Natura e proprietà dei suoli lateritici derivati da diversi materiali genitori in Taiwan

Abstract

L’obiettivo di questo studio è stato quello di indagare la composizione fisica, chimica e mineralogica dei suoli lateritici al fine di utilizzare questi suoli come potenziali prodotti commerciali per applicazioni industriali in futuro. Cinque suoli lateritici derivati da vari materiali genitori in Taiwan, tra cui andesite, diluvium, pietra scistosa, basalto e deposito pleistocenico, sono stati raccolti dal livello dei campioni di suolo. Sulla base delle analisi, il suolo Tungwei è un alfisol, mentre gli altri suoli lateritici sono ultisol. Il valore di pH più alto di Tungwei è attribuito alle grandi quantità di Ca2+ e Mg2+. I suoli Loupi e Pingchen sarebbero i suoli lateritici più vecchi a causa del più basso rapporto di ferro attivo. Per i minerali di ferro, gli ossidi di ferro magnetici come le maggiori quantità di magnetite e maghemite sono stati trovati per i suoli lateritici Tamshui e Tungwei, rispettivamente. La lepidocrocite è stata trovata solo nel suolo Soka e quantità intermedie di goethite sono state rilevate per i suoli Loupi e Pingchen. Dopo i processi saturi di Mg e K, sono state osservate quantità maggiori di strato misto nei suoli Loupi e Soka, mentre la montmorillonite è stata rilevata solo nel suolo Tungwei. I risultati dell’indagine hanno rivelato che i materiali parentali avrebbero un ruolo importante durante il processo di erosione del suolo e le composizioni fisiche, chimiche e mineralogiche influenzano fortemente la formazione dei suoli lateritici.

1. Introduzione

I suoli lateritici sono uno dei suoli importanti e sono diffusi nelle aree tropicali e nei climi subtropicali. Sono i suoli più altamente stagionati nel sistema di classificazione. I suoli lateritici a Taiwan sono per lo più classificati in ultisol e alfisol e coprono circa il 25% delle terre di coltivazione. Le caratteristiche significative dei suoli lateritici sono il loro colore unico, la scarsa fertilità, l’alto contenuto di argilla e la bassa capacità di scambio cationico. Inoltre, i suoli lateritici possiedono una grande quantità di ossidi di ferro e alluminio. Gli ossidi di ferro, esistenti principalmente nelle forme inorganiche amorfe e cristalline, sono uno dei componenti principali di molti suoli. Nel mio studio precedente, una serie di campioni di suolo tra cui alfisol, inceptisol, entisol e ultisol sono stati utilizzati per testare la loro efficienza di rimozione H2S dal gas di carbone caldo. I risultati sperimentali hanno mostrato che gli ultisol hanno la migliore efficienza di rimozione tra tutti i campioni di terreno. Inoltre, il contenuto di ferro libero totale è stato confermato come il componente principale per influenzare l’efficienza di rimozione complessiva. È quindi molto importante capire le proprietà dettagliate dei suoli lateritici quando stanno per diventare un prodotto commerciale per applicazioni industriali. Sulla base dello studio precedente, si ritiene che i suoli lateritici Tamshui e Tungwei siano i migliori candidati per l’applicazione industriale a causa della presenza di magnetite e maghemite, che sono due tipi di ossidi di ferro che hanno un’eccellente solforazione termodinamica rispetto ad altri ossidi di ferro. Il materiale parentale è un fattore chiave che influenza la composizione e la distribuzione del ferro e dei minerali nei suoli lateritici. Anda et al. hanno riportato una serie di ossisuoli derivati da serpentinite, basalto e andesite e hanno scoperto che il contenuto di ossidi di ferro ha una distribuzione diversa evidente. Circa il 19% di ossido di ferro è stato determinato per i suoli lateritici derivati dalla serpentinite. I diversi materiali parentali portano anche le diverse proprietà fisiche e chimiche.

Pertanto, al fine di comprendere meglio le informazioni dettagliate dei suoli lateritici, gli obiettivi principali di questo studio erano di indagare le proprietà dei suoli lateritici derivati da diversi materiali parentali, tra cui pietra scistosa, basalto, diluvio e andesite, e di fornire informazioni di base sui suoli lateritici per lo sviluppo agricolo.

2. Materiali e metodi

2.1. Area di studio

Cinque suoli lateritici utilizzati in questo studio sono stati raccolti da diverse località di Taiwan. Si trovano rispettivamente nella contea di Taipei (Tamshui), nella contea di Taoyuan (Pingchen), nella contea di Pingtung (Loupi), nella contea di Taitung (Soka) e nella contea di Penghu (Tungwei). Una breve descrizione della caratterizzazione morfologica di questi suoli lateritici è data nella tabella 1. Secondo la classificazione del suolo Tamshui, Pingchen, Loupi e Soka sono ultisol e Tungwei è un alfisol.

