UNDERSØGELSE AF JORDRESPIRATION

Transkript

1 UNDERSØGELSE AF JORDRESPIRATION Formål 1. At bestemme omsætningen af organisk stof i jordbunden ved at måle respirationen med en kvantitative metode. 2. At undersøge respirationsstørrelsen på forskellige levesteder (biotoper). Teori Ved jordrespiration forstår man den mængde kuldioxid (carbondioxid, CO 2 ), som udskilles af jordens levende organismer, f.eks. svampe, bakterier, smådyr og planterødder, se figur 1. Organismerne omsætter organisk materiale under forbrug af ilt (oxygen, O 2 ) og samtidig frigivelse af kuldioxid, vand og energi. Følgende reaktionsskema viser respiration af et kulhydrat (glukose = druesukker) C 6 H 12 O 6 (s) + 6 O 2 (g) --> 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O(l) + Energi (1) Respirationens størrelse kan findes enten ved at måle O 2 -forbruget eller CO 2 -produktionen på et givet areal i løbet af en tidsperiode. Ved måling af jordrespiration er det mest praktisk at måle CO 2 -mængden. Kuldioxid kan nemt opsamles ved absorption (opsugning) i kaliumhydroxid, KOH(aq). Ved forsøgstidens afslutning kan CO 2 -produktionen findes ved titrering med en syre (f.eks. saltsyre, HCl(aq)). Ved titreringen neutraliseres den resterende KOH-mængde.

2 CO 2 -produktionen opsamles ved hjælp af et respirometer af plexiglas, se figur 2. Øverst i apparatet er anbragt et lille kammer (absorptionskammeret), hvori der påfyldes KOH, som absorberer CO 2. De kemiske processer, der finder sted, er vist i følgende reaktionsskemaer. RESPIRATION i levende organismer: Organisk stof + O 2 (g) > CO 2 (g) + H 2 O(l) + E (2) KARBONAT-DANNELSE i kammer: CO 2 (g) + OH - (aq) > HCO 3 - (aq) (3) HCO 3 - (aq) + OH - (aq) > CO 3 2- (aq) + H 2 O(l) (4) HEREFTER KARBONAT-FÆLDNING MED BARIUM-ION: CO 3 2- (aq) + Ba 2+ (aq) > BaCO 3 (s) (5) Af reaktion (3) og (4) ses, at 1 mol CO 2 reagerer med 2 mol OH - (KOH). Da man stopper processen før al KOH er opbrugt, kan restmængden findes ved titrering med HCL efter følgende reaktion: NEUTRALISATION (TITRERINGS-REAKTION): KOH(aq) + HCl(aq) > KCl(aq) + H 2 O(l) (6)

3 Af reaktion (6) ses, at 1 mol KOH reagerer med 1 mol HCl ved neutralisation mellem H + og OH - ionerne. Ud fra den anvendte mængde HCl(aq) = HCl slut, af en kendt koncentration, kan man efter forsøget bestemme, hvor meget CO 2 der er optaget i KOH-opløsningen. Inden forsøget skal man dog også vide, hvor stor en HCl start -mængde, der skal anvendes til at neutralisere den anvendte startmængde af KOH. Af differencen HCl start - HCl slut kan den forbrugte mængde KOH findes, og den tilsvarende CO 2 -produktion beregnes. Materialer Respirometer (type Scandidact-plexiglas) Termometer med prop med hul Prop uden hul (til kammer) Siliconefedt 0,1 M KOH(aq) (5,611 g/l) 0,025 M HCl(aq) (velegnet ved lille jordrespiration) BaCl 2 (aq), mættet opløsning Phenolphthalein-indikator væske Konisk kolbe (til titrering) Magnetomrører + magnet Burette, 25 ml Tragt Stativ og klemme 10 ml målepipette 5 ml målepipette Giftbold = Sugebold (evt. pipettehjælper) Stanniol Kniv el. graveske. Fremgangsmåde 1) Al vegetationen inden for respirometer-arealet fjernes senest 8 dage før forsøgets start. Respirometeret bør anbringes på forsøgsarealet nogle dage før målingen påbegyndes, så organismerne kan nå at tilpasse sig miljøet efter opsætning af apparatet. Der anbringes et passende antal respirometere på forsøgsarealet (hvis muligt 6-8 stk.). Ved opsætningen skæres en rille passende til apparatets omkreds i jorden med en kniv eller graveske. Se figur 2. 2) Aflæs jordtemperaturen i ca. 2 cm's dybde på respirometerets termometer.

