Organiskt material

Organiskt material , organiskt material eller naturligt organiskt material hänvisar till den stora källan av kolbaserade föreningar som finns i naturliga och tekniska, terrestra och vattenmiljöer. Det är materia som består av organiska föreningar som har kommit från avföring och rester av organismer som växter och djur . Organiska molekyler kan också göras genom kemiska reaktioner som inte involverar liv. Grundläggande strukturer skapas av cellulosa , tannin , cutin och lignin , tillsammans med andra olika proteiner , lipider och kolhydrater . Organiskt material är mycket viktigt för näringsämnenas rörelse i miljön och spelar en roll för vattenretention på planetens yta.

Bildning

Levande organismer är sammansatta av organiska föreningar. I livet utsöndrar eller utsöndrar de organiskt material till sin miljö, fäller kroppsdelar som löv och rötter och efter att organismer dör bryts deras kroppar ner av bakterie- och svampverkan. Större molekyler av organiskt material kan bildas genom polymerisation av olika delar av redan nedbruten materia. ^{[ citat behövs ]} Sammansättningen av naturligt organiskt material beror på dess ursprung, omvandlingsläge, ålder och befintlig miljö, så dess biofysikalisk-kemiska funktioner varierar med olika miljöer.

Naturliga ekosystemfunktioner

Organiskt material är vanligt i hela ekosystemet och cirkuleras genom nedbrytningsprocesser av markmikrobiella samhällen som är avgörande för tillgången på näringsämnen. Efter att ha brutits ned och reagerat kan den flytta in i mark och vatten via vattenflöde. Organiskt material ger näring till levande organismer. Organiskt material fungerar som en buffert i vattenlösning för att upprätthålla ett neutralt pH i miljön. Den buffertverkande komponenten har föreslagits vara relevant för att neutralisera surt regn .

Källcykel

En del organiskt material som inte redan finns i marken kommer från grundvatten . När grundvattnet mättar jorden eller sedimentet runt den kan organiskt material fritt röra sig mellan faserna. Grundvatten har sina egna källor av naturligt organiskt material inklusive:

organiskt material, såsom kerogen och kol .
mark och sediment organiskt material.
organiskt material som infiltrerar under ytan från floder, sjöar och marina system."

Organismer bryts ner till organiskt material som sedan transporteras och återvinns. Inte all biomassa migrerar, en del är ganska stationär och vänder bara under loppet av miljontals år.

Jordens organiskt material

Det organiska materialet i marken kommer från växter, djur och mikroorganismer. I en skog faller till exempel lövskräp och vedartat material till skogsbotten. Detta kallas ibland för organiskt material. När det sönderfaller till en punkt där det inte längre går att känna igen, kallas det organiskt material i jorden. När det organiska materialet har brutits ner till ett stabilt ämne som motstår ytterligare nedbrytning kallas det humus . Alltså organiskt material i jorden omfattar allt organiskt material i jorden exklusive det material som inte har förmultnat.

En viktig egenskap hos organiskt material i marken är att det förbättrar jordens förmåga att hålla vatten och näringsämnen och tillåter att de frigörs långsamt, vilket förbättrar förutsättningarna för växternas tillväxt. En annan fördel med humus är att det hjälper jorden att hålla ihop vilket gör att nematoder , eller mikroskopiska bakterier, lätt kan bryta ner näringsämnena i jorden.

Det finns flera sätt att snabbt öka mängden humus. Att kombinera kompost, växt- eller djurmaterial/avfall eller gröngödsel med jord kommer att öka mängden humus i jorden.

Kompost: nedbrutet organiskt material.
Växt- och djurmaterial och avfall: döda växter eller växtavfall som löv eller buskar och träd, eller djurgödsel.
Gröngödsel: växter eller växtmaterial som odlas i det enda syftet att blandas med jord.

Dessa tre material förser nematoder och bakterier med näringsämnen för att de ska trivas och producera mer humus, vilket ger växterna tillräckligt med näring för att överleva och växa.

Organiskt material i marken är avgörande för all ekologi och för allt jordbruk , men det betonas särskilt i ekologiskt jordbruk, där det är särskilt starkt förlitat på det.

Priming effekt

Primereffekten kännetecknas av intensiva förändringar i den naturliga processen för omsättning av organiskt material (SOM), som är ett resultat av relativt måttliga ingrepp i jorden . Fenomenet orsakas i allmänhet av antingen pulserande eller kontinuerliga förändringar av tillförseln av färskt organiskt material (FOM). Priming-effekter resulterar vanligtvis i en acceleration av mineraliseringen på grund av en trigger såsom FOM-insatserna. Orsaken till denna ökning av nedbrytningen har ofta tillskrivits en ökning av mikrobiell aktivitet till följd av högre energi- och näringstillgänglighet som frigörs från FOM. Efter inmatningen av FOM tros specialiserade mikroorganismer växa snabbt och bara bryta ner detta nyligen tillsatta organiska material. Omsättningshastigheten för SOM i dessa områden är minst en storleksordning högre än bulkjorden.

