Samenvatting in het Nederlands (Summary in Dutch)

Samenvatting in het Nederlands (Summary in Dutch)
De indeling van dit proefschrift is gestructureerd van verbindingen met een laag
moleculair gewicht naar de meer complexe hoog moleculaire verbindingen. Het eerste
deel van dit proefschrift (Hoofdstuk 2 en 3) behandelt totaal extracten van lipiden.
In Hoofdstuk 2 is gekeken naar variaties met diepte en seizoen in de
extraheerbare lipiden fractie van een zure andische bosbodem. Hierbij is een afname
van de bijdrage van lipiden per totaal organisch koolstof geconstateerd. De
afwezigheid van typische bacteriële markers kan een indicatie zijn voor een verlaagde
bacteriële activiteit, waarschijnlijk gerelateerd aan de lage bodem pH en de
aanwezigheid van Al en Fe oxides. Een sterke afname in zowel de relatieve als
absolute bijdrage van verbindingen afkomstig van bladeren is waar te nemen wanneer
de strooisellaag vergeleken wordt met de minerale bodem. De aanwezigheid van C22C32 zuren, C22-C26 ω-hydroxy zuren, C31 n-alkaan en C22-C32 n-alkanolen, aanwezig
in de ondiepe bodem, is waarschijnlijk gerelateerd aan een belangrijke bijdrage van
gras wortels. In de zomer wordt een lipiden signaal gezien dat waarschijnlijk
afkomstig is van de uitspoeling van microbieel gerelateerde producten vanuit de
strooisellaag en/of de bovengrondse vegetatie.
In Hoofdstuk 3 wordt de samenstelling van totaal extracten van lipiden van
verschillende bodem horizonten in een podzol profiel vergeleken. Organisch materiaal
accumuleert met name in combinatie met aluminium in the Bh horizont. Lipiden
accumuleren onafhankelijk van de bodem pH in organisch rijke horizonten. Een
lipiden signaal gerelateerd aan de bovengrondse delen van Calluna, zoals bladeren en
bloemen, wordt alleen waargenomen in de O horizont. Dit “n-alkaan, steroide and
triterpenoide” signaal gaat echter al snel verloren in de onderliggende A horizont door
(bacteriële) oxidatie. De overige totaal lipiden extracten worden gedomineerd door
componenten afkomstig van wortels. In het algemeen geven de lipiden data aan dat,
naast uitspoeling, degradatie (microbiële oxidatie) een belangrijk proces is waarmee
rekening gehouden dient te worden in studies naar podzolizatie processen in bodems.
Het tweede deel van dit proefschrift behandelt ester-gebonden verbindingen.
Hoofdstuk 4 beschrijft de veranderingen in de moleculaire samenstelling van
ester-gebonden aliphaten met veranderende diepte in een zure andische bosbodem.
Deze veranderingen worden vergeleken met veranderingen in de vrije lipiden fractie
waardoor een connectie tussen het eerste en tweede deel van het proefschrift
gerealiseerd wordt. Hydrolyse met behulp van warmte gevolgd door methylering in
combinatie met gas-chromatografie/ massa spectrometrie laat zien dat in de bovenste
5 cm van de bodem cutine een belangrijker bron van ester-gebonden componenten is
dan suberine. De diepere lagen (20-50 cm) echter worden gedomineerd door van
suberine afkomstige verbindingen. Een relatief sterke afname van C22, C24 (and C26)
ω-hydroxy zuren (en C18-C28 α, ω-dizuren) wordt gemeten vergeleken met andere
suberine bouwstenen zoals C16 ω-hydroxy zuur. Deze afname met diepte is
omgekeerd evenredig met een sterke toename van deze verbindingen in de vrije
lipiden fractie met diepte. Deze relatie tussen de vrije en ester-gebonden lipiden
fractie lijkt het gebruik van bovengenoemde ω-hydroxy zuren als indicatoren voor een
wortel gerelateerde bron van vrije lipiden (Hoofdstuk 2) te rechtvaardigen.
