CHARAKTERISTIKA HUMUSOVÝCH LÁTEK U VYBRANÝCH PŮDNÍCH TYPŮ. Bakalářská práce

Transkript

1 MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA ÚSTAV AGROCHEMIE, PŮDOZNALSTVÍ, MIKROBIOLOGIE A VÝŽIVY ROSTLIN CHARAKTERISTIKA HUMUSOVÝCH LÁTEK U VYBRANÝCH PŮDNÍCH TYPŮ Bakalářská práce Brno 2008 Vedoucí bakalářské práce: RNDr. Ľubica Pospíšilová, CSc Vypracoval: Jakub Tokoš

2 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma:,, CHARAKTERISTIKA HUMUSOVÝCH LÁTEK U VYBRANÝCH PŮDNÍCH TYPŮ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Souhlasím, aby práce byla uložena v knižnici Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijným účelům. V Brně dne :

3 PODĚKOVÁNÍ Srdečně děkuji RNDr. Lubice Pospíšilové, CSc. za ochotu, cenné rady, připomínky a pomoc, kterou mi poskytla v průběhu zpracování bakalářské práce

4 ANOTACE Humínové kyseliny představují nejdůležitější součást humusových látek a přímo ovlivňují kvalitu a zdraví půdy.. V bakalářskej práci porovnáváme chemické a optické vlastnosti humínových kyselin vyizolovaných z různých půdních typů (černozem modální lokalita Bratčice, hnědozem modální lokalita Veverské Knínice a pseudoglej glejový - lokalita Kameničky). Rovněž jsme u vybraných půdních typů stanovili celkový obsah organického uhlíku a frakční složení humusu. Dále byl vypočítán poměr HK/FK a vyhodnocena kvalita humusových látek podle absorbance v UV-VIS oblasti spektra, fluorescence a enegiově disperzních rentgenových spekter (X - ray EDX spektra). Frakční složení humusu bylo stanoveno metodou krátké frakcionace podle Kononové Bělčikové. UV-VIS spektra a fluorescence humusových látek byla měřena ve směsi 0,1M pyrofosforečnanu sodného a 0,1M NaOH. Izolace čistých preparátů HK byla provedena podle standardní mezinárodní metody IHSS. HK byly dále analyzovány a bylo stanoveno jejich elementární složení a byl vypočítán poměr jednotlivých prvků v molekule. Poté jsme sestavili Van Krevelenův diagram. Výsledky demonstrují rozdíly chemických a optických vlastností HL a HK u jednotlivých půdních typů. Nejvyšší obsah HL a fluorescence byla zjištěna u pseudogleje glejového ale jejich kvalita byla velmi nízká. Nejvyšší kvalita HL byla zjištěna u černozemě modální zde humínové kyseliny obsahovaly nejvíce aromatických skupin, byly vysoce kondenzované a stabilní. X ray EDX spektra indikovaly přítomnost Fe, Ti, Ca, Cl, Cu, Zn, S a Si v molekule sledovaných HK. Key words: humínové kyseliny, černozem modalní, hnědozem modální, pseudoglej glejový - 4 -

5 ANOTATION: The predominant fraction of humic substances is fraction of humic acids, which play an important role in soil health and quality. In the diploma thesis we compared chemical and optical properties of humic acids isolated from different soil types (Modal Chernozem, Haplic Luvisol and Gleyic Stagnosol). We also followed total carbon content, fractional composition of humic substances and HA/FA ratio in selected soil types. Humic substances (HS) quality was estimated by UV-VIS spectral properties, by their fluorescence and by the energy dispesive X - ray (EDX) spectroscopy. Fractional composition was made according to short fractionation method according to Kononova Beltchikova method. Optical properties in UV-VIS range and fluorescence of HS were measured in the mixture 0,1M pyrophosphate sodium and 0,1M NaOH. Isolation of HA preparations was made according to the international standard method. HA were characterized by elemental composition and by the position in Van Krevelen diagram. Results showed differences in the HA chemical and optical properties in selected soil types. The highest content of humic substances was found in Gleyic Stagnosol but the quality was low. The highest HS quality, content of aromatic compound and condensation degree was found in Modal Chernozem. The highest HS fluorescence was measured in Gleyic Stagnosol. EDX spectroscopy showed presence of Fe, Ti, Ca, Cl, Cu, Zn, S a Si in HA molecule. Key words: humic acids, Modal Chernozem, Haplic Luvisol, Gleyic Stagnosol - 5 -

6 1. Úvod: Literární přehled Půdní organická hmota a její funkce v půdě Skupinové a frakční HL Frakční složení HL Humínové kyseliny Fulvokyseliny Hymatomelanové kyseliny Humín Izolace a separace preparátů HK Elementární složení HK UV-VIS spektra HL Synchronní fluorescenční spektra HL Energiově- disperzní rentgenová spektra HK Cíl práce Experimentální část Metody výzkumu Stanovení frakčního složení HL Izolace a separace HK

7 5. 3. Stanovení elementárního složení HK Stanovení UV-VIS spekter HL Stanovení fluorescenčních spekter Stanovení energiově-disperzních rentgenových spekter HK Výsledky a vyhodnocení Závěr Seznam literatury PŘÍLOHY

8 Seznam obrázku: Obrázek 1- Schéma Energiově disperzního spektrofotometru Obrázek 2-UV-VIS spektra černozemě modalní Obrázek 3- UV-VIS spektra sledovaných půdních typů Obrázek 4-Van Krevelenův diagram Obrázek 5-SFS spektra černozemě modalní Obrázek 6- EDX spektra černozemě a hnědozemě modalní Obrázek 7- UV-VIS spektra hnědozemě modalní Obrázek 8- SFS spektra hnědozemě modalní Obrázek 9- UV-VIS spektra pseudogleje glejového Obrázek 10- UV-VIS spektra různých půdních typů Obrázek 11-SFS spektra pseudogleje glejového Obrázek 12-SFS spektra HK u různých půdních typů Obrázek 13- EDX spektra pseudogleje glejového Seznam tabulek: tabulka 1-Vliv humusových látek na ostatní půdní vlastnosti ( Stevenson 1982) tabulka 2- Základní složky půdní organické hmoty podle Baldocka a Skjemstada tabulka 3- Průměrné hodnoty elementárního složení tabulka 4- Parametry přístroje Varian Cary Probe tabulka 5-Výsledky frakčního složení a Q 4/6 u sledovaných půdních typů tabulka 6- Elementární složení izolovaných HK u sledovaných půdních typů

