Sv

US

Statistisk analys av
skogsmark och älv-vatten
*UPPDATERAD 181122*
Joakim@ekomatte.se


UTLAK

Snabb introduktion KLICKA HÄR

Beställ e-bok eller tryckt häfte här
69 sidor med utförlig förklaring & data-set
GRATIS e-bok (PDF, 3MB) KLICKA HÄR
350kr för färgtryckt, bundet häfte (A4)
inklusive moms & frakt.
Ange namn, postadress & media.
30 dagars faktura.
Beställnings adress:
Joakim@ekomatte.se


ISBN 978-91-637-8189-6 tryck
ISBN 978-91-637-3400-7 e-bok

GRATIS Windows 10 app: KLICKA HÄR
Bruksanvisning för appen: KLICKA HÄR
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
Ide´ historia
Inledning och beskrivning
Växtnäringsindex
Data parametrar
Förklaring av Rxy vs pKs
Matematiska formler
Hydroxiders inverkan
Sulfiders inverkan
Sulfaters inverkan
Karbonaters inverkan
Kromaters inverkan
Fosfaters inverkan
Kiselsyrans egenskaper
Fördelnings-fenomen
Fördelning av näring längs flödena
Närings-ämnens samverkan
Kompetitiv mobilisering
Praktiska försök VSB
Video-sammanfattning (10minuter)
sex Norrlandsälvar

Valfri donation till projektet via Swish: 1234739645



Inledning


Bästa läsare !

Sen-sommaren år 2000 åkte jag längs Norrlandskusten och mätte pH i vattnet vid flödena av sex Norrländska älvar, vid varje mätplats klassifierade jag närings-halten i marken enligt ett botaniskt schema i fyra näringsklasser. Sedan hämtade jag koncentrationer för 20 ämnen från SLUs MarkInfo-service och skapade databasen pHgraf som har statistiska funktioner för översikt och enskilda diagram. Redan tidigt i analysen visade sig två grupper av ämnen, en grupp nedför höjdkurvan och en som stannar uppför. Slutsatserna ledde efter många funderingar till teorin om Kompetitiv Lösning Och Kristallisering (KLOK). Teorin säger att svårlösliga föreningar tävlar om de negativa joner som finns i marken med mer lättlösliga föreningar och har en utlakande och frisläppande effekt. Detta innebär att Icke-näringsämnen som Titan, Bly, Zirkonium och Barium genom svårlöslighet ger en sekundär närings frisläppande effekt på bla Kalcium, Magnesium och Kalium. Ämnena påverkar även pH i älv-vattnen. Projektet går vidare mot att optimera förhållandet mellan tillgänglighet och utlakning.

Kontakta gärna mig om du är intresserad av denna starka teori !

Detta första diagram visar hur lättlösliga (röd) föreningar är mer tillgängliga och mobila än svårlösliga (blå). Det vita fältet visar tiden som föreningen är löst i vatten och det svarta fältet tiden när föreningen är fast (bunden).



MVH
Joakim Forssman

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

Data parametrar


Dessa tre parametrar har jag själv mätt sommaren år 2000 längs sex älvar med ca 20 km intervall vilket gav 28 mätplatser.

BildStillbild från varje mätplats
pHsurhetsgrad i älv-vattnet vid mätplats
NÄRINGnäringshalt i skogsmark vid mätplats
Avstånd[km]avstånd från älvens utlopp

Variabeln "näring" är definierad ur ett vegetativt system baserat på vilka växter som trivs i den studerade jord-månen, grupperna är i stigande näringshalt: Ris-serien, Ekbräken-ris-serien, Örtris-serien och Ört-serien. Dessa finns beskrivna i skriften "NORDSVENSKA SKOGSTYPER" av Fredrik Ebeling utgiven av Sveriges Skogsvårdsförbund.
Sammanfattning:KLICKA HÄR !
Dessa tjugo ämnen är hämtade från S.L.U.s hemsida (MarkInfo) för varje mätplats och har överförts geografiskt till programmet pHgraf. Proverna är tagna i marken på 50cm djup.

