1.14: Analiza składników odżywczych gleby: azot, fosfor i potas

1. Ekstrakcja azotu (azotan NO₃^-)

1. Włącz wagę, ustaw łódź do ważenia na górze i wyzeruj wagę.
2. Za pomocą szpatułki odważ 10 g gleby (wysuszonej i przesianej) i przenieś do oznaczonej zlewki o pojemności 100 ml.
3. Odważyć 0,1 g siarczanu wapnia i przenieść do zlewki.
4. Za pomocą butli z podziałką o pojemności 25 ml odmierz 20 ml wody dejonizowanej i przenieś do zlewki.
5. Powtórz kroki 1.1 - 1.4 dla każdej próbki gleby azotowej.
6. Dokładnie wymieszaj zawartość każdej zlewki za pomocą pręta mieszającego.
7. Zabezpiecz próbki na wytrząsarce stołowej i potrząsaj przez 1 minutę.

2. Ekstrakcja fosforu i potasu

1. Włącz wagę, ustaw łódkę do ważenia na górze i wyzeruj wagę.
2. Za pomocą szpatułki odważ 2 g gleby (wysuszonej i przesianej) i przenieś do oznaczonej zlewki o pojemności 100 ml.
3. Użyj cylindra z podziałką o pojemności 25 ml, aby odmierzyć 20 ml ekstraktora gleby Mehlich 2 do cylindra. Przełożyć do zlewki.
4. Powtórzyć kroki 2.1-2.3 dla każdej próbki fosforu i potasu.
5. Dokładnie wymieszaj zawartość każdej zlewki za pomocą pręta mieszającego.
6. Zabezpiecz próbki na stole do wytrząsania i potrząsaj przez 5 minut.

3. Filtracja ekstrakcji składników odżywczych - Ten krok zostanie wykonany dla wszystkich trzech analitów (azotanu, fosforanu i potasu)

1. Przymocuj jeden koniec węża lejka do strumienia próżniowego.
2. Przymocuj drugi koniec węża do bocznego ramienia kolby.
3. Zamontuj lejek, łącząc ze sobą cylinder i perforowaną górną tarczę. Umieść zmontowany lejek na górze kolby z bocznym ramieniem, wkładając gumowy korek do górnej części kolby, aby zabezpieczyć lejek na górze.
4. Umieść 1 czystą bibułę filtracyjną na górze lejka.
5. Włącz dyszę próżniową.
6. Powoli wlać roztwór ekstraktu glebowego do lejka, pozwalając ekstraktowi spłynąć z gleby na dno kolby lejkowej.
7. Przefiltrowany ekstrakt przelać do nowej, oznakowanej zlewki o pojemności 50 ml. Ten filtrat zostanie przeanalizowany w takiej postaci, w jakiej jest.
8. Wyjąć lejek, wyrzucić bibułę filtracyjną i przepłukać lejek i kolbę wodą dejonizowaną. Użyj strumienia powietrza do wysuszenia lejka i kolby.
9. Powtórzyć kroki 3.3 - 3.7 dla każdej próbki gleby.

4. Analiza próbki za pomocą komparatora kolorów dla azotanów

1. Oznacz jedną kolorową probówkę "S" dla próbki i drugą kolorową rurkę "B" dla pustego.
2. Dokładnie wypłucz obie rurki z kolorem viewview wodą dejonizowaną. Potrząśnij probówkami, aby usunąć pozostałą wodę do płukania.
3. Dodać niewielką ilość ekstraktu próbki (przygotowanego w krokach 1.1 - 1.7) na głębokość około 1/4" do probówki do oglądania kolorów oznaczonej "S". Zakryj tubkę gumowym korkiem i potrząsaj nią przez 3 sekundy. Odrzuć to rozwiązanie.
4. Dodaj ekstrakt próbki do obu probówek, aż menisk zrówna się z oznaczeniem 5 ml na probówkach (spód oszronionego obszaru).
5. Dodaj zawartość jednej poduszki w proszku NitraVer 5 do tubki oznaczonej "S". Zakręć probówkę i energicznie nią potrząsaj dokładnie przez minutę.
6. Natychmiast umieść rurki "S" i "B" w komparatorze z rurką "B" w otworze zewnętrznym i rurką "S" w otworze wewnętrznym.
7. Odczekaj 5 minut, a następnie przyłóż komparator kolorów do źródła światła. Obracaj dysk, aż kolor w okienku dla rurki "B" będzie odpowiadał kolorowi w okienku dla rurki "S". Zapisz wartość stężenia (mg/l) wyświetlaną w dolnym oknie pola komparatora kolorów.
8. Powtórzyć kroki 4.1–4.7 dla wszystkich powtórzeń i zapisać średnią.
9. Powtórzyć krok 4.8 dla wszystkich próbek azotanów.

