Nature et propriétés des sols latéritiques dérivés de différents matériaux parentaux à Taiwan

Abstract

L’objectif de cette étude était d’enquêter sur la composition physique, chimique et minéralogique des sols latéritiques afin d’utiliser ces sols comme des produits commerciaux potentiels pour une application industrielle dans le futur. Cinq sols latéritiques dérivés de divers matériaux parentaux à Taiwan, y compris l’andésite, le diluvium, la pierre de schiste, le basalte, et le dépôt pléistocène, ont été collectés au niveau des échantillons de sol. D’après les analyses, le sol de Tungwei est un alfisol, alors que les autres sols latéritiques sont des ultisols. La valeur plus élevée du pH de Tungwei est attribuée aux grandes quantités de Ca2+ et Mg2+. Les sols de Loupi et Pingchen seraient les sols latéritiques les plus anciens en raison du rapport fer actif plus faible. En ce qui concerne les minéraux de fer, les oxydes de fer magnétiques tels que les quantités importantes de magnétite et de maghémite ont été trouvés pour les sols latéritiques de Tamshui et de Tungwei, respectivement. La lépidocrocite n’a été trouvée que dans le sol de Soka et des quantités intermédiaires de goethite ont été détectées pour les sols de Loupi et Pingchen. Après les processus de saturation en Mg et en K, des quantités importantes de couche mixte ont été observées dans les sols de Loupi et de Soka, tandis que la montmorillonite n’a été détectée que dans le sol de Tungwei. Les résultats de l’enquête ont révélé que les matériaux parentaux joueraient un rôle important pendant le processus d’altération du sol et les compositions physiques, chimiques et minéralogiques affectent fortement la formation des sols latéritiques.

1. Introduction

Les sols latéritiques sont un des sols importants et sont répandus dans les zones tropicales et les climats subtropicaux. Ils sont les sols les plus fortement altérés dans le système de classification. Les sols latéritiques de Taiwan sont principalement classés en ultisols et alfisols et couvrent environ 25 % des terres cultivées. Les principales caractéristiques des sols latéritiques sont leur couleur unique, leur faible fertilité, leur forte teneur en argile et leur faible capacité d’échange cationique. En outre, les sols latéritiques possèdent une grande quantité d’oxydes de fer et d’aluminium. Les oxydes de fer, existant principalement dans les formes inorganiques amorphes et cristallines, sont l’un des principaux composants dans de nombreux ordres de sol. Dans mon étude précédente, une série d’échantillons de sol comprenant l’alfisol, l’inceptisol, l’entisol, et l’ultisol ont été utilisés pour tester leur efficacité d’élimination du H2S du gaz de charbon chaud. Les résultats expérimentaux ont montré que les ultisols ont la meilleure efficacité d’enlèvement parmi tous les échantillons de sol. En outre, le contenu du fer libre total a été confirmé comme le composant principal pour affecter l’efficacité d’élimination globale. Il est donc très important de comprendre les propriétés détaillées des sols latéritiques lorsqu’ils sont destinés à devenir un produit commercial pour une application industrielle. Sur la base de l’étude précédente, on pense que les sols latéritiques de Tamshui et Tungwei sont les meilleurs candidats pour une application industrielle en raison de la présence de magnétite et de maghémite, qui sont deux types d’oxydes de fer qui ont une excellente sulfuration thermodynamique par rapport aux autres oxydes de fer. Le matériau parental est un facteur clé qui affecte la composition et la distribution du fer et des minéraux pour les sols latéritiques. Anda et al. ont rapporté une série d’oxisols dérivés de serpentinite, de basalte et d’andésite et ont constaté que la teneur en oxydes de fer a une distribution différente évidente. Environ 19% d’oxyde de fer a été déterminé pour les sols latéritiques dérivés de la serpentinite. Les différents matériaux parentaux apportent également les différentes propriétés physiques et chimiques.

Par conséquent, afin de mieux comprendre les informations détaillées des sols latéritiques, les principaux objectifs de cette étude étaient d’étudier les propriétés des sols latéritiques dérivés de différents matériaux parentaux, y compris la pierre de schiste, le basalte, le diluvium et l’andésite, et de fournir des informations de base sur les sols latéritiques pour le développement agricole.

2. Matériaux et méthodes

2.1. Zone d’étude

Cinq sols latéritiques utilisés dans cette étude ont été collectés à différents endroits à Taïwan. Ils sont situés respectivement dans le comté de Taipei (Tamshui), le comté de Taoyuan (Pingchen), le comté de Pingtung (Loupi), le comté de Taitung (Soka) et le comté de Penghu (Tungwei). Une brève description de la caractérisation morphologique de ces sols latéritiques est donnée dans le tableau 1. Selon la classification des sols, Tamshui, Pingchen, Loupi et Soka sont des ultisols et Tungwei est un alfisol.

