A különböző alapanyagokból származó laterites talajok természete és tulajdonságai Tajvanon

Abstract

A tanulmány célja a laterites talajok fizikai, kémiai és ásványtani összetételének vizsgálata volt annak érdekében, hogy ezeket a talajokat a jövőben potenciális kereskedelmi termékként használhassák ipari felhasználásra. A talajminták szintjéből öt, Tajvan különböző alapanyagaiból, köztük andezitből, dilúviumból, palakőből, bazaltból és pleisztocén lerakódásból származó laterites talajt gyűjtöttünk. Az elemzések alapján a Tungwei talaj alfizol, míg a többi laterites talaj ultiszol. A Tungwei magasabb pH-értéke a nagy mennyiségű Ca2+ és Mg2+ -nak tulajdonítható. A Loupi és a Pingchen talajok az alacsonyabb aktív vasarány miatt az idősebb laterites talajok közé tartoznának. A vasásványok tekintetében a Tamshui és a Tungwei laterittalajok esetében mágneses vas-oxidokat, például nagy mennyiségű magnetitet és maghemitet találtak. Lepidokrocitot csak a Soka talajban találtak, és közepes mennyiségű goethitet mutattak ki a Loupi és Pingchen talajokban. Mg-telített és K-telített folyamatok után a Loupi és Soka talajokban nagyobb mennyiségű vegyes réteg volt megfigyelhető, míg a montmorillonitot csak a Tungwei talajban mutatták ki. A vizsgálati eredményekből kiderült, hogy az alapanyagok fontos szerepet játszanak a talajok időjárási folyamatában, és a fizikai, kémiai és ásványtani összetétel erősen befolyásolja a laterites talajok kialakulását.

1. Bevezetés

A láterites talajok a fontos talajok közé tartoznak, és széles körben elterjedtek a trópusi területeken és a szubtrópusi éghajlaton. Ezek az osztályozási rendszerben a legjobban időjárásfüggő talajok. Tajvanon a laterites talajok többnyire ultiszolok és alfiszolok közé sorolhatók, és a termőföldek mintegy 25 százalékát borítják. A laterites talajok jelentős jellemzői az egyedi szín, a gyenge termékenység, a magas agyagtartalom és az alacsonyabb kationcserélő kapacitás. Ezenkívül a laterites talajok nagy mennyiségű vas- és alumínium-oxiddal rendelkeznek. A vas-oxidok, amelyek főként amorf és kristályos szervetlen formában léteznek, számos talajrend egyik fő összetevője. Korábbi tanulmányomban egy sor talajmintát, köztük alfisol, inceptisol, entisol és ultisol talajmintákat használtam a H2S eltávolítási hatékonyságuk tesztelésére forró széngázból. A kísérleti eredmények azt mutatták, hogy az ultiszolok rendelkeznek a legjobb eltávolítási hatékonysággal az összes talajminta közül. Ezenkívül a teljes szabad vastartalom megerősítést nyert, mint az általános eltávolítási hatékonyságot befolyásoló fő komponens. Ezért nagyon fontos megérteni a laterites talajok részletes tulajdonságait, ha azok ipari felhasználásra szánt kereskedelmi termékké válnak. A korábbi tanulmány alapján úgy véljük, hogy a Tamshui és a Tungwei laterites talajok a legjobb jelöltek az ipari alkalmazásra, mivel magnetit és maghemit van jelen, amelyek két olyan vasoxid-típus, amelyek más vasoxidokhoz képest kiváló termodinamikai kénezéssel rendelkeznek. A szülői anyag a laterites talajok vas- és ásványi összetételét és eloszlását befolyásoló kulcsfontosságú tényező. Anda et al. egy sor szerpentinitből, bazaltból és andezitből származó oxyolról számolt be, és megállapította, hogy a vas-oxidok tartalma nyilvánvalóan eltérő eloszlást mutat. A szerpentinitből származó laterites talajok esetében körülbelül 19% vas-oxidot határoztak meg. A különböző alapanyagok a különböző fizikai és kémiai tulajdonságokat is magukkal hozzák.

Ezért a laterites talajok részletesebb megértése érdekében a tanulmány fő célkitűzései a különböző alapanyagokból, köztük palakőből, bazaltból, dilúviumból és andezitből származó laterites talajok tulajdonságainak vizsgálata, valamint alapvető információk nyújtása a mezőgazdasági fejlesztéshez szükséges laterites talajokról.

2. Anyagok és módszerek

2.1. A laterites talajok tulajdonságainak vizsgálata. Vizsgálati terület

Az ebben a tanulmányban használt öt laterites talajt Tajvan különböző helyeiről gyűjtötték. Ezek Taipei megyében (Tamshui), Taoyuan megyében (Pingchen), Pingtung megyében (Loupi), Taitung megyében (Soka) és Penghu megyében (Tungwei) találhatók. E laterites talajok morfológiai jellemzőinek rövid leírását az 1. táblázat tartalmazza. A talajosztályozás szerint Tamshui, Pingchen, Loupi és Soka ultiszol, Tungwei pedig alfiszol.

