Extraktion von Aluminium und Eisen aus organischer Assoziation im Boden - Entwicklung einer neuer selektiven Methode

Description: Im Zuge der Bodenentwicklung werden Metallionen beispielsweise des Aluminiums (Al) und Eisens (Fe) frei, die mit organischer Bodensubstanz (OBS) reagieren können. Wechselwirkungen zwischen Metallkationen und OBS, die zur Stabilisierung der OBS führen, d.h. zur Verlangsamung des Abbaus im Boden, sind seit langem bekannt. Die Wechselwirkungen in sauren Böden durch Adsorption von Al und Fe an funktionelle Gruppen der OBS sowie ihre Ausfällung mit OBS führen zur Bildung von organischen Assoziationen der Metalle. Metalle in organischen Assoziationen werden durch Oxalat gelöst, das allerdings auch Metalle in weiteren mineralischen Bindungsformen freisetzt. Aktuelle Studien zeigen, dass insbesondere die Gehalte oxalatlöslichen Aluminiums die Gehalte an organischem Kohlenstoff im Boden miterklären können. Trotz der Bedeutung der Metalle in organischer Assoziation gibt es bisher keine selektive Methode ihrer Extraktion. Das beantragte Projekt zielt darauf ab, ein Verfahren zu entwickeln, das die selektive und vollständige Extraktion von Al und Fe in organischer Assoziation und die quantitative und qualitative Charakterisierung der mit Al assoziierten OBS ermöglicht. Dazu wird eine zu entwickelnde Extraktion mit Fluorid bei pH 6,5 in ein sequentielles Extraktionsschema integriert, das Al bzw. Fe aus organischer Assoziation sowie gering kristallinen Fe-Oxiden und Aluminosilikaten separat extrahiert. Vor der Übertragung auf Böden wird die Fluorid-basierte Extraktion mit organischen Modellassoziaten und Referenzmineralen hinsichtlich Selektivität und Vollständigkeit überprüft. Anschließend werden Bodenproben, in denen erhöhte Gehalte von Al und Fe in organischer Assoziation zu erwarten sind, nach diesem Schema extrahiert. Die Proben werden Horizonten von reference soil groups der WRB-Klassifikation entstammen, in die metall-organische Assoziationen transportiert wurden (Podzols, Luvisols), in denen sie sich in situ bilden (Andosols, Cambisols) bzw. sie sich aufgrund von Redoxprozessen bilden (Gleysols, Stagnosols). Je nach pedogenem Milieu werden variable Gehalte an Metallen und OBS in den Assoziationen erwartet, sowie variable Beiträge von Metallen in organischer Assoziation zu den Gehalten oxalatlöslicher Metalle als Summenparameter. Die OBS, die aus Bindungen mit Al extrahiert wird, wird spektroskopisch und thermisch charakterisiert. Auch hier werden Unterschiede nach pedogenem Milieu erwartet, z.B. größere Anteile niedermolekularer Säuren in Podzols als in Andosols mit höheren Anteilen aromatischer OBS. Das Projekt soll nicht nur eine selektive Extraktionsmethode für Al und Fe in organischer Assoziation in Böden leisten, sondern auch die Charakterisierung einer bislang nicht selektiv zugänglichen OBS-Fraktion. Die gewonnenen Daten haben grundlegende pedogenetische Bedeutung und können, bei Anwendung auf größere Probenkollektive, in Modelle zur Erklärung der Steuerung der Gehalte organischen Kohlenstoffs im Boden implementiert werden.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Aluminium ? Fluorid ? Eisen ? Organischer Kohlenstoff ? Bodenkohlenstoff ? Humus ? Adsorption ? Bodenkunde ? Metall ? Pseudogley ? Bodenprobe ? Geoakkumulation ? Studie ? Mineral ? Soil Sciences ?

Region: Baden-Württemberg

Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• Universität Hohenheim (Projektverantwortung)

Time ranges: 2023-01-01 - 2025-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Extraction of aluminium and iron from organic associations in soil - developing a new selective method
  Description: Metal ions such as Al3+ and Fe2+/3+ are released during soil development, and they may react with soil organic matter (SOM). Interactions between metal cations and SOM are known for decades, inducing SOM stabilization, that is, the deceleration of SOM decomposition. In acidic soil, these interactions comprise adsorption of Al and Fe ions on functional groups of SOM, and co-precipitation of the ions with SOM, resulting in organic associations of the metals. Oxalate dissolves metals in organic association, together with metals in mineral forms. Recent studies have shown that particularly the contents of oxalate-extractable Al are one of the predictors of the contents of soil organic carbon. Despite the importance of metals in organic association, there is no method for their selective extraction available. The proposed project aims to develop a scheme for the complete and selective extraction of Al and Fe in organic association and for the quantitative and qualitative characterization of the SOM associated with Al. A fluoride-based extraction (pH 6.5) will be developed and integrated into a sequential extraction scheme for this purpose. The scheme will separately extract Al and Fe from organic associations, poorly crystalline Fe oxides, and short-range ordered aluminosilicates. Selectivity and completeness of the fluoride-based extraction will be tested with models of organic associations and reference minerals before transferring the method to soils. Then, soil samples, in which enhanced contents of Al and Fe in organic association are expected, will be extracted according to the scheme. The samples will originate from horizons of reference soil groups of the WRB classification, into which metal-organic associations have been transported (Podzols, Luvisols), in which the associations have formed in situ (Andosols, Cambisols), and in which they have formed because of redox processes (Gleysols, Stagnosols). Depending on the pedogenic milieu, variable contents of metals and SOM in organic association are expected, together with variable contributions of metals in organic association to the contents of oxalate-extractable metals as a sum parameter. SOM extracted from associations with Al will be characterized with spectroscopic methods and a thermal one. These results are expected to differ as well, depending on the pedogenic milieu, for instance, larger proportions of low-molecular-mass organic acids in Podzols compared to Andosols with more aromatic SOM. The project is not only for the development and for the application of a selective extraction of Al and Fe in organic association in soil, but also for the characterization of a SOM fraction, which was not selectively accessible yet. Thus, apart from advancing soil-chemical analytics, the project will provide fundamental pedogenetic data that may be implemented into models on the controls of organic-carbon storage in soil, if larger sample sets will be studied. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140291

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/519407628 (Webseite)

Status

Aktiv

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