5. Analiza próbki za pomocą komparatora kolorów dla fosforanów

1. Za pomocą zakraplacza o pojemności 2,5 ml dodać 2,5 ml przefiltrowanego ekstraktu próbki (przygotowanego w krokach 2.1 - 2.6) do cylindra z podziałką o pojemności 25 ml.
2. Rozcieńczyć do oznaczenia 25 ml wodą dejonizowaną, zakryć korkiem i odwrócić do mieszania.
3. Oznacz jedną kolorową probówkę "S" dla próbki, a drugą kolorową rurkę do oglądania "B" dla pustego.
4. Dokładnie wypłucz obie rurki z kolorem viewview wodą dejonizowaną. Potrząśnij probówkami, aby usunąć pozostałą wodę do płukania.
5. Dodaj niewielką ilość rozcieńczonego ekstraktu na głębokość około 1/4 cala do probówki z kolorem oznaczonej "S". Zakryj probówkę gumowym korkiem i potrząsaj nią przez kilka sekund, a następnie wyrzuć ten roztwór.
6. Dodaj ekstrakt próbki do obu probówek, aż menisk zrówna się z oznaczeniem 5 ml na probówkach (spód oszronionego obszaru).
7. Dodaj zawartość jednej poduszki w proszku PhosVer 3 do probówki "S". Zakręć probówkę i energicznie nią potrząsaj przez minutę.
8. Natychmiast umieść rurki "S" i "B" w komparatorze z rurką "B" w otworze zewnętrznym i rurką "S" w otworze wewnętrznym.
9. 3 min po wykonaniu kroku 5.8 przyłóż komparator kolorów do źródła światła. Obracaj dysk, aż kolor w okienku dla rurki "B" będzie odpowiadał kolorowi w okienku dla rurki "S". W dolnym obszarze wyświetlacza na pudełku kolorowy dysk będzie jednocześnie wyświetlał wartość stężenia odpowiadającą wybranej intensywności koloru. Zapisz wartość stężenia, która jest wyświetlana w oknie.
10. Powtórzyć kroki 5.1–5.10 dla wszystkich powtórzeń i zapisać średnią.
11. Powtórzyć krok 5.10 dla wszystkich próbek fosforu.

6. Dodawanie i analiza odczynnika dla potasu

1. Za pomocą zakraplacza o pojemności 1 ml dodaj 3 ml próbki ekstraktu potasu (przygotowanej w krokach 2.1 - 2.6) do butli o pojemności 25 ml.
2. Dodaj wodę DI do oznaczenia 21 ml na butli. Mocno przykryj cylinder gumowym korkiem i odwróć, aby wymieszać.
3. Dodaj jedną poduszkę z odczynnikiem potasu 2 w proszku do cylindra.
4. Dodać 3 ml alkalicznego roztworu EDTA do butli.
5. Zakryj cylinder i odwróć kilka razy, aby wymieszać. Pozostaw roztwór na 3 minuty.
6. Dodać zawartość jednej poduszki z odczynnikiem potasu 3 w proszku.
7. Mocno zakręć cylinder i energicznie potrząsaj przez 10 s.
8. Pozostaw roztwór na 3 minuty, gdy pojawi się białe zmętnienie.
9. Patrząc prosto w dół do cylindra, powoli wkładaj prętowy wskaźnik poziomu potasu pionowo do roztworu, aż czarna kropka przestanie być widoczna znad cylindra.
10. Przytrzymaj bagnet w tej pozycji i obróć cylinder tak, aby była widoczna skala na bagnecie. Spójrz na powierzchnię skali na bagnecie. Zapisać liczbę na skali bagnetu, w której powierzchnia próbki styka się ze skalą bagnetu.
11. Powtórzyć czynności 6,1–6,10 dla wszystkich powtórzeń i średniej. Powtórzyć czynności opisane w pkt 6.11 dla wszystkich próbek potasu.
12. Zapoznaj się z tabelą przeliczeniową potasu, aby określić stężenie potasu w próbkach gleby. Znajdź odczyt bagnetu w lewej kolumnie i zapisz odpowiednie stężenie mg/L w prawej kolumnie.