9 1. ÚVOD: Půdní organická hmota (POH) představuje komplex heterogenních, polydisperzních, koloidních, organických látek, které dělíme na specifické (humusové) a nespecifické sloučeniny (Hatcher, 2003). Tyto se nachází ve volném stavu, nebo vázané ve formě organo-minerálních komplexů. Po chemické stránce humusové látky představují dusíkaté, organické, vysokomolekulární sloučeniny se složitou a neustále se měnící strukturou. Předpokládá se stejné elementární složení stavebních jednotek, ale různé uspořádání a množství vazeb v supramolekulách (Piccolo et al., 2002). Humínové kyseliny obsahují ve své molekule hodně uhlíku (46-61%), dusíku (3-6%). Obsah alifatických a aromatických skupin souvisí se zráním humusových látek, které spočívá v nárůstu stupně humifikace v souladu s podmínkami půdotvorného procesu.,, Mladé humínové kyseliny se v průběhu zrání mění na,, zralé, které se vyznačují vysokým obsahem karboxylových, alifatických a aromatických skupin a charakteristickým elementárním složením (Swift, 1996). Humusové látky jsou proto nejvýznamnější složkou půdy, která zásadním způsobem ovlivňuje vývoj půdy a současně působí na všechny půdní charakteristiky. Jejich kvalita látek je dána celou řadou ukazatelů (např. elementární složení humínových kyselin, poměr humínových a fulvokyselin (HK/FK), stupeň humifikace, barevné indexy, fluorescenční index apod.). Za nejdůležitější složku humusových látek považujeme humnové kyseliny, představují za nejhodnotnější produkt humifikace. Humínové kyseliny obecně považujeme za nejhodnotnější produkt humifikace. V nasyceném stavu jsou vysoce stabilní, odolné vůči mineralizaci a přímo ovlivňují všechny ostatní fyzikální, chemické a biologické půdní vlastnosti. Hrají rovněž nezastupitelnou roli v půdní hygieně. Proto je v současnosti jejich chemickému složení s struktuře věnována náležitá pozornost

10 2. LITERÁRNÍ PŘEHLED 2.1. Půdní organická hmota a její funkce v půdě Půdní organická hmota (humus) vzniká v procesu humifikace, který je součástí půdotvorného procesu. Přesto, že se právě studiu humifikace v minulosti věnovala celá řada odborníků, ještě dnes není možno poskytnout vyčerpávající charakteristiku humifikace a jejího mechanismu. Humifikace zahrnuje různé přeměny organických zbytků převážně biochemického charakteru. Mechanismem tohoto procesu jsou současně probíhající různé reakce hydrolýzy, rozkladu, oxidace i syntézy. Syntetická povaha humifikace vyplývá z faktu, že humusové látky mají podstatně komplikovanější stavbu a vyšší molekulovou hmotnost než humusotvorný materiál. Pro každý půdní typ je charakteristické množství a kvalitativní složení humusu s příslušným humusovým režimem a jeho rozmístění v půdním profilu. Vlastní humifikace, při níž se tvoří pravý nebo také vlastní humus, je převážně procesem anaerobním. Je to soubor pochodů mikrobiologických, převážně enzymatických a biochemických, při nichž se z meziproduktů rozkladu organické hmoty tvoří nové látky, označované souborně jako humínové (Sotáková, 1982, Prax, 1995). Podle některých autorů je humifikace rostlinných zbytků tvorbou humusových látek, která se uskutečňuje v podmínkách vysoké biologické aktivity především půdních mikroorganismů. Tyto zabezpečují rozklad organických zbytků na jednodušší sloučeniny, z nichž část (strukturní jednotky ligninu, tříslovin apod.) může plnit funkci základních stavebních jednotek molekul humusových látek. Kromě toho mikroorganismy re-syntézou a výměnou látek zabezpečují tvorbu sloučenin, které se jako strukturní jednotky mohou podílet na stavbě humusových látek (aminokyseliny, proteiny, amino-cukry a různé aromatické sloučeniny). Z většiny názorů na humifikaci vyplývá, že je to proces biochemický, ve kterém hrají rozhodující roli půdní živočichové a mikroorganismy. Vysoká, ale i nedostatečná biologická aktivita půd nepodporují akumulaci humusu. Obsah a složení humusu patří k nejdůležitějším vlastnostem půdy na kterých závisí produkční i mimo produkční funkce půdy. Větší část půdní organické hmoty (POH) je v průběhu roku velmi dynamická jak po kvantitativní tak i po kvalitativní stránce a proto je sledování těchto změn zejména v dlouhodobých pokusech velmi důležité. Podle Pospíšila (1980) má POH přímý vliv na zadržování vody v půdě (retence), na půdní strukturu agregaci, na termický režim, na biologickou aktivitu

11 půdy, na sorpční komplex, na živinný režim. Mezi humusovými a minerálními látkami existují četné interakce, jako jsou vazby na humusových kyselin, vazby jednotlivých kationtů (iontové, chelátové), komplexy s jílovými koloidy a sorpce různých látek na povrchu HL a proto půdní organická hmota plní i další důležité sanitární funkce. Stevenson (1982) uvádí následující funkce půdní organické hmoty viz Tab. č

12 tabulka 1-Vliv humusových látek na ostatní půdní vlastnosti ( Stevenson 1982) VLASTNOST EFEKT VÝSLEDEK Barva tmavé zbarvení povrchu vliv na tepelný režim Retence vody pojme 20x více vody než váží vliv na vodní režim Reakce s jílovými tmelení agregátů vliv na vzdušný režim, minerály pórovitost a strukturu Chelatace vznik chelátových komplexů vliv na dostupnost živin (Cu, Mn, Zn) Rozpustnost ve vodě téměř nerozpustná nízké ztráty louhováním Tlumící schopnost tlumí výkyvy půdní reakce vliv na půdní reakci Výměnná schopnost výměna iontů vliv na sorpční schopnost Mineralizace uvolnění živin vliv na výživu rostlin Reakce s organ. hygienická funkce, bioaktivita látkami a persistence odbourávání škodlivin a pesticidů

13 2. 2. Skupinové a frakční HL Skupinové složení humusových látek Podle prací Odena (1919) a Tjurina (1951) dělíme humusové látky (HL) na různě kondenzované a v půdě vázané skupiny (frakce). První frakce tzv. volná frakce HK a FK se získá extrakcí slabým louhem za studena. Druhá frakce HL se získá extrakcí po dekalcinaci ( = odstranění karbonátů) ze vzorku. Třetí frakce HL je pevně vázaná na minerální podíl půdy. Kononová (1963) doplnila toto rozdělení a vyčleňuje tyto tři základní skupiny HL podle způsobu vazby na minerální podíl: volné HL (poměr HK/FK menší než 1) HL vázané s pohyblivými hydráty (R 2 O 3 ) HL vázané na minerální podíl (Ca 2 +, Mg 2+ ) Podle Ponomarjové (1975) dělíme HL na skupiny podle chemických vlastností a podle formy vazby na minerální podíl následovně: látky rozpustné v alkoholu (lipidy) nespecifické sloučeniny a část HL uvolňujících se z půdy při dekalcinaci. Volné HK a FK rozpustné v 0,1M NaOH bez předchozí dekalcinace HK a FK vázané na vápník a pohyblivé sesquioxidy HK a FK pevně vázané na minerální část půdy humíny (tj. nerozpustný nehydrolyzovatelný zbytek POH) Podle posledních výzkumů jak uvádí Baldock a Skjemstad (2000) se půdní organická hmota skládá z následujících složek (Tab. č.2 ):

