1.14: Analisi dei nutrienti del suolo: azoto, fosforo e potassio

1. Estrazione di azoto (nitrato NO₃^-)

1. Accendi la bilancia, imposta una barca di pesatura in cima e azzera la bilancia.
2. Utilizzare una spatola per pesare 10 g di terreno (essiccato e setacciato) e trasferire in un becher etichettato da 100 ml.
3. Pesare 0,1 g di solfato di calcio e trasferirlo al becher.
4. Utilizzando un cilindro graduato da 25 ml misurare 20 mL di acqua deionizzata e trasferirla al becher.
5. Ripetere i passaggi 1.1 - 1.4 per ogni campione di terreno azotato.
6. Mescolare accuratamente il contenuto di ciascun becher con un'asta di agitazione.
7. Fissare i campioni su uno shaker da tavolo e agitare per 1 minuto.

2. Estrazione di fosforo e potassio

1. Accendi la bilancia, imposta una barca di pesatura sulla parte superiore e azzera la bilancia.
2. Utilizzare una spatola per pesare 2 g di terreno (essiccato e setacciato) e trasferirlo in un becher da 100 ml etichettato.
3. Utilizzare un cilindro graduato da 25 mL per misurare 20 mL di estrattore di terreno Mehlich 2 nel cilindro. Trasferimento al becher.
4. Ripetere i passaggi 2.1 - 2.3 per ogni campione di fosforo e potassio.
5. Mescolare accuratamente il contenuto di ciascun becher con un'asta di agitazione.
6. Fissare i campioni su un tavolo shaker da tavolo e agitare per 5 minuti.

3. Filtrazione dell'estrazione dei nutrienti - Questo passaggio verrà eseguito per tutti e tre gli analiti (nitrato, fosfato e potassio)

1. Fissare un'estremità del tubo dell'imbuto su un getto di vuoto.
2. Fissare l'altra estremità del tubo al braccio laterale del pallone.
3. Assemblate l'imbuto agganciando insieme il cilindro e il disco superiore perforato. Posizionare l'imbuto assemblato sopra il pallone a braccio laterale inserendo il tappo di gomma nella parte superiore del pallone per fissare l'imbuto sulla parte superiore.
4. Posizionare 1 carta da filtro pulita sopra l'imbuto.
5. Accendere il getto di vuoto.
6. Versare lentamente la soluzione di estratto di terreno nell'imbuto, lasciando che l'estratto drestra lontano dal terreno e sul fondo del pallone a imbuto.
7. Versare l'estratto filtrato in un nuovo becher da 50 ml etichettato. Questo filtrato verrà analizzato così come è.
8. Rimuovere l'imbuto, scartare la carta da filtro e risciacquare l'imbuto e il pallone con acqua deionizzata. Utilizzare il getto d'aria per asciugare l'imbuto e il pallone.
9. Ripetere i passaggi 3.3 - 3.7 per ogni campione di terreno.

4. Analisi del campione con comparatore di colore per nitrato

1. Etichettare un tubo di visualizzazione a colori "S" per il campione e un altro tubo di visualizzazione a colori "B" per il bianco.
2. Risciacquare accuratamente entrambi i tubi di visualizzazione dei colori con acqua deionizzata. Agitare i tubi per rimuovere l'acqua di risciacquo rimanente.
3. Aggiungere una piccola quantità dell'estratto del campione (preparato nei passaggi 1.1 - 1.7) a circa 1/4" di profondità al tubo di visualizzazione a colori contrassegnato con "S". Tappare il tubo con un tappo di gomma e agitarlo per 3 s. Scartare questa soluzione.
4. Aggiungere l'estratto del campione in entrambe le provette fino a quando il menisco è uniforme con il segno di 5 ml sui tubi (parte inferiore dell'area smerigliata).
5. Aggiungere il contenuto di un cuscino per polveri NitraVer 5 al tubo contrassegnato con "S". Tappare e agitare vigorosamente il tubo per esattamente un minuto.
6. Posizionare immediatamente i tubi "S" e "B" nel comparatore con il tubo "B" nel foro esterno e il tubo "S" nel foro interno.
7. Attendere 5 minuti, quindi tenere il comparatore di colori fino a una fonte di luce. Ruotare il disco fino a quando il colore nella finestra per il tubo "B" corrisponde al colore nella finestra per il tubo "S". Registrare il valore di concentrazione (mg/L) visualizzato nella finestra inferiore della casella del comparatore di colori.
8. Ripetere i passaggi da 4.1 a 4.7 per tutte le repliche e registrare la media.
9. Ripetere il passaggio 4.8 per tutti i campioni di nitrati.