2.2. Metodi analitici

I campioni di suolo sono stati essiccati all’aria, frantumati con un mortaio e setacciati per rimuovere i frammenti grossolani (>2 mm). La distribuzione granulometrica è stata ottenuta con il metodo della pipetta dopo la rimozione di carbonato, materie organiche e MnO2. Il carbonato è stato rimosso da 1 M NaOAc con pH = 5 a 60°C e le materie organiche e MnO2 sono state digerite al 30%. Il valore del pH del suolo è stato misurato su una miscela di 1 : 1 suolo/acqua deionizzata e 1 : 1 suolo/1 M KCl soluzione con elettrodo di vetro, rispettivamente. Il contenuto di materia organica è stato determinato con il metodo di ossidazione umida Walkley-Black. La capacità di scambio cationico è stata determinata con il metodo dell’acetato di ammonio a pH = 7. Il Fe libero (Fed) è stato estratto con il metodo della ditionite-citrato-bicarbonato (DCB). L’ossalato di ammonio acido al buio è stato utilizzato per estrarre il Fe non cristallino (poco cristallino e organicamente legato) (Feox). La concentrazione di cationi scambiabili e di Fe è stata determinata mediante ICP/AES (modello JY38P, JOBIN YVON). La composizione mineralogica è stata rilevata mediante diffrazione della polvere di raggi X per i campioni di argilla. I campioni di argilla sono stati saturati con 0,5 MgCl2 (Mg-saturato) e 1 M KCl (K-saturato), rispettivamente. Le proprietà di espansione dei campioni di argilla satura di Mg sono state determinate utilizzando la solvatazione con glicole etilenico a 65°C per 24 ore. I campioni di argilla satura di K sono stati sottoposti a successivi trattamenti termici a 110, 350 e 550°C per 2 ore. I campioni di argilla orientati sono stati esaminati con un diffrattometro a raggi X Rigaku modello D/MAX III-V dotato di una radiazione CuKα filtrata al Ni generata a 30 mA e 40 kV. I modelli di diffrazione sono stati registrati da 3° a 90° con una velocità di scansione di 3°/min. L’identificazione e la determinazione semiquantitativa dei minerali argillosi si sono basate sulla differenza dei modelli di riflessione dei campioni saturi di K, saturi di Mg, glicolati, riscaldati ed essiccati all’aria.

3. Risultati e discussione

3.1. Proprietà fisiche e chimiche di base di vari suoli lateritici

Brevi descrizioni di alcune proprietà fisiche e chimiche così come le condizioni dei genitori dei suoli raccolti sono mostrate nelle tabelle 2 e 3. La notazione del colore del suolo Munsell di questi suoli appare in 2,5 a 5YR, indicando che il colore di questi suoli è rosso o marrone rossastro. Loupi, Soka e Tungwei contengono grandi quantità di frazione argillosa, mentre Tamshui e Pingchen consistono principalmente di frazione limosa. Appartengono rispettivamente all’argilla e all’argilla limosa nella classificazione della struttura. Ad eccezione di Pingchen, tutti i suoli possiedono una struttura moderata. Tamshui e Tungwei hanno una struttura granulare moderata e molto fine; gli altri hanno una struttura a blocchi subangolari e angolari. I valori di pH () dei suoli sono 4,85, 4,06, 4,02, 4,46 e 8,13 per Tamshui, Pingchen, Loupi, Soka e Tungwei, rispettivamente. Ovviamente, tutti i suoli sono di natura acida tranne Tungwei. La differenza di pH (pHKCl-) mostra un valore negativo per tutti i suoli, suggerendo che la carica dominante sulla superficie di tutti i suoli è negativa. D’altra parte, questo indica anche che una parte dei siti di scambio ha ioni idrogeno. Questo fornisce la capacità di scambio anionico e diminuisce il valore della capacità di scambio cationico. A pH 7, gli ioni idrogeno non ci sono più e quindi la capacità di scambio cationico è un valore gonfiato. Nel caso di Tungwei, il suo valore di pH appartiene alla regione alcalina. Ciò è dovuto al fatto che questo sito contiene grandi quantità di carbonato di calcio e noduli di conchiglie. Pertanto, i cationi scambiabili di Ca2+ e Mg2+ per Tungwei sono 9,28 e 8,73 (cmol kg-1), rispettivamente. Il valore è significativamente più alto di quello di altri suoli lateritici, indicando che l’alto valore di pH per Tungwei deriva da grandi quantità di Ca2+ e Mg2+.