14 tabulka 2- Základní složky půdní organické hmoty podle Baldocka a Skjemstada Složka organické hmoty Definice Nerozložené části rostlinných a živočišných tkání a produkty jejich Organické zbytky částečného rozkladu Půdní biomasa Humus Půdní organická hmota Huminové látky Nehuminové látky Humin Huminové kyseliny Fulvokyseliny Hymatomelanové kyseliny Organická hmota tvořená živými mikrobiálními tkáněmi Všechny organické látky v půdě, kromě nerozložených rostlinných a živočištných tkání, produktů jejich částečného rozkladu a půdní biomasy Soubor všech neživých látek nacházejících se na povrchu půdy nebo v ní Řada vysokomolekulárních hnědě nebo černě zbarvených látek, které vznikly sekundárními syntetickými reakcemi Látky patřící do známých biochemických tříd, jako aminokyseliny, uhlovodíky, tuky, vosky, pryskyřice a organické kyseliny Frakce humusu (půdní organické hmoty) nerozpustná v alkalickém roztoku Tmavě zbarvený organický materiál nerozpustný ve zředěných kyselinách Světleji zbarvený organický materiál, který zůstává v roztoku po vysrážení huminových kyselin po okyselení Část huminových kyselin rozpustná v alkoholu

15 Frakční složení HL Pod frakčním složením rozumíme podle Kononové Bělčikové (in Orlov, 1985) rozdělení HL na specifické humusové látky, nespecifické humusové látky a na meziprodukty rozkladu. K nespecifickým humusovým látkám řadíme (peptidy, cukry, lipidy, celulóza a pod). Tyto hrají velkou roli hlavně jako zdroj energie pro půdní mikroorganismy a podle nich posuzujeme biologickou aktivitu půdy. K meziproduktům rozkladů řadíme látky produkované mikroorganismy např. pigmenty. Mezi specifické HL řadíme: Humínové kyseliny Fulvokyseliny Hymatomelanové kyseliny Humín Humínové kyseliny Patří mezi vysokomolekulární organické sloučeniny s cyklickou stavbou a vlastnostmi kyselin. Hlavními stavebními prvky jsou: C, H, N, O, S. Humínové kyseliny (HK) jednotlivých půdních typů nacházejících se v různých klimatických podmínkách mají poměrně rozdílné elementární složení. Jako heterogenní, polydisperzní sloučeniny představují dvou-komponentní soustavu, skládající se z aromatického jádra a alifatických periferních řetězců, které obsahují různé funkční skupiny. Nejvyšší význam se připisuje tzv. kyselým iontogenním skupinám COOH a OH, podle kterých se určuje stupeň zrání HK. Jeden z hlavních znaků postupujícího procesu humifikace je postupně se zvyšující obsah COOH a současně se snižující obsah fenolových OH funkčních skupin. Z ostatních funkčních skupin má význam posouzení metoxylových skupin OCH 3. Pravděpodobně se vyskytují v nevyzrálých HK. Humínové kyseliny různých půdních typů jsou kombinací frakce s těmito průměrnými hodnotami molekulových hmotností: , , , a až (Orlov, 1974, Sotáková, 1982). Molekulová hmotnost HK je vyšší v mladých produktech humifikace a u různých půdních typů se postupně snižuje od podzolů k černozemím. Dále se vyznačují specifickými ukazateli složení, stavby a vlastností podle původu humusového materiálu i podle typu půdotvorného procesu. Zákonitě se mění od počátečních fází humifikace

16 čerstvých rostlinných zbytků u podzolových půd k vyzrálým HK černozemí. V tomto pořadí se mění i znaky a vlastnosti, zejména optická hustota, hydrofóbnost a hydrofilnost, sklon ke koagulaci, či peptizaci, rozpustnost a tvorba organo-minerálních sloučenin. Všechny tyto ukazatele indikují významný podíl HK na vývoji půd a na přímý vliv HK na půdní úrodnost (Sotáková, 1982) Fulvokyseliny Fulvokyseliny (FK) obsahují 40-52% uhlíku, 4-6 % vodíku, % kyslíku, 2-6% dusíku ve své molekule. Jejich molekulová hmotnost se pohybuje od 3000 do Na rozdíl od HK se liší jednodušším složením makromolekuly, ale i celkovým složením. Jsou žluté až hnědé barvy, vysoce pohyblivé v půdním profilu. Dobře jsou rozpustné ve vodě, minerálních kyselinách, louzích a roztocích hydrolyticky zásaditých solích. Vodní roztoky FK jsou silné kyseliny s ph od 2,6 do 2,8. Kyselý charakter je dán především karboxylovými skupinami. FK proto působí agresivně na minerální podíl a ochuzují ho o živiny a koloidní látky. U kvalitních půd je proto jejich obsah vždy menší než obsah HK Hymatomelanové kyseliny Pojem hymatomelanové kyseliny zavedl Hoppe-Seyber (cit.orlov, GRIŠINA 1981) a označil tak látky, které se izolují z nově vytvořených humínových kyselin alkoholem. Podle Tjurina (cit.orlov, GRIŠINA 1981), hymatomelanové kyseliny představují složitou směs látek, které mohou vznikat z humínových kyselin. Ve své molekule obsahují OCH 3, -COOH, -OH skupiny a charakteristický je pro ně vysoký obsah uhlíku (více jak 60%). Vznikají při syntéze rozložitelných organických zbytků, ale i při oxidačně-redukčním rozkladu humusových látek, za přítomnosti kyslíku a vlhkosti. Předpokládá se, že hymatomelanové kyseliny nejsou samostatná skupina humusových látek, ale v alkoholu rozpustná frakce humínových kyselin

17 Humín Humíny představují nerozpustný, nehydrolyzovatelný zbytek půdní organické hmoty. Je extrahován ze zbytku původní zeminy, která se nejdříve promyje destilovanou vodou do neutrálního ph a poté se extrahuje 10% HF Izolace a separace preparátů HK V současnosti existuje několik různých metod izolace a separace preparátů HK z půdy. Např. F. J. Stevenson ( 1982 ) a M. B. H. Hayes ( 1985, 2001 ) uvádí, že byly vyzkoušeny mnohé z extrakčních činidel od silných alkálií až po mírné organické činidla (např. NaOH, Na 2 CO 3, Na 4 P 2 O 7, NaF, acetylaceton, 8-hydrochynolin, kyselina mravenčí, směs aceton- voda + HCl ). Každé extrakční činidlo má svoje výhody a nevýhody, ale vlastnostmi ideálními nedisponuje žádné z nich. Důležitou součástí postupu izolace a separace HK je jejich vysrážení z tmavého alkalického extraktu zředěnou minerální kyselinou (10% HCl). FK zůstávají dále v roztoku. Vysrážené HK čistíme opakovaným rozpouštěním v roztoku NaOH a opakovaným srážením kyselinou, tak aby byly porušeny fyzikální, ne však kovalentní vazby a odstranili jsme různé soli, kovy, lipidy, polysacharidy, mastné kyseliny apod. Preparáty HK se suší při velmi mírných teplotách (HK do 50 C ). Vysušené a na prášek rozdrceny preparáty se nakonec podrobí dalšímu chemickému rozboru. V poslední době se pro izolaci FK užívají různé hydrofóbní gely (např. Sephadex, XAD - 2, XAD - 8 ), které mají slušnou perspektivu. (Stevenson, 1982, Hayes, 1985, 2001, Swift, 1996, Piccolo et al., 2002 ). Postupuje se tak, že tmavý roztok v kterém jsou rozpuštěny FK se nechá sorbovat na Sephadexu G 50 (resp. jiném vhodném hydrofóbním gelu, nebo na aktivním uhlí). Sorbované FK se z gelu zpětně desorbují, suší při 30 C a vymražené se uchovávají pro další analýzy. Ideální extrakční metoda by měla splňovat určitá obecná kriteria: měla by vést k izolaci neznámého preparátu ze substrátu extrahované HK by měly být zbaveny anorganických nečistot (jíl, polyvalentní kationty) měla by být použitelná pro všechny typy půd