Andra jordbehandlingar, förutom tillförsel av organiskt material, som leder till denna kortsiktiga förändring av omsättningshastigheten, inkluderar "tillförsel av mineralgödsel, utsöndring av organiska ämnen genom rötter, ren mekanisk behandling av jorden eller dess torkning och återvätning."

Förberedande effekter kan vara antingen positiva eller negativa beroende på jordens reaktion med den tillsatta substansen. En positiv primingseffekt resulterar i acceleration av mineralisering medan en negativ primingeffekt resulterar i immobilisering, vilket leder till att N inte är tillgänglig. Även om de flesta förändringar har dokumenterats i C- och N-pooler, kan primingeffekten även hittas i fosfor och svavel, såväl som andra näringsämnen.

Löhnis var först med att upptäcka fenomenet primingeffekt 1926 genom sina studier av gröngödselnedbrytning och dess effekter på baljväxter i jord. Han märkte att när man tillsatte färska organiska rester till jorden, resulterade det i en intensifierad mineralisering av humus N. Det var dock inte förrän 1953 som termen priming effect gavs av Bingeman i sin artikel med titeln The effect of the addition of organiskt material vid nedbrytning av en organisk jord . Flera andra termer hade använts innan priming-effekten myntades, inklusive priming-verkan, adderad kväveinteraktion (ANI), extra N och ytterligare N. Trots dessa tidiga bidrag ignorerades begreppet priming-effekt i stor utsträckning fram till omkring 1980-1990-talen.

Grundeffekten har hittats i många olika studier och anses vara en vanlig företeelse, som förekommer i de flesta växtjordsystem. Mekanismerna som leder till primingseffekten är emellertid mer komplexa än man ursprungligen trodde och förblir fortfarande allmänt missförstådda.

Även om det finns en hel del osäkerhet kring orsaken till primingeffekten, har några obestridda fakta framkommit från samlingen av nyare forskning:

Primereffekten kan uppstå antingen omedelbart eller mycket kort (potentiellt dagar eller veckor) efter att ett ämne har tillsatts i jorden.
Primereffekten är större i jordar som är rika på C och N jämfört med de som är fattiga på dessa näringsämnen.
Verkliga priming-effekter har inte observerats i sterila miljöer.
Storleken på grundeffekten ökar när mängden tillsatt behandling till jorden ökar.

Nyligen genomförda fynd tyder på att samma primingeffektmekanismer som verkar i marksystem också kan finnas i vattenmiljöer, vilket tyder på ett behov av bredare överväganden av detta fenomen i framtiden.

Sönderfall

En lämplig definition av organiskt material är biologiskt material som håller på att sönderfalla eller sönderfalla , såsom humus . En närmare titt på det biologiska materialet som håller på att sönderfalla avslöjar så kallade organiska föreningar ( biologiska molekyler ) som håller på att brytas upp (sönderfalla).

De huvudsakliga processerna genom vilka jordmolekyler sönderfaller är genom bakteriell eller svampenzymatisk katalys . Om bakterier eller svampar inte fanns på jorden skulle nedbrytningsprocessen ha gått mycket långsammare.

Organisk kemi

Mätningar av organiskt material mäter i allmänhet endast organiska föreningar eller kol , och så är endast en approximation av nivån av en gång levande eller sönderdelad materia. Vissa definitioner av organiskt material betraktar likaledes bara "organiskt material" för att endast hänvisa till kolinnehållet, eller organiska föreningar, och tar inte hänsyn till ämnets ursprung eller nedbrytning. I denna mening skapas inte alla organiska föreningar av levande organismer, och levande organismer lämnar inte bara efter sig organiskt material. Ett musslskal, till exempel, medan det är biotiskt , innehåller inte mycket organiskt kol , så det kan inte anses vara organiskt material i denna mening. Omvänt urea en av många organiska föreningar som kan syntetiseras utan någon biologisk aktivitet.

Organiskt material är heterogent och mycket komplext. I allmänhet är organiskt material, uttryckt i vikt,:

45–55 % kol
35–45 % syre
3–5 % väte
1–4 % kväve

Molekylvikterna för dessa föreningar kan variera drastiskt, beroende på om de repolymeriserar eller inte, från 200 till 20 000 amu. Upp till en tredjedel av kolet som finns i aromatiska föreningar där kolatomerna vanligtvis bildar sexledade ringar. Dessa ringar är mycket stabila på grund av resonansstabilisering , så de är svåra att bryta ner. De aromatiska ringarna är också mottagliga för elektrofila och nukleofila attacker från annat elektrondonerande eller elektronaccepterande material, vilket förklarar den möjliga polymerisationen för att skapa större molekyler av organiskt material.

Det finns också reaktioner som sker med organiskt material och annat material i jorden för att skapa föreningar som aldrig tidigare setts. Tyvärr är det väldigt svårt att karakterisera dessa eftersom man vet så lite om naturligt organiskt material i första hand. Forskning pågår för närvarande för att ta reda på mer om dessa nya föreningar och hur många av dem som bildas.

