Биогеохимичен цикъл на силиций в континентална повърхностна среда Въздействие на
Биогеохимичен цикъл на силиций в континентална повърхностна среда: Въздействие на сухоземните растения Fabrice Fraysse За цитиране на тази версия: Fabrice Fraysse. Биогеохимичен цикъл на силиций в континентална повърхностна среда: Въздействие на сухоземните растения. Други. Университет Пол Сабатие - Тулуза III, 2007. Френски. HAL Id: tel-00179740 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00179740 Изпратено на 16 октомври 2007 г. HAL е мултидисциплинарен архив с отворен достъп за депозиране и разпространение на документи за научни изследвания, независимо дали са публикувани или не. Документите могат да идват от учебни и изследователски институции във Франция или в чужбина или от публични или частни изследователски центрове. Мултидисциплинарният отворен архив HAL е предназначен за депозиране и разпространение на научни документи на научно ниво, публикувани или не, от френски или чуждестранни образователни и изследователски институции, публични или частни лаборатории.
ТЕЗАТА, представена в Университета на Пол Сабатие в Тулуза III С оглед получаване на ДОКТОРАТА от Университета на Пол Сабатие Специалност: ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА БИОГЕОХИМИЯ От FRAYSSE Fabrice Биогеохимичен цикъл на силиций в континенталната повърхностна среда: Въздействие на сухоземните растения Публично подкрепена на 5 юли 2007 г. жури: Жан-Марк МОНТЕЛ: Председател на журито Филип ВАН КАПЕЛЕН: Репортер Ив ЛУКАС: Репортер Олег ПОКРОВСКИ: Директор на дипломната работа Жан-Доминик МОНЬЮ: Директор на дисертацията Жак ШОТ: Изпитател Работа, извършена в Лабораторията на механизмите и трансферите в геологията UMR 5563, CNRS-OMP-Paul Sabatier University 14, avenue Edouard Belin 31400 Toulouse.
На дъщеря ми Мари, на всички, които са ми скъпи
Съдържание ОБЩО ВЪВЕДЕНИЕ. 1 СИЛИКА. 4 ГЛАВА. 1- МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ. 11 I. ИЗСЛЕДВАНЕ НА МАТЕРИАЛИ 12 A. Бамбукови фитолити. 12 Б. Фитолити на други растителни видове 17 1. Хвощ (Equisetum arvense). 17 2. Игли от лиственица (Larix gmelinii). 18 3. Листа от бял бряст (Ulmus laevis Pall). 21 4. Треви (Poaceae). 22 5. Папрати (Dicksonia squarrosa). 23 6. Екстракция на фитолити. 23 7. Наблюдение със сканиращ електронен микроскоп (SEM), съчетано с in situ елементен анализ (EDS, Спектрометрия на енергийната дисперсия) 24 C. Растителна постеля. 27 II. ИЗПЪЛНЕНИ МЕТОДИ. 29 А. Методи, приложени към фитолити. 29 1. Специфичната повърхностна площ (SAA) 29 2. Плочата атакува с HF/HNO 3 в чисто помещение. 29 3. Измервания на разтворимост 30 4. Електрокинетични измервания 32 5. Титрации на киселинно-алкална повърхност 35 6. Кинетика на разтваряне. 37 Б. Методи, приложени за отпадъци 41 1. Разграждане с продължително време на престой в затворени реактори "партида" 42 2. Разграждане с кратко време престой в затворени реактори "партида". 43 3. Деградация в отворена система 44 ГЛАВА. 2- ФИЗИКО-ХИМИЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА НА БАМБУК ФИТОЛИТИТЕ (Nastus borbonicus). 45 I. ВЪВЕДЕНИЕ ... 46
