Natura și proprietățile solurilor lateritice derivate din diferite materiale parentale din Taiwan

Abstract

Obiectivul acestui studiu a fost de a investiga compoziția fizică, chimică și mineralogică a solurilor lateritice pentru a utiliza aceste soluri ca potențiale produse comerciale pentru aplicații industriale în viitor. Cinci soluri lateritice derivate din diferite materiale parentale din Taiwan, inclusiv andezit, diluvium, piatră de șist, bazalt și depozit pleistocen, au fost colectate de la nivelul probelor de sol. Pe baza analizelor, solul Tungwei este un alfisol, în timp ce alte soluri lateritice sunt ultisoluri. Valoarea mai mare a pH-ului din Tungwei este atribuită cantităților mari de Ca2+ și Mg2+. Solurile Loupi și Pingchen ar fi solurile lateritice mai vechi din cauza raportului mai mic de fier activ. În ceea ce privește mineralele de fier, s-au găsit oxizi de fier magnetici, cum ar fi cantități majore de magnetită și maghemită, pentru solurile lateritice Tamshui și, respectiv, Tungwei. Lepidocrocita a fost găsită doar în solul Soka, iar cantități intermediare de goethit au fost detectate pentru solurile Loupi și Pingchen. După procesele saturate cu Mg și K, s-au observat cantități majore de strat mixt în solurile Loupi și Soka, în timp ce montmorillonitul a fost detectat doar în solul Tungwei. Rezultatele investigației au arătat că materialele parentale ar juca un rol important în timpul procesului de alterare a solului, iar compozițiile fizice, chimice și mineralogice afectează puternic formarea solurilor lateritice.

1. Introducere

Solurile lateritice sunt unul dintre solurile importante și sunt răspândite în zonele tropicale și în climatele subtropicale. Ele sunt cele mai puternic alterate soluri din sistemul de clasificare. Solurile lateritice din Taiwan sunt clasificate în cea mai mare parte în ultisoluri și alfisoluri și acoperă aproximativ 25 % din terenurile de cultură. Caracteristicile semnificative ale solurilor lateritice sunt culoarea lor unică, fertilitatea slabă, conținutul ridicat de argilă și capacitatea mai mică de schimb cationic. În plus, solurile lateritice posedă o cantitate mare de oxizi de fier și de aluminiu . Oxizii de fier, existând în principal în forme anorganice amorfe și cristaline, sunt una dintre componentele majore în multe ordine de soluri. În studiul meu anterior, o serie de probe de sol, inclusiv alfisol, inceptisol, entisol și ultisol, au fost utilizate pentru a testa eficiența lor de eliminare a H2S din gazul de cărbune fierbinte. Rezultatele experimentale au arătat că ultisolurile au cea mai bună eficiență de eliminare dintre toate probele de sol. În plus, conținutul de fier liber total a fost confirmat ca fiind componenta principală care afectează eficiența generală de eliminare. Prin urmare, este foarte important să se înțeleagă proprietățile detaliate ale solurilor lateritice atunci când acestea urmează să devină un produs comercial pentru aplicații industriale. Pe baza studiului anterior, se crede că solurile lateritice Tamshui și Tungwei sunt cei mai buni candidați pentru aplicații industriale datorită prezenței magnetitei și maghemitei, care sunt două tipuri de oxizi de fier care au o sulfurare termodinamică excelentă în comparație cu alți oxizi de fier . Materialul parental este un factor cheie care afectează compoziția și distribuția fierului și a mineralelor pentru solurile lateritice. Anda et al. au raportat o serie de oxisoluri derivate din serpentinit, bazalt și andezit și au constatat că conținutul de oxizi de fier are o distribuție evident diferită. Aproximativ 19% din oxidul de fier a fost determinat pentru solurile lateritice derivate din serpentinit. Diferitele materiale parentale aduc, de asemenea, proprietățile fizice și chimice diferite.

De aceea, pentru a înțelege mai bine informațiile detaliate ale solurilor lateritice, obiectivele principale ale acestui studiu au fost de a investiga proprietățile solurilor lateritice derivate din diferite materiale parentale, inclusiv piatră de șist, bazalt, diluviu și andezit, și de a furniza informații de bază despre solurile lateritice pentru dezvoltarea agriculturii.

2. Materiale și metode

2.1. Zona de studiu

Cinci soluri lateritice utilizate în acest studiu au fost colectate din diferite locații din Taiwan. Acestea sunt situate în comitatul Taipei (Tamshui), comitatul Taoyuan (Pingchen), comitatul Pingtung (Loupi), comitatul Taitung (Soka) și, respectiv, comitatul Penghu (Tungwei). O scurtă descriere a caracterizării morfologice pentru aceste soluri lateritice este prezentată în tabelul 1. În conformitate cu clasificarea solurilor, Tamshui, Pingchen, Loupi și Soka sunt ultisoluri, iar Tungwei este un alfisol.

