|
Se hela uppslaget, klicka här! | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TRANSLATE |
| HELA SIDAN |
 |  |
|
Svensk analys av skogsmark och älv-vatten *UPPDATERAD 250111* Joakim@ekomatte.se KLOK I JORDEN |
|
|
"Delar av datamaterialet i denna undersökning är hämtat från Markinventeringen, som utförs av institutionen för mark och miljö, SLU. Författaren ansvarar själv för tolkningen av materialet."
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 klassificerade 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 joner som finns i marken med mer lättlösliga föreningar. Detta innebär att icke-näringsämnen kan få inverkan på tillgänglighet och utlakning av växtnäring. Svavel inverkar både bindande och utlakande som sulfid och sulfat. Kisel samverkar starkt med sulfider. Ämnena påverkar även pH i älv-vattnen. Projektet går vidare mot att optimera förhållandet mellan tillgänglighet och utlakning. Den interaktiva databasen UTLAK som ger överblick av kemometrin är skriven år 2018, detta kompletterat med praktiska försök under tio år utomhus och kemisk analys av förändringar över tid.
Kortfattat resultat av tio års provodling.
En av de provjordar som bekräftar det statistiska materialet är tillsatt extra svavel i form av CaSO4 (gips). Den naturliga reduktionen av svavel (VI) till (-II) sulfid vid anaeroba förhållanden bekräftas av bariums utlakning, eftersom bariumsulfid är lättlösligt och bariumsulfat är svårlösligt. En sulfidjord har sålunda erhållits.
En annan av provjordarna tillsattes ett överskott av ZrO2. Då bildas zirkoniumdisulfid som är svårlösligt och skapar vid överskott av zirkonium en brist på fri sulfid. Fosfor blir tillgängligt för växter och göder dessa tills det blir underskott av fri fosfor. Ett stort antal grundämnen utlakas mer vid tillgång på fri sulfid. Fosfor är ett undantag, och binds förhållandevis hårt relaterat med svavelhalten. Det stora antalet svårlösliga metallfosfater inverkar också.
Hypotes #2.2 övergripande
• Metallsulfider och vatten bildar metallhydroxider och vätesulfid (reversibelt).
• Kiselsyra och metallhydroxider reagerar till metallsilikater av olika löslighet.
• Metallsilikater kan reagera med svavelsyra till metallsulfater av olika löslighet.
Fosforsyra reagerar inte gärna med metallsilikater (som dominerar vid underskott av svavel). Fosfor utlakas därför vid underskott på sulfid tex bundet med tillsats av ZrO2 som bildar svårlösligt ZrS2 i jorden. Detta ger en kortvarig ökning (några år) av tillgänglig växtnäring (fosfor), och ger en förändrad jordkemi där fosfor utlakas och andra ämnen binds som silikat, tex järn, kalcium och magnesium. Svårlösliga metallsilikat binds i jorden vid svavelunderskott och närvaro av kiseldioxid som löses till kiselsyra.
Fosforsyra reagerar däremot gärna med metallsulfider lösta i vatten som metallhydroxider till mestadels svårlösliga metallfosfater. Tillsats av ett överskott på svavel tex CaSO4 reduceras av bakterier till sulfid i jorden. Vätesulfid oxiderad till svavelsyra reagerar med metallsilikaterna och reduceras till metallsulfider som löses till metallhydroxider. Vätesulfid kan antagligen även reagera direkt med metallsilikater till metallsulfider av olika löslighet. Sedan bildas metallfosfater som binder fosfor tills det är otillgängligt. Fosfor stannar i jorden och överskott av svavel ger en utlakningsväg för lättlösliga metallsulfider, metallsulfater och lättlösliga metallhydroxider.
Metallfosfater kan även reagera i jämvikt med kiselsyra, och då ge fosforsyra och metallsilikat. Vätesulfid kan oxideras till svavelsyra som reagerar både med metallsilikat och metallfosfat och sålunda påverkar jämvikten. Svavelsyra är mindre benäget att reagera med metallfosfater än med metallsilikater, och utlakar därför inte fosfaterna så mycket.
Jag ser nu fram emot att härleda och verifiera detta. Kontakt: Joakim@ekomatte.se
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.
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
|
Löslighetsprodukterna är hämtade från Gunnar Hägg Allmän och oorganisk kemi samt CRC Handbook och är definierade vid rumstemperatur. Även Engelska och Svenska Wikipedia och Bing AI och Copilot AI samt HyperWrite AI har använts.