2.2. Analitikai módszerek

A talajmintákat levegőn szárítottuk, mozsárral összetörtük és a durva (>2 mm) darabok eltávolítása érdekében szitáltuk. A szemcseméret-eloszlást a karbonát, a szerves anyagok és a MnO2 eltávolítása után pipettás módszerrel nyertük. A karbonátot 1 M NaOAc-val távolítottuk el 60°C-on pH = 5 mellett, a szerves anyagokat és a MnO2-t pedig 30%-kal emésztettük. A talaj pH-értékét 1 : 1 talaj/deionizált víz és 1 : 1 talaj/1 M KCl oldat keverékén mértük üvegelektróddal . A szervesanyag-tartalmat a Walkley-Black-féle nedves oxidációs módszerrel határoztuk meg. A kationcsere-kapacitást ammónium-acetát módszerrel határoztuk meg pH = 7 mellett. A szabad Fe (Fed) kivonása a dithionit-citrát-bikarbonát (DCB) módszerrel történt. Sötétben savas ammónium-oxalátot használtak a nemkristályos (gyengén kristályos és szervesen kötött) Fe (Feox) kivonására. A cserélhető kationok és a Fe koncentrációját ICP/AES (JY38P modell, JOBIN YVON) segítségével határoztuk meg. Az agyagminták ásványtani összetételét röntgenpor-diffrakcióval határoztuk meg. Az agyagmintákat 0,5 M MgCl2-vel (Mg-telített), illetve 1 M KCl-lel (K-telített) telítettük. Az Mg-telített agyagminták tágulási tulajdonságait etilénglikolos oldással határoztuk meg 65°C-on 24 órán keresztül. A K-val telített agyagmintákat 2 órán keresztül 110, 350 és 550°C-on egymást követő hőkezelésnek vetettük alá. Az orientált agyagmintákat Rigaku Model D/MAX III-V röntgenpor-diffraktométerrel vizsgáltuk, amely 30 mA és 40 kV mellett generált Ni-szűrt CuKα sugárzással volt felszerelve. A diffrakciós mintákat 3°-tól 90°-ig 3°/perc letapogatási sebességgel vettük fel. Az agyagásványok azonosítása és félkvantitatív meghatározása a K-telített, Mg-telített, glikolált, fűtött és levegőn szárított minták reflexiós mintázatainak különbségén alapult .

3. Eredmények és megbeszélés

3.1. Az agyagásványok azonosítása és félkvantitatív meghatározása. A különböző laterites talajok alapvető fizikai és kémiai tulajdonságai

A gyűjtött talajok néhány fizikai és kémiai tulajdonságának, valamint a szülői körülményeknek a rövid leírását a 2. és 3. táblázat tartalmazza. E talajok Munsell talajszín jelölése 2,5 és 5YR között jelenik meg, ami azt jelzi, hogy e talajok színe vörös vagy vörösesbarna. A Loupi, a Soka és a Tungwei nagy mennyiségű agyagfrakciót tartalmaz, míg a Tamshui és a Pingchen főként iszapfrakcióból áll. Ezek a talajok az agyagos és az iszapos agyaghoz tartoznak a textúraosztályozásban. A Pingchen kivételével valamennyi talaj mérsékelt szerkezetű. A Tamshui és a Tungwei közepesen és nagyon finom szemcsés szerkezetű; a többi szubszögletes tömbös és szögletes tömbös. A talajok pH () értéke 4,85, 4,06, 4,02, 4,46 és 8,13 a Tamshui, Pingchen, Loupi, Soka és Tungwei esetében. Nyilvánvaló, hogy a Tungwei kivételével valamennyi talaj savas kémhatású. A pH-különbség (pHKCl-) minden talaj esetében negatív értéket mutat, ami arra utal, hogy a talajok felszínén a domináns töltés negatív. Másrészt ez azt is jelzi, hogy a cserehelyek egy részén hidrogénionok vannak. Ez biztosítja az anioncsere-kapacitást, és csökkenti a kationcsere-kapacitás értékét. A pH 7-nél a hidrogénionok eltűnnek, és így a kationcserélő kapacitás megnövelt értéket kap. A Tungwei esetében a pH-érték a lúgos tartományba tartozik. Ez annak köszönhető, hogy ez a hely nagy mennyiségű kalcium-karbonátot és kagylógumókat tartalmaz. Ezért a Ca2+ és Mg2+ cserélhető kationok értéke Tungwei esetében 9,28 és 8,73 (cmol kg-1). Ez az érték jelentősen magasabb, mint más laterites talajoké, ami azt jelzi, hogy a Tungwei magas pH-értéke a nagy mennyiségű Ca2+ és Mg2+ miatt alakult ki.