Analizy składników odżywczych w glebie można przeprowadzić w celu ekstrakcji trzech głównych makroelementów glebowych, azotu, fosforu i potasu, i połączenia ich z odczynnikami barwiącymi w celu określenia ich stężenia.

Azot, fosfor i potas są głównymi składnikami nawozów doglebowych. Znajomość ich stężenia w glebie może dostarczyć naukowcom zajmującym się ochroną środowiska informacji o niedoborze lub nadmiarze składników odżywczych w glebach wykorzystywanych do wspierania produkcji roślinnej, a także zapewnić ogólny wgląd w podstawowe cykle biogeochemiczne ekosystemu.

Analizę składników odżywczych gleby można przeprowadzić przy użyciu środków chemicznych w celu związania interesującego makroskładnika odżywczego. W przypadku azotu lub fosforu dodaje się odczynniki, które reagują na obecność określonego makroskładnika odżywczego i wytwarzają kolorowe produkty. Stężenie potasu określa się poprzez tworzenie osadów w ilości proporcjonalnej do stężenia potasu.

Metody te są proste, niedrogie, wymagają minimalnego sprzętu i w razie potrzeby można je przeprowadzić w terenie. Ten film zilustruje techniki stosowane do ekstrakcji i ilościowego oznaczania tych powszechnych makroskładników odżywczych w glebie.

Aby rozpocząć analizę, najpierw ekstrahuje się makroskładniki odżywcze z pobranych próbek gleby. Azot ekstrahuje się za pomocą siarczanu wapnia; Fosfor i potas ekstrahuje się roztworem Mehlicha 2, roztworem kwasu octowego, chlorku amonu, kwasu solnego, kwasu fluorowodorowego i wody demineralizowanej. Związane makroskładniki odżywcze obecne w zawiesinie można następnie oddzielić od pozostałych stałych składników gleby za pomocą filtracji próżniowej.

Po wyekstrahowaniu makroskładników można określić ich stężenie. W przypadku azotu kadm metaliczny służy do redukcji azotanów do azotynów. Ten kadm jest obecny w paczkowanych poduszkach, które są dodawane do filtratu glebowego. Jony azotynowe reagują z kwasem sulfanilowym, tworząc sól diazoniową. Łączy się to z kwasem gentyzynowym i powstaje bursztynowy roztwór.

W przypadku fosforu molibdenian sodu reaguje z rozpuszczalnym reaktywnym fosforanem, tworząc kompleks fosfo-molibdenianu. Jest on następnie redukowany przez kwas askorbinowy, tworząc niebieski kolor molibdenu.

Intensywność koloru obu roztworów jest proporcjonalna do stężenia składników odżywczych. Komparatory kolorów służą do analizy azotanów i fosforanów. Próbki są porównywane z pustym miejscem, a kolorowy dysk jest obracany, aż oba okna wyświetlania będą zgodne. Odpowiednie stężenie składników odżywczych w mg/L zostanie wyświetlone w osobnym oknie. Intensywność koloru obu roztworów jest proporcjonalna do stężenia składników odżywczych.

Aby określić ilościowo potas, jony z filtratu glebowego łączą się z tetrafenyloboranem sodu, tworząc tetrafenyloboran potasu, biały osad. Osad pozostaje w zawiesinie, powodując wzrost zmętnienia.

Bagnet do pomiaru potasu służy do ilościowego określania zmętnienia spowodowanego przez osad. Bagnet umieszcza się w próbce i opuszcza do momentu, gdy czarna kropka na końcu przestanie być widoczna. Pałeczka jest oznaczana przyrostowo, a odczyty na tej skali można przeliczyć na stężenie potasu za pomocą tabeli przeliczeniowej.