2.2. Méthodes analytiques

Les échantillons de sol ont été séchés à l’air, broyés au mortier et tamisés pour éliminer les fragments grossiers (>2 mm). La distribution granulométrique a été obtenue par la méthode de la pipette après élimination du carbonate, des matières organiques et du MnO2. Le carbonate a été éliminé par du NaOAc 1 M avec pH = 5 à 60°C et les matières organiques et le MnO2 ont été digérés à 30% . La valeur du pH du sol a été mesurée sur un mélange de 1 : 1 sol/eau déionisée et 1 : 1 sol/1 M KCl solution par électrode de verre, respectivement . La teneur en matière organique a été déterminée par la méthode d’oxydation humide de Walkley-Black . La capacité d’échange cationique a été déterminée par la méthode de l’acétate d’ammonium à pH = 7 . Le Fe libre (Fed) a été extrait par la méthode dithionite-citrate-bicarbonate (DCB). L’oxalate d’ammonium acide dans l’obscurité a été utilisé pour extraire le Fe non cristallin (mal cristallin et lié organiquement) (Feox) . La concentration de cations échangeables et de Fe a été déterminée par ICP/AES (modèle JY38P, JOBIN YVON). La composition minéralogique a été détectée par diffraction des rayons X sur poudre pour les spécimens d’argile. Les échantillons d’argile ont été saturés avec 0,5 M MgCl2 (saturé en Mg) et 1 M KCl (saturé en K), respectivement. Les propriétés d’expansion des échantillons d’argile saturés en Mg ont été déterminées par solvatation à l’éthylène glycol à 65°C pendant 24 heures. Les échantillons d’argile saturés en K ont été soumis à un traitement thermique successif à 110, 350 et 550°C pendant 2 heures. Les spécimens d’argile orientés ont été examinés à l’aide d’un diffractomètre de poudre à rayons X Rigaku Model D/MAX III-V équipé d’un rayonnement CuKα filtré au Ni généré à 30 mA et 40 kV. Les diagrammes de diffraction ont été enregistrés de 3° à 90° avec une vitesse de balayage de 3°/min. L’identification et la détermination semi-quantitative des minéraux argileux ont été basées sur la différence des motifs de réflexion des spécimens saturés en K, saturés en Mg, glycolés, chauffés et séchés à l’air .

3. Résultats et discussion

3.1. Propriétés physiques et chimiques de base de divers sols latéritiques

De brèves descriptions de certaines propriétés physiques et chimiques ainsi que des conditions parentales des sols collectés sont présentées dans les tableaux 2 et 3. La notation de la couleur du sol Munsell de ces sols apparaît dans 2,5 à 5YR, indiquant que la couleur de ces sols est rouge ou brun rougeâtre. Loupi, Soka, et Tungwei contiennent des quantités élevées de fraction d’argile, tandis que Tamshui et Pingchen se composent principalement de fraction de limon. Ils appartiennent respectivement à l’argile et à l’argile limoneuse dans la classification des textures. À l’exception de Pingchen, tous les sols possèdent une structure modérée. Tamshui et Tungwei ont une structure granulaire modérée et très fine ; les autres ont une structure en blocs subangulaires et en blocs angulaires. Les valeurs de pH () des sols sont de 4,85, 4,06, 4,02, 4,46 et 8,13 pour Tamshui, Pingchen, Loupi, Soka et Tungwei, respectivement. De toute évidence, tous les sols sont de nature acide, à l’exception de Tungwei. La différence de pH (pHKCl-) montre une valeur négative pour tous les sols, ce qui suggère que la charge dominante à la surface de tous les sols est négative. D’autre part, cela indique également qu’une partie des sites d’échange contient des ions hydrogène. Cela fournit une capacité d’échange d’anions et diminue la valeur de la capacité d’échange de cations. À pH 7, les ions hydrogène ont disparu, et la capacité d’échange cationique est donc une valeur gonflée. Dans le cas de Tungwei, sa valeur de pH appartient à la région alcaline. Cela est dû au fait que ce site contient de grandes quantités de carbonate de calcium et de nodules de coquillages. Par conséquent, les cations échangeables de Ca2+ et Mg2+ pour Tungwei sont de 9,28 et 8,73 (cmol kg-1), respectivement. Cette valeur est nettement supérieure à celle des autres sols latéritiques, ce qui indique que la valeur élevée du pH pour Tungwei résulte de grandes quantités de Ca2+ et de Mg2+.

