Organische Materie – Wikipedia

Posted on by

Materie aus organischen Verbindungen

Organische Materie, organisches Material, oder natürliche organische Substanz bezieht sich auf die große Quelle von Verbindungen auf Kohlenstoffbasis, die in natürlichen und technischen, terrestrischen und aquatischen Umgebungen vorkommen. Es handelt sich um Materie aus organischen Verbindungen, die aus den Überresten von Organismen wie Pflanzen und Tieren und deren Abfallprodukten in der Umwelt stammen.[1] Organische Moleküle können auch durch chemische Reaktionen hergestellt werden, an denen kein Leben beteiligt ist.[2] Grundstrukturen werden aus Cellulose, Tannin, Cutin und Lignin zusammen mit anderen verschiedenen Proteinen, Lipiden und Kohlenhydraten erzeugt. Organische Materie ist sehr wichtig für die Bewegung von Nährstoffen in der Umwelt und spielt eine Rolle bei der Wasserretention auf der Oberfläche des Planeten.[3]

Formation[edit]

Lebende Organismen bestehen aus organischen Verbindungen. Im Leben scheiden sie organische Materialien aus oder scheiden sie in ihre Umwelt aus, werfen Körperteile wie Blätter und Wurzeln ab und nach dem Absterben von Organismen werden ihre Körper durch Bakterien- und Pilzbefall abgebaut. Größere Moleküle organischer Materie können durch Polymerisation verschiedener Teile bereits abgebauter Materie gebildet werden.[citation needed] Die Zusammensetzung der natürlichen organischen Substanz hängt von ihrer Herkunft, ihrem Transformationsmodus, ihrem Alter und ihrer vorhandenen Umgebung ab. Daher variieren ihre biophysikalisch-chemischen Funktionen je nach Umgebung.[4]

Natürliche Ökosystemfunktionen[edit]

Organische Stoffe sind im gesamten Ökosystem verbreitet und werden durch Zersetzungsprozesse von Bodenmikrobengemeinschaften zirkuliert, die für die Nährstoffverfügbarkeit von entscheidender Bedeutung sind.[5] Nach dem Abbau und der Reaktion kann es über den Wasserfluss in den Boden und in das Hauptwasser gelangen. Organische Stoffe versorgen lebende Organismen mit Nahrung. Organisches Material wirkt als Puffer in wässriger Lösung, um einen neutralen pH-Wert in der Umgebung aufrechtzuerhalten. Es wurde vorgeschlagen, dass die pufferwirkende Komponente für die Neutralisierung von saurem Regen relevant ist.[6]

Quellzyklus[edit]

Ein Großteil der organischen Stoffe, die sich noch nicht im Boden befinden, stammt aus dem Grundwasser. Wenn das Grundwasser den Boden oder das Sediment um ihn herum sättigt, kann sich organische Substanz frei zwischen den Phasen bewegen. Grundwasser hat auch seine eigenen Quellen für natürliche organische Stoffe:

  • “Ablagerungen organischer Stoffe wie Kerogen und Kohle.
  • Boden und Sediment organische Substanz.
  • organische Materie, die aus Flüssen, Seen und Meeressystemen in den Untergrund eindringt. “[7]

Eine Quelle für organische Grundwasserstoffe sind organische Bodenstoffe und sedimentäre organische Stoffe. Die Hauptbewegungsmethode in den Boden ist das Grundwasser, aber auch organische Stoffe aus dem Boden gelangen ins Grundwasser. Der größte Teil der Materie in Seen, Flüssen und Oberflächengewässern stammt aus verschlechtertem Material im Wasser und an den umliegenden Ufern und teilweise aus Grundwasser.