Vatten

Akvatiskt organiskt material kan ytterligare delas in i två komponenter: (1) löst organiskt material (DOM), mätt som färgat löst organiskt material (CDOM) eller löst organiskt kol (DOC), och (2) partikelformigt organiskt material (POM). De särskiljs vanligtvis av det som kan passera genom ett 0,45 mikrometers filter (DOM), och det som inte kan (POM).

Upptäckt

Organiskt material spelar en viktig roll i rening och återvinning av dricksvatten och avloppsvatten, naturliga akvatiska ekosystem, vattenbruk och miljörehabilitering. Det är därför viktigt att ha tillförlitliga metoder för upptäckt och karakterisering, för både kort- och långtidsövervakning. En mängd olika analytiska detektionsmetoder för organiskt material har funnits i upp till decennier, för att beskriva och karakterisera organiskt material. Dessa inkluderar, men är inte begränsade till: totalt och löst organiskt kol, masspektrometri , kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi , infraröd (IR) spektroskopi , UV-synlig spektroskopi och fluorescensspektroskopi . Var och en av dessa metoder har sina egna fördelar och begränsningar.

Vattenrening

Samma förmåga hos naturligt organiskt material som hjälper till med vattenretention i mark skapar problem för nuvarande vattenreningsmetoder. I vatten kan organiskt material fortfarande binda till metalljoner och mineraler. Dessa bundna molekyler stoppas inte nödvändigtvis av reningsprocessen, men orsakar inte skada på några människor, djur eller växter. Men på grund av den höga nivån av reaktivitet hos organiskt material kan biprodukter som inte innehåller näringsämnen framställas. Dessa biprodukter kan inducera biofouling , vilket i huvudsak täpper till vattenfiltreringssystem i vattenreningsanläggningar, eftersom biprodukterna är större än membranporstorlekarna. Detta igensättningsproblem kan behandlas med klordesinfektion ( klorering ), vilket kan bryta ned restmaterial som täpper till system. Men klorering kan bilda desinfektionsbiprodukter .

Vatten med organiskt material kan desinficeras med ozoninitierade radikalreaktioner. Ozonet (tre syreämnen) har mycket starka oxidationsegenskaper . Det kan bilda hydroxylradikaler (OH) när det sönderdelas, vilket kommer att reagera med det organiska materialet för att stänga av problemet med biologisk förorening.

Vitalism

Ekvationen "organisk" med levande organismer kommer från den nu övergivna idén om vitalism som tillskrev en speciell kraft till livet som ensamt kunde skapa organiska ämnen. Denna idé ifrågasattes först efter den artificiella syntesen av urea av Friedrich Wöhler 1828.

Se även

Jämför med:

Bibliografi

George Aiken (2002). "Ekologiskt material i grundvatten" . United States Geological Survey.
Cabaniss, Steve, Greg Madey, Patricia Maurice, Yingping Zhou, Laura Leff, Ola Olapade, Bob Wetzel, Jerry Leenheer och Bob Wershaw, komp. Stokastisk syntes av naturligt organiskt material. UNM, ND, KSU, UNC, USGS. 22 april 2007.
Cho, Min, Hyenmi Chung och Jeyong Yoon. "Desinfektion av vatten som innehåller naturligt organiskt material genom att använda ozoninitierade radikala reaktioner." Abstrakt. Applied and Environmental Microbiology Vol. 69 No.4 (2003): 2284–2291.
Fortner, John D., Joseph B. Hughes, Jae-Hong Kim och Hoon Hyung. "Naturligt organiskt material stabiliserar kolnanorör i vattenfasen." Abstrakt. Environmental Science & Technology Vol. 41 nr 1 (2007): 179–184.
"Forskare studerar roll av naturligt organiskt material i miljön." Science Daily 20 december 2006. 22 april 2007 < https://www.sciencedaily.com/releases/2006/12/061211221222.htm >.
Senesi, Nicola, Baoshan Xing och Pm Huang. Biofysikalisk-kemiska processer som involverar naturligt icke-levande organiskt material i miljösystem. New York: IUPAC, 2006.
"Tabell 1: Ytarea, volym och medeldjup för hav och hav." Encyclopædia Britannica.
"Ämnesögonblicksbild: Naturligt organiskt material." American Water Works Association Research Foundation. 2007. 22 april 2007 < https://web.archive.org/web/20070928102105/http://www.awwarf.org/research/TopicsAndProjects/topicSnapShot.aspx?Topic=Organic >.
Amerikas förenta stater. United States Geological Survey. Jordens vattenfördelning. 10 maj 2007. < http://ga.water.usgs.gov/edu/waterdistribution.html >
Vattenskjul: organiskt material. North Carolina State University. 1 maj 2007 < http://www.water.ncsu.edu/watershedss/info/norganics.html >.