5. Analisi del campione con comparatore di colore per fosfato

1. Utilizzando il contagocce da 2,5 mL, aggiungere 2,5 mL dell'estratto del campione filtrato (preparato nei passaggi 2.1 - 2.6) a un cilindro graduato da 25 mL.
2. Diluire fino al segno di 25 ml con acqua deionizzata, tappo con tappo e invertire per mescolare.
3. Etichettare un tubo di visualizzazione a colori "S" per il campione e un altro tubo di visualizzazione a colori "B" per il bianco.
4. Risciacquare accuratamente entrambi i tubi di visualizzazione dei colori con acqua deionizzata. Agitare i tubi per rimuovere l'acqua di risciacquo rimanente.
5. Aggiungere una piccola quantità di estratto diluito a circa 1/4 "di profondità al tubo di visualizzazione del colore contrassegnato "S". Tappare il tubo con un tappo di gomma e agitarlo per alcuni secondi, quindi scartare questa soluzione.
6. Aggiungere l'estratto del campione in entrambe le provette fino a quando il menisco è uniforme con il segno di 5 ml sui tubi (parte inferiore dell'area smerigliata).
7. Aggiungere il contenuto di un cuscino in polvere PhosVer 3 al tubo "S". Tappare e agitare vigorosamente il tubo per un minuto.
8. Posizionare immediatamente i tubi "S" e "B" nel comparatore con il tubo "B" nel foro esterno e il tubo "S" nel foro interno.
9. 3 minuti dopo aver completato il passaggio 5.8, tenere il comparatore di colori fino a una fonte di luce. Ruotare il disco fino a quando il colore nella finestra per il tubo "B" corrisponde al colore nella finestra per il tubo "S". In un'area di visualizzazione inferiore della scatola, il disco a colori visualizzerà contemporaneamente il valore di concentrazione corrispondente all'intensità del colore scelta. Registrare il valore di concentrazione visualizzato nella finestra.
10. Ripetere i passaggi da 5.1 a 5.10 per tutte le repliche e registrare la media.
11. Ripetere il passaggio 5.10 per tutti i campioni di fosforo.

6. Aggiunta di reagenti e analisi per il potassio

1. Utilizzando un contagocce da 1 mL, aggiungere 3 mL di estratto di campione di potassio (preparato nei passaggi 2.1 - 2.6) a un cilindro da 25 mL.
2. Aggiungere acqua DI al segno di 21 ml sul cilindro. Tappare saldamente il cilindro con un tappo di gomma e invertire per mescolare.
3. Aggiungere un cuscino in polvere di potassio 2 reagenti al cilindro.
4. Aggiungere 3 mL di soluzione alcalina edta al cilindro.
5. Tappare il cilindro e invertire più volte per mescolare. Lasciare riposare la soluzione per 3 minuti.
6. Aggiungere il contenuto di un cuscino in polvere di potassio 3 reagenti.
7. Tappare saldamente il cilindro e agitare vigorosamente per 10 s.
8. Lasciare riposare la soluzione per 3 minuti mentre si sviluppa una torbidità bianca.
9. Mentre guardi dritto verso il basso nel cilindro, inserisci lentamente l'astina di potassio verticalmente nella soluzione fino a quando il punto nero non è più visibile da sopra il cilindro.
10. Tenere l'astina in quella posizione e ruotare il cilindro in modo che possa essere vista la scala sull'astina. Guarda attraverso la superficie della scala sull'astina di livello. Registrare il numero sulla scala dell'astina di livello in cui la superficie del campione incontra la scala dell'astina di livello.
11. Ripetere 6.1- 6.10 per tutte le repliche e la media. Ripetere 6.11 per tutti i campioni di potassio.
12. Fare riferimento alla tabella di conversione del potassio per determinare la concentrazione di potassio nei campioni di terreno. Individuare la lettura dell'astina di livello sulla colonna di sinistra e registrare la corrispondente concentrazione di mg/L sulla colonna di destra.

