380 likes | 528 Views
Accumulatie van alifatische biopolymeren (suberine) in zure zandige bodems. Klaas Nierop Departement Aardwetenschappen - Geochemie Faculteit Geowetenschappen. Inhoud. Korte historie organische stof chemie Moleculaire technieken (NMR, pyrolyse) Organische stof in zandige bodems .
E N D
Accumulatie van alifatische biopolymeren (suberine) in zure zandige bodems Klaas Nierop Departement Aardwetenschappen - Geochemie Faculteit Geowetenschappen
Inhoud • Korte historie organische stof chemie • Moleculaire technieken (NMR, pyrolyse) • Organische stof in zandige bodems • beginnende podzol (Hulshorster Zand/Leuvenumse Bos) • podzolloze bodem (Amsterdamse Waterleiding Duinen) • paleopodzol (Defensiedijk)
Humus Fulvozuren Huminezuren Humine
O-alkyl C (polysaccharides) Aromatische C (o.a. lignine) Alkyl C (lipiden) Carbonyl C 13C-NMR van organische stof
Structure determination Macromolecuul n o P i t y a r t o e Interpretation l ΔT r y p s i r s e t n I Thermische afbraak (600 oC) onder inerte omstandigheden Detection/identification Detection / Identification Pyrolyse-GC/MS
Promotieonderzoek in Wageningen Theorie podzolisatie kennen we nu wel, maar hoe zit het nu met de organische stof (chemie)? Onderzoek in Hulshorster Zand/ Leuvenumse Bos
Beginnende podzol L F H E B
Pyrolyse-GC/MS (onder beuk) = polysaccharides; = fenolen; = lignine; = lipiden
Pyrolyse • Nadeel: verbindingen met veel polaire groepen zijn minder of zelfs helemaal niet zichtbaar. • Oplossing: toevoeging van methylerings reagents (TMAH), oftewel ‘Thermally assisted Hydrolysis and Methylation (THM)’
THM van B horizont onder beuk = vetzuur; □= ω-hydroxyvetzuur; = α,ω-divetzuur; = alcohol (allen als methyl ester en/of methyl ether)
Ester-gebonden lipiden: cutine en suberine • Cutine (cuticula van bladeren, naalden, vruchten) • Suberine (bast, wortels, knollen) Bernards, Can. J. Bot. 80, 227-240 (2002)
C16 en C18 ook C20 en langer Bouwstenen cutine en suberine Cutine Suberine
THM van B horizont onder beuk = vetzuur; □= ω-hydroxyvetzuur; = α,ω-divetzuur; = alcohol (allen als methyl ester en/of methyl ether)
C input in minerale bodem • Bioturbatie • Inspoeling • Ondergrondse biota (plant) Alkyl C 13C-NMR
= polysaccharides; = fenolen; = lignine; = lipiden Nierop & Buurman, 1999
Leuvenum • Wateroplosbare organische stof: veel aromatische verbindingen (lignine en andere polyfenolen) • B horizonten: veel ‘alifatische’ componenten, met name suberines • Dus: de C in de jonge B horizonten bestaat voornamelijk uit de meeste resistente componenten van (oud) wortelmateriaal • Wateroplosbare organische stof spoelt voornamelijk door de B horizont heen en slaat neer als fiber
Zandige subhorizonten in Amsterdamse Waterleiding Duinen (AWD) • Zeer kleine hoeveelheden aan verweerbare mineralen (zelfs Al/Fe), geen podzolvorming • Grote pH gradient • Verwaarloosbare bioturbatie • Zelfde plant input (wortels)
Duivendrift Jonge Duinen Ontkalkings-diepte: 25 cm Hoek van Klaas Oude Duinen Ontkalkings-diepte: 115 cm 14C>600 BP
Lipiden fractionering organische stof • Extractie m.b.v. organisch oplosmiddel Extraheerbare (vrije) lipiden Soxhlet extractie/ASE in DCM/MeOH (9:1) • Basische hydrolyse (verzeping) • Ester-gebonden verbindingen • 1M KOH in MeOH op 70 oC (1 uur) (Vergelijk NaOH extractie humus!)
Opbrengsten vrije en ester-gebonden lipiden Nierop et al. (2003)
Ester-gebonden lipiden met GC/MS: vegetatie vs. bodem Wortels Legenda (als TMS esters en/of ethers): = 1-alcohol = vetzuur = ω-hydroxyvetzuur = α,ω-divetzuur = dihydroxyvetzuur = trihydroxyvetzuur = dihydroxy-α,ω-divetzuur Dui-Ck
Dui-Ck Ester-gebonden lipiden in subhorizont onder eikenbos met GC/MS Legenda (als TMS esters en/of ethers): = 1-alcohol = vetzuur = ω-hydroxyvetzuur = α,ω-divetzuur = dihydroxyvetzuur = trihydroxyvetzuur = dihydroxy-α,ω-divetzuur Dui-C1 pH age HvK-C1
(Paleo)podzols (14C tot 4000 jaar BP) Defensiedijk THM van 4B = 1-alcohol = vetzuur = ω-hydroxyvetzuur = α,ω-divetzuur Suberine (Calluna?) (Van Mourik et al., in prep.???)
Conclusies • Organische stof van “Humic substances, which constitute 70-80% of organic matter in mineral soils, are dark-coloured partly aromatic, acidic, hydrophilic, molecularly flexible polyelectrolyte materials.” (Schnitzer) naar vooral alifatische bio(macro)moleculen • In zure, zandige bodems breekt aromatische componenten (lignine) snel af, en accumuleren en preserveren suberines (ook in podzol B horizonten) • Onderschat de invloed en bijdrage van wortels niet!