Nature and Properties of Lateritic Soils Derived from Different Parent Materials in Taiwan

Abstract

Celem niniejszej pracy było zbadanie fizycznego, chemicznego i mineralogicznego składu gleb laterytowych w celu wykorzystania tych gleb jako potencjalnych produktów komercyjnych do zastosowań przemysłowych w przyszłości. Pięć laterytowe gleby pochodzące z różnych materiałów macierzystych w Tajwanie, w tym andezytu, diluvium, kamień łupków, bazalt, i depozyt plejstocenu, zostały zebrane z poziomu próbek gleby. Na podstawie przeprowadzonych analiz stwierdzono, że gleba Tungwei jest alfisolem, podczas gdy inne gleby laterytowe są ultisolami. Wyższa wartość pH gleby Tungwei wynika z dużej ilości Ca2+ i Mg2+. Gleby Loupi i Pingchen są starszymi glebami laterytowymi ze względu na niższy stosunek żelaza aktywnego. Jeśli chodzi o minerały żelaza, magnetyczne tlenki żelaza, takie jak magnezyt i maghemit, stwierdzono odpowiednio w glebach laterytowych Tamshui i Tungwei. Lepidokrokit występował tylko w glebie Soka, a pośrednie ilości goethytu wykryto w glebach Loupi i Pingchen. Po procesach nasycania Mg i K w glebach Loupi i Soka zaobserwowano duże ilości warstwy mieszanej, natomiast montmorillonit wykryto tylko w glebie Tungwei. Wyniki badań wykazały, że materiały macierzyste odgrywają istotną rolę w procesie wietrzenia gleby, a skład fizyczny, chemiczny i mineralogiczny silnie wpływa na powstawanie gleb laterytowych.

1. Wprowadzenie

Gleby laterytowe są jedną z ważnych gleb i są szeroko rozpowszechnione na obszarach tropikalnych i w klimacie subtropikalnym. Są one najbardziej wysoko zwietrzałe gleby w systemie klasyfikacji. Laterytowe gleby w Tajwanie są głównie klasyfikowane do ultisols i alfisols i obejmują około 25 procent gruntów uprawnych. Istotnymi cechami gleb laterytowych są ich wyjątkowy kolor, słaba żyzność, wysoka zawartość gliny i niższa pojemność wymiany kationów. Ponadto, gleby laterytowe posiadają dużą ilość tlenków żelaza i glinu. Tlenki żelaza, występujące głównie w postaci nieorganicznej amorficznej i krystalicznej, są jednym z głównych składników wielu rzędów gleb. W moich poprzednich badaniach, seria próbek gleby, w tym alfisol, inceptisol, entisol i ultisol zostały wykorzystane do zbadania ich wydajności usuwania H2S z gorącego gazu węglowego. Wyniki eksperymentalne wykazały, że ultisole mają najlepszą wydajność usuwania H2S spośród wszystkich próbek gleby. Dodatkowo, zawartość całkowitego wolnego żelaza została potwierdzona jako główny składnik wpływający na ogólną wydajność usuwania. Jest zatem bardzo ważne, aby zrozumieć szczegółowe właściwości gleb laterytowych, jeśli mają one stanowić produkt handlowy do zastosowań przemysłowych. Na podstawie poprzednich badań uważa się, że gleby laterytowe Tamshui i Tungwei są najlepszymi kandydatami do zastosowania przemysłowego ze względu na obecność magnetytu i maghemitu, które są dwoma rodzajami tlenków żelaza, które mają doskonałą termodynamiczną zdolność do siarkowania w porównaniu z innymi tlenkami żelaza. Materiał macierzysty jest kluczowym czynnikiem wpływającym na skład i rozmieszczenie żelaza i minerałów w glebach laterytowych. Anda i wsp. opisali serię oxisols pochodzących z serpentynitu, bazaltu i andezytu i stwierdzili, że zawartość tlenków żelaza ma wyraźnie różny rozkład. Około 19% tlenku żelaza oznaczono dla gleb laterytowych pochodzących z serpentynitu. Różne materiały macierzyste również przynoszą różne właściwości fizyczne i chemiczne.

W związku z tym, aby lepiej zrozumieć szczegółowe informacje o glebach laterytowych, głównymi celami tej pracy było zbadanie właściwości gleb laterytowych pochodzących z różnych materiałów macierzystych, w tym łupków kamiennych, bazaltu, diluvium i andezytu, oraz dostarczenie podstawowych informacji o glebach laterytowych dla rozwoju rolnictwa.

2. Materiały i metody

2.1. Obszar badań

Pięć gleb laterytowych użytych w tym badaniu zostały zebrane z różnych miejsc na Tajwanie. Znajdują się one w Taipei County (Tamshui), Taoyuan County (Pingchen), Pingtung County (Loupi), Taitung County (Soka) i Penghu County (Tungwei), odpowiednio. Krótki opis charakterystyki morfologicznej tych gleb laterytowych podano w tabeli 1. Zgodnie z klasyfikacją gleb Tamshui, Pingchen, Loupi i Soka to ultisol, a Tungwei to alfisol.