Ämnen i skogsmark

Al2O3 [%]Ba [ppm]
P2O5 [%]Pb [ppm]
Fe2O3 [%]Cu [ppm]
CaO [%]Cr [ppm]
K2O [%]Mo [ppm]
SiO2 [%]Ni [ppm]
MgO [%]Sr [ppm]
MnO [%]V [ppm]
Na2O [%]Zn [ppm]
TiO2 [%]Zr [ppm]

Löslighetsprodukterna är hämtade från Gunnar Hägg Allmän och oorganisk kemi samt CRC Handbook och är definierade vid rumstemperatur.

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

Förklaring av Rxy vs pKs

Dessa diagram fungerar utifrån antagandet att korrelationerna i databasen "pHgraf" i stor utsträckning beror på kompetitiv lösning och kristallisering av flera föreningar vars löslighetsprodukter skapar en väv av samband.

Den statistiska parametern Rxy (produktmomentkorrelationskoefficienten), som används i detta material visar styrkan av korrelationer mellan två variabler med för och nackdel att vitt skiljda storleks-förhållanden kan jämföras men utan direkt kvantitativt förhållande. Rxy varierar mellan minus ett för negativa samband, noll vid ingen korrelation och plus ett för positiva samband.

Genom att placera ämnen med kända pKs (löslighetsprodukt) i ökande löslighets-ordning på X-axeln med Rxy (produktmomentkorrelationskoefficienten) på Y-axeln så erhåller man ett diagram där koncentrationen för den studerade katjonens Rxy beräknat med linjär regression mot koncentrationen för ett ämne med en förening med känt pKs avsätts längs X-axeln.

Det svårlösliga (blå) ämnet har ett max Rxy (lika utlakning) mot svårlösliga ämnen och verkar utlakande mot lättlösliga ämnen (det svårlösliga kristalliserar och lämnar inte kvar anjoner tillräckligt till det lättlösliga som utlakas).

Det lättlösliga ämnet (röd) får sålunda ett Rxy min mot svårlösliga ämnen och ett max mot lättlösliga ämnen.

Att diagrammet visar nollkorrelation vid X-axelns slut betyder att ämne A är för svårlösligt för att deltaga och att ämne D är för lättlösligt för att deltaga i den kompetitiva processen.

Dessa samband går genom varandra för varje anjon och ger kombinationseffekter som kan ge skrynkliga diagram, vilket är naturligt. Så om ett ämne är svårlösligt i flera diagram stannar det uppströms, annars utlakas det i sin lättlösliga form.

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

Matematiska formler

Formler relaterade till härledningen av teorin KLOK Luleå 080326
Genom att jämföra 28 mätplatser med vardera 23 parametrar samt beräkna statistisk samvarians mellan dessa utifrån löslighet, inverkan på pH i älv-vatten och näringshalt i mark.



Dessa formler ledde genom numerisk analys med programmet pHgraf, samt lösligheter för föreningar mellan nedanstående ämnen till teorin KLOK (Kompetitiv Lösning Och Kristallisering).

Katjoner

(positiva)

Al

Ba

Ca

Cr

Fe

Cu

K

Mo

Mg

Ni

Mn

Pb

Na

Sr

P

V

Si

Zn

Ti

Zr


Anjoner

(negativa)

Fosfat

Hydroxid

Karbonat

Kromat

Sulfat

Sulfid


Genom att jämföra fördelnings-fenomen parallellt längs sex Norrlands-älvar syns ett tydligt mönster i fördelningen av katjonerna i tabellen, vilka tävlar om att bilda svårlösliga föreningar med anjonerna vilket syns som koherenta kurvor i diagram för löslighetsprodukterna.

Vissa ämnen med svårlösliga föreningar verkar kompetitivt utlakande på ett antal näringsämnen och får sålunda en sekundär närings-frisläppande effekt.



Detta diagram visar hur koncentrationen för det studerade ämnet varierar i förhållande till ämnen med kända pKs (löslighetsprodukt). Lösligheten ökande på X-axeln, från A till B med Rxy på Y-axeln.

Punkt 1: Det studerade ämnet blir kompetitivt utlakat.
Punkt 2: Ett simultant optima vid lika pKs.
Punkt 3: Ämnet kristalliserar kompetitivt.

Dessa fenomen påverkar fördelningen längs höjd-kurvan och tillgängligheten av växt-näring.