18 V této práci jsme použili standardní mezinárodní metodu IHSS- International Humic Substances society pro extrakci a izolaci HK. Podrobný popis metody bude uveden v kapitole Materiál a metody Elementární složení HK Základní charakteristikou HK je stanovení jejich elementárního složení tj. obsahu C, H, N a O v molekule. Elementární analýza dokáže odhalit zvláštnosti humifikace v půdě a je také důležitá pro zdůvodnění vztahu přírodních organických sloučenin k skupině humusových látek. K určení elementárního složení HK se používají automatické elementární analyzátory. Preparáty HK pro danou analýzu musí být v práškovém stavu, vysušeny, rozdrceny v achátové misce a s minimálním množstvím popelovin. Výsledky analýzy se korigují na procento zastoupení popelovin na vlhkost vzorku. Samotné stanovení je poměrně rychlé a vyžaduje minimální množství vzorku HK (pár miligramů). K určení jednotlivých prvků a získáni představy o struktuře molekuly HK nám slouží vypočítané atomové poměry jednotlivých prvků (C/H, C/O, C/N). Čím jsou poměry vyšší, tím větší roli plní atomy uhlíku ve složení molekulové struktury. Zvýšení atomových poměrů ukazuje na růst benzoidních fragmentů a snížení úrovně alifatických bočných řetězců v molekule HK. Podle jednotlivých poměrů posuzujeme rozvětvenost bočných řetězců, stupeň oxidace a roli dusíku při tvorbě humusových látek. Velikost atomového vztahu C/H závisí na typu složení molekuly a rozvětvenosti bočných řetězců. Čím více jsou zastoupeny vodíkové atomy, tým je menší počet skupin CH-, =CH-, =CH 2, -CH 3, a tým vyšší je poměr C/H. Velikost atomového poměru C/O závisí na stupni oxidace sloučenin a zmenšuje s růstem počtu karboxylových, fenolových, hydroxylových a chinonových skupin obsahujících kyslík. Podle D. Van Krevelena (1950) atomový poměr H/C označuje třídu uhlovodíku. Poměr H/C větší než 2 je pro parafíny, H/C= 1,5-2 pro cykloparafíny, H/C menší než 1 pro aromatické uhlovodíky. Pro HK je charakteristický poměr H/C od 0,6-1. Poměr < 1 ukazuje na převládání aromatických struktur v molekule. Atomové poměry nám tedy umožňují řešit některé otázky mechanizmu transformace určitých skupin HL jak uvádí Kumada (1987), Orlov (1985) a Hayes (1985, 2001). Průměrné hodnoty elementárního složení a funkčních skupin humnových kyselin a fulvokyselin podle Schnitzera, 1977 je v tabulke č

19 tabulka 3- Průměrné hodnoty elementárního složení Prvek (%) HK FK C 56,2 45,7 H 4,7 5,4 N 3,2 2,1 O 35,5 41,8 S 0,8 1,8 Funkční skupiny (meq/100g) HK FK Celková kyselost 6,7 10 Karboxyl.sk 3,6 8,2 Fenol. Sk. 3,9 3,1 Alkoholová sk. 2,6 6,1 Chinonová sk. 2,9 2,7 Ketonová sk. 2,9 2,7 OCH sk. 0,6 0,8 Q4/6 4,8 9,6-19 -

20 2. 5. UV-VIS spektra HL Nedegradační techniky studia vlastností HL zahrnují především spektrofotometrická stanovení v různých oblastech spektra. Nejčastěji jsou využívány UV-VIS spektra, FTIR (= infračervené spektra s Fourierovou transformací), fluorescenční spektra, rentgenová spektra a spektra nukleomagnetická resonance. Předností těchto metod je především malá navážka vzorku a sledování chemických vlastností bez větších deformací struktury. Stanovení v UV-VIS oblasti spektra je založeno na přímém vztahu mezi absorbancí a koncentrací. Platí zde Lambert Beerův zákon o empirickém vztahu mezi intenzitou absorpce monochromatického záření po přechodu kyvetou o stanovené tloušťce, ve které se nachází měřený roztok dané, nebo zjišťované koncentrace: A = log Io /I = log 1/T = E.C.L Kde : A = absorbance (optická hustota) Io = intenzita záření před vstupem do kyvety I = intenzita záření po přechodu kyvetou T = transparence E = molární extinkční koeficient C = molární koncentrace L = mocnost kyvety

21 Při praktickém měření ovšem zjišťujeme, že především při větších koncentracích dochází k odchylkám od předpokládané lineární závislosti absorbance na koncentraci (A C). Odchylky mohou být chemického nebo fyzikálního charakteru (např. rovnováha v roztocích, koncentrace dané látky apod.). Pokud chceme určovat strukturu molekul HL z ultrafialových a viditelných spekter tak musíme v elektronových spektrech vyhledat absorpční maxima (pásy) a přiradit jim podle vlnové délky maxim. jednoduché chromofory. Poloha pásu chromoforu na ose vlnových délek není stála, ale závisí na přítomnosti dalších chromoforů. Pro interpretaci spekter jsou proto neodmyslitelné modelové sloučeniny.významnou roli má ultrafialová spektroskopie při posuzovaní povahy a rozsahu konjugace. Počet vazeb se tudíž velmi citlivě odráží ve spektru, které informuje o rozsahu konjungace lepší než spektrum infračervené. Měřící uspořádání pro ultrafialovou a viditelnou oblast je založeno na měření množství absorbovaného světla, které prochází vzorkem. Jako zdroj záření se používá deuteriová výbojka pro ultrafialovou oblast a wolframová, nebo xenonová lampa pro viditelnou oblast. Optická je soustava představena monochromátorem, který rozkládá spojité záření, takže natáčením disperzní soustavy monochromátoru vychází z výstupní štěrbiny monochromatické záření. Disperzní soustava je tvořena z hranolů, mřížky nebo jejich kombinací. Za monochromátorem je kyveta s měřeným roztokem a za ním detektor záření. Jako detektory se používají fotoelektrické násobiče, nebo články. U nás se nejčastěji používal jedno-paprskový spektrofotometr SPEKOL (VEB C. Zeiss- Jena). K novějším modelům patří UV- VIS spektrometry firmy VARIAN CARY (Varian Associates), který používá dvojitý hranolový monochromátor Littrowova typu s 30 stupňovými hranoly. Přístroj je vybaven rotačním sektorovým zrcadlem, které střídavě odráží paprsky do referenční a měřící kyvety, a ty potom střídavě dopadají na detektor. Spektra se registrují na registračních spektrofotometrech. K optické kompenzaci se používají různé typy lineárních a logaritmických clon. Podrobné parametry UV-VIS spektrofotometru VARIAN CARY 50 PROBE, který jsme použili v této práci budou uvedeny dále