Le analisi dei nutrienti del suolo possono essere eseguite per estrarre tre principali macronutrienti del suolo, azoto, fosforo e potassio, e combinarli con reagenti a base di colore per determinarne la concentrazione.

Azoto, fosforo e potassio sono i componenti principali del fertilizzante del suolo. Conoscere la loro concentrazione nei suoli può informare gli scienziati ambientali della carenza o dell'eccedenza di nutrienti nei suoli utilizzati per sostenere la produzione vegetale e fornire una visione generale dei cicli biogeochimici di base di un ecosistema.

L'analisi dei nutrienti del suolo può essere effettuata utilizzando sostanze chimiche per legare il macronutriente di interesse. Per l'azoto o il fosforo vengono aggiunti reagenti che reagiscono alla presenza dello specifico macronutriente e producono prodotti colorati. La concentrazione di potassio viene determinata formando precipitati in quantità proporzionale alla concentrazione di potassio.

Questi metodi sono semplici, economici, richiedono attrezzature minime e possono essere eseguiti sul campo, se lo si desidera. Questo video illustrerà le tecniche utilizzate per estrarre e quantificare questi comuni macronutrienti del suolo.

Per iniziare l'analisi, i macronutrienti vengono prima estratti dai campioni di terreno raccolti. L'azoto viene estratto utilizzando solfato di calcio; il fosforo e il potassio vengono estratti utilizzando la soluzione di Mehlich 2, una soluzione di acido acetico, cloruro di ammonio, acido cloridrico, acido fluoridrico e acqua demineralizzata. I macronutrienti legati presenti in sospensione possono quindi essere separati dai restanti componenti solidi del suolo mediante filtrazione sottovuoto.

Una volta estratti i macronutrienti, è possibile determinarne la concentrazione. Per l'azoto, il cadmio metallico viene utilizzato per ridurre i nitrati in nitriti. Questo cadmio è presente in cuscini preconfezionati che vengono aggiunti al filtrato del terreno. Gli ioni nitrito reagiscono con l'acido sulfanilico per formare sale di diazonio. Questo si accoppia con l'acido gentisico e si forma una soluzione ambrata.

Per il fosforo, il molibdato di sodio reagisce con il fosfato reattivo solubile per formare un complesso fosfo-molibdato. Questo viene poi ridotto dall'acido ascorbico per formare un colore blu molibdeno.

L'intensità del colore di entrambe le soluzioni è proporzionale alla concentrazione di nutrienti. Le scatole di comparazione dei colori sono utilizzate per l'analisi di nitrati e fosfati. I campioni vengono confrontati con uno spazio vuoto e il disco dei colori viene ruotato fino a quando entrambe le finestre di visualizzazione non corrispondono. La corrispondente concentrazione di nutrienti in mg/L verrà visualizzata in una finestra separata. L'intensità del colore di entrambe le soluzioni è proporzionale alla concentrazione di nutrienti.

Per quantificare il potassio, gli ioni del filtrato del suolo si combinano con il tetrafenilborato di sodio per formare il tetrafenilborato di potassio, un precipitato bianco. Il precipitato rimane in sospensione, provocando un aumento della torbidità.

Un'astina di livello di potassio viene utilizzata per quantificare la torbidità causata dal precipitato. L'astina di livello viene posizionata nel campione e abbassata fino a quando il punto nero all'estremità non è più visibile. Lo stick è contrassegnato in modo incrementale e le letture su questa scala possono essere convertite in concentrazione di potassio utilizzando un grafico di conversione.

Ora che abbiamo familiarità con i principi alla base dell'estrazione e della quantificazione dei macronutrienti del suolo, diamo un'occhiata a come vengono eseguite le procedure in laboratorio.