INNEHÅLLSFÖRTECKNING


Hydroxiders inverkan


Hydroxider i minskande löslighets ordning: Cs,Rb,K,Na,Li,Ba,Sr,Ca,Mg,Be
genom att göra grafer utifrån dessa kan man jämföra övriga ämnen.
Diagrammet nedan har det statistiska Rxy på Y-axeln, plottade mot en serie hydroxider på X-axeln.



I diagrammet ovanför syns en samvariation i kurv-formerna som stämmer med den linjära korrelation som finns mellan de ämnen som orienterar sig likartat längs älvarnas flöden.

Magnesium och Kalium visar prydligt motsatta samband beroende på deras helt olika pKs. Järn,Vanadin, Magnesium och Titan visar en övergångs form på kurvorna, med enklare funktioner.Krom och Nickel har det starkaste inbördes linjära sambandet, och väldigt lika kurv-former mot Hydroxid-serien Mg,Ca,Sr,Ba,Na,K.

Diagrammet är starkt påverkat av andra processer !

Bly, Zink, Zirkonium och Kisel har ökande samband mot pH i älv-vatten under sen-sommaren (tid för mätningarna). Detta troligen beroende på hård bindning med Sulfid, vilket förhindrar försurande Hydroxid-bildning. Kaliumhydroxid är för lättlöslig för att bildas, och påverkar inte pH.


Kontakta mig om du är intresserad!

INNEHÅLLSFÖRTECKNING


Sulfiders inverkan


Genom att plotta statistiska Rxy (visar styrkan av korrelationer) mot en X-axel med löslighetsprodukter (pKs) erhålls en begripligare kurvform för Sulfider.



De synergetiska effekterna mellan Barium,Kalcium,Natrium och Strontium visar sig som en sinus-formad sam-korrelation där först dessa ämnen blir kompetitivt utlakade av Koppar, Bly och Zink -sulfider för att sedan bli synergetiska mot Nickel och Järn men faller igen mot Mangan -Sulfid.

Zirkonium uppvisar en inverterad funktion, där synergi uppnås mot Bly och Zink -sulfid, vilket tyder på att Zirkonium har en svårlösligare Sulfid, även Titan har en kurvform som visar på samma svårlöslighet som Sulfid och har ett svagt positivt samband mot pH, Magnesium som har ungefär samma amplitud som Titan men en kurvform som indikerar lättlöslighet och har negativt samband mot pH i älv-vatten.

Dessa svårlösliga Sulfider verkar frigörande på de ämnen som finns till höger i diagrammet och har toppar där vilket leder till ökade spårmängder tillgänglig växt-näring. Dessutom leder dessa samband till utlakning längs höjd-kurvan.
Se Växt-näring !
Och Fördelnings fenomen !

Kisel (finns i diagrammet nedanför) har liknande kurvform som Bly Zink och Zirkonium och de har alla positiv korrelation mot pH i älv-vattnet vilket tyder på inhibering av Sulfids försurande (Hydroxidbildande) oxidation till Sulfat. Kisel bildar polymer som Sulfid och blir därigenom att betrakta som svårlöslig.

Barium är lättlösligt som Sulfid och uppvisar kraftig utlakning vilket tyder på att Sulfider existerar i djupare jordlager, Barium har även en stark positiv korrelation mot växtnäring, vilket förmodligen beror på att svårlöslig Bariumsulfat hävdar sig i övre jordlager där små växter har sina rötter.



Reaktionsformel för Sulfids oxidation till Sulfat.
4 FeS2 + 15 O2 + 14 H2O → 4 Fe(OH)3 + 8 SO42- + 16 H+

Det är metallen som verkar försurande genom att bilda hydroxid.

Övriga metaller som verkar försurande enligt databasen pHgraf:
Försurande ämnen
Aluminium
Barium
Fosfor
Järn
Kalcium
Koppar
Krom
Magnesium
Molybden
Natrium
Nickel
Strontium
Vanadin


Barium är lättlösligt som Sulfid och har i pHgraf ett negativt samband mot mätplatsernas avstånd från älvarnas utlopp och negativt samband mot pH i älvarna, vilket visar på utlakning av Barium.