Gli ossidi di ferro liberi o estraibili DCB (Fed) in cinque suoli studiati vanno dal 3,86 al 13,8%. I contenuti di ossidi di ferro estraibili dall’ossalato (Feox) dei cinque suoli sono molto bassi. I valori di Feox in cinque terreni vanno da 0,36 a 2,42%. Questo risultato riflette che gli ossidi di ferro nei suoli lateritici contengono meno quantità di forma cristallina o amorfa povera di ossidi di ferro e la forma principale di ossidi di ferro presenti nel suolo è quella cristallina. Il rapporto tra Feox e Fed è stato espresso come “rapporto di ferro attivo” da Lekwa e Whiteside. In questo studio, il rapporto di ferro attivo per Loupi e Pingchen è inferiore a quello di Tamshui e Tungwei. Questo risultato può fornire la prova per quanto riguarda le età di formazione del suolo. Il rapporto Feox-Fed dei cinque suoli lateritici segue l’ordine Tungwei > Tamshui > Soka > Pingchen > Loupi. Questo implica che Loupi può essere il più antico suolo lateritico rispetto agli altri.

3.2. Mineralogia dell’argilla dei suoli lateritici

La composizione mineralogica per i cinque suoli lateritici è tabulata nella tabella 4. La differenza principale tra questi suoli è il contenuto di ossidi di ferro. Le specie di ferro dominanti sono la magnetite e la maghemite per Tamshui e Tungwei. Questi due campioni di suolo possiedono le specie magnetiche di ferro probabilmente a causa delle condizioni del loro materiale parentale. I materiali parentali di Tamshui e Tungwei sono rispettivamente andesite e basalto, che appartengono alla roccia ignea. A causa di materiali parentali o paesaggi più giovani, l’estensione degli agenti atmosferici o della lisciviazione chimica è meno intensa e la presenza di magnetite e maghemite è attribuita a questa ragione. A differenza di Tamshui e Tungwei, Pingchen e Loupi contengono specie di ossidi di ferro identiche (goethite e meno ematite) e la principale specie di ossido di ferro contenuta in Soka è la lepidocrocite. In generale, l’ematite è la fase stabile per gli ossidi di ferro nell’atmosfera. Taiwan si trova al confine tra il clima tropicale e subtropicale. La precipitazione media annuale è di circa 2.400 mm e la temperatura media è di circa 23°C. In queste condizioni di alta umidità, l’ematite si trasforma in goethite o lepidocrocite. Per tutti e cinque i terreni, quantità minori di ematite sono rilevate dalla XRD. Dopo un trattamento saturo di K e Mg, in questo studio vengono identificati anche alcuni minerali argillosi. Pingchen e Loupi possiedono gli stessi minerali argillosi tra cui caolinite, micas, gibbsite, vermiculite e clorite di strato misto minore. Soka contiene grandi quantità di quarzo, micas, e minerali argillosi di strato misto insieme a piccole quantità di clorite e gibbsite. Unicamente, i minerali di argilla in Tamshui e Tungwei non sono cospicui. Solo la montmorillonite è rilevata nel suolo Tungwei. Sulla base dell’analisi chimica e mineralogica, si può accertare che la differenza tra i suoli lateritici di Taiwan deriva dalla differenza tra i vari materiali parentali. I materiali parentali giocano un fattore importante nel processo di formazione del suolo per i suoli lateritici. L’estensione degli agenti atmosferici diminuisce probabilmente nell’ordine Loupi ≒ Pingchen > Soka > Tamshui > Tungwei.

4. Conclusioni

In questo studio sono stati esaminati cinque suoli lateritici formati da vari materiali parentali a Taiwan per capire le loro proprietà fisiche, chimiche e mineralogiche. I risultati hanno rivelato che i materiali parentali giocano un ruolo importante durante l’erosione del suolo. Le composizioni fisiche, chimiche e mineralogiche influenzano fortemente la formazione del suolo. I suoli lateritici Pingchen e Loupi hanno probabilmente un processo di erosione più forte, mentre il Tungwei ha un’età di formazione del suolo più giovane. La maggior differenza tra tutti i suoli lateritici è il loro contenuto di ossidi di ferro. I suoli lateritici Tamshui e Tungwei hanno trovato ossidi di ferro magnetici. La magnetite e la maghemite sono i principali ossidi di ferro per Tamshui e Tungwei, rispettivamente. La lepidocrocite è stata trovata solo nei suoli lateritici Soka e una quantità intermedia di goethite è stata determinata per i suoli Loupi.

Conflitto di interessi

L’autore dichiara che non c’è conflitto di interessi riguardo alla pubblicazione di questo articolo.

Riconoscimenti