Una volta raccolti, trasportati correttamente e conservati i campioni di terreno, possono essere portati in laboratorio per l'analisi, a partire dall'estrazione dell'azoto. Per prima cosa, accendi la bilancia, posiziona una barca di pesatura sulla parte superiore e tara.

Con l'aiuto di una spatola, pesare 10 g di campione di terreno essiccato e setacciato e trasferirlo in un becher da 100 ml etichettato. Quindi, pesare 0,1 g di solfato di calcio e trasferirlo nel becher.

Misurare 20 mL di acqua deionizzata con un cilindro graduato e trasferirla nel becher. Mescolare accuratamente il contenuto del bicchiere con un'asta per mescolare. Ripetere queste aggiunte per ogni campione di terreno di prova. Fissare i campioni su un agitatore da tavolo e agitare per 1 minuto.

Per iniziare l'estrazione di fosforo e potassio dai terreni, utilizzare una spatola per pesare 2 g di campione di terreno essiccato e setacciato e trasferirlo in un becher da 100 ml etichettato. Con un cilindro graduato, misurare 20 mL di estrattore di terreno Mehlich 2 e trasferire nel becher. Mescolare accuratamente il contenuto del becher con un'asta di agitazione. Fissare i campioni su un agitatore da tavolo e agitare per 5 minuti. Dopo l'estrazione, tutti e tre i set di campioni di nutrienti devono essere filtrati sotto vuoto utilizzando un pallone sottovuoto e un imbuto Böchner.

Per prima cosa, accendi il getto del vuoto e versa lentamente la soluzione di estratto di terreno nell'imbuto. L'estratto deve essere drenato dall'imbuto, nel pallone. Versare il filtrato in un becher da 50 ml pulito ed etichettato. Rimuovere l'imbuto, scartare la carta da filtro e sciacquare l'imbuto e il pallone con acqua deionizzata. Utilizzare un getto d'aria per asciugare l'imbuto e il pallone.

Ora che i campioni di nutrienti sono stati filtrati, l'analisi del contenuto può iniziare. Per ogni test nutrizionale, inizia etichettando una provetta a colori con una "S", come campione. Etichetta un secondo con una "B" per vuoto.

Sciacquare accuratamente entrambi i tubi di visualizzazione del colore con acqua deionizzata, quindi agitare per rimuovere l'acqua di risciacquo rimanente. Aggiungere l'estratto campione a una profondità di ?? pollice nel tubo di visualizzazione a colori contrassegnato con "S". Tappare il tubo con un tappo di gomma e agitare per 3 s, quindi scartare la soluzione.

Quindi, aggiungere l'estratto del campione a entrambe le provette fino a quando il menisco non è uniforme con il segno di 5 ml sulle provette, sul fondo dell'area smerigliata. Aggiungere il contenuto di un cuscino reagente di azoto nella provetta contrassegnata con "S". Tappare e agitare energicamente il tubo per 1 minuto. Posizionare immediatamente entrambe le provette nel comparatore, con la provetta "B" nel foro esterno e la provetta "S" all'interno. Lasciare agire per 5 minuti

Tenere il comparatore vicino a una fonte di luce e ruotare il disco fino a quando il colore nella finestra del tubo "B" corrisponde a quello della finestra del tubo "S". Registrare il valore di concentrazione visualizzato nella finestra inferiore della casella del comparatore di colori.

I campioni possono anche essere analizzati per il contenuto di fosfati utilizzando il comparatore di colori. Utilizzando un contagocce, aggiungere 2,5 ml di estratto di campione di fosforo filtrato a un cilindro graduato da 25 mL. Aggiungere acqua deionizzata fino a 25 ml, tappare con un tappo e capovolgere per mescolare. Aggiungere l'estratto del campione diluito a circa ?? pollice di profondità nel colore viewtubo contrassegnato con "S" per risciacquare il tubo. Chiudere con un tappo di gomma e agitare per alcuni secondi prima di scartare la soluzione.

