Від норми вуглецю до норми органічної речовини в ґрунтах - Les Mots de l agronomie

Вступ

Для переходу від вмісту органічного вуглецю в зразку ґрунту до вмісту органічної речовини дуже часто використовується коефіцієнт перерахунку 1,724. Це давнє і пережило випробування часом і сучасні методи аналізу.

На думку авторів, цей загальноприйнятий фактор приписується ван Беммелену (1890), Емілю фон Вольфу (1864) або навіть Карлу Шпренгелю (1826). Він базується на дуже старих дослідженнях, які показують, що "органічна речовина грунту містить 58% вуглецю". Оскільки співвідношення C/MO було б дорівнює 0,58, то співвідношення MO/C було б дорівнює 1,724. Він став загальновживаним, незважаючи на численні подальші дослідження, які показали, що він занадто низький для більшості ґрунтів і що значення 1,9 або 2,0 є більш точними. Для Pribyl (2010), який присвятив їй велику статтю, "зручність, повноваження та традиції значною мірою є причиною дуже широкого прийняття цього загальноприйнятого коефіцієнта перетворення, набагато більшою, ніж сила демонстрації".

Основним і найдавнішим методом прямого та легкого визначення вмісту органічної речовини (ОМ) у зразку ґрунту є втрати при займанні. Втрата при займанні (PAF) - це втрата маси зразка після прожарювання відносно початкової ваги. Для цього визначення не існує французького чи міжнародного стандарту. Протоколи варіюються залежно від лабораторій і, отже, дають різні результати для одного і того ж зразка, зокрема залежно від температури прожарювання, яка може становити від 350 до 1100 ° C, або тривалості, від 2 до 32 годин.

Починаючи з 19 століття і донині, переважна більшість аналітичних лабораторій визначали вміст органічного вуглецю, а потім помножували цей вміст на стандартний та універсальний коефіцієнт 1,724, забезпечуючи вміст ОМ.

Очевидно, що співвідношення між ОМ та органічним С відрізняється від одного ґрунту до іншого і навіть від одного горизонту до іншого в одному ґрунті. Це залежить від походження ОМ (видів рослин), від ступеня біодеградації та гуміфікації, а отже, від типу грунту, місцевих педокліматичних умов та практики вирощування. Отже, одне умовне значення, яким би воно не було, не може бути загальноприйнятим. Тому краще міркувати про норми вуглецю (які насправді вимірюють), ніж про вміст ОМ, який приблизно оцінено.

Сьогодні

Ряд сучасних публікацій та джерел просто повторюють і використовують цей коефіцієнт перетворення, не допитуючи і не обговорюючи це. Ось кілька прикладів:

Історична дискусія

“Студентів ґрунтознавства вчать, що для визначення вмісту ОМ у ґрунті органічний вуглець у ґрунті зазвичай вимірюють за допомогою вологого окислення з використанням дихромату калію (метод Уоклі-Блека) або, також, у лабораторіях, обладнаних за допомогою NC-аналізаторів, а потім множать на коефіцієнт перерахунку 1,72 або 1,724. У більшості підручників та лабораторних підручників не пояснюється, як цей фактор був отриманий, тому студенти, як правило, приймають це значення, не задаючи питань, точно так, як це роблять з іншими константами, що використовуються в природничих науках ", - йдеться на веб-сайті VB Asio [2], де зацікавлений читач знайде дуже повну історію (англійською мовою), а також статтю Прибила (2010), присвячену цій проблемі, і з якої ось короткий зміст (переклади від нас, як і в усіх наступних ):

«Використання одного фактора для перетворення вмісту органічного вуглецю в ґрунті у вміст органічної речовини є спірним. Початкова точка цього оскарження бере свій початок у чотирьох джерелах: оригінальні статті, опубліковані в 19 столітті, емпіричні дослідження, опубліковані протягом 20 століття, теоретичні міркування щодо складу органічної речовини, і розгляд яких призвів до популярності та загального визнання цього умовного фактора.

Загальноприйнятий коефіцієнт 1,724, заснований на припущенні, що органічна речовина ґрунту містить 58% вуглецю, застосовується лише до деяких ґрунтів або лише до певних компонентів органічної речовини ґрунту. Дослідження, опубліковані з кінця XIX століття, постійно показують, що коефіцієнт 1,724 є занадто низьким для більшості ґрунтів. За допомогою інвентаризації раніше опублікованих даних було встановлено, що медіана значення цього коефіцієнта перерахунку становить 1,9 з емпіричних досліджень та 2 з теоретичних міркувань.

