Agrokemikere finder bevis på jernhjulets hypotese

Et team af agrokemikere fra Rusland, Tyskland, og Chile bekræftede den såkaldte jernbanehypotese-jernomsætningen i jorden, der beriger det med organisk nitrogen. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i Geochimica et Cosmochimica Acta tidsskrift.

Jordbunden i regnskove i det sydlige Chile er rig på organisk og uorganisk nitrogen (N). På trods af kraftig nedbør (over 5, 000 mm om året), praktisk talt intet uorganisk nitrogen (det er ofte en del af NO ₃ gruppe) elueres fra jorden. En teori, der forklarer dette fænomen, kaldes jernhjulshypotesen. Ifølge det, jernet i jorden bliver NEJ ₃ ind i NO ₂ der reagerer med organiske stoffer. Sådan bevæger nitrogen sig fra uorganiske til organiske forbindelser.

Jernhjulshypotesen blev foreslået i 2003, men siden er der ikke blevet leveret noget pålideligt eksperimentelt bevis, der får det videnskabelige samfund til at tvivle på teorien. En RUDN -agrokemiker sammen med sine kolleger fra Chile og Tyskland var de første, der beviste det rigtigt. For at gøre det, de brugte en ny teknologi:en automatiseret enhed til at tage en uorganisk nitrogenprøve (SPIN) og et quadrupol massespektrometer.

Teamet udarbejdede tre jordprøver - med højt og lavt jernindhold og slet ikke jern. Hver prøve blev placeret i massespektrometeret og behandlet med et skiftevis elektrisk felt. Under dens indflydelse opstod ladede partikler (ioner) med forskellige masser og ladninger fra prøven. Ved hjælp af banerne for hver ion, holdet beregnet forholdet mellem dets masse og ladning og derfor prøvens oprindelige atomære sammensætning. Målingerne blev taget 15 minutter, 1 time, 24 timer, og 5 dage efter tilsætning af jern.

For at spore nitrogens vej fra uorganiske til organiske stoffer, forfatterne markerede atomerne i NO ₃ ved hjælp af nitrogenisotoper ¹⁵ N - atomerne med en ekstra neutron i kernen sammenlignet med "almindeligt" nitrogen ¹⁴ N. Disse isotoper har identiske kemiske egenskaber, men det er let at differentiere dem ved hjælp af et massespektrometer. Således var agrokemikerne i stand til at spore kvælstofbevægelsen mellem jordmidler.

Inden for 15 minutter efter tilsætning af jern blev mængden af ​​NO ₃ reduceret med 20% i prøven med lavt jernindhold og med 35% i den med et højt jernindhold. Det tog samme tid for koncentrationen af ​​opløst organisk nitrogen at stige fra 0 mg pr. Liter til 0,08. På 5 dage blev koncentrationen fordoblet. De samme processer fandt sted i prøven med lavere jernindhold, men ved lavere hastighed. Hvad angår kontrolprøven, der ikke indeholdt jern, ingen drejning af NEJ ₃ i organisk nitrogen blev registreret i det.

"Vores resultater bekræfter klart hypotesen om overgangen til NO ₃ i opløst organisk nitrogen. Jernbanehjulshypotesen forklarer delvist bevarelsen af ​​NO ₃ i regnskovens jord. Denne undersøgelse blev kun mulig på grund af tilgængeligheden af ​​den nye teknologi, der sørgede for nøjagtig analyse af jern og NO ₃ indhold i jorden uden forvrængninger, "sagde Yakov Kuzyakov, medforfatter til værket, en ph.d. i biologi, og en medarbejder i RUDN.

I fremtiden planlægger teamet at udføre lignende undersøgelser for andre jordtyper, som jernhjulshypotesen også finder anvendelse på. Forfatterne understreger, at eksperimentet blev udført i laboratoriet og skal gengives i et naturligt økosystem.

Deltagerne i undersøgelsen repræsenterede også University of La Frontera (Chile) og University of Goettingen (Tyskland).