Využití iontově výměnných membrán pro sledování změn obsahu prvků a látek v lesních půdách

Bc. Petra Daridová

Master's thesis

Utilization of ion exchange membranes for monitoring changes of the content of elements and substances in forest soils

Abstract:

Diplomová práce se zaměřuje na extrakci půdních iontů. Porovnává metodu extrakce deionizovanou vodou a extrakce odebraných iontoměničových membrán z půdy. Lesní půda je místem s proměnlivým půdním složením a skrývá rozmanitá mikrobiální společenstva, jež mají rozhodující roli v ekosystémových procesech. V půdě probíhají neustále degradační procesy a koloběhy prvků či látek, čímž se mění zastoupení prvků. Toto látkové složení se měří několika způsoby: používá se buď extrakce deionizovanou vodu, která signalizuje obsah iontů v půdě, metoda extrakce půdy prováděná přímo z odebraného půdního vzorku, anebo metoda iontoměničových membrán, kterou byly sledovány obsahy prvků a sloučenin v rámci experimentu se změnou půdního prostředí v lese CHKO Český kras. Membrány byly do půdy vloženy po dobu deseti dnů na rozhraní horizontu FH a A. Srovnávané bylo množství K, Ca, NO3- a PO43- extrahované z půdy a z iontoměničových membrán. Na základě měření vyextrahovaných iontů ze vzorků půdy a z membrán (AEM, CEM) bylo zjištěno, že výsledné koncentrace iontů membrány CEM v grafu nevykazují podobný trend se zjištěnou koncentrací vodou extrahovaných iontů z půdy, nicméně u stanoveného vápníku metodou CAM byla naměřená vyšší koncentrace u půdy ošetřené přídavkem superfosfátu, jenž vápník obsahuje. Iontoměničová kationtová membrána je schopna reagovat na vyšší koncentraci vápníku v půdě navázáním většího množství iontů. Výsledky fosforečnanů navázané na membránu AEM měly v porovnání s půdou podobný trend. Membrány AEM skvěle reagovaly na přídavek superfosfátu ve skružích, kde probíhal experiment. Použití membrán tak představuje jednu z možností studia koloběhu prvků v lesních půdách.

Abstract:

This thesis focuses on the extraction of soil ions. It compares the methods of extraction with deionized water and extraction of collected ion exchange membranes from soil. Forest soil is a place with variable soil composition and harbours diverse microbial communities that play critical role in ecosystem processes. Soil undergoes continuous degradation processes and cycling of elements or substances, thereby changing the elemental abundance. This nutrient composition was measured in several ways: we can use either deionized water extraction to indicate the ion content of the soil, the soil extraction method carried out directly from the collected soil sample, or ion-exchange membranes used to monitor element and compound contents in a soil amendment experiment in the forest of the CHKO Český kras. They were inserted into the soil for ten days at the interface of the FH and A horizons. The amounts of K, Ca, NO3- and PO43- extracted from the soil and from the ion exchange membranes were compared. Based on the measurements of the extracted ions from the soil samples and from the membranes (AEM, CEM), it was found that the resulting CEM membrane ion concentrations in the graph did not show a similar trend to the observed water-extracted ion concentrations from the soil. However, for the calcium determined by CAM, a higher concentration was measured for the soil treatment with the addition of superphosphate that contains calcium. The ion-exchange cation exchange membrane is able to respond to higher calcium concentration in the soil by binding more ions. The results of phosphate bound to the AEM membrane had a similar trend compared to soil. The AEM membranes responded well to the addition of superphosphate to the slurry where the experiment was conducted. In conclusion, the use of membranes represents one of the possibilities to study elements cycling in forest soils.

Keywords

dusík, bazické kationty, živiny, anionty, iontová chromatografie

Keywords

nitrogen, basic cations, nutrents, anions, ion chromatography

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 17. 5. 2023
• Supervisor: RNDr. Václav Tejnecký, Ph.D.
• Reader: Martin Kulhánek, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Conservation and Use of Natural Resources