22 2.6. Synchronní fluorescenční spektra HL Mezi elektronová spektra patří i spektra fluorescenční. Levesque (1972) uvádí, že HK mají intenzivní fluorescenci v širokém rozsahu vlnových délek a fluorescenční píky souhlasí se stupněm disociace HL. Rozlišujeme synchronní, emisní a excitační fluorescenční spektra. Fluorescence vzniká při ozáření některých látek ultrafialovým zářením a toto viditelné záření s delší vlnovou délkou označujeme jako luminiscenci, fluorescenci nebo fosforescenci. Jak uvádí Kalous (1987) fluorescence vzniká jako vibrační relaxace a není spojena s vyzařováním energie. Molekula ve stave S 0/2 (excitovaný elektronový stav S 2, základní vibrační hladina O ) má tři možnosti, jak dále ztratit energii: Další srážkou, tj. nezářivým přechodem, může přejít do základního elektronového stavu S 0. Zářivým přechodem se může vrátit do základního elektronového stavu S 0. Velmi rychlým pochodem, tzv. vnitřní konverzí (IC- internal conversion), může přejít do singletového stavu S 1 a to do jeho odpovídající vibrační hladiny. Potom opět vibrační relaxace odevzdá molekula svému okolí nadbytek vibrační energie a klesne do stavu S 0/1 (tj. fluoreskuje) Ze stavu S 0/1 může excitovaná molekula mimo jiné přejít do metastabilního tripletového stavu T, a to mezi - systémovým přechodem (intersystem crossing ISC) molekula přejde opět nezářivým přechodem do stavu T 0/1, z něho vyzářením fotonu fosforescenčního záření přejde do základního elektronového stavu S 0. Označení singletový a tripletový stav souvisí se spinem elektronů, a tedy s multiplicitou. V základním stavu nejsou přítomny nepárové elektrony (jejich počet je n= 0), tj. spiny elektronů jsou vykompenzovány. Po absorbci fotonu s určitou energií se spin elektronu nemění, a tak celkový spin zůstává nulový. Nejčastěji jde o elektrony π s párovaným spinem. Jeden z nich zůstává v základním stavu a druhý přechází do excitovaného metastabilního stavu. Jak přejde molekula do excitovaného metastabilního stavu, migrující elektron změní svůj spin a v molekule jsou dva nepárové elektrony (jeden v základním stave, druhý v excitovaném stave T ). Podmínkou vzniku fluorescence je

23 teda absorbce ultrafialového, nebo viditelného záření, které poskytují především sloučeniny s konjugovanými dvojnými vazbami, např. aromatické uhlovodíky. Největší účinek mají uhlovodíky s rigidní i tuhou strukturou, tvořenou několika cykly. Fluorescenci pozorujeme např. u humusových látek, naftalenu, athracenu, benzpyrenu apod. Fluorescenci často zesilují určité substituenty, tzv. chromofory, nebo fluorogeny. Patří mezi ne především elektron-donorové substituenty ( - OH, -NH 2, -OCH 3, -CN ), které zvyšují pravděpodobnost přechodu mezi nejnižším singletovým stavem a stavem základním. K absorbci a emisi záření dochází právě na těchto chromoforech, tzv. fluorogenech.. Ostatní části molekuly pouze chrání tuto skupinu před nárazy ostatních molekul, a tím braní její deaktivaci. Jako v mnoha jiných případech je třeba i při měření fluorescence pracovat při doporučeném ph. Vliv ph může být výrazný, nebo při interakci molekuly s ionty vodíku se mohou měnit náboje částic 2.7. Energiově- disperzní rentgenová spektra HK Pomocí energiově - disperzní spektrofotometrie můžeme zjistit okamžitý obsah prvků v molekule humínové kyseliny. Princip energiově-disperzní metody je uveden podrobně v práci Černohorský a kol.(1997). U energiově - disperzního spektrometru přebírá funkci monochromátoru přímo detektor (schéma č. 1). Do detektoru dopadají fotony vzbuzeného charakteristického záření současně a k jejích rozlišení se využívá proporcionálních vlastností detektorů. Detektor musí mít dobrou rozlišovací schopnost, proto se používají Si (Li) detektory s vysokou rozlišovací schopností a velmi rychlým sběrem náboje ( ns)

24 Obrázek 1- Schéma Energiově disperzního spektrofotometru Kde: 1. Rentgenová trubice 2. vzorek 3. detektor 4. předzesilovač 5. zesilovač 6. multikanálový analyzátor 7. počítač 8. obrazovka 9. tiskárna

25 Tyto přístroje dokážou produkovat napěťové impulsy, jejichž velikost je úměrná energii dopadajících fotonů. Ty se zesilují v předzesilovači a zesilovači a dále jsou zpracovány multi- kanálovým analyzátorem. (MCA), který dokáže třídit polychromatické impulsové spektrum do jednotlivých kanálů podle jejich velikosti. V jednotlivých kanálech je zaznamenávána četnost impulsů. Vznesením četnosti impulsů v závislosti na jednotlivých kanálech pak dostáváme energetické spektrum. Polohy kanálu definují vlnovou délku a četnost impulsů intenzitu záření o příslušné energii. Máme pak vždy analýzu kompletního rentgenofluorescenčního spektra. Energiově- disperzní spektrofotometry je možné rozdělit do dvou základních kategorií. Na přístroje s buzením rentgenkou a na přístroje pro radionuklidovou rentgenofluorescenční spektrofotometrii (RRFA)

26 3. CÍL PRÁCE Cílem práce bylo charakterizovat chemické a optické vlastnosti humusových látek a humínových kyselin u vybraných půdních typů. Byly vybrány tyto hlavní půdní typy: černozem modální (lokalita Bratčice) hnědozem modální (lokalita Veverské Knínice) pseudoglej glejový (lokalita Kameničky) Odběry vzorků byly provedeny z ornice (0 20cm) na výše uvedených lokalitách a byly sledovány jsme tyto chemické a optické vlastnosti humusových látek a humínových kyselin: Frakční složení HL Elementární složení HK Van Krevelenův diagram atomových poměrů HK UV-VIS spektra HL Barevné indexy a zralost HK SFS spektra HL Energiově - disperzní retgenová spektra HK

27 4. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST Popis sledovaných lokalit Půdní vzorky byli odebrány z humusového horizontu lokalitách: (0 20cm) na těchto Lokalita Bratčice: Poloha: jižně od Brna, mírně zvlněná rovina Nadmořská výška: 250 m n. m. Rostlinný pokryv: orná půda, porost ječmene Hladina podzemní vody: nedosažena Půdní typ: černozem modální, varieta karbonátová, hlinitá na karbonátové spraši Podrobný popis je uveden v příloze č. 1 Lokalita Veverské Knínice Poloha: západně od Brna, směrem k Podkomorské myslivně, mírně zvlněná rovina Boskovické brázdy Nadmořská výška: 320 m n. m. Rostlinný pokryv: orná půda, porost kukuřice Hladina podzemní vody: nedosažena Půdní typ: hňedozem modální, hlinitá, na karbonátové spraši Podrobný popis je uveden v příloze č.2 Lokalita Kameničky Poloha: jižní úpatí Vojtěchova kopce Nadmořská výška: 630 m n. m. Rostlinný pokryv: kosený trvalý travní porost Hladina podzemní vody: nedosažena Půdní typ: pseudoglej glejový, písčitohlinitý, na polygenetických hlínách s eolickou příměsí Podrobný popis je uveden v příloze č

