Analyse des éléments nutritifs du sol : azote, phosphore et potassium

Des analyses des nutriments du sol peuvent être effectuées pour extraire trois macronutriments majeurs du sol, l’azote, le phosphore et le potassium, et les combiner avec des réactifs à base de couleur pour déterminer leur concentration.

L’azote, le phosphore et le potassium sont des composants majeurs des engrais pour le sol. Connaître leur concentration dans les sols peut informer les scientifiques de l’environnement sur les carences ou les excédents de nutriments dans les sols utilisés pour soutenir la production végétale, et fournir un aperçu général des cycles biogéochimiques de base d’un écosystème.

L’analyse des nutriments du sol peut être effectuée à l’aide de produits chimiques pour lier le macronutriment d’intérêt. Pour l’azote ou le phosphore, on ajoute des réactifs qui réagissent à la présence du macronutriment spécifique et produisent des produits colorés. La concentration en potassium est déterminée en formant des précipités en quantité proportionnelle à la concentration en potassium.

Ces méthodes sont simples, peu coûteuses, nécessitent un équipement minimal et peuvent être mises en œuvre sur le terrain si vous le souhaitez. Cette vidéo illustrera les techniques utilisées pour extraire et quantifier ces macronutriments courants du sol.

Pour commencer l’analyse, les macronutriments sont d’abord extraits d’échantillons de sol prélevés. L’azote est extrait à l’aide de sulfate de calcium ; Le phosphore et le potassium sont extraits à l’aide d’une solution de Mehlich 2, une solution d’acide acétique, de chlorure d’ammonium, d’acide chlorhydrique, d’acide fluorhydrique et d’eau déminéralisée. Les macronutriments liés présents en suspension peuvent ensuite être séparés des autres composants solides du sol par filtration sous vide.

Une fois les macronutriments extraits, leur concentration peut être déterminée. Pour l’azote, le cadmium métal est utilisé pour réduire les nitrates en nitrites. Ce cadmium est présent dans des coussins préemballés qui sont ajoutés au filtrat du sol. Les ions nitrite réagissent avec l’acide sulfanilique pour former du sel de diazonium. Celui-ci se couple avec l’acide gentisique et une solution ambrée se forme.

Pour le phosphore, le molybdate de sodium réagit avec le phosphate réactif soluble pour former un complexe phospho-molybdate. Celui-ci est ensuite réduit par l’acide ascorbique pour former une couleur bleu molybdène.

L’intensité de la couleur des deux solutions est proportionnelle à la concentration en nutriments. Des boîtes de comparaison de couleurs sont utilisées pour l’analyse des nitrates et des phosphates. Les échantillons sont comparés à une pièce brute et le disque couleur est tourné jusqu’à ce que les deux fenêtres d’affichage correspondent. La concentration correspondante en éléments nutritifs en mg/L sera affichée dans une fenêtre séparée. L’intensité de la couleur des deux solutions est proportionnelle à la concentration en nutriments.

Pour quantifier le potassium, les ions du filtrat du sol se combinent avec le tétraphénylborate de sodium pour former le tétraphénylborate de potassium, un précipité blanc. Le précipité reste en suspension, provoquant une augmentation de la turbidité.

Une jauge de potassium est utilisée pour quantifier la turbidité causée par le précipité. La jauge est placée dans l’échantillon et abaissée jusqu’à ce que le point noir à l’extrémité ne soit plus visible. Le bâtonnet est marqué progressivement, et les lectures sur cette échelle peuvent être converties en concentration de potassium à l’aide d’un tableau de conversion.

Maintenant que nous connaissons les principes de l’extraction et de la quantification des macronutriments du sol, voyons comment les procédures sont effectuées en laboratoire.

Une fois les échantillons de sol collectés, correctement transportés et stockés, ils peuvent être amenés au laboratoire pour analyse, en commençant par l’extraction de l’azote. Tout d’abord, allumez la balance, placez un bateau de pesée sur le dessus et tare.

À l’aide d’une spatule, peser 10 g d’échantillon de sol séché et tamisé et transférer dans un bécher étiqueté de 100 ml. Ensuite, pesez 0,1 g de sulfate de calcium et transférez-le dans le bécher.

