Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

In deze doctorale dissertatie werd de organische stof (OS) uit bodems van huidige ecosystemen en uit palaeobodems (laatste interglaciale en vroeg glaciale periode) aan een onderzoek onderworpen met behulp van pyrolyse-GC/MS. Het doel van de studie was om na te gaan of het klimaat en de vegetatie hun sporen achterlaten in de samenstelling van de OS (de zogenaamde 'humus vingerafdruk') en of deze samenstelling kan worden gebruikt als proxy-variabele in het ontrafelen van het bodemgeheugen.   Het eerste deel van de studie concentreert zich op de OS-samenstelling in huidige ecosystemen. Stalen uit verschillende biomen (i.e. toendra, taiga, steppe, gematigd woud, tropisch woud ) werden vergeleken. Het resultaat toont aan dat de OS-samenstelling uit koudere klimaatgebieden nog erg lijkt op de chemische compositie van vers plantaardig materiaal. In gematigde weersomstandigheden werd er een sterkere microbiële wijziging van de OS aangetroffen. Gematigde naaldhoutbossen vertonen accumulatie van aromatische en alifatische verbindingen. Tropische OS wordt gekenmerkt door N-verbindingen, zonder enige accumulatie van moeilijk afbreekbare fracties. Deze observaties werden gevalideerd door ze samen te brengen in een 'beslisboommodel', dat gebruikt werd om nieuwe stalen toe te wijzen aan bepaalde biomen. In de meeste gevallen was deze toewijzing correct, wat impliceert dat the waarnemingen in dit hoofdstuk breed toepasbaar zijn. De resultaten wijzen erop dat de OS-samenstelling in verschillende biomen vooral bepaald wordt door (i) de kwaliteit van de input (bepaald door de vegetatie) en (ii) de OS-afbraak (bepaald door vegetatie en klimaat). Naast deze verschillen op grote schaal werd ook de regionale invloed nagegaan van sitekenmerken zoals beheer, voorgeschiedenis, bodemeigenschappen en totale koolstofinhoud. Stalen werden genomen in gematigde bossen met Grove den, Beuk, Zomereik en hybride populier, en met een verschillende bodemtextuur en bodemvochtgehalte. De invloed van de boomsoort was prominent aanwezig in de OS-samenstelling. De resultaten doen vermoeden dat de kwaliteit de input aan de basis ligt van dit effect, en dat die de functionele eigenschappen van de micro-organismen in de bodem bepaalt. In oligotrofe ecosystemen met lage inputkwaliteit worden moeilijk afbreekbare componenten (alifaten en aromaten) niet afgebroken, zodat ze zich ophopen in de bodem. In eutrofe systemen met hoge inputkwaliteit worden geen ophopingen van bepaalde chemische fracties waargenomen. Voormalig heidegebied, dat nu bebost is,heeft nog een sterk afwijkende OS-samenstelling na meer dan 60 jaar, wat erop wijst dat de factor chemische afbreekbaarheid moet worden geëvalueerd in het kader van de eigenschappen van het ecosysteem. Het tweede deel spitst zich toe op de analyse van palaeobodems uit de laaste interglaciale en vroeg glaciale periode. Het heeft tot doel na te gaan of de OS- samenstelling kan worden gebruikt om informatie te vergaren over de vorming van deze bodems. De Rocourtbodem in de Veldwezelt Hezerwater opgraving werd gekozen als gevalstudie. Eerst werd een gedetailleerd palaeo-pedologisch beeld getekend van de Rocourtbodem aan de hand van macro- en micromorfologie, X-stralen diffractie en dieptefuncties van korrelgroottesamenstelling, totale Fe, Al, Mn, K, Na, Ca, C en P-concentratie, pH en elektrisch geleidingsvermogen. De resultaten tonen aan dat de Rocourtbodem polygenetisch is en sterk beïnvloed werd door vorst. De onderste Rocourt B horizont vertoont duidelijke klei-illuviatie, sporen van ijssegregatie en uitloging van colloïden door smeltwater. De andere B- horizonten zijn slechts zwak ontwikkeld en micromorfologie toont aan dat een substantieel deel van de kleihuidjes werd gevormd nadat de bodem reeds dieper begraven was. Een koude periode lag aan de basis van de vorming van de onderste A horizont en van de E horizont (die banden en een polygonaal patroon van barsten vertoont). De bovenliggende A horizont werd gevormd gedurende een relatief stabiele periode. De bovenste A horizonten werden gevormd in meer dynamische omstandigheden. Vervolgens werd de in Veldwezelt-Hezerwater gevonden OS onderzocht en vergeleken met de totale C concentratie, de stabiele-isotopensamenstelling en de korrelgrootteanalyse. De resultaten tonen weerom aan dat de onderste A horizont gevormd werd tijdens een koude periode. Deze periode werd gevolgd door een warmere en stabielere periode, die aanleiding gaf tot sterk afgebroken organisch materiaal en een hoge