Koppar visar också negativt samband mot pH i älvarna (trots sin svårlöslighet som Sulfid), vilket kan förklaras med tetra-akva-koppar jonen som har en jämvikt som sänker pH, och / eller så beror det på att Kopparhydroxid är svårlösligt och bildar Hydroxid i motsvarande omfattning.



Reduktion av Mangan påverkas av de svårlösliga Sulfiderna genom den pH-höjning de orsakar, Mangan har därmed en intressant roll för redox-reaktioner i jord.
MnO2(s) + 2H2O + 2e- ↔ Mn(OH)2 + 2 OH-

INNEHÅLLSFÖRTECKNING


Sulfaters inverkan

Statistiska Rxy plottat mot löslighet för Sulfater.




Barium är svårlösligt som Sulfat, och visar posititvt samband mot tillgänglig växtnäring, sålunda en sekundär närings-frisläppning. Krom och Nickel samkorrelerar även här och är troligen ganska lättlösliga som Sulfat,de skiljer sig från Titan, Zink och Zirkonium, vilket kan förklara de två grenarna i det första fördelnings-trädet. Bly, Zink och Zirkonium har stigande samband mot pH och Kisel. Kalium har en kurvform som tyder på att det är lättlösligt som Sulfat (Kalium följer höjdkurvan nedåt).

Se fördelnings-fenomen !

Jorden i ytlagret kallas oxidationzon, och har högre syrehalt, vilket leder till att Sulfatjonen dominierar det övre jordlagret.

Koppar är lättlösligt som Sulfat och har i pHgraf ett negativt samband mot mätplatsernas avstånd från älvarnas utlopp, vilket visar på utlakning av Koppar. Koppar i lösning sänker pH i egenskap av tetra-akva-koppar jonen och eller Hydroxid.

Vid underskott av Syre och närvaro av organiska föreningar i sur miljö reduceras Sulfat mikrobiellt till Sulfid.
4 Fe(OH)3 + 4 SO42- + 9 CH2O + 8 H+ → 4 FeS + 9 CO2 + 19 H2O


INNEHÅLLSFÖRTECKNING


Karbonaters inverkan

Statistiska Rxy plottat mot löslighet för karbonater.



Detta diagram är starkt påverkat av andra processer, men Kaliumkarbonat (Pottaska) har en topp vid Bariumkarbonat.Detta är lite överraskande, eftersom bariumkarbonat är svårlösligt och kaliumkarbonat lättlösligt. Reaktivitet med syra kan inverka.
Det kan även bildas en amminjon med kovalent karaktär.


INNEHÅLLSFÖRTECKNING


Kromaters inverkan

Statistiska Rxy plottat mot löslighet för Kromater.



Här syns åter synergin mellan Kalcium och Natrium respektive Krom och Nickel respektive Titan och Zirkonium.

INNEHÅLLSFÖRTECKNING


Fosfaters inverkan

De Fosfater som visas i diagrammet visar blandannat att Kaliumfosfat är lättlösligt i förhållande till Nickelfosfat, som i sin tur ger positiv synergi mot Kromfosfat.

Fosfor, Titan, Magnesium och Vanadin har toppar vid Järnfosfat.



Kalciumfosfat bildar Kalciumsulfat i sur miljö och närvaro av Sulfatjoner.
Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4 → 3 CaSO4(s) + 2 H3PO4


INNEHÅLLSFÖRTECKNING


Kiselsyrans egenskaper


Kiselsyra är mer lättflytande vid högre pH
(viskositeten kan påverka transport-hastigheten av lösta ämnen).
Försuring orsakar sålunda bla.lösta hydroxider men mindre mobilitet.
Kiselsyra (H4SiO4) har ett högt pKa, och höjer pH i älv-vatten.
Transport av markvatten sker huvudsakligen genom sprickor i marken.

Kisel uppvisar fallande samband mot följande ämnen:
Al,P,Fe,Ca,Mg,Mn,Na,Ti,Ba,Cu,Cr,Mo,Ni,Sr,V

Kisel uppvisar stigande samband mot följande ämnen:
K,Pb,Zn,Zr vilka alla (inklusive Kisel) ökar med pH i älvarna.

Kisel visar en positiv synergi mot Bly och Zink och kompetitiv utlakning av Nickel, Järn och Mangan antagligen i form av SiS2 som kan polymerisera.