II. РЕЗЮМЕ НА ФРЕНСКИ ЧЛЕН: "ПОВЪРХНОСТНИ СВОЙСТВА, РАЗТВОРИМОСТ И КИНЕТИКА НА РАЗТВОРЯВАНЕ НА БАМБУК ФИТОЛИТИТЕ". 47 III. ПОВЪРХНОСТНИ СВОЙСТВА, РАЗТВОРИТЕЛНОСТ И КИНЕТИКА НА РАЗТВОРЯВАНЕ НА БАМБУК ФИТОЛИТИТЕ. 48 ГЛАВА. 3- РЕАКТИВНОСТ НА ФИТОЛИТИТЕ НА НАЗЕМНИ РАСТЕНИЯ ВЪВ ВОДНИ РЕШЕНИЯ. 62 I. ВЪВЕДЕНИЕ . 63 II. РЕЗЮМЕ НА ФРЕНСКИ ЧЛЕН: "РЕАКТИВНОСТ НА РАСТИТЕЛНИТЕ ФИТОЛИТИ ВЪВ ВОДНИ РЕШЕНИЯ". 64 III. РЕАКТИВНОСТ НА РАСТИТЕЛНИТЕ ФИТОЛИТИ В ВОДНИ РЕШЕНИЯ . 65 ГЛАВА. 4- ЕКСПЕРИМЕНТАЛНО ИЗСЛЕДВАНЕ НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯТА НА ЛИТЕРИТЕ НА НАЗЕМНИ РАСТЕНИЯ С ВОДНИ РЕШЕНИЯ ... 102 I. ВЪВЕДЕНИЕ ... 103 II. РЕЗЮМЕ НА ФРЕНСКИ СТАТИЯ: "ЕКСПЕРИМЕНТАЛНО ИЗСЛЕДВАНЕ НА ДЕГРАДАЦИЯТА НА НАСЕМНИ РАСТЕНИЯ С ЛЕТО С ВОДНИ РЕШЕНИЯ". 104 III. ЕКСПЕРИМЕНТАЛНО ИЗСЛЕДВАНЕ НА ДЕГРАДАЦИЯТА НА СЕМЕЙНИТЕ РАСТЕНИЯ С ЛЕТО С ВОДНИ РЕШЕНИЯ. 105 ОБЩИ ЗАКЛЮЧЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВИ ... 176 I. ОБЩИ ЗАКЛЮЧЕНИЯ 177 II ПЕРСПЕКТИВИ 179 ТАБЛИЦА НА ФИГУРИТЕ. 182 ТАБЛИЦА МАСИ. 183 ОБЩА БИБЛИОГРАФИЯ . 184 ПРИЛОЖЕНИЕ. 191
Общо въведение ОБЩО ВЪВЕДЕНИЕ 1
Силициев диоксид SILICA 4
Silica 1971) и като опал от тип AG според сферолитичната им морфология (Langer and Flörke, 1974, Bartoli, 1981). Установена е номенклатура на различните морфологии на фитолитите, тъй като, като триизмерни тела, фитолитите могат да имат няколко идентифицируеми форми (Mulholland и Rapp, 1992). На следните микрофотографии, получени със сканиращ електронен микроскоп (SEM), наистина можем да видим разнообразните морфологии на фитолитите, изследвани по време на тази дипломна работа: Фигура 1: Equisetum arvense Фигура 2: Larix gmelinii Фигура 3: Nastus borbonicus Фигура 4: Ulmus Laevis Pall. 7
Силициев диоксид, Alexandre et al. (1997) успяха да покажат, че в латозолите на Димоника (Конго) разтварянето на фитолити допринася 3 пъти повече от разтварянето на небиогенни силикатни минерали за потоците от разтворен силициев диоксид, изнесен извън профила на атмосферни влияния, докато Meunier et al. (1999, 2001), открити в андозолите на остров Реюнион с дебелина 15 см биогенни натрупвания на силициев диоксид, образувани в резултат на горски пожари от бамбук. Тези резултати показват, противно на общоприетите идеи, че рециклирането на силиций от литосферата от растенията не може да бъде пренебрегнато при установяване на метеорни баланси на времето. Количественото определяне на това рециклиране понастоящем е ограничено от липсата на основни физикохимични данни - разтворимост, кинетика на разтваряне, повърхностни свойства - върху фитолитите, но също и върху растителните отпадъци, включително ролята на тези в контрола на нормите и продуктите от атмосферни влияния е показана от Lucas (2001), за да се определи дали силицият, отделян в почвените разтвори по време на деградацията на растенията, идва от фитолити или органични вещества. 10
Материали и методи ГЛАВА 1 Материали и методи 11
Материали и методи I. ИЗСЛЕДВАНЕ НА МАТЕРИАЛИ А. Бамбукови фитолити За да припомним накратко, фитолитите се образуват чрез миграция и утаяване във въздушните тъкани на растенията от воден силициев диоксид, присъстващ в интерстициалните разтвори на почвите, и като цяло, след разграждането на растението се отделят и прехвърлени в почвата. Фитолитите, изследвани в първата част на това изследване, идват от хоризонт, богат на фитолити с дебелина 15 сантиметра, разположен на нивото на западната стена на вулкана "Piton des Neiges" на остров Реюнион, образуван около 3800 години след интензивни пожари в гори, населени предимно с бамбук (Meunier et al., 1999). Тези фитолити са събрани на дълбочина 20 см в рамките на М хоризонт от андозоли, до голяма степен представени от отломки от листа и бамбукови стъбла (Nastus borbonicus), както е описано от Meunier et al. (1999). Мястото и хоризонтът за вземане на проби са показани на Фигура 8 по-долу, Б. Фитолити от други видове В. Отпадъци Фигура 8. Място за вземане на проби за бамбукови фитолити (по Meunier et al. 1999) 12