microbiële invloed. Hoger in het profiel daalden de afbraak en de microbiële activiteit opnieuw. Tevens trad er een verschuiving op in the stabiele-isotopensamenstelling, verhoogde de U-ratio en werden er sporen van brand teruggevonden in de OS-samenstelling. Hoewel de chemische eigenschappen van de fossiele OS sterk verschillen van OS uit huidige bodems, was het toch mogelijk om gedetailleerde informatie te bekomen aangaande de afbraak en de microbiële activiteit, die consistent was met de andere eigenschappen van de bodem. Tenslotte werden de mogelijkheden van Midden Infrarood Spectroscopy (MIRS) en thermostabiliteit geëvalueerd bij het bestuderen van palaeobodems. Het groeperen van stalen aan de hand van clusteranalyse bleek een effectief hulpmiddel in het afbakenen van bodemhorizonten. Verder bood partiële kleinstekwadratenregressie de mogelijkheid om dieptefuncties van C, N en H concentraties te voorspellen aan de hand van een minimaal aantal stalen. Ten slotte toonde een trapsgewijze analyse van de thermostabiliteit aan dat deze techniek interessant kan zijn voor het verder bestuderen van de eigenschappen van OS in palaeobodems. In this dissertation, the chemical composition of soil organic matter (SOM) in present-day ecosystems and last-interglacial early-glacial palaeosols was studied by pyrolysis-GC/MS. The aim was to establish if environmental conditions, in particular climate and vegetation, leave their mark on the humic fingerprint of the soil and if SOM chemistry can be used as a proxy variable in soil memory studies. The first part of this dissertation focused on the SOM composition in present-day ecosystems and its relation to climate, vegetation and site factors on a global and on a regional scale. The composition of 18 topsoil samples taken under different biomes (i.e tundra, taiga, steppe, temperate forest and tropical forest) was compared using pyrolyis-GC/MS. Results indicate that extractable SOM from cold climates (tundra, taiga) still resembles the composition of litter. This was evidenced by high quantities of levosugars and long alkanes and a clear odd-over-even dominance of the mid-chain and long alkanes. Under temperate conditions, a more microbially altered SOM chemistry was encountered. An accumulation of aromatic and aliphatic moieties was observed under temperate coniferous forests. Tropical SOM was characterized by N-components, without any accumulation of recalcitrant fractions. These observations were validated by grouping them in a decision tree model, which was used to assign new blind samples to biomes. The decision tree proved effective in most cases, suggesting that the observations reported in this chapter are widely applicable. Results entail that SOM chemistry in different biomes is primarily and consistently dominated by (i) SOM input composition related to vegetation, and (ii) SOM breakdown reflecting climate and input quality. No evidence was found for a chemically stabilized SOM fraction under favorable decomposition conditions. When substrate quality is poor, mainly aromatic and aliphatic moieties accumulate, whereas cold conditions conserve the chemical composition of the vegetation. Next to these large scale differences in SOM features, the influence of smaller scale site characteristics needed further exploration. The aim of chapter 4 therefore was to assess the influence of different site characteristics (i.e.management of the standing biomass, site history, soil properties, total organic carbon content and indicators for microbial influence) on the SOM composition. These site characteristics were evaluated on a regional scale for temperate forests (Flanders, Belgium). The chemical composition of the extracted topsoil SOM was analysed by pyrolysis-GC/MS. Samples were taken on plots under domination of common European tree species (Scots pine, European beech, Pedunculate oak and hybrid poplar), and with a different soil texture and soil moisture. SOM chemistry of the plots was correlated to site variables. Despite of a typical high inter-correlation of these variables, the influence of the dominant tree species is prominent, relating to most of the variance in SOM chemistry. Factor analysis suggests that this effect may be controlled by litter quality and its influence on the functional properties of the soil's microbial community. In oligotrophic ecosystems with low litter quality, the decomposition of relatively recalcitrant components (i.e. short and mid-chain alkanes/alkenes and aromatic components) is hampered, causing a relative