Mesurez 20 ml d’eau déminéralisée à l’aide d’un cylindre gradué et transférez-les dans le bécher. Mélangez soigneusement le contenu du bécher à l’aide d’un agitateur. Répéter ces ajouts pour chaque échantillon de sol d’essai. Placez les échantillons sur un agitateur de table et agitez pendant 1 min.

Pour commencer l’extraction du phosphore et du potassium des sols, utilisez une spatule pour peser 2 g d’échantillon de sol séché et tamisé, puis transférez-le dans un bécher étiqueté de 100 ml. À l’aide d’un cylindre gradué, mesurer 20 mL d’extracteur de sol Mehlich 2 et transférer dans le bécher. Mélangez soigneusement le contenu du bécher à l’aide d’un agitateur. Placer les échantillons sur un agitateur de table et agiter pendant 5 min. Après l’extraction, les trois ensembles d’échantillons de nutriments doivent être filtrés sous vide à l’aide d’une fiole à vide et d’un entonnoir B ?chner.

Tout d’abord, allumez le jet d’aspirateur et versez lentement la solution d’extraction de sol dans l’entonnoir. L’extrait doit s’écouler de l’entonnoir dans le ballon. Versez le filtrat dans un bécher propre et étiqueté de 50 ml. Retirez l’entonnoir, jetez le papier filtre et rincez l’entonnoir et le flacon avec de l’eau déminéralisée. Utilisez un jet d’air pour sécher l’entonnoir et le flacon.

Maintenant que les échantillons de nutriments ont été filtrés, l’analyse du contenu peut commencer. Pour chaque test nutritionnel, commencez par étiqueter un tube d’observation couleur avec un « S », pour échantillon. Étiquetez un deuxième avec un « B » pour blanc.

Rincez abondamment les deux tubes de visualisation des couleurs avec de l’eau déminéralisée, puis secouez pour éliminer l’eau de rinçage restante. Ajoutez l’extrait de l’échantillon à une profondeur de ?? pouce dans le tube de visualisation couleur marqué « S ». Boucher le tube avec un bouchon en caoutchouc et agiter pendant 3 s, puis jeter la solution.

Ensuite, ajoutez l’extrait de l’échantillon dans les deux tubes jusqu’à ce que le ménisque soit au même niveau que la marque de 5 ml sur les tubes, au bas de la zone givrée. Ajoutez le contenu d’un coussin de réactif d’azote dans le tube marqué « S ». Boucher et agiter vigoureusement le tube pendant 1 min. Placez immédiatement les deux tubes dans le comparateur, avec le tube « B » dans le trou extérieur et le tube « S » à l’intérieur. Laissez agir 5 min.

Tenez le comparateur près d’une source lumineuse et tournez le disque jusqu’à ce que la couleur de la fenêtre du tube « B » corresponde à celle de la fenêtre du tube « S ». Enregistrez la valeur de concentration affichée dans la fenêtre inférieure de la boîte du comparateur de couleurs.

La teneur en phosphate des échantillons peut également être analysée à l’aide du comparateur de couleurs. À l’aide d’un compte-gouttes, ajouter 2,5 mL de l’extrait d’échantillon de phosphore filtré dans un cylindre gradué de 25 mL. Ajouter de l’eau déminéralisée à la marque de 25 ml, boucher avec un bouchon et retourner pour mélanger. Ajouter l’extrait d’échantillon dilué à environ ?? pouce de profondeur dans le tube de visualisation des couleurs marqué « S » pour rincer le tube. Fermez avec un bouchon en caoutchouc et secouez pendant quelques secondes avant de jeter la solution.

Dans les deux tubes, ajoutez l’extrait de l’échantillon jusqu’à ce que le ménisque soit au même niveau que la marque de 5 ml. Ajoutez le contenu d’un coussin de réactif de phosphore dans le tube en « S », bouchonnez et agitez vigoureusement pendant 1 min. Placez immédiatement les tubes de couleur dans le comparateur de couleurs, avec le tube vierge dans le trou extérieur et le tube d’échantillon dans le trou intérieur. Laisser agir 3 min. Tenez le comparateur près d’une source lumineuse et tournez le disque jusqu’à ce que la fenêtre du tube « B » corresponde à la couleur de la fenêtre du tube « S ». Enregistrez la valeur affichée dans la fenêtre.