Teraz, gdy znamy już zasady ekstrakcji i kwantyfikacji makroskładników odżywczych w glebie, przyjrzyjmy się, jak procedury są przeprowadzane w laboratorium.

Po pobraniu, prawidłowym transporcie i przechowywaniu próbek gleby można je przywieźć do laboratorium w celu analizy, rozpoczynając ekstrakcję azotu. Najpierw włącz wagę, ustaw łódź do ważenia na górze i taruj.

Za pomocą szpatułki odważyć 10 g wysuszonej, przesianej próbki gleby i przenieść do oznakowanej zlewki o pojemności 100 ml. Następnie odważyć 0,1 g siarczanu wapnia i przenieść go do zlewki.

Odmierzyć 20 ml wody dejonizowanej za pomocą cylindra z podziałką i przenieść do zlewki. Dokładnie wymieszać zawartość zlewki za pomocą pręta mieszającego. Powtórzyć te dodatki dla każdej badanej próbki gleby. Zabezpiecz próbki na wytrząsarce stołowej i mieszaj przez 1 minutę.

Aby rozpocząć ekstrakcję fosforu i potasu z gleby, użyj szpatułki, aby odważyć 2 g wysuszonej, przesianej próbki gleby i przenieś do oznakowanej zlewki o pojemności 100 ml. Za pomocą cylindra z podziałką odmierzyć 20 ml ekstraktora glebowego Mehlich 2 i przenieść do zlewki. Dokładnie wymieszaj zawartość zlewki z mieszadłem. Zabezpiecz próbki na wytrząsarce stołowej i mieszaj przez 5 minut. Po ekstrakcji wszystkie trzy zestawy próbek składników odżywczych należy przefiltrować próżniowo za pomocą kolby próżniowej i lejka Böchnera.

Najpierw włącz strumień próżniowy i powoli wlej roztwór ekstraktu glebowego do lejka. Ekstrakt powinien spłynąć z lejka do kolby. Wlać filtrat do czystej, oznakowanej zlewki o pojemności 50 ml. Wyjąć lejek, wyrzucić bibułę filtracyjną i przepłukać lejek i kolbę wodą dejonizowaną. Użyj strumienia powietrza, aby wysuszyć lejek i kolbę.

Po przefiltrowaniu próbek składników odżywczych można rozpocząć analizę zawartości. Dla każdego testu składników odżywczych zacznij od oznaczenia kolorowej rurki z view", dla próbki. Oznacz sekundę literą "B" dla pustego pola.

Dokładnie opłucz obie kolorowe rurki viewview wodą dejonizowaną, a następnie wstrząśnij, aby usunąć pozostałą wodę do płukania. Dodaj ekstrakt próbki na głębokość ?? cal w kolorowej rurce viewtube oznaczonej "S". Zakryj probówkę gumowym korkiem i potrząsaj przez 3 s, a następnie wylej roztwór.

Następnie dodaj ekstrakt próbki do obu probówek, aż menisk zrówna się z oznaczeniem 5 ml na probówkach, na dnie oszronionego obszaru. Dodaj zawartość jednej poduszki z odczynnikiem azotowym do probówki oznaczonej "S". Zakręć i energicznie potrząsaj probówką przez 1 minutę. Natychmiast umieść obie probówki w komparatorze, tak aby rurka "B" znajdowała się w otworze zewnętrznym, a rurka "S" znajdowała się w środku. Pozostaw na 5 minut.

Przytrzymaj komparator do źródła światła i obracaj dysk, aż kolor w okienku dla rurki "B" będzie odpowiadał kolorowi w okienku dla rurki "S". Zapisz wartość stężenia wyświetlaną w dolnym oknie pola komparatora kolorów.

Próbki mogą być również analizowane pod kątem zawartości fosforanów za pomocą komparatora kolorów. Za pomocą zakraplacza dodać 2,5 ml przefiltrowanego ekstraktu próbki fosforu do cylindra z podziałką o pojemności 25 ml. Dodaj wodę dejonizowaną do oznaczenia 25 ml, zakręć korkiem i odwróć do mieszania. Dodać rozcieńczony ekstrakt próbki do około ?? cal głębokości w kolorze viewrurka oznaczona "S", aby przepłukać rurkę. Zakryj gumowym korkiem i potrząsaj przez kilka sekund przed wyrzuceniem roztworu.