accumulation of these components in the soil. However, if substrate quality is favorable, no accumulation of recalcitrant components was observed, even under high soil moisture conditions. Former heathland vegetation still has a profound influence on the SOM composition of young pine forests after a minimum of 60 years, indicating that the importance of chemical recalcitrance depends on ecosystem characteristics. The second part of the dissertation focuses on the study of last-interglacial early-glacial palaeosols on loess. It aims to evaluate whether the environmental signal in the SOM chemistry, observed in present-day soils in the previous chapters, is applicable to soil memory studies. The Rocourt pedosequence at the Veldwezelt-Hezerwater archeological excavation site was chosen as a case study. The validity of the results obtained by pyrolysis-GC/MS was evaluated by comparing them to an extensive array of soil characteristics. Chapter 5 focuses on establishing a detailed palaeopedological record of the Veldwezelt-Hezerwater quarry, in order to obtain consistent information on soil formation. Macro- and micromorphological features, X-ray diffraction and small interval depth functions of grain-size distribution. Total Fe, Al, Mn, K, Na and Ca content, pH, electrical conductivity, Fe and Al forms and C and P contents were evaluated. Results suggest that the pedocomplex is polygenetic, intensely welded and influenced by frost action. The lower Rocourt B horizon clearly shows important clay illuviation, altered by reticulate ice segregation and eluviation of colloids by meltwater. The overlying Rocourt B horizons are only weakly developed and micromorphological analysis indicates that a large part of the observed clay coatings were formed when the soil was no longer near the surface. A cold period induced the formation of the lower A horizon, the banded E horizon, the polygonal cracking pattern and a closed box prismatic system. The overlying A horizon formed under a relatively stable period, while the upper A horizons were formed as an accretionary soil under more dynamic conditions. Chapter 6 aimed to study the characteristics of the SOM found in the Rocourt A horizons at Veldwezelt-Hezerwater. The fingerprints of the extractable SOM of different soil units are related to total organic carbon content, 813C and grain-size analysis. Combined results indicate that the lower unit of the humic complex reflects a cold period, followed by stable soil surface that allowed SOM build-up, intensive microbial activity and high decomposition. Higher in the profile, decomposition and microbial activity decrease. This is supported by a shift in the isotopic signal, an increased U-ratio and evidence of wildfires in the SOM. Although the chemical composition of the extracted SOM differed greatly from recent SOM, fingerprinting yielded detailed information associated with decomposition and microbial alteration of the SOM. Reconstruction of the palaeo-environment based on the humic fingerprint, was consistent with the palaeopedological record obtained in chapter 5. Finally, the possibilities of DRIFT Mid-Infrared Spectroscopy (MIRS) and thermostability in unraveling the soil memory were explored in chapter 7. The chapter aims to evaluate this technique for determining master horizons, predicting depth functions and evaluating SOM properties of the Rocourt pedocomplex at Veldwezelt- Hezerwater. MIRS spectra of soil samples were grouped based on cluster analysis. This procedure proved valuable in delimiting stratigraphic formations and soil master horizons, whereas visual interpretation of the spectra allowed assessing some of the main differences between soil horizons. Partial Least-Squares Regression of MIRS spectra enabled the accurate prediction of depth functions of C, N, H, C/N-ratio and aromaticity based on only one measured sample per soil horizon. Stepwise MIRS-thermostability analysis yielded promising results regarding the thermostability of the samples, which seemed to be in line with previous Pyrolysis-GC/MS results. Bodem organische stof Naast minerale deeltjes, water en lucht bevat de bodem ook organisch materiaal ('humus'). Dit organische materiaal is een complex mengsel van allerhande soorten moleculen. De samenstelling van dit mengsel is het resultaat van een wisselwerking tussen de toevoer van plantenresten enerzijds en processen in het bodemecosysteem anderzijds. Deze processen zijn echter verre van begrepen, waardoor onze kennis aangaande de relaties tussen plantaardige input, omgevingsfactoren