Vodní-kationické můstky v půdní organické hmotě
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
B
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Degradace půdy zasolováním, zvyšující se teplota a následný úbytek mnonžství srážek v posledních letech vedou k rozšiřování aridních a semi-aridních oblastí (v současnosti pokrývají třetinu pevniny Země). Navíc představují globální environmentální problémy, které, pokud se nebudou správně řešit, můžou vést k vážné celosvětové krizi. V této diplomové práci jsme propojili tato témata a zaměřili se na lepší porozumění role sodných kationtů na vazbu vody v půdní organické hmotě v aridních a semi-aridních podmínkách. Náš cíl byl prozkoumat proces vzniku a stabilitu vodních molekulových můstků a vodních-kationických můstků v půdní organické hmotě, sílu vazby a množství vázáné vody v půdě za využití diferenční kompenzační kalorimetrie. Nasycení sodnými kationty bylo studováno ve dvou koncentračních oblastech. Na simulaci přirozených podmínek v půdách bylo použito nasycení vazebných míst sodnými kationty do 100% a nasycení nad 100% reprezentovalo vysoce zasolené půdy. Výsledky potvrdily význam schopnosti půdy získávat vodu ze vzdušné vlhkosti, podíl vody v půdě vzrůstal s relativní vlhkostí. Vyšší podíl vody v půdě pak způsoboval snížení síly vazebných interakcí, což bylo interpretováno jako fakt, že rovnováha mezi půdní a vzdušnou vlhkostí vede k optimální vlhkost půdy. Přítomnost sodných kationtů ve vzorcích do nasycení 100% měla na množství vody zanedbatelný vliv, ale v přesycených vzorcích umožňovala navázání většího množství vody. V přesycených vzorcích bylo také pozorováno zvýšení síly vazebných interakcí mezi půdou a vodou, což vede k její větší zádrži. Molekulové můstky byli stabilnější ve vzorcích, které obsahovaly Na+. Nejvyšší stabilita byla pozorována u 10% nasycených vzorcích, další zvyšování Na-saturace pak již vedlo k snižování stability molekulových můstků. Hlavním výstupem práce je, že tvorba vodních-kationických můstků stabilizuje půdní strukturu a že má vlyv na sílu a množství vody vázané v půdě, což představuje klíčové aspekty kvality půdy. Je potřebný rozsáhlejší výskum tohoto tématu, aby získané výsledky pomohli optimalizovat půdní manažment v aridních oblastech a také v ostatních oblastech, kde dochází k degradaci půdy.
Degradation of soil in process of salinization, increasing temperature and following decreasing precipitation in recent years lead to expand of arid and semi-arid areas (now covering one-third of Earth’s land). Furthermore, being a global environmental problems could grow into a serious crisis worldwide if they were not solved properly. In this diploma thesis we connected all these issues and focused on contributing to the better understanding the role of sodium cations on water binding in soil organic matter under arid and semi-arid conditions. Our aim was to investigate the processes of formation and stability of water molecule bridges and cation-water molecule bridges in soil organic matter, strength of water binding and amount of bound water using differential scanning calorimetry. The saturation in sodium cation was studied in two concentration regions in order to simulate natural conditions in soils by lower Na-saturation (less than 100% saturation of binding sites) and over-saturated samples (more than 100% Na-saturation of binding sites) representing salty soils. Results confirmed the importance of ability of soil to gain water from air moisture, in fact, water content in soil increased with increasing relative humidity. It was observed that at higher water content in soil is water less strongly bound, which caused that water was easier to be released from soil. That seems to keep balance between soil and air humidity and therefore also optimal humidity in soil. Presence of sodium cations in samples had a negligible effect on amount of water in samples saturated up to 100% but facilitated better water binding in over-saturated samples. In over-saturated samples was also observed a stronger water binding even at higher water contents. Water molecule bridges were more stable in samples containing Na+. In fact, highest stability was observed in 10% saturated samples and increasing Na+ concentration caused a decrease in stability of molecule bridges. To sum up, formation of cation-water bridges showed to stabilize soil rigidity and have an impact on the strength and amount of water bound in soil which are crucial aspects of soil quality. Further research is needed in this field to bring more results that can help to optimize soil management in arid areas and also other areas with soil degradation.
Degradation of soil in process of salinization, increasing temperature and following decreasing precipitation in recent years lead to expand of arid and semi-arid areas (now covering one-third of Earth’s land). Furthermore, being a global environmental problems could grow into a serious crisis worldwide if they were not solved properly. In this diploma thesis we connected all these issues and focused on contributing to the better understanding the role of sodium cations on water binding in soil organic matter under arid and semi-arid conditions. Our aim was to investigate the processes of formation and stability of water molecule bridges and cation-water molecule bridges in soil organic matter, strength of water binding and amount of bound water using differential scanning calorimetry. The saturation in sodium cation was studied in two concentration regions in order to simulate natural conditions in soils by lower Na-saturation (less than 100% saturation of binding sites) and over-saturated samples (more than 100% Na-saturation of binding sites) representing salty soils. Results confirmed the importance of ability of soil to gain water from air moisture, in fact, water content in soil increased with increasing relative humidity. It was observed that at higher water content in soil is water less strongly bound, which caused that water was easier to be released from soil. That seems to keep balance between soil and air humidity and therefore also optimal humidity in soil. Presence of sodium cations in samples had a negligible effect on amount of water in samples saturated up to 100% but facilitated better water binding in over-saturated samples. In over-saturated samples was also observed a stronger water binding even at higher water contents. Water molecule bridges were more stable in samples containing Na+. In fact, highest stability was observed in 10% saturated samples and increasing Na+ concentration caused a decrease in stability of molecule bridges. To sum up, formation of cation-water bridges showed to stabilize soil rigidity and have an impact on the strength and amount of water bound in soil which are crucial aspects of soil quality. Further research is needed in this field to bring more results that can help to optimize soil management in arid areas and also other areas with soil degradation.
Description
Citation
STAROSTOVÁ, A. Vodní-kationické můstky v půdní organické hmotě [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2018.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Chemie a technologie ochrany životního prostředí
Comittee
prof. Ing. Jiří Kučerík, Ph.D. (předseda)
prof. RNDr. Milada Vávrová, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Jaromíra Chýlková, CSc. (člen)
prof. Ing. Josef Čáslavský, CSc. (člen)
doc. MVDr. Helena Zlámalová Gargošová, Ph.D. (člen)
Ing. Václav Mergl, CSc. (člen)
Date of acceptance
2018-05-28
Defence
Studentka prezentovala klíčové výsledky své diplomové práce. Po té komise vyslechla posudky vedoucího práce a oponenta. Studentka se vyjádřila k jednotlivým připomínkáma dotazům. Po diskuzi následovalo hodnocení záverečné práce.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení