Mer detaljerad bild av markens fosfor

Med en ökande världsbefolkning och ett klimat i förändring är det viktigare än någonsin att få fram kunskap om tillgänglighet och dynamik av fosfor, kväve och kol; näringsämnen som är viktiga för ett hållbart jord- och skogsbruk.

Fosfor är ett ändligt grundämne och forskare har jobbat länge med att få en bra bild av hur fosfor transporteras till exempel från gödsel till jord, växter och vattendrag.

Johan Vestergren har i sitt avhandlingsarbete utvecklat ett nytt sätt att analysera fosfor med kärnmagnetisk resonans spektroskopi, NMR, för att få information om de olika fosformolekyler som finns i jorden. Denna information kan i sin tur kopplas till deras biotillgänglighet för växter.

– Metoden fungerar över förväntan bra, i synnerhet för analys av organiskt bundet fosfor som är central för transporten av fosfor från jord till växt, säger Johan Vestergren.

NMR är en kraftfull teknik som på fasta prover eller prover i lösning kan ge detaljerad information om deras molekylära sammansättning. Den allmänt rådande metoden är att extrahera markbunden fosfor ut i lösning för att sedan analysera prov med NMR.

Den gängse jordanalysen lider av två negativa effekter orsakade av extraktionen. För det första extraheras, förutom fosfor, en mängd metalljoner såsom järn och mangan, vilka försämrar upplösningen på de spektra som fås i NMR. Det andra är att de betingelser extraktionen medför påverkar fosforföreningarna så att de delvis bryts ned vilket då innebär att analysen inte visar alla de föreningar som fanns utan merparten är nya föreningar bildade via nedbrytningen.

Genom att behandla de extraherade proverna med svaveljoner före analysen kunde Johan Vestergren separera järn- och manganjoner från proverna utan att påverka fosforinnehållet. Detta gav en betydande förbättring av upplösningen i det endimensionella NMR-spektrumet. Det gav också möjlighet att tillämpa tvådimensionell NMR på proverna, vilket ytterligare förbättrade upplösningen och tillät identifiering av fosforföreningen som varit ”osynliga” med tidigare metoder.

– Problemet med nedbrytning kvarstår, men det är nu möjligt att med tvådimensionell NMR skilja mellan nedbrytningsprodukter och naturligt förekommande fosforföreningar. Nedbrytningsprodukterna i ett tvådimensionellt spektra särskiljer sig nämligen genom specifika mönster.

Johan Vestergren har testat den nya metoden i ekosystem i Umeåområdet samt i Burkina Faso i västra Afrika. I Burkina Faso utvärderade han fosforsammansättningens påverkan av närvaron av träd i ett jordbruksparklandskap. Burkina Faso representerar jordar som är ytterst gamla och utarmade vilket gör de viktiga som jämförelse och i sig själva.

– I området kring Umeå kunde jag se att en stor andel av det organiska fosfor som kan extraheras inte kommer från jorden utan från det mikrobiella samhället vilket kan visa på en länk mellan markens organiska fosforsammansättning och mikrobiell dynamik.

FAKTA
Avhandlingen har publicerats digitalt

Om disputationen: Fredagen den 17 oktober försvarar Johan Vestergren, kemiska institutionen, Umeå universitet, sin avhandling med titeln: Analysis and speciation of organic phosphorus in environmental matrices: Development of methods to improve 31P NMR analysis. Svensk titel: Analys och tillordning av organiskt fosfor i miljömatriser: Utveckling av metoder för förbättring av 31P NMR analys. Disputationen äger rum kl. 10 i stora hörsalen, KBC-huset. Fakultetsopponent är Dr. Benjamin Turner, Smithsonian Tropical Research Institute, Panama.

Johan Vestergren är född på söder i Stockholm, uppvuxen i Västerås och med en fritidspedagogexamen från Västerås flyttade han 1994 till Umeå. År 2003 avlade han en magisterexamen i kemi vid Umeå universitet och 2009 påbörjade han sin doktorandtjänst i ett tvärvetenskapligt projekt mellan kemiska institutionen, institutionen för ekologi och geovetenskap, institutionen för medicinsk kemi och biofysik och SLU.