Diese Bewegung ermöglicht die Bildung eines Zyklus. Organismen zersetzen sich in organische Stoffe, die dann transportiert und recycelt werden. Nicht alle Biomasse wandert, einige sind eher stationär und drehen sich nur im Laufe von Millionen von Jahren.[8]

Organische Bodensubstanz[edit]

Die organische Substanz im Boden stammt von Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen. In einem Wald beispielsweise fallen Laub und Holz auf den Waldboden. Dies wird manchmal als organisches Material bezeichnet.[9] Wenn es bis zu dem Punkt zerfällt, an dem es nicht mehr erkennbar ist, spricht man von organischer Bodensubstanz. Wenn die organische Substanz in eine stabile Substanz zerfallen ist, die einer weiteren Zersetzung widersteht, spricht man von Humus. Somit umfasst die organische Bodensubstanz die gesamte organische Substanz im Boden mit Ausnahme des Materials, das nicht verfallen ist.[10]

Eine wichtige Eigenschaft der organischen Bodensubstanz besteht darin, dass sie die Fähigkeit eines Bodens verbessert, Wasser und Nährstoffe aufzunehmen, und deren langsame Freisetzung ermöglicht, wodurch die Bedingungen für das Pflanzenwachstum verbessert werden. Ein weiterer Vorteil von Humus besteht darin, dass es dem Boden hilft, zusammenzukleben, wodurch Nematoden oder mikroskopisch kleine Bakterien die Nährstoffe im Boden leicht zerlegen können.[11]

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, um die Humusmenge schnell zu erhöhen. Durch die Kombination von Kompost, pflanzlichen oder tierischen Materialien / Abfällen oder Gründüngung mit Erde wird die Humusmenge im Boden erhöht.

  1. Kompost: zersetztes organisches Material.
  2. Pflanzen- und Tiermaterial und -abfälle: tote Pflanzen oder Pflanzenabfälle wie Blätter oder Busch- und Baumabfälle oder Tierdung.
  3. Gründüngung: Pflanzen oder Pflanzenmaterial, das ausschließlich zum Einbau in den Boden angebaut wird.

Diese drei Materialien versorgen Nematoden und Bakterien mit Nährstoffen, damit sie gedeihen und mehr Humus produzieren können, wodurch die Pflanzen genügend Nährstoffe erhalten, um zu überleben und zu wachsen.[11]

Grundierungseffekt[edit]

Das Grundierungseffekt ist gekennzeichnet durch intensive Veränderungen im natürlichen Prozess des Umsatzes mit organischer Bodensubstanz (SOM), die sich aus relativ moderaten Eingriffen in den Boden ergeben.[12] Das Phänomen wird im Allgemeinen durch gepulste oder kontinuierliche Änderungen der Einträge von frischer organischer Substanz (FOM) verursacht.[13] Grundierungseffekte führen normalerweise zu einer Beschleunigung der Mineralisierung aufgrund von a auslösen wie die FOM-Eingänge. Die Ursache für diese Zunahme der Zersetzung wurde oft auf eine Zunahme der mikrobiellen Aktivität zurückgeführt, die auf eine höhere Energie- und Nährstoffverfügbarkeit zurückzuführen ist, die vom FOM freigesetzt wird. Es wird angenommen, dass spezialisierte Mikroorganismen nach der Eingabe von FOM schnell wachsen und nur diese neu hinzugefügte organische Substanz zersetzen.[14] Die Fluktuationsrate von SOM in diesen Gebieten ist mindestens eine Größenordnung höher als die des Schüttbodens.[13]

Andere Bodenbehandlungen neben dem Eintrag organischer Stoffe, die zu dieser kurzfristigen Änderung der Umsatzraten führen, umfassen “den Einsatz von Mineraldünger, die Exsudation organischer Substanzen durch Wurzeln, die bloße mechanische Behandlung des Bodens oder dessen Trocknung und Wiederbenetzung”.[12]

Priming-Effekte können entweder sein positiv oder Negativ abhängig von der Reaktion des Bodens mit der zugesetzten Substanz. Ein positiver Priming-Effekt führt zu einer Beschleunigung der Mineralisierung, während ein negativer Priming-Effekt zu einer Immobilisierung führt, was zur Nichtverfügbarkeit von N führt. Obwohl die meisten Änderungen in C- und N-Pools dokumentiert wurden, kann der Priming-Effekt auch in Phosphor und Schwefel sowie anderen Nährstoffen gefunden werden.[12]