Enfin, les échantillons peuvent être analysés pour la teneur en potassium. À l’aide d’un compte-gouttes, ajoutez 3 ml d’extrait d’échantillon de potassium dans une bouteille de 25 ml. Ajoutez de l’eau désionisée jusqu’à la marque de 21 ml sur le cylindre, bouchez fermement avec un bouchon en caoutchouc et retournez. Ensuite, ajoutez un oreiller de réactif de potassium 2 dans le cylindre. Ajouter 3 ml d’une solution alcaline d’EDTA dans le cylindre, boucher avec un bouchon en caoutchouc et retourner plusieurs fois pour mélanger. Laisser reposer la solution pendant 3 min. Ajoutez le contenu d’un oreiller de réactif de potassium, bouchez le cylindre et agitez vigoureusement pendant 10 s. Laisser reposer la solution pendant 3 minutes pendant qu’une turbidité blanche se développe.

En regardant droit vers le bas dans le cylindre, insérez lentement la jauge de potassium verticalement dans la solution jusqu’à ce que le point noir ne soit plus visible d’en haut. Maintenez la jauge en position et tournez le cylindre pour voir l’échelle. Inscrivez sur l’échelle le numéro de la jauge à l’endroit où la surface de l’échantillon rencontre la jauge. Reportez-vous au tableau de conversion du potassium pour déterminer la concentration des échantillons en mg/L. Repérez la lecture de la jauge dans la colonne de gauche et notez la concentration correspondante en mg/L indiquée dans la colonne de droite.

Une fois les concentrations obtenues, un tableau des plages d’éléments nutritifs peut être utilisé pour évaluer la qualité de l’échantillon et déterminer si le sol échantillonné a besoin d’être amendé par les éléments nutritifs et, le cas échéant, dans quelle mesure. L’amendement des nutriments peut être effectué par l’application d’engrais spécifiques.

La capacité d’analyser la composition nutritive des sols a une grande variété d’applications, avec des implications potentielles pour les populations humaines ou les écosystèmes agricoles.

Différentes plantes cultivées auront des besoins potentiels différents en nutriments pour une croissance optimale. Par exemple, des niveaux élevés d’azote sont nécessaires pour la culture de cultures exigeantes en azote, comme le soja et le maïs. Des niveaux élevés de phosphore peuvent stimuler et améliorer la production de fleurs ou de fruits. La capacité de mesurer la composition en éléments nutritifs du sol dans une zone de culture prévue peut donc permettre aux agriculteurs ou aux gestionnaires des terres de compléter le sol avec les nutriments nécessaires à la croissance réussie de la culture prévue.

La composition du sol peut également avoir des implications sur sa capacité à retenir l’eau, ce qui peut à son tour influencer sa capacité à soutenir une flore ou une faune différente. Par exemple, les sols à faible teneur en potassium ont une faible tolérance à la sécheresse et peuvent nécessiter un amendement nutritif par la fertilisation du sol avec des quantités appropriées de l’élément nutritif manquant. Alternativement, l’irrigation peut être nécessaire pour faire pousser des plantes qui ne présentent pas une tolérance élevée à la sécheresse.

La composition du sol et la qualité des éléments nutritifs peuvent également aider les gestionnaires des terres à désigner une utilisation appropriée des terres. Dans les zones où le sol est de mauvaise qualité nutritive, ce qui nécessiterait une modification ou un supplémentation important pour faire pousser des plantes cultivées, il peut être plus approprié de réserver des terres pour l’aménagement de bâtiments ou de structures. Alternativement, les zones ayant une composition idéale pour la culture prévue peuvent être réservées et mises de côté, protégées du développement.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE à l’analyse des nutriments du sol. Vous devriez maintenant comprendre l’importance des macronutriments du sol, comment les extraire des sols et comment déterminer leurs concentrations. Merci d’avoir regardé !