Les oxydes de fer libres ou extractibles par DCB (Fed) dans cinq sols étudiés varient de 3,86 à 13,8%. Les teneurs en oxydes de fer extractibles par l’oxalate (Feox) des cinq sols sont très faibles. Les valeurs de Feox dans cinq sols vont de 0,36 à 2,42%. Ce résultat reflète le fait que les oxydes de fer des sols latéritiques contiennent moins de formes cristallines ou amorphes pauvres d’oxydes de fer et que la principale forme d’oxydes de fer présente dans le sol est l’oxyde de fer cristallin. Le rapport entre Feox et Fed a été exprimé comme le « rapport de fer actif » par Lekwa et Whiteside . Dans cette étude, le rapport de fer actif pour Loupi et Pingchen est moins que celui de Tamshui et Tungwei. Ce résultat peut fournir des preuves concernant les âges de formation du sol. Le rapport Feox à Fed des cinq sols latéritiques suit l’ordre Tungwei > Tamshui > Soka > Pingchen > Loupi. Cela implique que Loupi pourrait être les sols latéritiques les plus anciens par rapport aux autres.

3.2. Minéralogie argileuse des sols latéritiques

La composition minéralogique des cinq sols latéritiques est présentée dans le tableau 4. La principale différence entre ces sols est la teneur en oxydes de fer. Les espèces de fer dominantes sont la magnétite et la maghémite pour le Tamshui et le Tungwei. Ces deux échantillons de sol possèdent les espèces de fer magnétiques probablement en raison des conditions de leurs matériaux parentaux. Les matériaux parentaux de Tamshui et Tungwei sont l’andésite et le basalte, respectivement, qui appartiennent à la roche ignée. En raison de la jeunesse des matériaux de base ou des paysages, l’ampleur de l’altération ou de la lixiviation chimique est moins importante et la présence de magnétite et de maghémite est attribuée à cette raison. Contrairement à Tamshui et Tungwei, Pingchen et Loupi contiennent des espèces d’oxydes de fer identiques (goethite et moins d’hématite) et la principale espèce d’oxyde de fer contenue dans Soka est la lépidocrocite. En général, l’hématite est la phase stable des oxydes de fer dans l’atmosphère. Taiwan est situé à la limite entre le climat tropical et subtropical. Les précipitations annuelles moyennes sont d’environ 2 400 mm et la température moyenne est d’environ 23°C. Dans ces conditions d’humidité élevée, l’hématite se transforme en goethite ou en lépidocrocite. Pour les cinq sols, des quantités mineures d’hématite sont détectées par XRD. Après un traitement saturé en K et en Mg, certains minéraux argileux sont également identifiés dans cette étude. Pingchen et Loupi possèdent les mêmes minéraux argileux, notamment de la kaolinite, des micas, de la gibbsite, de la vermiculite et des chlorites en couches mixtes mineures. Soka contient de grandes quantités de quartz, de micas et de minéraux argileux en couches mixtes, ainsi que de petites quantités de chlorite et de gibbsite. De façon unique, les minéraux argileux de Tamshui et de Tungwei ne sont pas très visibles. Seule la montmorillonite est détectée dans le sol de Tungwei. Sur la base de l’analyse chimique et minéralogique, on peut affirmer que la différence entre les sols latéritiques de Taiwan résulte de la différence entre les divers matériaux parentaux. Les matériaux parentaux jouent un facteur important dans le processus de formation du sol pour les sols latéritiques. L’étendue de l’altération diminue probablement dans l’ordre Loupi ≒ Pingchen > Soka > Tamshui > Tungwei.

4. Conclusions

Dans cette étude, cinq sols latéritiques formés à partir de divers matériaux parents à Taïwan ont été examinés pour comprendre leurs propriétés physiques, chimiques et minéralogiques. Les résultats ont révélé que les matériaux parentaux jouent un rôle important pendant l’altération du sol. Les compositions physiques, chimiques et minéralogiques affectent fortement la formation du sol. Les sols latéritiques Pingchen et Loupi ont probablement un processus d’altération plus fort, tandis que le Tungwei a l’âge de formation du sol plus jeune. La plus grande différence entre tous les sols latéritiques est leur contenu en oxydes de fer. Les sols latéritiques de Tamshui et Tungwei ont été trouvés pour avoir des oxydes de fer magnétiques. La magnétite et la maghémite sont les principaux oxydes de fer pour Tamshui et Tungwei, respectivement. La lépidocrocite n’a été trouvée que dans les sols latéritiques de Soka et une quantité intermédiaire de goethite a été déterminée pour les sols de Loupi.

Conflit d’intérêts

L’auteur déclare qu’il n’y a pas de conflit d’intérêts concernant la publication de cet article.

Remerciements

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