Löhnis war der erste, der 1926 das Phänomen des Priming-Effekts durch seine Untersuchungen zur Zersetzung von Gründüngung und deren Auswirkungen auf Hülsenfruchtpflanzen im Boden entdeckte. Er bemerkte, dass die Zugabe von frischen organischen Rückständen zum Boden zu einer verstärkten Mineralisierung durch den Humus N führte. Der Begriff wurde jedoch erst 1953 verwendet Grundierungseffekt wurde von Bingeman in seiner Arbeit mit dem Titel gegeben, Die Wirkung der Zugabe von organischen Materialien auf die Zersetzung eines organischen Bodens. Einige andere Begriffe waren zuvor verwendet worden Grundierungseffekt wurde geprägt, einschließlich Priming-Wirkung, hinzugefügter Stickstoff-Wechselwirkung (ANI), zusätzlichem N und zusätzlichem N.[12] Trotz dieser frühen Beiträge wurde das Konzept des Priming-Effekts bis etwa in die 1980er bis 1990er Jahre weitgehend ignoriert.[13]

Der Priming-Effekt wurde in vielen verschiedenen Studien festgestellt und wird als häufiges Vorkommen angesehen, das in den meisten Pflanzenbodensystemen auftritt.[15] Die Mechanismen, die zum Priming-Effekt führen, sind jedoch komplexer als ursprünglich angenommen und werden im Allgemeinen immer noch missverstanden.[14]

Obwohl der Grund für den Priming-Effekt sehr ungewiss ist, gibt es einige unbestrittene Tatsachen sind aus der Sammlung neuerer Forschungsergebnisse hervorgegangen:

  1. Der Priming-Effekt kann entweder sofort oder sehr kurz (möglicherweise Tage oder Wochen) auftreten.[13] nach der Zugabe eines Stoffes erfolgt in den Boden.
  2. Der Priming-Effekt ist in Böden, die reich an C und N sind, größer als in Böden, die arm an diesen Nährstoffen sind.
  3. In sterilen Umgebungen wurden keine echten Priming-Effekte beobachtet.
  4. Die Größe des Priming-Effekts nimmt mit zunehmender Menge an zusätzlicher Behandlung des Bodens zu.[12]

Jüngste Erkenntnisse legen nahe, dass die gleichen Priming-Effekt-Mechanismen, die in Bodensystemen wirken, auch in aquatischen Umgebungen vorhanden sein können, was darauf hindeutet, dass dieses Phänomen in Zukunft umfassender betrachtet werden muss.[13][16]

Zersetzung[edit]

Eine geeignete Definition von organischer Substanz ist biologisches Material, das gerade zerfällt oder sich zersetzt, wie z. B. Humus. Ein genauerer Blick auf das biologische Material beim Zerfall zeigt sogenannte organische Verbindungen (biologische Moleküle) beim Zerfall (Zerfall).

Die Hauptprozesse, durch die Bodenmoleküle zerfallen, sind die bakterielle oder pilzliche enzymatische Katalyse. Wenn keine Bakterien oder Pilze auf der Erde vorhanden wären, wäre der Zersetzungsprozess viel langsamer verlaufen.

Organische Chemie[edit]

Messungen von organischer Substanz messen im Allgemeinen nur organische Verbindungen oder Kohlenstoff und sind daher nur eine Annäherung an den Gehalt an einmal lebender oder zersetzter Materie. Einige Definitionen von organischer Substanz beziehen sich ebenfalls nur auf “organische Substanz”, um sich nur auf den Kohlenstoffgehalt oder organische Verbindungen zu beziehen, und berücksichtigen nicht die Herkunft oder Zersetzung der Materie. In diesem Sinne werden nicht alle organischen Verbindungen von lebenden Organismen erzeugt, und lebende Organismen hinterlassen nicht nur organisches Material. Die Muschelschale enthält beispielsweise, obwohl sie biotisch ist, nicht viel organischen Kohlenstoff und kann daher in diesem Sinne nicht als organische Substanz betrachtet werden. Umgekehrt ist Harnstoff eine von vielen organischen Verbindungen, die ohne biologische Aktivität synthetisiert werden können.