Kisel har negativt inflytande på växt-näring, vilket antagligen beror på att det skapats underskott av närings-ämnen genom kompetitiv utlakning. Vid rikligare halt av närings-ämnen i marken ger Kisel förmodligen en utlakning med positiv inverkan på närings-tillgänglighet.

Kisel har ökande koncentration uppåt älvarna, vilket verifierar dess kompetitiva svårlöslighet.

Kiseldisulfid sönderdelas av vatten till kiselsyra och divätesulfid, detta ger en trögflytande kisel-gel som stoppar fortsatt lösning av kiseldisulfid som därigenom blir att betrakta som svårlöslig.
SiS2(s) + 4H2O(l) → H4SiO4(s) + 2H2S(g)
H4SiO4(s) + H2O(l) ↔ H3O+(aq) + H3SiO4-(aq)

Utlakningsväg genom Kisel:
Slukar sulfider, utlakar de lättlösliga i en cykel

SiO2 + Al2S3 + H2O → SiS2 + Al2O3 + H2S
eller med mer vatten:
SiO2 + Al2S3 + 4 H2O → SiS2 + 2 Al(OH)3 + H2S
och vidare:
2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 → Al2(SO4)3+ 6 H2O
Al2(SO4)3 + 3 Ba(NO3)2 → 2 Al(NO3)3 + 3 BaSO4
SiS2 + 4 H2O → H4SiO4 + 2 H2S
H4SiO4 ↔ SiO2 + 2 H2O


INNEHÅLLSFÖRTECKNING



Fördelnings-fenomen i skogsmark

Se nedan för tolkning av översikts tabellen vid |Rxy|>0.7
Riktnings koefficienterna visade med (/) och (\).

De kluster (Ur pHgraf) som visas här orsakas av kompetitiv kristallisering och lösning.

Klicka här för diagram
Visas i nytt fönster.

Kalium anrikas längre ner längs flödet samtidigt som Järn, Vanadin, Krom, Nickel, Magnesium, Titan och Zirkonium förekommer rikligare i högre belägna marker. Notera även Krom vs Kalium starkt negativa samband.

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

Klicka här för diagram
Visas i nytt fönster.

Zink förekommer rikligare i högre belägna marker samtidigt som Kalcium, Natrium, Strontium, och Barium anrikas längre ner längs älvarnas flöden. Dessa bildar dessutom rena hydroxider utan oxider vilket gör dem mer lösliga.
Notera Natrium vs Zink fallande samband.

INNEHÅLLSFÖRTECKNING


Resultat av fördelnings-fenomen ur näringsperspektiv

De två huvudgrupperna ovanför jämnar ut sig näringsmässigt längs älvarnas flöden, med stora fluktuationer. Eftersom båda grupperna innehåller närings och gift-ämnen.

Den viktigaste slutsatsen hittills är att svårlösliga ämnen utlakar lättlösliga och att detta påverkar växt-näring, både genom tillgänglighet och utlakning till underskott.

Se figuren här nedanför, där Zink, Bly, Titan och Zirkonium utlakar närings-ämnen i både Sulfid och Sulfat -jordar med positiv inverkan på växt-näring.
Se tex Magnesium i diagrammet för Sulfider (det har ett högt positivt offset med en kurvform som indikerar lättlöslighet).
Klicka här för ett sådant diagram ! Bilden öppnas i nytt fönster.
Barium är svårlösligt bara som Sulfat men visar också positiv närings-effekt.

Kisel har kraftigt utlakande effekt som Sulfid vilket ger en negativ närings koefficient (Kisel har i sin utlakande effekt åstadkommit underskott på närings-ämnen).

INNEHÅLLSFÖRTECKNING



Samvarians ur näringsperspektiv

Variabeln "näring" är definierad ur ett vegetativt
system baserat på vilka växter som trivs i den studerade
jord-månen, grupperna är i stigande näringshalt:
Ris-serien, Ekbräken-ris-serien, Örtris-serien och Ört-serien.
Dessa finns beskrivna i skriften "NORDSVENSKA SKOGSTYPER" av Fredrik Ebeling utgiven av Sveriges Skogsvårdsförbund.

I figuren nedan syns att Zink, Titan, Bly, Zirkonium och även Barium ett positivt samband (indirekt närings synergi) mot växt-näring, Krom har en toxisk inverkan på växter och får negativt samband.