2.2. Metode analitice

Eșantioanele de sol au fost uscate la aer, zdrobite cu un mortar și cernute pentru a elimina fragmentele grosiere (>2 mm). Distribuția dimensională a particulelor a fost obținută prin metoda pipetei după îndepărtarea carbonatului, a materiilor organice și a MnO2. Carbonatul a fost eliminat cu NaOAc 1 M cu pH = 5 la 60°C, iar materiile organice și MnO2 au fost digerate cu 30% . Valoarea pH-ului solului a fost măsurată pe un amestec de 1 : 1 sol/apă dezionizată și, respectiv, 1 : 1 sol/1 M soluție de KCl cu ajutorul unui electrod de sticlă . Conținutul de materie organică a fost determinat prin metoda de oxidare umedă Walkley-Black . Capacitatea de schimb cationic a fost determinată prin metoda acetatului de amoniu la pH = 7 . Fe (Fed) liber a fost extras prin metoda ditionit-citrat-bicarbonat (DCB). Oxalatul de amoniu acid la întuneric a fost utilizat pentru a extrage Fe (Feox) necristalin (slab cristalin și legat organic) . Concentrația de cationi schimbabili și Fe a fost determinată prin ICP/AES (model JY38P, JOBIN YVON). Compoziția mineralogică a fost detectată prin difracția pulberilor de raze X pentru probele de argilă. Probele de argilă au fost saturate cu 0,5 M MgCl2 (saturate cu Mg) și, respectiv, 1 M KCl (saturate cu K). Proprietățile de expansiune ale epruvetelor de argilă saturate cu Mg au fost determinate utilizând solvatarea cu etilenglicol la 65°C timp de 24 de ore. Epruvetele de argilă saturate cu K au fost supuse unui tratament termic succesiv la 110, 350 și 550°C timp de 2 ore. Epruvetele de argilă orientate au fost examinate cu un difractometru de pulberi cu raze X Rigaku Model D/MAX III-V echipat cu o radiație CuKα filtrată cu Ni generată la 30 mA și 40 kV. Modelele de difracție au fost înregistrate de la 3° la 90° cu o viteză de scanare de 3°/min. Identificarea și determinarea semicantitativă a mineralelor de argilă s-au bazat pe diferența dintre modelele de reflexie ale specimenelor saturate cu K, saturate cu Mg, glicolate, încălzite și uscate la aer .

3. Rezultate și discuții

3.1. Proprietăți fizice și chimice de bază ale diferitelor soluri lateritice

Descrieri succinte ale unor proprietăți fizice și chimice, precum și ale condițiilor parentale ale solurilor colectate sunt prezentate în tabelele 2 și 3. Notația Munsell a culorii solului pentru aceste soluri apare în 2,5 până la 5YR, ceea ce indică faptul că culoarea acestor soluri este roșie sau brun-roșiatică. Loupi, Soka și Tungwei conțin cantități mari de fracțiune de argilă, în timp ce Tamshui și Pingchen constau în cea mai mare parte din fracțiune de nămol. Acestea fac parte din categoria argilei și, respectiv, a argilei nisipoase în clasificarea texturilor. Cu excepția Pingchen, toate solurile posedă o structură moderată. Tamshui și Tungwei au o structură granulară moderată și foarte fină; celelalte au o structură subangulară blocată și angulară blocată. Valorile pH () ale solurilor sunt de 4,85, 4,06, 4,02, 4,46 și 8,13 pentru Tamshui, Pingchen, Loupi, Soka și, respectiv, Tungwei. În mod evident, toate solurile sunt de natură acidă, cu excepția Tungwei. Diferența de pH (pHKCl-) prezintă o valoare negativă pentru toate solurile, ceea ce sugerează că sarcina dominantă de pe suprafața tuturor solurilor este negativă. Pe de altă parte, acest lucru indică, de asemenea, că o parte din situsurile de schimb au ioni de hidrogen. Acest lucru oferă o capacitate de schimb de anioni și diminuează valoarea pentru capacitatea de schimb de cationi. La pH 7, ionii de hidrogen au dispărut și, prin urmare, capacitatea de schimb cationic este o valoare umflată. În cazul Tungwei, valoarea pH-ului său aparține regiunii alcaline. Acest lucru se datorează faptului că acest sit conține cantități mari de carbonat de calciu și noduli de cochilie. Prin urmare, cationii schimbabili de Ca2+ și Mg2+ pentru Tungwei sunt de 9,28 și, respectiv, 8,73 (cmol kg-1). Această valoare este semnificativ mai mare decât cea a altor soluri lateritice, ceea ce indică faptul că valoarea ridicată a pH-ului pentru Tungwei a rezultat din cantitățile mari de Ca2+ și Mg2+.

4. Concluzii

În acest studiu au fost examinate cinci soluri lateritice formate din diferite materiale parentale din Taiwan pentru a înțelege proprietățile lor fizice, chimice și mineralogice. Rezultatele au arătat că materialele parentale joacă un rol important în timpul alterării solului. Compozițiile fizice, chimice și mineralogice afectează puternic formarea solului. Solurile lateritice Pingchen și Loupi au probabil un proces de meteorizare mai puternic, în timp ce Tungwei are o vârstă de formare a solului mai tânără. Cea mai mare diferență între toate solurile lateritice este conținutul lor de oxizi de fier. S-a constatat că solurile lateritice Tamshui și Tungwei au conținut magnetic de oxizi de fier. Magnetita și maghemitele sunt principalii oxizi de fier pentru Tamshui și, respectiv, Tungwei. Lepidocrocita a fost găsită doar în solurile lateritice Soka și o cantitate intermediară de goethit a fost determinată pentru solurile Loupi.

Conflict de interese

Autorul declară că nu există niciun conflict de interese în ceea ce privește publicarea acestei lucrări.

Recunoștințe