Коефіцієнт 2, виходячи з припущення, що органічна речовина має 50% вуглецю, майже у всіх випадках буде більш точним, ніж звичайний коефіцієнт 1,724. Врахування можливих коливань у складі органічної речовини передбачає діапазон значень цього фактора між 1,4 і 2,5, діапазон, який є вужчим за емпіричні результати, принаймні частково через взаємодію між методами, що використовуються для оцінки органічних речовин речовини та складу грунту.

Зручність, повноваження та традиції багато в чому є причиною дуже широкого прийняття цього загальноприйнятого коефіцієнта перерахунку, набагато більше, ніж сила демонстрації ".

Перші цитати нижче намагаються повернутися до витоків цього коефіцієнта, наступні дають більш-менш детальну критику.

У 1930 р., У резюме статті про визначення ОМ ґрунту, Ваксман і Стівенс стверджують: «Іншим доступним методом є визначення загального вмісту вуглецю в ґрунті; це можна отримати одним із сухих або мокрих способів згоряння. Потім кількість органічного вуглецю, знайденого у визначеній кількості ґрунту, помножується на коефіцієнт 1,724, щоб отримати загальну кількість органічної речовини в ґрунті. Цей фактор був отриманий Ван Беммеленом, Вольні та іншими ґрунтовими хіміками, припускаючи, що вміст органічного вуглецю в органічній речовині ґрунту становить 58%. На наступних сторінках буде підкреслено, що це припущення є досить точним і що цей метод досі є найнадійнішим для вимірювання загальної органічної речовини ґрунту ”.

У 1932 р. У статті, присвяченій цій темі, Лайл і Байерс писали: «Детмер у 1871 р. Виявив, що гумус у грунті містив вуглецю 59,79%. У 1883 р. Логес, вивчаючи вологі та сухі методи згоряння, вільно використовував коефіцієнти Вольфа для розрахунку загальної кількості «гумінових речовин» у ґрунтах. У 1890 році ван Беммелен сказав про вміст гумусу: "Dieser ist erhalten durch Multiplikation des Kohlenstoffgehaltes mit den factor von Wolff: 1724."(" Це отримується шляхом множення вмісту вуглецю на коефіцієнт Вольфа: 1,724 ").

Це твердження можна розглядати як основу для універсального використання цього фактора. Те, що вміст вуглецю в органічній речовині ґрунту може суттєво відрізнятися від 58%, а фактори 1,724 та 0,471 є, отже, ненадійними, з тих пір було неодноразово показано. Дійсно, багато досліджень показали, що навіть у гумусі, що видобувається з ґрунту, середні значення вмісту вуглецю ближче до 50%, ніж до 58%. Давайте просто наведемо деякі з цих досліджень:

Автори та дати Характерні елементи дослідження Мінімум Максимум Середнє

Камерон і Бризал (1904)	19 сільськогосподарських ґрунтів, видобутих гумусом 3% аміаком	33.3	49,22	41,77
Читати і Ріджелл (1922)	37 ґрунтів дуже різного походження, швидше метод	поверхневі горизонти	30.2	56,27	49,26
		глибокі обрії	13.33	56,55	39.16
		разом	43,91
Робінзон (1927)	матеріали, видобуті перекисом водню	37,5	70,1 (61,9) [3]	54,8
	розрахунок, якщо залишки після обробки повністю складаються з вуглецю	44,5	78,4 (66,5)	58.6
Жолівет та ін. (1998)	лісові ґрунти та ґрунти, оброблені під кукурудзою з Ланд де Гасконь: підзозоли, що розвиваються в пісках, дуже бідних глиною	62.4

Як не дивно, але Камерон і Брізіл (1904) радять продовжувати використовувати коефіцієнт 1,724. Вони приходять до такого висновку, принаймні частково, виходячи з наступних міркувань (с. 44): ця органічна речовина, що не добувається аміаком, в основному складається з целюлози або целюлозних речовин, у яких відсоток вуглецю наближається до дуже близького до показника дано Ван Беммеленом. Оскільки вміст вуглецю в целюлозі становить 44,44%, це значення насправді наближається до їх значення для видобутих матеріалів набагато ближче, ніж значення, яке використовується як основа фактору, який вони помилково приписують Вану.