Nedanstående tabell visar sambanden för variabeln växtnäring i tre led.
Stigande samband visas med (/) fallande samband med (\).


Denna bild visar hur syretillgången påverkar balansen mellan Sulfat och Sulfid genom djupet av oxidationszonen som kan regleras genom plöjning och sålunda ger olika bindning av bla närings-ämnen för Sulfid och Sulfatjord. Den visar även hur Svavel naturligt tillförs jorden som Svavelsyrlighet och hur den kan avgå som Divätesulfid.

För studier av ytterligare nivåer och ekvationer,
kontakta mig för en CD-ROM med programmet "pHgraf" eller en skriftlig sammanfattning. Den nya appen UTLAK visar multivariata korrelationer.

INNEHÅLLSFÖRTECKNING

Tabeller för kompetitiv mobilisering av näring

Dessa tabeller visar vilka av ämnena i ovanstående diagram som frigör växt-näring.

Sulfider
sekundärt
mobiliserande
frisatt
näring
Cu
Pb
Si
Ti
Zn
Zr
Ca
Fe
Mg
Sulfater
sekundärt
mobiliserande
frisatt
näring
Ba
Pb
Ca
Fe
K
Som visas i tabellerna så binder både Sulfid och Sulfat näringsämnen, men eftersom Svavel också är nödvändigt för växter och är ett viktigt kost-tillskott för människor så uppstår en motsättning mellan övrig växt-näring och kostinnehåll. Tabellerna visar hur hårdare bindning av Svavel frisätter växt-näring men samtidigt minskar mängden tillgängligt Svavel som upptas i grödan. Det är sålunda en fråga om balans mellan tillgängligt Svavel och övrig växt-näring.


INNEHÅLLSFÖRTECKNING


Praktiska försök

Sommaren 2008 odlade jag morötter i tre krukor, en med vanlig mulljord och två med jord från Kalix varav den ena tillsattes en uppskattningsvis fördubblad mängd Zirkoniumdioxid (ZrO2).

Resultatet blev en ökning av morots-skörden med 3.5ggr i krukan med tillsatt ZrO2, jämfört med den ursprungliga referensen från Kalix. Den kan dock tyvärr inte mäta sig med skörden från mulljorden.

Det är sålunda mycket troligt att teorin om Kompetitiv Lösning Och Kristallisering (KLOK) fungerar i praktiken. Zirkonium har genom KLOK gjort näringsämnen tillgängliga.

Morötter odlade i tre krukor
Normal växt i mulljord Referensjord från Kalix Zirkonium ökar tillväxten 3.5ggr

Nedan är resultatet av tio års provodlingar med jord från Bondersbyn vid Kalix, den med Zirkonium modifierade och obehandlad Referens hämtades 2008. Gödslad och Bunden gödslad hämtades på samma ställe 2010. Gödslingen utfördes med kraftig tillsats av tre liter "Blomsterlandets för gröna växter" i två krukor. Ytterligare tillsats av 38g CaSO4 och 207g K2CO3 i Bunden gödslad för studier av tillgänglig näring.
Data och beräkningar av gödslad jord Klicka här.

Resultaten av prov-odlingarna är: Snabb frisättning av näring vid Zirkonium-tillsats, med utlakning till underskott. Enbart gödsling leder till god tillväxt länge. Med Karbonat och Svavel bunden näring ger rik men otillgänglig näring. Referensen är obehandlad och nästan stabil.

Det återstår att se vad totalanalyserna planerade till 2019 kommer att visa.




Donation till detta projekt

Var materialet intressant? Visa gärna din uppskattning
genom att donera till löpande kostnader för utveckling.
♣ Drift webbsida
⋄ Kemisk analys
♠ Presentationer
♥ Applikation
Swish: 1234739645
Pgiro: 493 45 40-8
Nordea: 99601849345408
Donation bokförs speciellt för projektet.
Gratis nerladdning av tjugo års forskning!
Joakim Forssman, enskild firma: JSF-KEMI
Länk till Linkedin-sida. Klicka här.



Tack för visat intresse !


INNEHÅLLSFÖRTECKNING
epost Joakim@ekomatte.se