že rozdíly mezi lateritickými půdami na Tchaj-wanu jsou důsledkem rozdílů mezi různými matečnými materiály. Matečné materiály hrají důležitou roli v půdotvorném procesu lateritických půd. Rozsah zvětrávání pravděpodobně klesá v pořadí Loupi ≒ Pingchen > Soka > Tamshui > Tungwei.

4. Závěry

V této studii bylo zkoumáno pět lateritických půd vzniklých z různých matečných materiálů na Tchaj-wanu za účelem poznání jejich fyzikálních, chemických a mineralogických vlastností. Výsledky ukázaly, že matečné materiály hrají důležitou roli při zvětrávání půdy. Fyzikální, chemické a mineralogické složení silně ovlivňuje vznik půdy. Lateritové půdy Pingchen a Loupi mají pravděpodobně silnější proces zvětrávání, zatímco Tungwei má mladší stáří vzniku půdy. Největší rozdíl mezi všemi lateritickými půdami je v obsahu oxidů železa. Bylo zjištěno, že lateritové půdy Tamshui a Tungwei obsahují magnetické oxidy železa. Magnetit a maghemit jsou hlavními oxidy železa pro Tamshui a Tungwei. Lepidokrocit byl nalezen pouze v lateritických půdách Soka a střední množství goethitu bylo stanoveno pro půdy Loupi.

Konflikt zájmů

Autor prohlašuje, že v souvislosti s publikováním tohoto článku nedošlo ke konfliktu zájmů.

Poděkování

.