velikost textu

Biogeochemický cyklus prvků vzácných zemin v povodí Lesního potoka

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Biogeochemický cyklus prvků vzácných zemin v povodí Lesního potoka
Název v angličtině:
Biogeochemical cycle of rare earth elements in the Lesní potok catchment
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Jitka Dubroková, Ph.D.
Školitel:
prof. RNDr. Martin Mihaljevič, CSc.
Oponenti:
doc. RNDr. Ladislav Strnad, Ph.D.
Mgr. Vladislav Chrastný, Ph.D.
Id práce:
83746
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Ústav hydrogeologie, inž. geologie a užité geofyziky (31-450)
Program studia:
Aplikovaná geologie (P1202)
Obor studia:
Aplikovaná geologie se zaměřeními (XGEOLAP)
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
3. 12. 2009
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Informace o neveřejnosti:
Příloha práce byla vyloučena ze zveřejnění.
Jazyk práce:
Čeština
Abstrakt:
Souhrn Studie biogeochemického cyklu prvků vzácných zemin (REE) provedená v povodí Lesní potok (30 km JV od Prahy v národní přírodní rezervaci Voděradské bučiny) a jeho širším okolí je zaměřena na sledování koncentrací a distribuce REE v jednotlivých složkách přírodního prostředí, jejich vztahů s ostatními analyzovanými prvky a sloučeninami, jako jsou Al, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, Si, F-, Cl-, NO3- SO42-, HCO3- a organický uhlík, a jejich odezvy na fyzikálně-chemické podmínky v jednotlivých zkoumaných složkách ekosystému. Na ploše povodí a v jeho širším okolí byly odebrány vzorky půdy, potočního sedimentu, povrchové a podzemní vody, depozice na volné ploše a podkorunových srážek v bukovém a smrkovém porostu, vzorky asimilačních orgánů, kůry a dřevní hmoty smrku ztepilého (Picea abies) a buku lesního (Fagus sylvatica) a vzorky lišejníků druhu terčovka bublinatá (Hypogymnia physodes). Kapalné vzorky byly zfiltrovány filtrem o velikosti pórů 0,45 µm a stabilizovány HNO3. Vzorky povrchové vody odebrané ve vybraných měsících charakterizovaných nízkým anebo naopak vysokým průtokem byly použity k iontově výměnné chromatografii a membránové dialýze. Pevné vzorky byly sušeny do konstantní hmotnosti (a přesítovány a homogenizovány v případě půdy a potočního sedimentu) a rozloženy ve směsi HF a HNO3 pomocí mikrovlnného rozkládacího zařízení. Vybrané půdní vzorky byly zpracovány metodou sekvenční extrakce. Koncentrace REE (v této práci yttrium a prvky skupiny lanthanoidů kromě europia) byly zjišťovány metodou hmotnostní spektrometrie s indukčně vázanou plazmou (PQ3, VG Elemental). Koncentrace Al, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S a Si byly stanoveny metodou emisní optické spektrometrie s indukčně vázanou plazmou (IRIS Intrepid II XPS). Koncentrace F- byly analyzovány pomocí iontově selektivní elektrody. Koncentrace Cl-, NO3- a SO42- byly stanoveny metodou vysokotlaké kapalinové chromatografie (Shimadzu LC-6A). Koncentrace HCO3- byly stanoveny titrací. Koncentrace celkového a rozpuštěného organického uhlíku byly stanoveny přístrojem Tekmar-Dohrmann Apollo. Hlavní faktory ovlivňující koncentrace REE v půdním profilu jsou hloubka, půdní pH a obsah jílové frakce. 108 Koncentrace REE v povrchové vodě jsou v přímé souvislosti s koncentracemi organického uhlíku, které jsou výrazně závislé na teplotě. Výpočty speciace REE ukazují, že v teplejším ročním období, kdy je současně vyšší obsah organické hmoty v povrchové vodě a kdy se snižujícím se průtokem klesá Eh a zvyšuje se pH povrchové vody, tvoří okolo 90% z celkového obsahu REE v povrchové vodě komplexy s huminovými sloučeninami. Dominantní vliv na velikost koncentrací REE v podzemní vodě má prosakování srážkové vody doprovázené snížením pH podzemní vody. Se snižujícím se pH se do roztoku dostávají REE sorbované původně v půdě na minerálních částicích či organické hmotě a koncentrace REE v podzemní vodě se zvyšuje. Hlavním zdrojem REE v atmosférické depozici je loužení deponovaného atmosférického prachu tvořeného částečkami hornin a minerálů z lokálního podloží. Vyšší koncentrace REE v podkorunových srážkách jsou pouze výsledkem vymývání suché depozice. K loužení REE z asimilačních orgánů dřevin nedochází. Z celkového srovnání zkoumaných druhů vegetace vyplývá, že koncentrace REE a dalších prvků např. Al a Fe jsou vyšší v lišejnících, zatímco koncentrace esenciálních prvků jsou naopak vyšší u dřevin (buku a smrku). Stromová vegetace se vyznačuje výrazně nižšími koncentracemi REE ve dřevní hmotě než v asimilačních orgánech a kůře, kde k souhrnným koncentracím REE přispívá atmosférická depozice, která však není jediným zdrojem těchto prvků. Akumulaci REE vegetací potvrzuje výpočet faktorů obohacení. V případě esenciálních prvků Ca, K, Mg, Mn a P je však ve srovnání s REE akumulace vegetací mnohonásobně vyšší. Výrazně pozitivní látkové bilance REE v povodí Lesní potok vypovídají zejména o nízké mobilitě těchto prvků. Určujícím faktorem v bilanci REE je vstup zvětráváním, který podstatně přesahuje vstup REE atmosférickou depozicí a výstupy povrchovým a podpovrchovým odtokem. Biologická fixace REE je ve srovnání s ostatními látkovými toky minoritní. 109