149
In Hoofdstuk 5 worden de effecten van pH veranderingen na basische hydrolyse
en hun implicaties op het begrip van bodem organisch materiaal in bodems
bestudeerd. De verkeregen resultaten na direct aanpassen van de pH van het extract
geven aan dat de relatieve hoeveelheden van geïdentificeerde verbindingen, zoals
verwacht, pH afhankelijk zijn. Meer specifiek zijn deze relatieve hoeveelheden
afhankelijk van de pKa waarde van de verbindingen en hun hydrophobiciteit. Dit
verschijnsel, dat de uiteindelijke resultaten aanzienlijk beïnvloedt, kan tot een over- of
onderschatting van bepaalde verbindingen leiden en daarmee de kijk op estergerelateerde verbindingen in bodems foutief beïnvloeden. Direct aanzuren van het
base extract in de aanwezigheid van het bodem residu geeft aan dat hydrophobe
aliphatische verbindingen met lange koolstofketens een interactie aan kunnen gaan
met de overgebleven organische matrix na de hydrolyse, deel kunnen gaan uitmaken
van nieuwe onoplosbare organische (macro) moleculen, of een interactie kunnen
aangaan met de anorganische matrix. Deze laatste optie wordt naar voren gebracht als
een andere mogelijke wijze van voorkomen van ester-gerelateerde verbindingen in
bodems ter aanvulling op reeds bekende wijzen van voorkomen zoals de biopolyesters
cutine en suberine.
De resultaten van Hoofdstuk 5 worden gebruikt in Hoofdstuk 6 waarin de
resultaten van een kwalitatieve studie naar de chemische compositie van estergebonden verbindingen in een zure andische bosbodem worden beschreven. De niet in
organische oplosmiddelen oplosbare ester-gebonden fractie die vrij komt na basische
hydrolyse van een andische A horizont van Madeira, is sequentieel geëxtraheerd and
geanalyseerd met behulp van gas chromatografie en gas chromatografie/massa
spectrometrie. De scheiding van alle vrijgekomen verbindingen in een aantal “pH
subftacties” maakt het mogelijk de verschillende verbindingen in detail te bestuderen.
De distributies van 2-alkanolen, diolen, n-alkanolen, liniaire zuren, ω-hydroxy zuren,
trihydroxy zuren, dihydroxy dizuren en phenolische zuren wijzen op een door suberin
gedomineerde input van ester-gerelateerde verbindingen. Naast deze bijdrage vanuit
van planten afkomstige biopolyesters wijst de detectie van iso en anteiso vertakte
zuren en relatief korte dizuren en ω-hydroxy op een bacteriële bijdrage.
De effecten van de pH op de preservatie van ester-gebonden lipiden worden
bestudeerd in Hoofdstuk 7 waarin het voorkomen en de distributie van estergebonden lipiden in Nederlandse duin bodems langs een pH gradiënt beschreven
worden. Vergelijking van hydrolyse met behulp van warmte gevolgd door
methylering met basische hydrolyse bevestigt dat basische hydrolyse een zeer
efficiënte manier is om ester-gebonden verbindingen in bodems te bestuderen. De
verbindingen die vrij komen tijdens basische hydrolyse bestaan voornamelijk uit van
suberine afkomstige lipiden, die duidelijk gerelateerd zijn aan eikenwortels.
Vergeleken met verse wortels die grotendeels verantwoordelijk zijn voor de input van
bodem organisch materiaal in de diepere bodem, is er een afname te zien van
onverzadigde en epoxy verbindingen in de bodem, waarschijnlijk door oxidatie. De
bijdrage van de verzeepbare fractie aan het totaal van bodem organisch materiaal
neemt duidelijk toe met toenemende verzuring, terwijl er nauwelijks veranderingen in
de moleculaire samenstelling van deze fractie zijn waargenomen. Deze accumulatie
zonder grote veranderingen in de moleculaire samenstelling van de ester-gebonden
fractie geeft aan dat van planten afkomstige biopolyesters gepreserveerd kunnen
worden in bodems.
