Zmiany widm w bliskiej podczerwieni (NIR) w poziomach organicznych pod drzewostanami bukowymi i świerkowymi

Abstract

Spectral methods utilizing different ranges of electromagnetic radiation may be applied to study soil organic matter quality. The objective of this study was to compare near infrared (NIR) spectra of organic layers under beech, spruce and mixed forest stands and to assign the observed spectral changes to chemical alterations of organic matter. Compared were second derivatives of the NIR spectra. The NIR spectra changed gradually in organic layers. The changes of intensities of the peaks, which may be assigned to certain chemical structures, reflected the changes in abundance of these structures and indicated differences among the studied stands resulting probably from different chemical composition of organic matter under different stands. The analysis of spectra indicated an increase of relative absorbance of the peaks at 2320 nm and 2360 nm within organic horizons, suggesting an increase of aliphatic compounds. On the contrary, the relative absorbance of the peaks at 1680 nm, 2140 nm and 2170 nm decreased within the organic horizons suggesting relative decrease of aromatic structures with depth. It was concluded that calibration of NIR spectra with standard chemical methods might enable application of NIR spectroscopy for quantitative assessment of chemical changes of soil organic matter during humification process.

Metody spektralne wykorzystujące różne zakresy promieniowania elektromagnetycznego mogą być stosowane do badania jakości materii organicznej gleb. Celem niniejszej pracy było porównanie widm NIR materiału organicznego o różnym stopniu rozkładu pochodzącego z poziomów organicznych gleb leśnych pod drzewostanami bukowymi, świerkowymi i mieszanymi oraz próba powiązania obserwowanych zmian spektralnych z przemianami chemicznymi materii organicznej. Porównane zostały drugie pochodne zarejestrowanych widm. Widma NIR zmieniały się stopniowo w poziomach organicznych wraz z głębokością. Wartości absorbancji względnej pików przypisywanych określonym strukturom odzwierciedlały przypuszczalnie zmiany w ilości tych struktur w poszczególnych poziomach próchnicy nadkładowej oraz wskazywały na różnice pomiędzy poszczególnymi drzewostanami wynikające prawdopodobnie z różnic w składzie chemicznym ściółki. Analiza widm wykazała wzrost absorbancji pików 2320 nm i 2360 nm wskazujący na wzrost ilości struktur alifatycznych w poziomach organicznych. Wartości absorbancji względnej pików 1680, 2140 i 2170 nm, przypisywane strukturom aromatycznym, spadały wraz z głębokością, wskazując na spadek ilości tych struktur w poziomach organicznych wraz z głębokością. Stwierdzono, że wykalibrowanie widm NIR przy użyciu standardowych metod analitycznych (tj. powiązanie kształtu widma NIR z zawartością określonych substancji lub struktur oznaczoną z wykorzystaniem innych metod) może pozwolić na zastosowanie spektroskopii NIR do ilościowego badania przemian struktur chemicznych materii organicznej w procesie humifikacji.