2.2. Metody analityczne

Próbki gleb suszono na powietrzu, rozdrabniano w moździerzu i przesiewano w celu usunięcia grubych (>2 mm) fragmentów. Rozkład wielkości cząstek uzyskano metodą pipetową po usunięciu węglanów, substancji organicznych i MnO2. Węglany usuwano 1 M NaOAc o pH = 5 w 60°C, a substancje organiczne i MnO2 trawiono w 30%. Wartość pH gleby mierzono odpowiednio na mieszaninie 1 : 1 gleba/woda dejonizowana i 1 : 1 gleba/1 M roztwór KCl za pomocą elektrody szklanej. Zawartość materii organicznej oznaczono metodą mokrego utleniania Walkley-Black. Pojemność kationowymienną oznaczono metodą octanu amonu przy pH = 7. Wolne Fe (Fed) ekstrahowano metodą ditionitowo-cytrynowo-węglanową (DCB). Kwaśny szczawian amonu w ciemności został użyty do ekstrakcji niekrystalicznego (słabo krystalicznego i organicznie związanego) Fe (Feox). Stężenie kationów wymiennych i Fe oznaczono metodą ICP/AES (model JY38P, JOBIN YVON). Skład mineralogiczny próbek ilastych określono metodą proszkowej dyfrakcji rentgenowskiej. Próbki ilaste nasycano odpowiednio 0,5 M MgCl2 (nasycenie Mg) i 1 M KCl (nasycenie K). Właściwości ekspansywne próbek ilastych nasyconych Mg określono metodą solwatacji glikolem etylenowym w temperaturze 65°C przez 24 godziny. Próbki ilaste nasycone K poddawano kolejno obróbce cieplnej w temperaturze 110, 350 i 550°C przez 2 godziny. Zorientowane próbki badano za pomocą dyfraktometru rentgenowskiego Rigaku Model D/MAX III-V wyposażonego w filtrowane przez Ni promieniowanie CuKα generowane przy natężeniu 30 mA i napięciu 40 kV. Rozkłady dyfrakcyjne rejestrowano w zakresie od 3° do 90° z szybkością skanowania 3°/min. Identyfikację i półilościowe oznaczenie minerałów ilastych przeprowadzono na podstawie różnicy wzorów odbicia z próbek nasyconych K, nasyconych Mg, glikolowanych, ogrzewanych i suszonych powietrzem. Wyniki i dyskusja

3.1. Basic Physical and Chemical Properties of Various Lateritic Soils

Krótkie opisy niektórych właściwości fizycznych i chemicznych oraz warunków macierzystych zebranych gleb przedstawiono w tabelach 2 i 3. Kolorystyka gleb według Munsell’a to 2.5 do 5YR, co oznacza, że kolor tych gleb jest czerwony lub czerwonobrązowy. Loupi, Soka i Tungwei zawierają duże ilości frakcji ilastej, natomiast Tamshui i Pingchen składają się głównie z frakcji mułowej. W klasyfikacji tekstury należą one odpowiednio do gliny i gliny pylastej. Z wyjątkiem Pingchen, wszystkie gleby mają umiarkowaną strukturę. Tamshui i Tungwei mają strukturę umiarkowanie i bardzo drobnoziarnistą; pozostałe mają strukturę podangularnych i kanciastych bloków. Wartości pH () gleb wynoszą 4,85, 4,06, 4,02, 4,46 i 8,13 odpowiednio dla Tamshui, Pingchen, Loupi, Soka i Tungwei. Oczywiście wszystkie gleby mają charakter kwaśny, z wyjątkiem Tungwei. Różnica pH (pHKCl-) wykazuje wartość ujemną dla wszystkich gleb, co sugeruje, że dominujący ładunek na powierzchni wszystkich gleb jest ujemny. Z drugiej strony wskazuje to również, że w części miejsc wymiany znajdują się jony wodorowe. Zapewnia to pojemność wymiany anionów i zmniejsza wartość pojemności wymiany kationów. Przy pH 7 jony wodorowe znikają, a zatem pojemność wymiany kationowej jest wartością zawyżoną. W przypadku Tungwei, jej wartość pH należy do regionu alkalicznego. Wynika to z faktu, że teren ten zawiera duże ilości węglanu wapnia i konkrecji muszlowych. Z tego względu kationy wymienne Ca2+ i Mg2+ dla Tungwei wynoszą odpowiednio 9,28 i 8,73 (cmol kg-1). Wartość ta jest znacznie wyższa niż w przypadku innych gleb laterytowych, co wskazuje, że wysoka wartość pH dla Tungwei wynika z dużej ilości Ca2+ i Mg2+.