Жолівет та ін. (1998) показали, що співвідношення C/MO зменшувалось із глибиною. «Крім того, існує суттєва різниця у цьому співвідношенні С (вимірюється сухим згорянням)/МО (вимірюється втратами при займанні) між горизонтами А1 та горизонтами L (означає відповідно = 0,592 та 0,646). Це свідчить про зміну характеру ОМ в результаті очищення та вирощування кукурудзи. "

Автори та дата Характерні елементи дослідження MO/C

Люнт (1931)	Лісовий перегній	Свіжо опале листя	1,89
		Частково розкладене листя	1,85
		Дуже загниле листя	1.80
Бродбент (1953)	Синтез американської роботи	Поверхневі горизонти	1.9
		Глибокі горизонти	2.5
Де Леенхір, Ван Хов та Ван Руймбеке (1957)	Бельгійські грунти, що мають	2
Говард (1965)	Ilsрунти Великобританії	Розмірковують горизонти	Від 1,97 до 2,07
		Морські горизонти	1,77-1,95
Пономарьова і Плотнікова (1967)	Виділено співвідношення гумінової та фульвокислоти		2
Лофтус (1966)	Ilsрунти Пенсільванії	"Органічні грунти"	1.8
		Поверхневі горизонти "мінеральних грунтів"
INRA з Нансі (1986)	80-річний холорганічний горизонт алокризолу ялини O		Від 1,94 до 1,99
Стандарт NF ISO 10694 (червень 1995)	Сільськогосподарські ґрунти	Від 1,7 до 2,0

Пансу і Готейру (2003): «Ми часто говоримо про« загальну органічну речовину », яка емпірично виражає« загальний органічний вуглець », виміряний шляхом відновлення окислення, але коригований коефіцієнтом, заснованим на припущенні, що органічна речовина, що містить переважно гумінові кислоти приблизно 58% вуглецю (100/58 = 1,724 фактора ван Беммелена). Насправді ця швидкість далека від постійної, навіть якщо вона обмежена поверхневим горизонтом, і не дуже реалістична, особливо для ґрунтів із малогуміфікованими лісовими ґрунтами Мор або Модер, а також торф’яними ґрунтами. Тоді необхідно використовувати коефіцієнт 2 або навіть 2,5. Таким чином, цей термін "загальна органічна речовина" є оціночним похідним показником і не може використовуватися як індекс. "

Хугстін та ін. (2015) присвятили чудову статтю визначенню вмісту ОМ внаслідок втрат при займанні (PAF) та впливу використовуваного протоколу на отримані результати. «Ми показали, що коефіцієнт перетворення між ОМ (оцінюється за втратами при займанні) і СО зменшується за час прожарювання 3 години з 0,70 при 350 ° С до 0,55 при 650 ° С (рис. 4а). »Співвідношення MO (визначається PAF)/C для одного і того ж зразка та однакової тривалості, отже, залежить від використовуваної температури.

• C = вуглець, CO = органічний вуглець
• ОМ = органічна речовина або органічна речовина
• SOM = органічна речовина ґрунту
• PAF = втрата при займанні