In entrambe le provette, aggiungere l'estratto del campione fino a quando il menisco non raggiunge la soglia di 5 ml. Aggiungere il contenuto di un cuscino reagente al fosforo nella provetta a "S", chiudere e agitare energicamente per 1 minuto. Posizionare immediatamente le provette colorate nel comparatore di colori, con la provetta vuota nel foro esterno e la provetta del campione nel foro interno. Lasciare agire per 3 min. Tenere il comparatore vicino a una fonte di luce e ruotare il disco fino a quando la finestra del tubo "B" non corrisponde al colore della finestra del tubo "S". Registrare il valore visualizzato nella finestra.

Infine, i campioni possono essere analizzati per il contenuto di potassio. Utilizzando un contagocce, aggiungere 3 ml di estratto di campione di potassio in un cilindro da 25 ml. Aggiungere acqua deionizzata fino al segno di 21 ml sul cilindro, tappare saldamente con un tappo di gomma e capovolgere. Quindi, aggiungere un cuscino reagente di potassio 2 al cilindro. Aggiungere 3 mL di una soluzione alcalina di EDTA al cilindro, tappare con un tappo di gomma e capovolgere più volte per mescolare. Lasciare riposare la soluzione per 3 minuti. Aggiungere il contenuto di un cuscino reagente di potassio, tappare il cilindro e agitare energicamente per 10 s. Lasciare riposare la soluzione per 3 minuti man mano che si sviluppa una torbidità bianca.

Guardando dritto verso il basso nel cilindro, inserire lentamente l'astina di livello di potassio verticalmente nella soluzione fino a quando il punto nero non è più visibile dall'alto. Tenere l'astina di livello in posizione e ruotare il cilindro per visualizzare la scala. Registrare il numero sulla scala dell'astina di livello nel punto in cui la superficie del campione incontra l'astina di livello. Fare riferimento alla tabella di conversione del potassio per determinare la concentrazione dei campioni in mg/L. Individuare la lettura dell'astina di livello nella colonna di sinistra e registrare la corrispondente concentrazione di mg/L riportata nella colonna di destra.

Una volta ottenute le concentrazioni, è possibile utilizzare una tabella degli intervalli di nutrienti per valutare la qualità del campione e determinare se il terreno campionato necessita di ammendante dei nutrienti e, in caso affermativo, in quanto. L'ammendante dei nutrienti può essere effettuato mediante l'applicazione di fertilizzanti specifici.

La capacità di analizzare la composizione dei nutrienti del suolo ha un'ampia varietà di applicazioni, con potenziali implicazioni per le popolazioni umane o gli ecosistemi agricoli.

Diverse piante coltivate avranno diversi potenziali requisiti nutrizionali per una crescita ottimale. Ad esempio, sono necessari alti livelli di azoto per la coltivazione di colture che richiedono azoto, come la soia e il mais. Alti livelli di fosforo possono stimolare e migliorare la produzione di fiori o frutti. La capacità di misurare la composizione dei nutrienti del suolo in un'area di coltivazione prevista può quindi consentire agli agricoltori o ai gestori del territorio di integrare il suolo con i nutrienti necessari per coltivare con successo la coltura prevista.

La composizione del suolo può anche avere implicazioni per la sua capacità di trattenere l'acqua, che a sua volta può influenzare la sua capacità di sostenere diverse piante o fauna. Ad esempio, i terreni a basso contenuto di potassio hanno una scarsa tolleranza alla siccità e possono richiedere l'ammendamento dei nutrienti, concimando il terreno con quantità adeguate del nutriente mancante. In alternativa, l'irrigazione può essere necessaria per coltivare piante che non mostrano un'elevata tolleranza alla siccità.

La composizione del suolo e la qualità dei nutrienti possono anche aiutare a informare i gestori del territorio per designare un uso appropriato del suolo. Nelle aree in cui il suolo ha una scarsa qualità dei nutrienti, che richiederebbe pesanti modifiche o integrazioni per coltivare piante coltivate, potrebbe essere più appropriato riservare terreni per lo sviluppo di edifici o strutture. In alternativa, le aree con composizione ideale per la coltivazione prevista possono essere destinate e messe da parte, protette dallo sviluppo.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE all'analisi dei nutrienti del suolo. Ora dovresti capire l'importanza dei macronutrienti del suolo, come estrarli dal suolo e come determinarne le concentrazioni. Grazie per l'attenzione!