A szabad vas-oxidok vagy DCB extrahálható vas-oxidok (Fed) aránya öt vizsgált talajban 3,86 és 13,8% között van. Az oxaláttal kivonható vas-oxidok (Feox) tartalma az öt talajban nagyon alacsony. A Feox értékei az öt talajban 0,36 és 2,42% között mozognak. Ez az eredmény azt tükrözi, hogy a laterites talajokban a vasoxidok kisebb mennyiségben tartalmazzák a vasoxidok gyenge kristályos vagy amorf formáját, és a vasoxidok fő formája a talajban a kristályos vasoxidok. A Feox és a Fed arányát Lekwa és Whiteside “aktív vasarányként” fejezte ki. Ebben a tanulmányban az aktív vas aránya Loupi és Pingchen esetében kisebb, mint Tamshui és Tungwei esetében. Ez az eredmény bizonyítékot szolgáltathat a talajképződési korokra vonatkozóan . Az öt laterites talaj Feox/Fed aránya a következő sorrendet követi: Tungwei > Tamshui > Soka > Pingchen > Loupi. Ez azt jelenti, hogy a Loupi lehet a legrégebbi laterittalaj a többihez képest.

3.2. A laterittalajok közül a Loupi a legidősebb. A laterittalajok agyagásványtani összetétele

Az öt laterittalaj ásványtani összetételét a 4. táblázat tartalmazza. A legnagyobb különbség e talajok között a vasoxid-tartalomban van. A domináns vasfajok a magnetit és a maghemit a Tamshui és a Tungwei esetében. Ez a két talajminta valószínűleg az alapanyaguknak köszönhetően rendelkezik mágneses vasfajokkal. A Tamshui és a Tungwei alapanyaga andezit, illetve bazalt, amelyek a vulkáni kőzetek közé tartoznak. A fiatalabb alapanyagok vagy tájak miatt az időjárás vagy a kémiai kimosódás mértéke kevésbé intenzív, és a magnetit és a maghemit jelenléte ennek tulajdonítható. A Tamshui és Tungwei kőzetekkel ellentétben a Pingchen és a Loupi azonos vas-oxid fajokat tartalmaz (goethit és kevesebb hematit), a Soka kőzetben található fő vas-oxid faj pedig a lepidokrocit. Általában a hematit a vasoxidok stabil fázisa a légkörben. Tajvan a trópusi és szubtrópusi éghajlat határán helyezkedik el. Az átlagos éves csapadékmennyiség körülbelül 2400 mm, az átlaghőmérséklet pedig 23 °C körül van. Ilyen magas páratartalom mellett a hematit goethitté vagy lepidokrocittá alakul át. Mind az öt talaj esetében kisebb mennyiségű hematitot mutatott ki az XRD. K- és Mg-telített kezelés után néhány agyagásványt is azonosítottak ebben a vizsgálatban. A Pingchen és a Loupi ugyanazokkal az agyagásványokkal rendelkezik, beleértve a kaolinitot, a micákat, a gibbsitet, a vermikulitot és a kisebb vegyes rétegű kloritot. A Soka nagy mennyiségű kvarcot, micát és vegyes rétegű agyagásványokat tartalmaz, kis mennyiségű klorittal és gibbittal együtt. Egyedülálló módon a Tamshui és a Tungwei agyagásványai nem feltűnőek. A Tungwei talajban csak montmorillonitot mutattak ki. A kémiai és ásványtani elemzés alapján megállapítható, hogy a tajvani laterittalajok közötti különbség a különböző alapanyagok közötti különbségből ered. Az alapanyagok fontos tényezőt játszanak a laterites talajok talajképződési folyamatában. Az időjárás mértéke valószínűleg a Loupi ≒ Pingchen > Soka > Tamshui > Tungwei sorrendben csökken.

4. Következtetések

Ebben a tanulmányban öt, Tajvanon különböző alapanyagokból képződött laterites talajt vizsgáltunk fizikai, kémiai és ásványtani tulajdonságaik megértése érdekében. Az eredmények azt mutatták, hogy az alapanyagok fontos szerepet játszanak a talaj időjárása során. A fizikai, kémiai és ásványtani összetétel erősen befolyásolja a talaj kialakulását. A Pingchen és a Loupi laterites talajok valószínűleg erősebb időjárási folyamattal rendelkeznek, míg a Tungwei a fiatalabb talajképződési korú. Az összes laterittalaj között a legnagyobb különbség a vasoxid-tartalomban van. A Tamshui és a Tungwei laterit talajokban mágneses vas-oxidokat találtak. A Tamshui és a Tungwei esetében a magnetit és a maghemit a fő vasoxid. Lepidokrocitot csak a Soka laterites talajokban találtak, és a Loupi talajok esetében közepes mennyiségű goethitet határoztak meg.

Érdekütközés

A szerző kijelenti, hogy nincs érdekellentét e cikk publikálásával kapcsolatban.

Köszönet

Megköszönés