150
Het laatste deel van dit proefschrift behandeld zoals gezegd de hoog moleculaire
fractie van het bodem organisch materiaal. In Hoofdstuk 8 wordt moleculaire
informatie over de bulk van het organisch materiaal in andische bodems verkregen
met behulp van Curie-point pyrolyse en CPMAS 13C NMR. Beide technieken
onthullen een significante bijdrage van polysaccharide verbindingen afkomstig van
schimmels. De pyrolyse data laten verder zien dat deze en andere polysaccharide
verbindingen thermische veranderingen hebben ondergaan. Naast polysaccharides
wordt door een combinatie van beide technieken de aanwezigheid bevestigd van de
biopolyesters cutine en suberine, de niet-hydrolyseerbare biopolymeren cutan en
suberan, proteïnen en polypeptiden. Relatief grote hoeveelheden van pyrolyse
producten afkomstig van chitine kunnen afkomstig zijn van zowel schimmels als
insecten hetgeen aangeeft dat insecten, naast schimmels, van invloed kunnen zijn op
de verwerking van het organisch materiaal. De relatief kleine hoeveelheid lignine die
in deze bodems gevonden wordt is waarschijnlijk gerelateerd aan de lage bodem pH
waarvan bekend is dat deze de groei van lignine afbrekende schimmels bevordert.
Gecondenseerde aromatische structuren tot slot maken ook een belangrijk deel uit van
het bodem organisch materiaal, al wordt deze bijdrage onderschat door de gebruikte
methoden.
De laatste twee hoofdstukken van dit proefschrift (Hoofdstuk 9 en 10)
beschrijven de moleculaire karakterisering van een deel van het chemisch resistent
bodem organisch materiaal. In Hoofdstuk 9 wordt de samenstelling van de bulk van
het chemisch resistente organisch materiaal bestudeerd. Zowel NMR als pyrolyse data
laten een belangrijke bijdrage van gecondenseerde aromatische verbindingen zien, in
combinatie met een aliphatische bijdrage die waarschijnlijk afkomstig is van niethydrolyseerbare aliphatische biopolymeren. Het geïsoleerde chemisch resistente
bodem organisch materiaal zal naar alle waarschijnlijkheid een belangrijke bijdrage
leveren aan het millennium bodem koolstof reservoir in andische bodems.
Gebaseerd op de resultaten van Hoofdstuk 9, wordt in Hoofdstuk 10 de
moleculaire samenstelling van resistente aliphatische biopolymeren beschreven. De
bouwstenen van deze biopolymeren bestaan uit mono, di, tri en tetra gesubstitueerde
aliphatische verbindingen. Dit laatste kan afgeleid worden uit de aanwezigheid van
C9-C32 liniaire zuren, C7-C30 liniaire α, ω-dizuren, C21-C30 keto-α, ω-dizuren and C16C27 diketo-α, ω-zuren in het RuO4 extract. Gebruikmakend van deze bouwstenen kan
een model van de originele aliphatische biopolymeer structuur gereconstrueerd
worden. Bovendien kan op basis van de moleculaire bouwstenen de vorming van
chemisch resistente aliphatische biopolymeren in bodems door middel van crosslinking van biopolyesters vrijwel uitgesloten worden.
Tot slot worden in Hoofdstuk 11 de belangrijkste bevindingen van alle voorgaande
hoofdstukken samengevoegd. In dit hoofdstuk worden bovendien de belangrijkste
conclusies beschreven van de in dit proefschrift gepresenteerde moleculaire
benadering van de studie van organisch materiaal in bodems op de factoren die de
samenstelling van het organisch materiaal in zure bodems bepalen (input,
preservatie/degradatie en transport).
151