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The influence of geochemical parameters on metal mobilization from a calcareous soil by the phytosiderophore DMA
Martin Walter
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Betreuer*innen
Stephan Krämer ,
Walter D. C. Schenkeveld
DOI
10.25365/thesis.32553
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29249.35134.144969-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Im Rahmen dieser Masterarbeit wurde die Abhängigkeit der Funktionalität des Phytosiderophoren DMA (2′-deoxymugineic acid) von geochemischen und physikochemischen Parametern in Bodenproben eines kalkreichen, spanischen Bodens untersucht. Die folgenden Metallionen wurden zur Untersuchung herangezogen: Fe(III), Cu, Mn, Ni, Co und Zn. Für Cd, V und U konnte kein DMA spezifisches und signifikantes Mobilisierungsverhalten festgestellt werden. In fünf Experimenten wurde die Funktionalität von DMA in Hinsicht auf Variationen in der Ionenstärke, der Temperatur, der hydrologischen Rahmenbedingungen und der exudierten Konzentration des Liganden untersucht. Ferner wurde das Adsorptionsverhalten von komplexierten DMA Komplexen untersucht. Bezüglich des Adsorptionspotentials der verschiedenen komplexierten Metall-DMA Spezies konnte festgestellt werden, dass FeDMA und CuDMA geringer an Oberflächen des beprobten Bodens adsorbieren als ZnDMA und NiDMA. Dies wird mit den verschiedenen negativen Nettoladung der Metall-DMA Komplexe in Zusammenhang gebracht, wobei eine höhere negative Nettoladung im Falle des FeDMA und CuDMA ein geringeres Adsorptionspotential bewirken. Ferner konnte eine direkte Proportionalität zwischen der Elektrolytkonzentration der Bodenlösung und dem Adsorptionspotential der Metall-DMA Komplexe festgestellt werden. Je höher die Elektrolytkonzentrationen gewählt wurden, je höher fiel die Adsorption von DMA Komplexen an Bodenpartikel-Oberflächen aus. Dieses Verhalten wird mit einer Abnahme der elektrostatischen Wechselwirkung zwischen Adsorbens und Arsorbat bei höhere Ionnenstärke in Zusammenhang gebracht. Eine eindeutige Temperaturabhängigkeit der Metall-DMA Komplexe konnte mit den im Zuge dieser Masterarbeit gewonnenen Daten nicht bewiesen werden. In einem weiteren Experiment wurden verschiedene DMA Konzentrationen zum beprobten Boden hinzugefügt. Es stellte sich heraus, dass verschiedene DMA Konzentrationen verschiedene zeitliche DMA Mobilisierungsmuster der gemessenen Elementen erzeugt. Fe und Zn Mobilisierungsmaxima ereignen sich nach kürzeren Interaktionszeiten bei geringeren, hinzugefügten DMA Konzentrationen. Auch Cu zeigt bei geringen hinzugefügten DMA Konzentrationen ein Mobilisierungsmaximum. Diese Beobachtung wird mit einer zeitlich längeren Stabilität von freien DMA im System bei höheren Konzentrationen an totaler, hinzugefügter DMA erklärt, da bei geringeren Konzentrationen freie DMA Liganden rascher komplexiert werden. Bleibt eine hohe Konzentration an freien DMA Liganden zeitlich länger im System unkomplexiert, gibt es weniger Wettbewerbsdruck zwischen den beobachteten Metallen. In einem dritten Experiment wurde die verschiedene Mobilisierung von Metallen zwischen vorgefeuchten „prewetted“ und nicht-vorgefeuchten „unprewetted“ Proben verglichen. Dabei stellte sich heraus, dass bei nicht vorgefeuchten Proben höhere Konzentrationen an Metallen mobilisiert werden. Diese Beobachtung wurde mit der Tatsache in Zusammenhang gebracht, dass ausgetrocknetes organisches Material einen Pool an schwach gebudenen Metallen darstellt, welche rasch komplexiert werden können. Bei vorgefeuchten Proben (es wurde 2 Tage vor dem Experiment forgefeuchtet) wurde eine geringere Mobilisierung von Metallen beobachtet, was für ein schnelles Erreichen eines neuen Gleichgewichtes unter feuchten Bedingungen spricht, unter welchem die zumal schwach gebundenen Metalle unlöslicher gebunden sein müssen (in Form von unlöslichen Präzipitaten etc.). Dieses Experiment zielte darauf ab, Metallmobilisierung von DMA aus einem kalkreichen Boden innerhalb eines
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(semi)ariden Gebietes, in dem Trockenzeiten und/oder periodische Niederschlagsereignisse vorkommen, zu quantifizieren. In einem weiteren Experiment zur Ionenstärke wurde bestimmt, dass sich das von der Elektrolytkonzentration abhängige Adsorptionspotential von Metall-DMA Komplexen in Korrelation dazu auch auf die Konzentration von Metall-DMA Komplexen in der Bodenlösung auswirkt. Ferner wurde bestimmt, dass Mobilisierung (und Adsorption) von Metall-DMA Komplexen auch bei gleicher Ionenstärke elektrolytspezifisch ist, wobei CaCl₂ eine höhere Adsorption (und geringere Mobilisierung) bewirkt als NaCl. Abschließend wurde noch ein Experiment zur Temperaturabhängigkeit der Komplexierung von Metallen von DMA durchgeführt. Es stellte sich heraus, dass die Komplexierung von Metallen durch DMA bei höheren Temperaturen schneller abläuft als bei niedrigeren, was auf eine durch erhöhte Temperatur beschleunigte Reaktionskinetik schliessen lässt. Weiters stellt sich bei höheren Temperaturen der Wettbewerbseffekt mit anderen Metallen schneller ein, wesshalb Metalle wie Fe, Zn und Mn schneller von Cu und anschließend Ni und Co als Zentralatom abgelöst werden. Es konnte ferner beobachtet werden, dass bei hohen Temperaturen (60°C) und langen interaktionszeiten (168 Stunden) die Konzentration der totalen, komplexierten DMA sinkt. Im Rahmen dieser Masterarbeit konnte für diese Beobachtung neben einigen Erklärungsvorschlägen jedoch keine endgültige Erklärung gemacht werden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass physikochemische und geochemische Parameter wie unter anderen Temperatur und Ionenstärke die Funktionalität des bedeutenden Phytosiderophoren DMA in einen kalkreichen Boden signifikant beeinflussen und deshalb von ökologischer Bedeutung in Hinblick auf Mikronährstoffe, wie zum Beispiel Fe, Cu und Zn, sind.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Phytosiderophores DMA Metal Mobilization Fe Deficiency Carbonaceous Soil
Schlagwörter
(Deutsch)
Phytosiderophore DMA Mobilisierung von Metallen Pflanzen Fe Mangel
Autor*innen
Martin Walter
Haupttitel (Englisch)
The influence of geochemical parameters on metal mobilization from a calcareous soil by the phytosiderophore DMA
Paralleltitel (Englisch)
The influence of geochemical parameters on metal mobilization from a calcareous soil by the phytosiderophore DMA
Publikationsjahr
2014
Umfangsangabe
45 S. : Ill., graf. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Stephan Krämer
Klassifikation
38 Geowissenschaften > 38.32 Geochemie
AC Nummer
AC11803264
Utheses ID
28906
Studienkennzahl
UA | 066 | 815 | |