en organische moleculen in de bodem voorlopig erg beperkt is. Nochtans is deze samenstelling van groot belang, bijvoorbeeld voor de werking van het bodemecosysteem en voor het voorspellen van de effecten van de klimaatsverandering op de bodem. Vingerafdrukken in de bodem De samenstelling van de bodem organische stof kan in detail bestudeerd worden aan de hand van een techniek die pyrolyse-gaschromatografie/massaspectrometrie (pyrolyse-GC/MS) heet. De organische stof wordt eerst uit de bodem gehaald en vervolgens gecontroleerd verbrand (pyrolyse), zodat ze gasvormig wordt. De moleculen aanwezig in dit gas worden gescheiden en geïdentificeerd aan de hand van GC/MS, ook hun relatieve verhoudingen kunnen worden bepaald. Het resultaat van deze analyse heet een pyrogram of 'humusvingerafdruk'. Het doel van dit werk was na te gaan welke omgevingsfactoren een invloed hebben op deze humusvingerafdruk. Ook de omgekeerde relatie werd nagegaan: kunnen we de humusvingerafdruk van een bodem gebruiken om uitspraken te doen over het klimaat en de vegetatie waaronder deze bodem gevormd werd? Wat bepaalt de humusvingerafdruk in de bodem? Om na te gaan welk effect klimaat en vegetatie hebben op de samenstelling van de bodem organischestof werd de humusvingerafdruk van bodems uit verschillende ecosystemen vergeleken. Ten eerste werden bodems uit de tundra, taiga, gematigd woud en tropisch woud (verschillende 'biomen') geanalyseerd. Het resultaat wijst op duidelijke verschillen tussen deze biomen: in de humusvingerafdruk van bodems uit de tundra en de taiga blijken nog moleculen aanwezig die erg lijken op plantaardig materiaal. Het koude klimaat heeft de afbraak van deze stoffen kennelijk verhinderd. In gematigd woud vinden we een vingerafdruk terug die sterker gewijzigd is door bodemmicro-organismen, maar er is een groot verschil tussen naaldbos en loofbos. De slechte kwaliteit van het plantaardig materiaal afkomstig van naaldbomen heeft tot gevolg dat bepaalde types van slecht afbreekbare moleculen (aromaten en alifaten) zich gaan opstapelen in de bodem. De vingerafdruk van tropisch woud tenslotte bleek zeer sterk gewijzigd, zonder opstapeling van bepaalde types van moleculen. Ook was het mogelijk om op basis van de humusvingerafdruk te voorspellen uit welk bioom de bodem afkomstig was. Ten tweede werd binnen de gematigde bossen de invloed van andere omgevingsfactoren nagegaan, zoals bodemtype, bodemnutriënten, beheer, voorgeschiedenis... ook hieruit bleek dat de kwaliteit van het plantaardig materiaal erg belangrijk was. Op arme bodems onder naaldwoud was er een opstapeling van slecht afbreekbaar materiaal en bleef de invloed van vorig landgebruik (heide) meer dan 60 jaar later nog duidelijk zichtbaar. Op rijke bodems onder loofwoud met hoge bladkwaliteit (zoals populier, es, els en linde) waren er veel microbieel gewijzigde producten te vinden, zonder opstapeling van bepaalde types van moleculen. De invloed van vorig landgebruik werd al na enkele jaren uitgewist. Dieper graven: over vroegere klimaatsveranderingen en Neanderthalers In het tweede deel van het doctoraatswerk werd de 'Rocourtbodem' uit de laaste interglaciale periode bestudeerd. Deze bodem bevat humeuze horizonten die 70.000 à 80.000 jaar oud zijn en bevindt zich in 'Veldwezelt-Hezerwater', een groeve in Oost-Limburg

Type de paléosol --- Palaeosolic soil types --- Matière organique du sol --- soil organic matter --- Écosystème --- ecosystems --- Végétation --- vegetation --- Facteur climatique --- climatic factors --- Propriété physicochimique du sol --- soil chemicophysical properties --- Biologie du sol --- Soil biology --- Belgium --- Academic collection --- 631.417 --- 551.583 --- Organic chemistry of soil --- Variations of climate. Climatic change --- Theses --- 551.583 Variations of climate. Climatic change --- 631.417 Organic chemistry of soil --- vegetation.

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Désertification --- Desertification --- Biophysique --- Biophysics --- Dégradation du sol --- Soil degradation --- Évaluation impact sur environnement --- Environmental impact assessment --- Remote sensing --- Sécheresse --- Drought --- Facteur climatique --- climatic factors --- Surveillance de l'environnement --- Iran République islamique --- Iran Islamic Republic --- 504.732.052 --- <55> --- Overexploitation of terrestrial vegetation. Desertification. Desert formation --- Iran --- Theses --- <55> Iran --- 504.732.052 Overexploitation of terrestrial vegetation. Desertification. Desert formation --- Desertification.