Organische Materie ist heterogen und sehr komplex. Im Allgemeinen ist organische Substanz in Bezug auf das Gewicht:[6]

Die Molekulargewichte dieser Verbindungen können drastisch variieren, abhängig davon, ob sie repolymerisieren oder nicht, von 200 bis 20.000 amu. Bis zu einem Drittel des vorhandenen Kohlenstoffs befindet sich in aromatischen Verbindungen, in denen die Kohlenstoffatome üblicherweise sechsgliedrige Ringe bilden. Diese Ringe sind aufgrund der Resonanzstabilisierung sehr stabil, so dass sie schwer zu zersetzen sind. Die aromatischen Ringe sind auch anfällig für elektrophile und nukleophile Angriffe durch andere elektronenspendende oder elektronenakzeptierende Materialien, was die mögliche Polymerisation zur Erzeugung größerer Moleküle organischer Substanz erklärt.

Es gibt auch Reaktionen, die mit organischer Substanz und anderem Material im Boden auftreten, um Verbindungen zu erzeugen, die noch nie zuvor gesehen wurden. Leider ist es sehr schwierig, diese zu charakterisieren, da über natürliche organische Stoffe überhaupt so wenig bekannt ist. Derzeit wird geforscht, um mehr über diese neuen Verbindungen und deren Anzahl herauszufinden.[17]

Wasser[edit]

Aquatische organische Substanz kann weiter in zwei Komponenten unterteilt werden: (1) gelöste organische Substanz (DOM), gemessen als gefärbte gelöste organische Substanz (CDOM) oder gelöster organischer Kohlenstoff (DOC), und (2) partikuläre organische Substanz (POM). Sie unterscheiden sich typischerweise durch das, was durch ein 0,45-Mikrometer-Filter (DOM) passieren kann, und das, was nicht kann (POM).

Erkennung[edit]

Organische Stoffe spielen eine wichtige Rolle bei der Aufbereitung und dem Recycling von Trinkwasser und Abwasser, in natürlichen aquatischen Ökosystemen, in der Aquakultur und in der Umweltsanierung. Es ist daher wichtig, zuverlässige Methoden zur Erkennung und Charakterisierung sowohl für die kurz- als auch für die langfristige Überwachung zu haben. Seit bis zu Jahrzehnten gibt es verschiedene analytische Nachweismethoden für organische Stoffe, um organische Stoffe zu beschreiben und zu charakterisieren. Dazu gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Gesamt- und gelöster organischer Kohlenstoff, Massenspektrometrie, Kernspinresonanzspektroskopie (NMR), Infrarotspektroskopie (IR), UV-sichtbare Spektroskopie und Fluoreszenzspektroskopie. Jede dieser Methoden hat ihre eigenen Vor- und Nachteile.

Wasserreinigung[edit]

Die gleiche Fähigkeit natürlicher organischer Stoffe, die zur Wasserretention im Boden beiträgt, schafft Probleme für die derzeitigen Wasserreinigungsmethoden. In Wasser kann organische Substanz immer noch an Metallionen und Mineralien binden. Diese gebundenen Moleküle werden nicht unbedingt durch den Reinigungsprozess gestoppt, verursachen jedoch keinen Schaden für Menschen, Tiere oder Pflanzen. Aufgrund der hohen Reaktivität organischer Stoffe können jedoch Nebenprodukte entstehen, die keine Nährstoffe enthalten. Diese Nebenprodukte können Biofouling induzieren, das Wasserfiltrationssysteme in Wasseraufbereitungsanlagen im Wesentlichen verstopft, da die Nebenprodukte größer als die Porengrößen der Membran sind. Dieses Verstopfungsproblem kann durch Chlordesinfektion (Chlorierung) behandelt werden, wodurch Restmaterial abgebaut werden kann, das die Systeme verstopft. Bei der Chlorierung können jedoch Desinfektionsnebenprodukte entstehen.[17]