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 skilda 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)
|
Anjoner (negativa)
|
Genom att jämföra fördelnings-fenomen parallellt längs sex Norrlands-älvar synes ett tydligt mönster i fördelningen av katjonerna i tabellen. De tävlar om att bilda svårlösliga föreningar med anjonerna vilket skapar 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. Diagrammet är starkt påverkat av andra processer.
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 och magnesium 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 vilket antagligen beror på deras fosfat.
Bly, zink, zirkonium och mangan har ökande samband mot pH i älv-vatten under sen-sommaren (tid för mätningarna). även kisel höjer pH i älv-vatten, som bas. Titan har neutral inverkan på pH. Kalium förekommer främst som sulfat eller klorid och påverkar inte pH.
|
Reaktionsformel för sulfids oxidation till sulfat. 4 FeS2 + 15 O2 + 14 H2O → 4 Fe(OH)3 + 8 SO42- + 16 H+ Vid underskott av Syre och närvaro av organiska föreningar i sur miljö reduceras sulfat mikrobiellt till sulfid, vilket höjer pH i jorden. 4 Fe(OH)3 + 4 SO42- + 9 CH2O + 8 H+ → 4 FeS + 9 CO2 + 19 H2O Reduktion av mangan kan påverkas av de svårlösliga sulfiderna genom den pH-höjning de orsakar, mangan har därmed en intressant roll för redox-reaktioner i jord. Mangan är svårlösligt som sulfid, och har positiva samband mot näring och pH (och utlakas inte längs höjkurvan). MnO2(s) + 2H2O + 2e- ⇌ Mn(OH)2 + 2 OH- |
|
pH kan minska vid oxidation av sulfid till sulfat (svavelsyra). Detta sker med många av grundämnena som är representerade i denna kemometriska databas, se texten i rutan till höger (försurande ämnen). OBS att pH är mätt i älv-vatten vid mätplatserna för näring.
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.
Kurvor med topp till höger i diagrammet är lättlösliga, och utlakas längs höjdkurvan under givna betingelser. Koppar längst till vänster utlakas enligt den kemometriska modellen längs höjdkurvan, detta beror troligen på att det inte är svårlöslig tvåvärd kopparsulfid som dominerar i jorden.
Lättlösliga sulfider utlakas med ökad sulfidtillgång, tillsats av överskott zirkonium binder sulfid och minskar utlakning av flera ämnen med undantag av fosfor och nickel som utlakas vid sulfidbrist. Tillsatt kalciumsulfat reduceras anaerobiskt till sulfid redan på 15cm djup i orörd jord, detta syns tydligast på utlakning av bariumsulfid (bariumsulfat är svårlösligt).
Barium är lättlösligt som sulfid och utlakas kraftigt 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 mot lösliga sulfater i övre jordlager, där små växter har sina rötter.
Fosfor utlakas av kisel och överskott av zirkonium vilket ger en kortvarig (några år) ökning av växt-näring, sedan utarmning av jorden. Se praktiska försök 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.
|
Sulfidjoner förekommer inte i basiska lösningar av Na2S. Istället omvandlas sulfid till hydrosulfid: S2- + H2O → SH- + OH- Vid behandling med syra omvandlas sulfidsalt till vätesulfid. S2- + H+ → SH- SH- + H+ → H2S Oxidation av sulfid är komplicerat, beroende på betingelser kan det bildas: elementärt svavel, polysulfider, polytionater, sulfit eller sulfat. Reaktionsformel för sulfids försurande oxidation till sulfat. 4 FeS2 + 15 O2 + 14 H2O → 4 Fe(OH)3 + 8 SO42- + 16 H+ De svårlösliga sulfiderna: Zr, Zn, Pb, Ti och Mn sänker inte pH och oxideras inte till svavelsyra. |
|
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
Sulfaters inverkan
Statistiska Rxy plottat mot löslighet för sulfater.
Kalcium-fosfat bildar kalciumsulfat i sur miljö och närvaro av sulfatjoner.
Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4 → 3 CaSO4(s) + 2 H3PO4
Vid underskott av syre och närvaro av organiska föreningar i sur miljö reduceras sulfat mikrobiellt till sulfid (vilket höjer pH). Tex av bakterien Desulfovibrio vulgaris.
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.
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
Kromaters inverkan
Statistiska Rxy plottat mot löslighet för Kromater.Detta diagram har bara ett fåtal koordinater.