Abstract v angličtině:
Summary The study of biogeochemical cycle of rare earth elements (REE) carried out in the Lesní potok catchment and its vicinity (located in the Nature State Reserve, Voděradské bučiny, 30 km SE of Prague) was focused on the monitoring of REE concentrations and distribution patterns in natural environment, their relationship with other analysed elements and compounds such as Al, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, Si, F-, Cl-, NO3- SO42-, HCO3- and organic carbon, and its response to physicochemical conditions in various investigated ecosystem compartments. The samples of soil, stream sediment, stream and ground water, rainwater and throughfall in beech and spruce forest, samples of tree assimilatory organs, bark and stem wood of Norway spruce (Picea abies) and European beech (Fagus sylvatica) and lichens (Hypogymnia physodes) were collected in the catchment and its vicinity. Liquid samples were acidified with dilute nitric acid to prevent losses by adsorption, and filtered using a 0.45 µm membrane filter. Stream water samples sampled in months characterized by low and high discharge were processed by ion exchange chromatography and membrane dialyses. Solid samples were dried to constant weight (and sieved and homogenized in case of soil stream sediment samples) and decomposed in the microwave oven with a mixture of HF and HNO3 acids. Selected soil samples were subject of sequential extraction. The REE concentrations were determined by quadrupole-based inductively coupled plasma- mass spectrometry using the PlasmaQuad (VG Elemental). The concentrations of Al, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, S, and Si were determined with an IRIS Intrepid II XPS inductively coupled plasma optical emission spectrometer. The F- concentrations were analysed using the ion selective electrode. The Cl-, NO3- and SO42- were determined by high pressure liquid chromatogramy (Shimadzu LC-6A). The HCO3- concentrations were analysed by titration. Total and dissolved organic carbon was determined by organic carbon analyser (Tekmar- Dohrmann Apollo). The main factors affecting the REE concentrations in soil were the depth in the soil profile, pH of the soil and the content of clay fraction. The REE concentrations in the stream water were correlated with organic carbon concentrations, which strongly depended on the temperature. Speciation computations 110 suggested that in the warm season, when the organic matter content in the stream water growths and the declining discharge cause the pH increase and Eh decrease, the REE are mainly complexed by the humic substances. The REE concentrations in the groundwater were predominantly influenced by the infiltration of the precipitation water through the soil into the groundwater accompanied by the decrease of the ground water pH. The lowering pH resulted in the desorption of the REE associated with mineral particles and organic matter and the ground water REE concentrations increased. The main source of REE in precipitation water was most likely the leaching or dissolution of mineral dust particles originating from the local bedrock. Higher REE concentrations in throughfall were identified to be just the result of the wash-out of dry deposition and REE were not susceptible to foliar leaching in the throughfall. The overall comparison of investigated vegetation species showed that the highest concentrations of REEs and some other elements (Al, Fe) were found in lichens, while typical nutrients prevailed in tree vegetation. The REE concentrations in stem wood were significantly lower compared to those in tree assimilatory organs and bark, in which the REE atmospheric deposition contributed to the total REE concentrations. However atmospheric deposition was not the only source of REE in tree assimilatory organs and bark, REE were found to bioaccumulate in vegetation, although at a much smaller rate than the essential elements K, Mn, P, Mg and Ca. Markedly positive mass balances of REE in Lesní potok catchment reflected the low mobility of these elements. The input of REE by weathering substantially exceeded the input of REE by atmospheric deposition and outputs by surface and subsurface discharge. The biological fixation of REE was minor compared to other mass fluxes. 111
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Jitka Dubroková, Ph.D. 6.54 MB
Stáhnout Příloha k práci Mgr. Jitka Dubroková, Ph.D. 310 kB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Jitka Dubroková, Ph.D. 66 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Jitka Dubroková, Ph.D. 66 kB
Stáhnout Posudek oponenta doc. RNDr. Ladislav Strnad, Ph.D. 89 kB
Stáhnout Posudek oponenta Mgr. Vladislav Chrastný, Ph.D. 268 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 680 kB