Цитувана література

• Еллісон Л.Є., 1965. Органічний вуглець. В: Методи грунтового аналізу, 2-а частина. Am. Soc. Агрон., Медісон, Вісконсін: 1367-1378.
• Бродбент Ф.Є., 1953. Органічна фракція грунту. Досягнення агрономії, № 5: 153-183.
• Cameron F.K., Breazeale J.F., 1904. Органічна речовина в грунтах та надрах. Дж. Амер. Хім. Поділіться. 26: 29-45.
• Дабін Б., 1970. Аналіз органічної речовини в ґрунтах. Лабораторія хімії ґрунту та прикладної педології. ОРСТОМ, мультиграф, 17 с. Повний текст на веб-сайті IRD.
• De Leenheer L., van Hove J., van Ruymbeke M., 1957. Кількісне визначення органічної речовини ґрунту. Педологія, 7: 324-347.
• Демолон А., Леру Д., 1933. Посібник для експериментального вивчення ґрунту. Готьє Віллар, 213 с.
• Detmer W., 1871. Mittheilungen aus dem agriculturchemischen Laboratorium des Universität Leipzig. VI. Die natürlichen Humuskörper des Bodens und ihre landwirthschaftliche Bedeutung. Landwirthschaftlichen Versuchs-Stationen, 14: 248-296.
• Фіцпатрік Е.А., 1983. Рунти. Їх формування, класифікація та розподіл. Лонгмен, Лондон та Нью-Йорк, 354 с.
• Giroux M., Audesse P., 2004. Порівняння двох методів визначення вмісту органічного вуглецю, загального азоту та співвідношення C/N різних органічних поправок та добрив на фермах. Agrosol, IRDA (Інститут досліджень та розробок в агросереді) Квебеку, Тваринницькі виробництва, 15 (2): 107-110.
• Hoogsteen M.J.J., Lantinga E.A., Bakker E.J., Groot J.C.J., Tittonell P.A., 2015. Оцінка органічного вуглецю в грунті через втрати на займання: наслідки умов займання та структурні втрати води. Євро. J. Soil Sci., 66: 320-328.
• Howard P.J.A., 1965. Фактор вуглецево-органічної речовини в різних типах грунтів. Айкос, Копенгаген, 15: 229-236.
• INRA, Ненсі, 1986. Дононська обсерваторія ґрунту. Впровадження та результати 1986. 23 с.
• Jolivet C., Arrouays D., Bernoux M., 1998. Порівняння аналітичних методів визначення органічного вуглецю та органічних речовин у піщаних сподозолах Франції. Поширені. Грунтознавство Анальний завод., 29: 2227-2233.
• Лофтус Н.С., 1966 рік. Внесок видобутих гумінових колоїдів у обмінну здатність поверхневих ґрунтів. Кандидатська дисертація, Університет штату Пенсільванія.
• Loges G., 1883. Mittheilungen aus dem agriculturchemischen Laboratorium der Versuchs-station Kiel. III. Ueber die Bestimmung des Humus in Ackererden. Landwirthschaftlichen Versuchs-Stationen, 28: 229-245.
• Lunt H.A., 1931. Фракція вуглецю та органічної речовини в гумусі лісових ґрунтів. Ґрунтознавство, 32: 27-33.
• Lyle T. A., Byers H. G., 1932. Критичний лабораторний огляд методів визначення органічної речовини та карбонатів у ґрунті. Технічний бюлетень No 317. Бюро хімії та ґрунтів, USDA, Вашингтон, округ Колумбія, с. 1-26. повний текст на веб-сайті USDA.
• Пансу М., Готейру Дж., 2003. Грунтовий, мінералогічний, органічний та мінеральний аналіз. Спрінгер, Париж, 994 с.
• Пономарьова В. В., Плотнікова Т. А., 1967. Дані про ступінь внутрішньомолекулярного окислення гумусу в різних грунтових групах (проблема перетворення вуглецю в гумус). Сов. Грунтознавство. 7: 924-933.
• Pribyl D.W., 2010. Критичний огляд традиційного коефіцієнта перерахунку SOC у SOM. Геодермія, 156: 75-83. Повний текст на веб-сайті Sciencedirect.
• Ranney R.W., 1969. Рівняння перетворення органічного вуглецю та органічної речовини для поверхневих грунтів Пенсильванії. Грунтознавство Соц. Гірка. Proc., 33: 809-811.
• Прочитайте J.W., Ridgell R.H., 1922. Про використання звичайного вуглецевого фактора для оцінки органічної речовини грунту. Ґрунтознавство, 13 (1): 1-6.
• Робінзон В. О., 1927. Визначення органічної речовини в ґрунтах за допомогою перекису водню. Дж. Агр. Дослідження, 34: 339-356.
• Sikora L.J., Stott D.E., 1996. ilрунтовий органічний вуглець та азот. У: J.W. Doran & A.J. Jones, eds., Методи оцінки якості ґрунту. Спеціальна публікація SSSA № 49, 410 с.
• Веб-сайт Віктора Б. Асіо, професора ґрунтознавства та геоекології Державного університету Вісайя (ВДУ), Філіппіни, доступ 8 червня 2016 р.
• Веб-сайт Міністерства навколишнього середовища, енергетики та моря (Генеральна комісія зі сталого розвитку - Спостереження та статистика - Органічні речовини в ґрунтах та сховища вуглецю), консультація від 23 червня 2016.
• Sprengel C., 1926. Ueber Pflanzenhumus, Humussaüre und humussaure Salze. Archiv für die gesammte Naturlehre, 8: 145-220.
• Van Bemmelen J.M., 1890. Ueber die Bestimmung des Wassers, des Humus, des Schwefels, der in den colloïdalen Silikaten gebundenen Kieselsaüre, des Mangans u.s.w. ім Аккербоден. Landwirthschaftlichen Versuchs-Stationen, 37: 279-290.
• Waksman S.A., Stevens K.R., 1930. Критичне дослідження методів визначення природи та чисельності органічної речовини ґрунту. Ґрунтознавство, 30 (2) 97-116.
• Вольф Е., 1864 р. Entwurf zur Bodenanalyse. Landwirthschaftlichen Versuchs-Stationen, 6: 141-171.

Стандарти

NF ISO 10694. Якість ґрунту - Визначення органічного вуглецю та загального вуглецю після сухого згоряння (елементний аналіз) - червень 1995 р. ISO 11074, 2005, у:

---