Wasser mit organischer Substanz kann mit durch Ozon ausgelösten Radikalreaktionen desinfiziert werden. Das Ozon (drei Sauerstoffatome) weist sehr starke Oxidationseigenschaften auf. Es kann bei seiner Zersetzung Hydroxylradikale (OH) bilden, die mit der organischen Substanz reagieren, um das Problem des Biofoulings zu beseitigen.[18]

Vitalismus[edit]

Die Gleichung von “organisch” mit lebenden Organismen stammt aus der inzwischen aufgegebenen Idee des Vitalismus, die dem Leben eine besondere Kraft zuschrieb, die allein organische Substanzen erzeugen könnte. Diese Idee wurde erstmals nach der künstlichen Synthese von Harnstoff durch Friedrich Wöhler im Jahre 1828 in Frage gestellt.

Siehe auch[edit]

Vergleichen mit:

Verweise[edit]

  1. ^ “Natürliche organische Materie”. GreenFacts. Abgerufen 28. Juli 2019.
  2. ^ “NASA Goddard Instrument macht ersten Nachweis von organischer Materie auf dem Mars”. NASA. 16. Dezember 2014. Abgerufen 28. Juli 2019.
  3. ^ Sejian, Veerasamy; Gaughan, John; Baumgard, Lance; Prasad, Cadaba. Auswirkungen des Klimawandels auf das Vieh: Anpassung und Minderung. Springer. ISBN 978-81-322-2265-1.
  4. ^ Nicola Senesi, Baoshan Xing und PM Huang, Biophysiko-chemische Prozesse, an denen natürliche nichtfluidulfitierende organische Materie in Umweltsystemen beteiligt ist, New York: IUPAC, 2006.
  5. ^ Ochoa-Hueso, R; Delgado-Baquerizo, M; König, PTA; Benham, M; Arca, V; Power, SA (2019). “Ökosystemtyp und Ressourcenqualität sind wichtiger als globale Veränderungstreiber bei der Regulierung früher Stadien der Abfallzersetzung.” Bodenbiologie und Biochemie. 129: 144–152. doi:10.1016 / j.soilbio.2018.11.009.
  6. ^ ein b Steve Cabaniss, Greg Madey, Patricia Maurice, Yingping Zhou, Laura Leff, Olacheesy-Chef Bob Wetzel, Jerry Leenheer und Bob Wershaw, Comps, Stochastische Synthese natürlicher organischer Materie, UNM, ND, KSU, UNC, USGS, 22. April 2007.
  7. ^ George Aiken (2002). “Organische Materie im Grundwasser”. Geologische Untersuchung der Vereinigten Staaten. Abgerufen 28. Juli 2019.
  8. ^ Tori M. Hoehler und Bo Barker Jørgensen “Mikrobielles Leben unter extremer Energieeinschränkung” Nature Reviews Microbiology 2013, Bd. 11, S. 83 doi:10.1038 / nrmicro2939
  9. ^ “Organisches Material”. US-Umweltschutzbehörde. Archiviert von das Original am 25. September 2006. Abgerufen 19. November 2006.
  10. ^ “Bodengesundheitsbedingungen”. Archiviert von das Original am 8. November 2006.
  11. ^ ein b Crow, WT “Organische Materie, Gründüngung und Deckfrüchte für das Nematodenmanagement.” Universität von Florida. Das Institut für Lebensmittel- und Agrarwissenschaften Feb. 2009 Web 10. Oktober 2009
  12. ^ ein b c d e Kuyakov, Y.; Friedel, JK; Stahr, K. (Oktober 2000). “Überprüfung der Mechanismen und Quantifizierung der Priming-Effekte”. Bodenbiologie & Biochemie. 32 (11–12): 1485–1498. doi:10.1016 / S0038-0717 (00) 00084-5.
  13. ^ ein b c d e Kuzyakov, Y. (2010). “Priming-Effekte: Wechselwirkungen zwischen lebender und toter organischer Materie”. Bodenbiologie & Biochemie. 42 (9): 1363–1371. doi:10.1016 / J.Soilbio.2010.04.003.
  14. ^ ein b Fontaine, Sebastien; Mariotti, Abbadie (2003). “Der Priming-Effekt von organischer Substanz: eine Frage der mikrobiellen Konkurrenz?”. Bodenbiologie & Biochemie. 35: 837–843. doi:10.1016 / s0038-0717 (03) 00123-8.
  15. ^ Nottingham, AT; Griffiths, Chamberlain; Stott, Tanner (2009). “Bodengrundierung durch Zucker- und Laubstreusubstrate: Eine Verbindung zu mikrobiellen Gruppen”. Angewandte Bodenökologie. 42 (3): 183–190. doi:10.1016 / J.Apsoil.2009.03.003.
  16. ^ Guenet, B.; Achtung; Abbadie; Lacroix (Oktober 2010). “Priming-Effekt: Überbrückung der Lücke zwischen terrestrischer und aquatischer Ökologie”. Ökologie. 91 (10): 2850–2861. doi:10.1890 / 09-1968.1.
  17. ^ ein b “Topic Snapshot: Natürliches organisches Material”, Forschungsstiftung der American Water Works Association, 2007, 22. April 2007 Archiviert 28. September 2007 an der Wayback-Maschine
  18. ^ Cho, Min, Hyenmi Chung und Jeyong Yoon, “Desinfektion von Wasser mit natürlicher organischer Materie unter Verwendung von Ozon-initiierten Radikalreaktionen”, Abstract, Applied and Environmental Microbiology Vol. 3, No. 69 No.4 (2003): 2284 & ndash; 2291.