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
Fosfaters inverkan
Kurvorna i diagrammet nedan 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.
Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4 → 3 CaSO4(s) + 2 H3PO4
Det kan därmed finnas en möjlighet att binda fosfor i marken som svårlösliga fosfater.
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
Kiselsyrans egenskaper
|
Kiseldioxid SiO2 har jämvikt med kiselsyra H4SiO4 i vatten.
Kiselsyra (H4SiO4) har ett högt pKa, och höjer pH i älv-vatten enligt mina provtagningar. Kiselsyra är mer lättflytande vid högre pH (viskositeten kan påverka transport-hastigheten av lösta ämnen). Försuring orsakar sålunda bla. lösta hydroxider men mindre mobilitet. Kisel kan bilda silikater med olika löslighet. En kompetitiv process där ämnen binds, eller utlakas och blir tillgängliga för växter. |
|
Fosfor binds korrelerat med svavel till skillnad från de lättlösliga föreningarna med sulfid eller sulfat, men utlakas mot kisel (fosfor bildar antagligen inte silikat). Se även övergripande hypotes #2.
Ett exempel på silikat från hydroxid och kiselsyra är:
4Fe(OH)3 + 3H4SiO4 → Fe4(SiO4)3 + 12H2O
Zirkonium, zink och bly är svårlösliga som sulfider och bildar inte hydroxider med vatten och bildar sålunda inte silikater med kiselsyra. De utlakas inte längs höjdkurvan. Dessa visar positivt eller inget samband mot kisel i databasen för detta material med mätningar från Norrland.
Alla fyra visar starkt positivt samband mot växtnäring, förmodligen genom att frigöra fosfor genom kompetitiv bindning av svavel.
Kisel har negativt inflytande på växt-näring, vilket kan bero 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.
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
Fördelnings-fenomen i skogsmark
Se nedan för tolkning av översikts tabellen vid |Rxy|>0.7Riktnings-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.
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
Klicka här för diagram
Visas i nytt fönster.
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.
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. För sammanfattning klicka HÄR.I figuren nedan syns att zink, titan, bly, zirkonium och även barium har positiva samband (indirekt närings synergi) mot växt-näring, krom är giftigt för växter och får negativt samband.
Nedanstående tabell visar sambanden för variabeln växtnäring i tre led.
Stigande samband visas med (/) fallande samband med (\).
Oxidationszon
| 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 det 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 interaktivt.
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 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.
 | ||
 |
 |
 |
Nedan är resultatet av tio års provodlingar med jord från Bondersbyn vid Kalix. Krukorna väger drygt 30kg styck. Den med 12g ZrO2 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.
Kemisk analys av de fyra provjordarna år 2019 på 15cm djup: Klicka här.
Resultaten av prov-odlingarna är: Snabb frisättning av näring vid zirkonium-tillsats, med utlakning till underskott på fosfor. Tillsats av svavel utlakar flera ämnen, men binder fosfor. Enbart gödsling leder till god tillväxt länge. Referensen är obehandlad och nästan stabil.
Zirkonium i överskott
Vid tillsats av ett överskott zirkonium (som ZrO2) binds sulfid
som annars skulle verka utlakande på ämnen som är lättlösliga
med sulfid. Dessa ämnen förblir då immobiliserade i jorden, utan att
deltaga i utlakningsmekanismen med kisel. Inte heller kompetitiv utlakning
med zink eller bly.
Fosfor utlakas vid underskott av tillgängligt svavel.
Så även vid bindning av sulfid med zirkonium i överskott.
Zink utlakas kompetitivt av överskottet zirkonium.
Yttrium var tillsatt ZrO2 för stabilisering, och förekommer i ökad mängd i den jorden.
En lite förhöjd mängd wolfram synes oförklarligt i krukan med enbart gödslad jord.
Donation till detta projekt
Var materialet intressant? Visa gärna din uppskattning
genom att donera till löpande kostnader för utveckling.
Märk inbetalning med "KLOK". Tack på förhand!
Donation bokförs speciellt för projektet.
♣ Drift webbsida
⋄ Kemisk analys
♠ Presentationer
♥ Applikation
Swish: 1234739645 Pgiro: 493 45 40-8 Nordea: 99601849345408
Gratis nerladdning av 25 års forskning!
Joakim Forssman, enskild firma: JSF-KEMI
Länk till Linkedin-sida. Klicka här.
INNEHÅLLSFÖRTECKNING
epost Joakim@ekomatte.se