28 5. METODY VÝZKUMU 5.1. Stanovení frakčního složení HL Stanovení frakčního složení HL bylo provedeno metodou krátké frakcionace podle Kononové Bělčikové (1963). V prvním kroku se děje rozdělení humusu na skupiny, které se od sebe liší svými vlastnostmi a formami vazeb na minerální podíl půdy. Princip stanovení frakčního složení (tj. zjištění obsahu veškerých HL, HK a FK) spočívá v rozrušováni stabilních složenin humátů vápenatých, hořečnatých (resp. železnatých a hlinitých) pufrovaným roztokem pyrofosforečnanu sodného (0,1 M, ph =13). Přitom dochází k tvorbě nerozpustných sloučenin pyrofosfátu Ca, Mg, Al, Fe, a uvolnění rozpustných humátů sodných, které sou extrahovány ze vzorku. Vhodným postupem (srážením a odstřeďováním) jsou dále veškeré HL rozděleny na HK a FK. Ze zjištěných hodnot se vypočítá poměr HK/FK. Stanovení frakčního složení bylo postupně modifikováno a doplněno podle Hayese (1985, 2001) a Podlešákové et al. (1992 ) Izolace a separace HK K izolaci HK byla použita standardní mezinárodní metoda IHSS (International Humic Substances Society), která vychází z laboratorních zkušeností a je univerzální pro různé typy půd. Jako extrakční činidlo se používá 0,1 M NaOH, jehož extrakční účinnost je 80%. Jak bylo uvedeno dříve, žádná metoda není dokonalá a také při použití uvedené metody dochází k nežádoucím změnám jako je např. rozpouštění křemíku z minerálního podílu půdy, který kontaminuje organické frakce HL. Rovněž může přijít k rozpouštění protoplazmy čerstvých organických zbytků, které se mísí s humifikovanými organickými látkami a takto se kontaminují HL. Získaný preparát HK se opakovaně čistí směsí kyselin HCl + HF, resp. se dočišťuje dialýzou proti destilované vodě a poté se lyofilizuje. V poslední době se k čištění využívají i různé druhy pryskyřic, které mají slibnou perspektivu. Podrobný postup stanovení je uveden v příloze č

29 5. 3. Stanovení elementárního složení HK Základním krokem při stanovení elementárního složení HK je kvantitativní C, H, N analýza. Je nevyhnutná pro zdůvodnění vztahu přírodních organických sloučenin ke skupině humusových látek a rovněž odhaluje zvláštnosti humifikace. V současnosti se používají automatické elementární analyzátory. Preparáty HK v práškové formě, vysušené, s minimálním množstvím popelovin, rozdrcené v achátové misce jsou analyzovány na obsah jednotlivých prvků (C, H, N, O). Následní výpočty atomových poměrů prvků (např. C/H, C/O, C/N) a poloha v diagramu podle Van Krevelena slouží k upřesnění struktury a chemických vlastností HK. Konkrétní vypočítané poměry jednotlivých prvků ukazují na celkové množství uhlíku v molekule na jeden atóm vodíku, kyslíku a dusíku. Vyšší čísla indikují vyšší počet benzoidních fragmentů a nižší počet alifatických bočních řetězců. Rovněž mohou charakterizovat rozvětvenost bočních řetězců, stupen oxidace a úlohu dusíku při tvorbě humusových látek. Poměr H/C charakterizuje třídu uhlovodíků.když je poměr H/C větší než 2 jedná se o parafíny, H/C = 1,5-2 cykloparafíny a poměr H/C menší než 1 indikuje aromatické uhlovodíky. Elementární složení HK nám tak umožňuje lépe poznat stav humifikace a samotné chemické složení a strukturu HK. Elementární analýza HK byla provedena na Ústavu struktury a mechaniky hornin AVČR v Praze, na elementárním analyzátoru CHNS/O- Thermo Finnigan

30 5. 4. Stanovení UV-VIS spekter HL Hlavní využití UV - VIS spekter je při zjišťování barevného indexu Q4/6 a tzv. barevné křivky. Postup stanovení Q4/6 a barevných křivek vychází z mezinárodní metody IHSS. Barevný index Q 4/6 byl stanoven jako poměr absorbance při vlnové délce 465 a při 665 nm. Humínové kyseliny u velmi kvalitních půd jako jsou černozemě a hnědozemě mají zpravidla nízké hodnoty barevného indexu Q 4/6 a ty se pohybují mezi hodnotou 3-4. u fulvokyselin jsou hodnoty barevného indexu Q4/6 naopak vysoké (9-10). Měření UV-VIS spekter a výpočty barevného indexu byly provedeny na spektrometru VARIAN CARY PROBE 50 v intervalu od nm po 1 nm. Parametry spektrometru VARIAN CARY PROBE 50 jsou uvedeny v tabulce č. 4 Spektra humusových látek jsme měřili ve směsi 0,1 M pyrofosforečnanu sodného a 0,1 M NaOH. Kromě zmíněných barevných indexů jsme podle Kumadu ( 1987) hodnotili zralost HK následovně: Typ A: přestavuje HK s vysokým stupněm humifikace ( log K do 0,6 ). HK sou vysoce stabilní, vysoká molekulová hmotnost, stupeň kondenzace a aromatických skupin Typ B: HK s hodnotou kvocientu log K od 0,6-0,8 s nižší molekulovou hmotností a nižším stupněm humifikace. Typ Rp: Představuje HK s hodnotou log K od 0,8-1,10. Obsahuje HK s nejnižší molekulovou hmotností a nejnižším stupněm humifikace a s vysokým podílem alifatických skupin. Barevné křivky a indexy v UV VIS oblasti spektra mohou ovšem pouze z části charakterizovat strukturu, typy vazeb v molekule, stupeň kondenzace a disperzitu u HK. Proto jsme dále humusové látky studovali s použitím fluorescenční a energiově disperzní rentgenové spektroskopie

31 tabulka 4- Parametry přístroje Varian Cary Probe 50 Přístroj CARY 50 Verze přístroje 3 Start (nm) 700 Stop (nm) 300 X Mode Nanometry Y Mode Absorbance UV-VIS scenovací rychlost (nm/min) 1200 UV-VIS interval měření dat (nm) 1 UV-VIS průměrný čas (sec.) 0,05 Optický režim Dvojitý paprsek Základní korekční linie ANO Cyklický režim NE