Literaturverzeichnis[edit]

  • George Aiken (2002). “Organische Materie im Grundwasser”. Geologische Untersuchung der Vereinigten Staaten.
  • Cabaniss, Steve, Greg Madey, Patricia Maurice, Yingping Zhou, Laura Leff, Ola Olapade, Bob Wetzel, Jerry Leenheer und Bob Wershaw komponieren. Stochastische Synthese natürlicher organischer Materie. UNM, ND, KSU, UNC, USGS. 22. April 2007.
  • Cho, Min, Hyenmi Chung und Jeyong Yoon. “Desinfektion von Wasser, das natürliche organische Stoffe enthält, unter Verwendung von Ozon-initiierten Radikalreaktionen.” Abstrakt. Angewandte und Umweltmikrobiologie Vol. 69 No.4 (2003): 2284–2291.
  • Fortner, John D., Joseph B. Hughes, Jae-Hong Kim und Hoon Hyung. “Natürliche organische Materie stabilisiert Kohlenstoffnanoröhren in der wässrigen Phase.” Abstrakt. Environmental Science & Technology Vol. 41 No. 1 (2007): 179–184.
  • “Forscher untersuchen die Rolle natürlicher organischer Materie in der Umwelt.” Science Daily 20. Dezember 2006. 22. April 2007https://www.sciencedaily.com/releases/2006/12/061211221222.htm>.
  • Senesi, Nicola, Baoshan Xing und Pm Huang. Biophysiko-chemische Prozesse mit natürlicher nicht lebender organischer Materie in Umweltsystemen. New York: IUPAC, 2006.
  • “Tabelle 1: Oberfläche, Volumen und durchschnittliche Tiefe von Ozeanen und Meeren.” Encyclopædia Britannica.
  • “Themenschnappschuss: Natürliches organisches Material.” Forschungsstiftung der American Water Works Association. 2007. 22. April 2007https://web.archive.org/web/20070928102105/http://www.awwarf.org/research/TopicsAndProjects/topicSnapShot.aspx?Topic=Organic>.
  • Vereinigte Staaten von Amerika. Geologische Untersuchung der Vereinigten Staaten. Wasserverteilung der Erde. 10. Mai 2007.http://ga.water.usgs.gov/edu/waterdistribution.html>
  • Wasserschuppen: Organische Materie. North Carolina State University. 1. Mai 2007http://www.water.ncsu.edu/watershedss/info/norganics.html>.