4 3) Start forsøget ved, med en 10 ml målepipette, at tilføre det øverste kammer (absorptionskammeret) 10,0 ml 0,1 M KOH gennem øverste åbning, som herefter lukkes med den tilhørende gummiprop (uden hul) påført en anelse siliconefedt. Kammeret dækkes med staniol eller lignende, for at udelukke sollys og undgå temperaturstigning. 4) Mens forsøget forløber udføres kontrolprøve (start-prøve) med 5,0 ml KOH fra KOH-flasken (brug pipette). Da der titreres 5,0 ml i stedet for 10,0 ml skal resultatet ganges med 2. 5) Med en 10 ml målepipette m/giftbold, se figur 3, udtages 5,0 ml KOH, der overføres til en konisk kolbe for titrering. Karbonat (CO 3 2- ) fældes, ved at kolben tilsættes 1,25 ml BaCl 2 med en 5 ml målepipette m/giftbold. Desuden tilsættes en dråbe phenol-phthaleinindikator, som farver opløsningen rød. 6) Buretten fyldes med 0,025 M HCl og nulstilles. Der titreres ved dråbevis at tilføre HCl fra buretten til kolben indtil farveomslag fra rød til farveløs. Forbruget af HCl(aq) noteres. Resultatet ganges med 2. 7) Forsøget standses efter ca. 2 timer og med en pipette udtages en prøve (slut-prøve) fra respirometerets absorbtionskammer på 5,0 ml KOH. Prøven titreres som beskrevet under 5) og 6). 8) Resultaterne indføres i følgende skema:

5 A) Dato B) Lokalitet C) Vegetation D) Start kl.: E) Slut kl.: F) Forsøgstid (min): (E) - (D) G) Temperatur ( o C): H) 2 * ml HCl start forbrugt ved kontrol KOH: I) 2 * ml HCl slut forbrugt ved forsøgs KOH: J) Difference: ml HCl (for 10mL KOH). (H) - (I) K) Grundareal af respirometer 71 cm 2 = 0,0071m 2

6 Resultatbehandling Der udføres beregninger ved nedenstående TABEL-METODE over: a) ml CO 2 produktion/m 2 /time b) kj udviklet/m 2 /time Benyt følgende formel, der beregner CO 2 -prod. ud fra de aflæste værdier (pr.10 ml prøve) (ml HCl start - ml HCl slut ) x FAKTOR /forsøgstid (ml CO 2 /m 2 /time) (7) FAKTOR = 9644 ( 5 0 C); 9817 (10 o C); 9991 (15 o C); (20 o C); (25 o C); (30 o C). Eksempel: Hvis HCl start = 7,7 ml, HCl slut = 5,2 ml; Temperaturen = 25 o C, hvilket giver at FAKTOR = 10338, forsøgstiden = 170 minutter, da er CO 2 -produktionen: {(7,7~ - ~ 5,2)~ *~ 10338)} OVER CO170~ 2 -produktion = ~ 152,03 kan ~ml~ omregnes CO_2/m^2/time til kj ved ~~ at ~~ gange (8) med omregningsfaktoren 0,0205 kj/ml CO 2. Eksempel: 152,03 ml CO 2 / m 2 / time * 0,0205 kj / ml CO 2 = 3,12 kj / m 2 / time Holdets resultater indføres i følgende oversigtsskema: HOLDRESULTATER: JORDRESPIRATIONSMÅLINGER HOLD NR. LOKALITET PLANTEVÆKST o C ml CO 2 /m 2 /time kj /m 2 /time

7 Diskussion 1. Hvilke organismer deltager i jordrespirationen (se fig. 1 )? 2. Hvilken indflydelse får det på forsøgsresultatet, hvis man ikke fjerner plantedækket? 3. Hvilken af de tre følgende stofgrupper udgør hovedbestandelen af de visne plantedele på jorden: Protein, kulhydrat eller fedtstof? Begrund svaret. 4. Sammenlign resultaterne for respirationen fra de forskellige hold. Forklar hvorledes temperaturen og jordbunden kan have indflydelse på respirations-processen (resultatet). 5. Omregn jordrespirationen per time til jordrespirationen per år. Tag her hensyn til at vækstsæsonen er på ca. 6 mdr. Opstil et regnskab, der sammenligner resultatet i kj/m 2 /år af jordrespirationen med resultatet af nettoprimærproduktionen af enårige planter målt i kj/m 2 /år. Er der balance i regnskabet? Hvilke fejlkilder indeholder beregningen.