Assessment of content and quality of soil organic carbon

Kwasi Gyamfi Yeboah

Diplomová práce

Hodnoceni obsahu a kvality organickeho uhliku v pude

Anotace:

V rámci výzkumu byly zkoumány různé ekosystémy pro hodnocení obsahu POH i pro analýzu jeho kvality s cílem určit jeho vztah k půdní úrodnosti a zároveň posoudit faktory udržitelnosti. Výzkum zkoumá reakci POH na obhospodařování půdy prostřednictvím hodnocení jejího chemického profilu a charakteristik stability a degradačních procesů. Výzkum hodnotí formy POH analýzou orné, travnaté a lesní půdy, aby vyplnil důležité mezery ve znalostech o složení uhlíku nad rámec prostého měření. V souladu s hlavními cíli byl napříč vybranými ekosystémy a půdními typy měřen soubor fyzikálně-chemických a biologických parametrů: Fluvizem glejová (orná půda, lokalita Žabčice); Fluvizem glejová (travní porost, lokalita Jaroměřice); Fluvizem glejová (les, lokalita Lednice); a Černozem haplická (orná půda, lokalita Bošovice). Půdní analýzy zahrnovaly distribuci velikosti částic, pH, celkový obsah uhlíku a dusíku, uhlík extrahovatelný horkou vodou, uhlík mikrobiální biomasy a huminové látky. UV-VIS spektroskopie spolu s FTIR spektroskopií umožnily charakterizovat chemické složení půdní organické hmoty a stupeň humifikace a vlastnosti stability a smáčivosti. Všechny analýzy byly provedeny ve třech opakováních a statistické vyhodnocení bylo provedeno pomocí ANOVA a Tukeyho testu v softwaru TIBCO®. Údaje z výzkumu ukázaly značné rozdíly ve formách POH v rámci různých ekologických systémů a systémů obhospodařování půdy. Lesní půda obsahovala nejvyšší množství POH spolu s dusíkem, ale uhlík zůstal neproměněn. Organická hmota v Černozemi haplické (orná půda) vykazovala největší chemickou stabilitu, protože měla vysoký humifikační index a silné FTIR znaky spolu se zvýšenou UV-VIS absorbancí. Střední úroveň POH v Černozemi haplické umožnila lepší humifikaci a rozvoj mikrobiální biomasy a hydrofobicity, což svědčilo o dobře zpracované organické hmotě. Orné půdy a travní porosty klasifikované jako glejový fluvizem měl snížený obsah a kvalitu POH spolu s vysokými dekompozičními indexy a minimálními hodnotami labilního uhlíku a mikrobiální aktivity. Údaje ze všech půd a poměry C/N a horkou vodou extrahovatelný uhlík a spektrální indexy potvrdily, že využití půdy a způsoby hospodaření silně ovlivňují stabilitu a dostupnost POH a transformační procesy. Tato zjištění výzkumu potvrzují, že kvalita půdního organického uhlíku přesahuje jeho množství, protože závisí na složení uhlíku a typu ekosystému a na zdrojích organického materiálu a postupech hospodaření.

Abstract:

The research investigated different ecosystems for both SOC content evaluation and quality analysis to determine its relationship with soil fertility while assessing sustainability factors. The research investigates SOC response to land management through evaluation of its chemical profile and stability characteristics and degradation processes. The research evaluates SOC forms by analysing arable, grassland and forest soils to fill important knowledge gaps about carbon composition beyond simple measurements. In accordance with the main objectives, a set of physicochemical and biological parameters were measured across selected ecosystems and soil types: Gleyic Fluvisol (cropland, locality Žabčice); Gleyic Fluvisol (grassland, locality Jaroměřice); Gleyic Fluvisol (forest, locality Lednice); and Haplic Chernozem (cropland, locality Bošovice). Soil analyses included particle size distribution, pH, total carbon and nitrogen content, hot water extractable carbon, microbial biomass carbon, and humic substances. UV-VIS spectroscopy together with FTIR spectroscopy provided characterization of soil organic matter chemical composition and humification degree and stability and wettability properties. All analyses were performed in triplicate, and statistical evaluation was conducted using ANOVA and Tukey’s test in TIBCO® software. The research data showed substantial variations in SOC forms throughout different ecological and land management systems. Forest soil contained the highest levels of SOC together with nitrogen but the carbon remained untransformed. The organic matter in Haplic Chernozem (cropland) displayed the most chemical stability because it had a high humification index and strong FTIR signatures along with elevated UV-VIS absorbance. The moderate levels of SOC in Haplic Chernozem enabled improved humification and microbial biomass development and hydrophobicity which indicated well-processed organic matter. The croplands and grasslands classified as Gleyic Fluvisol had reduced SOC content and quality along with high decomposition indices and minimal labile carbon and microbial activity. The data from all soils and C/N ratios and hot water extractable carbon and spectral indices confirmed that land use and management practices strongly affect SOC stability and availability and transformation processes. These research findings validates that soil organic carbon quality goes beyond carbon amounts because it depends on carbon composition and ecosystem type and organic material sources and management procedures.

Klíčová slova

TTP, Lesni puda, UV-VIS a FITR spektroskopie, Pudni organicka hmota, Orna puda

Keywords

Soil Organic Carbon, Cropland, Grassland, Forest, UV-VIS and FTIR spectroscopy

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 24. 4. 2025

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 3. 6. 2025
• Vedoucí: doc. RNDr. Lubica Pospíšilová, CSc.
• Oponent: Jelena Vitásková, Ph.D.

Mendelova univerzita v Brně

Agronomická fakulta

Magisterský studijní program:
General Agriculture