32 5. 5. Stanovení fluorescenčních spekter Jak bylo uvedeno již dříve rozlišujeme synchronní, emisní a excitační fluorescenční spektra. Synchronní fluorescenční spektroskopie (SFS) vznikají při ozáření některých látek ultrafialovým zářením a toto viditelné záření s delší vlnovou délkou označujeme jako luminiscenci, fluorescenci nebo fosforescenci. V práci jsme měřili synchronní fluorescenční spektra (SFS) humusových látek černozemě modalní, hnědozemě modalní a pseudogleje glejového ve směsi 0,1 M pyrofosforečnanu sodného a 0,1m NaOH. Byl použit spektrofluorimetr AMINCO BOWMAN Series 2, při nastavení λ=20 nm v oblasti nm. Meření byla provedena na Ústavu fyzikální a spotřební chemie, VUT v Brně a děkujeme Mgr. N. Fasurové Ph.D Stanovení energiově-disperzních rentgenových spekter HK Rentgenofluorescenční spektra jsme měřili na přístroji Xepos (Spectro APS). Pro energiově - disperzní rentgenové spektrometry je charakteristické, že rádionuklidový zdroj i detektor je možné umístit velmi blízko vzorku, takže ztráty záření jsou minimální a další výhodou je snížení spojitého pozadí a zlepšení detekčních limitů na úroveň srovnatelnou se sekvenčními vlnově - disperzními spektrometry. Tyto nejmodernější rentgenové spektrofotometry používají k buzení polarizované záření vzniklé ozařováním vhodného (např. molybdenového) terče zářením rentgenky. Naše vzorky HK preparátů byly měřeny na molybdenovém terčíku. Tato meření byla provedena v celní laboratoři v Bratislavě

33 6. VÝSLEDKY A VYHODNOCENÍ Černozem modální (lokalita Bratčice) Černozem modální patří k našim nejúrodnějším půdám. Ve frakčním složení převládaly humínové kyseliny nad fulvokyselinami. Poměr HK/FK byl vysoký dosahoval hodnoty 4 což indikuje vysokou kvalitu HL. Stupeň humifikace byl střední (22%). Výsledky frakčního složení HL černozemě modální jsou uvedeny v tabulce č. 5. UV-VIS spektra HL u černozemě modální vykazovaly největší absorbanci ze všech sledovaných vzorků což indikuje vysokou kvalitu HL. Barevná křivka HL černozemě modální je uvedena na obrázku č. 2. Barevný index Q 4/6 byl nízký (3) a indikoval vysokou kvalitu HL (tabulka č.5 ). Zralost HK byla posuzována podle Kumadu (1987) a HK černozemě modální řadíme do skupiny A kde hodnota log K je 0,60. Tato skupina HK je ve srovnání s ostatními skupinami nejstabilnější, má vysoký obsah aromatických skupin, vysoký stupeň kondenzace a vysokou molekulovou hmotnost. Porovnání barevných křivek HL u sledovaných půdních typů je uvedeno na obrázku č.3. Elementární složení HK u černozemě modální ukazuje na vysoký obsah uhlíku ( 40,88 atom.%) a vysoký obsah kyslíku (29 atom%). Pro izolované HK byl charakteristický vysoký poměr C/H. Což nám indikuje, že v molekule HK převládají aromatické uhlovodíky. Poměr O/H vyjadřuje index oxidačního stupně HK a dosahuje středních hodnot (viz. tabulka č.6 ). Poloha v diagramu Van Krevelena charakterizuje probíhající chemické procesy v molekule HK, jedná se o procesy oxidace a hydrogenace ( viz. Van Krevelenův diagram obrázek č.4). Synchronní fluorescenční spektra HL černozemě modální (obrázek č. 5 ) mají vysoké hodnoty fluorescence což indikuje vysoký obsah aromatických skupin, vysokou stabilitu a stupeń kondenzace HK. Potvrzují to i výsledky elementární analýzy a předchozích měření v UV-VIS oblasti spektra. Energiově disperzní rentgenová spektra naměřena na rentgenofluorescenčním spektrometru Xepos (Spectro APS) jsou uvedena na obrázku č. 6. Spektra ukazují na vysoký obsah železa v molekule HK. Tento je spojen s obsahem jílových minerálů v půdě a má přímý vliv na koagulaci HK a na tvorbu humátů železa. Dále byly nalezeny tyto prvky v molekule HK: Ca, K, Ti, Cl, S a Si

34 6. 2. Hnědozem modální (lokalita Veverské Knínice) Hnědozem modální patří rovněž k velmi úrodným půdám. Humusové látky podle frakčního složení byly velmi kvalitní. Ve frakčním složení převládaly HK nad FK a poměr HK/FK byl 1,5. Obsah fulvokyselin byl vyšší a stupeň humifikace nižší než u černozemě modální (tabulka č. 5). Absorbance v UV-VIS oblasti spektra byla u HL hnědozemě modální o něco nižší než u HL černozemě. Barevná křivka HL hnědozemě je dána na obrázku č. 7 a porovnání různých půdních typů je na obrázku č. 3. Barevný index Q4/6 byl vyšší než u HL černozemě modální (3,3), což je dáno vyšším obsahem FK. Stabilita HL je však vysoká. Zjištěné hodnoty barevných indexů jsou uvedeny v tabulce č.5. Podle zralosti byly HK hnědozemě modální zařazeny do skupiny A jako černozemě ( log K je 0,60). Jedná se o stabilní HK s vysokým obsahem aromatických skupin, vysokým stupněm kondenzace a s vysokou molekulovou hmotností. Elementární složení HK hnědozemě modální ukazuje na nižší obsah uhlíku a vyšší obsah vodíku v molekule HK. Obsah kyslíku se pohyboval kolem 30,32 atom. %. Poměr C/H indikuje vysoký obsah aromatických skupin v molekule HK. Poměr O/H vyjadřuje index oxidačního stupně HK a dosahuje středních hodnot (viz. tabulka č.6). Poloha v diagramu Van Krevelena ukazuje na probíhající procesy oxidace a hydrogenace v molekule HK (viz. obrázek č. 4). Synchronní fluorescenční spektra HL hnědozemě modální mají podobné hodnoty fluorescence jako HL černozemě modální a jejich spektrální čáry se výrazně neliší ( viz. obrázek č.8 ). HK hnědozemě modální mají rovněž vysoký obsah aromatických skupin, vysokou stabilitu a stupeń kondenzace. Energio disperzní rentgenová spektra HK hnědozemě modální naměřena na rengeno- fluorescenčním spektrometru Xepos (Spectro APS) jsou téměř totožná s HK černozemě modální (obrázek č.6). Spektra ukazují na vysoký obsah železa v molekule HK. Tento je spojen s obsahem jílových minerálů v půdě a má přímý vliv na koagulaci HK a tvorbu humátů železa. Dále byly nalezeny tyto prvky v molekule HK: Ca, K, Ti, Cl, S a Si

35 6. 3 Pseudoglej glejový (lokalita Kameničky) Pseudoglej glejový je charakteristický vysokým obsahem humusových látek nízké kvality. Ve frakčním složení nacházíme vysoký podíl fulvokyselin (0,7 mg/kg). Poměr HK/FK je nízký kolem jedné. Stupeń humifikace je střední kolem 25% (viz. tabulka č.5). Absorbce v UV-VIS oblasti spektra byla nejnižší ze všech sledovaných vzorků (obrázky č. 8). Barevný index Q 4/6 byl naopak u této půdy nejvyšší což je ovlivněno vyšším obsahem FK ve frakčním složení HL. HK pseudogleje glejového řadíme podle Kumadu (1987) do skupiny,, B ( log K od 0.60 do 0.80) jedná se o stabilní ale mladé HK s nižší molekulovou hmotností a nižším stupněm kondenzace. Elementární složení HK pseudogleje glejového indikuje velmi vysoký obsah uhlíku a kyslíku a vyšší obsah vodíku (viz. tabulka č.6 ). Poměr C/H indikuje přítomnost aromatických skupin v molekule HK. Poměr O/H vyjadřuje střední oxidační stupeň HK. Van Krevelenův diagram indikuje procesy oxidace a hydrogenace v molekule HK (obrázek č.3). Synchronní fluorescenční spektra HL pseudogleje glejového vykazují velmi vysokou fluorescenci, což je dáno vysokým obsahem fulvokyselin a mladých hnědých humínových kyselin ve frakčním složení pseudogleje glejového. Dle literatury ( Barančíková, 1997) i podle našich výsledků se jedná o mladé HK s nižší molekulovou hmotností a stupněm kondenzace (obrázek č. 11 ). Porovnání SFS spekter jednotlivých půdních typů je dáno na obrázku č. 12. Energio disperzní rentgenová spektra HK pseudogleje glejového naměřené na rengeno- fluorescenčním spektrometru Xepos (Spectro APS) jsou podobná předchozím vzorkům (obrázek č.13). Vykazují nejvíce železa v molekule HK. Dále byla v molekule HK zjištěna přítomnost : Ti, Ca, Cl, Cu, Zn, S a Si

36 7. ZÁVĚR Závěrem můžeme konstatovat, že : Různé půdní typy se liší obsahem a kvalitou HL, HK a FK Množství HL klesalo v pořadí : pseudoglej glejový > černozem modální > hnědozem modální Kvalita HL u sledovaných půdních typů klesala v pořadí : černozem modální >hnědozem modální > pseudoglej glejový Rozdíly ve frakčním složení humusu měly přímý vliv na absorbční vlastnosti humusových látek v UV-VIS oblast a na jejich fluorescenci Množství HL klesalo v pořadí : pseudoglej glejový > černozem modální > hnědozem modální Absorbance v UV- VIS oblasti a fluorescence klesala v pořadí : pseudoglej glejový > černozem modální > hnědozem modální EDX spektra u všech vzorků indikovaly vysoký obsah Fe v molekule HK, který souvisí s obsahem jílových minerálů v půdě a má přímý vliv na koagulaci HK a tvorbu humátů železa. Dále byly nalezeny Ti, Ca, Cl, Cu, Zn, S a Si v molekule HK

37 8. SEZNAM LITERATURY 1. Baldock, J.A.; Skjemstad J. O. Role of the soil matrix and minerals in portecting natural organic materials agains bilogical attakc. Organic geochemistry, 31, s. 2. Černohorský, T. Jandera P.; Atomová spektroskopie, UP, s. 3. Hatcher, P. New paradigms for SOM chemistry based on analytical developments in understanding the structural componets. In: Mechanisms and regulkation of organic matter stabilition in soils. Munich: Technical University, s. 4. Hayes, M.H.B.; Ectraction of humic substances from soil. In: Aiken, G.R., Wershaw, R.L. Mc. Knight, D.M., Mc Carthy, P. ( Eds.) Humic substances in soil, sediments and water, John Wiley, N.Y.: s. 5. Hopper-Seyber, Orlov D.S. GRIŠINA, L.A.; Practikum pro chimiji gumusa. Moskva: Izd. MGU, s. 6. Kalous, P.; Moderní analytické metody, Ostrava, s. 7. Kononová, M. M.; Bělčíková, N.P.; Uskorennyj metod opredelenija sostava gumusa mineralnych počv. In: Organičeskoje veščestvo počvy. Moskva, s. 8. Konorová- Bělčíková, Orlov D.S.; Chimija počv ( Soil Chemistry). Moskva: Izd. MGU, s. 9. Krevellen, Van. D.W.; Graphical- statistical method for the study of structure and reaction process of coal. Fuel 29, s. 10.Kumada, K.; Chemistry of soil organic matter. Amsterdam: Elsevier, s. 11.Levesque, M.; Fluorescence and gel filtration of humic compounds. Soil Sci. 113/5, s. 12.Oden, S.; Die huminsauren. Kolloidchemische Beihefte. Dresden, Orlov, D.S.; Gumusovyje kistoty počv. Moskva: Izd. MGU, s. 14.Piccolo, et al.; Methods of isolation and charactesation of humic substances to study their interaction with pesticides. In: Proceedings of conference Pesticide/ soil Interactions, Paris, s. 15.Podlešáková, e. a kol.; Rozbory půd, vod a rostlin, Praha: VÚMOP, s. 16.Pospíšil, F.; ( 1980) Obsa a složení humusu v půdách českých zemí, Praha, AVčP, s. 17.Ponomarjová, V.V. Plotnikova T. A.; Opredelenie grupovovo i frakciounovo sostava gumusa po scheme Ťurina v modifikacii V.V. Ponomajovej a POltnikovej. In:

38 Agrochimičeskoje metody isledovania počv. Moskva, Nauka, s. 18.Sotáková, S.; Organická hmota a úrodnosť pôdy. Bratislava: Príroda, s. 19.Stevenson, F.J.; Humus Chemistry- Genesic, Composition, Reaction. New york: John Viley and Jons, s. 20. Swift, R. S.; Organic matter characterisation. In: Amer. Soc. of Agronomy, Inc., Madison, s. 21.Tjurin, I.V.; Nekotoryje rezultary rabot po sravnitelnomu vzučeniu sostava gumusu v počvach SSSR. In: Study počv. inst. 38, s. 22. Tjurina, Orlov D.S.; GRIŠINA, L.A. Practikum pro chimiji gumusa. Moskva: Izd. MGU, s

39 PŘÍLOHY

40 Příloha č. 1 Popis půdního profilu černozemě modální (lokalita Bratčice): Poloha: jižně od Brna, mírně zvlněná rovina Nadmořská výška: 250 m n. m. Rostlinný pokryv: orná půda, porost ječmene Hladina podzemní vody: nedosažena Půdní typ: Černozem modální, varieta karbonátová, hlinitá na karbonátové spraši Popis půdního profilu- černozem modální ( lokalita Bratčice ) Ap ( 0-30cm ) - humusový molický, černozemní horizont, orniční horizont, hnědočerné barvy, struktura drobtová- porušená, silně zhutnělý, suchý, hlinitý, obsahuje karbonáty ve formě pseudomycelií, silně prokořeněn, bez skeletu, přechod postupný. Ac ( cm)- humusový molický, černozemní horizont, drobtová struktura, suchý, hlinitý, hnědočerné barvy, obsahuje karbonáty ve formě pseudomycelií, silně prokořeněn, přechod postupný podle struktury a barvy. AC k ( 45-80)- přechod do substratu, světlejší než předchádzející horizont,struktura přizmatická, suchý, hlinitý, karbonáty ve formě pseudomycelií, bez skeletu, přechod podle barvy a struktury. C k ( vice než 80)- spraš, plavé barvy, karbonáty ve formě pseudomycelií a cicvárů, bezstrukturní, hlinitá