Do obu probówek dodawać ekstrakt z próbki, aż menisk zrówna się z oznaczeniem 5 ml. Dodaj zawartość jednej poduszki z odczynnikiem fosforowym do probówki "S", nakrętki i energicznie wstrząsaj przez 1 minutę. Natychmiast umieść kolorowe probówki w komparatorze kolorów, tak aby pusta probówka znajdowała się w otworze zewnętrznym, a probówka z próbką w otworze wewnętrznym. Pozostaw na 3 min. Przytrzymaj komparator do źródła światła i obracaj dysk, aż okienko rurki "B" będzie pasować do koloru w okienku rurki "S". Zapisz wartość wyświetlaną w oknie.

Na koniec próbki można przeanalizować pod kątem zawartości potasu. Za pomocą zakraplacza dodaj 3 ml ekstraktu z próbki potasu do butli o pojemności 25 ml. Dodaj wodę dejonizowaną do oznaczenia 21 ml na butli, mocno zakręć gumowym korkiem i odwróć. Następnie dodaj jedną poduszkę z odczynnikiem potasu 2 do cylindra. Dodaj 3 ml alkalicznego roztworu EDTA do cylindra, zakryj gumowym korkiem i odwróć kilka razy w celu wymieszania. Pozostaw roztwór na 3 minuty. Dodaj zawartość jednej poduszki z odczynnikiem potasowym, zakryj cylinder i energicznie wstrząsaj przez 10 s. Pozostaw roztwór na 3 minuty, gdy pojawi się białe zmętnienie.

Patrząc prosto w dół do cylindra, powoli włóż prętowy wskaźnik poziomu potasu pionowo do roztworu, aż czarna kropka przestanie być widoczna z góry. Przytrzymaj bagnet w odpowiedniej pozycji i obróć cylinder, aby view skala. Zapisać liczbę na skali bagnetu, w miejscu, w którym powierzchnia próbki styka się z bagnetem. Zapoznaj się z tabelą przeliczeniową potasu, aby określić stężenie próbek w mg/L. Znajdź odczyt prętowego wskaźnika poziomu w lewej kolumnie i zapisz odpowiednie stężenie mg/L podane w prawej kolumnie.

Po uzyskaniu stężeń można wykorzystać tabelę zakresów składników odżywczych do oceny jakości próbki i określenia, czy pobrana próbka gleby wymaga zmiany składników odżywczych, a jeśli tak, to w jakiej ilości. Modyfikację składników odżywczych można przeprowadzić poprzez zastosowanie określonych nawozów.

Możliwość analizowania składu składników odżywczych gleb ma wiele różnych zastosowań, z potencjalnymi implikacjami dla populacji ludzkich lub ekosystemów rolniczych.

Różne rośliny uprawne będą miały różne potencjalne zapotrzebowanie na składniki odżywcze dla optymalnej uprawy. Na przykład wysoki poziom azotu jest potrzebny do uprawy roślin wymagających azotu, takich jak soja i kukurydza. Wysoki poziom fosforu może stymulować i zwiększać produkcję kwiatów lub owoców. Możliwość pomiaru składu składników odżywczych w glebie na planowanym obszarze uprawy roślin może zatem umożliwić rolnikom lub zarządcom gruntów uzupełnienie gleby w niezbędne składniki odżywcze do pomyślnej uprawy zamierzonych upraw.

Skład gleby może mieć również wpływ na jej zdolność do zatrzymywania wody, co z kolei może wpływać na jej zdolność do wspierania różnych flory i fauny. Na przykład gleby o niskiej zawartości potasu mają słabą tolerancję na suszę i mogą wymagać modyfikacji składników odżywczych poprzez nawożenie gleby odpowiednimi ilościami brakującego składnika odżywczego. Alternatywnie, nawadnianie może być konieczne do uprawy roślin, które nie wykazują wysokiej tolerancji na suszę.

Skład gleby i jakość składników odżywczych mogą również pomóc w informowaniu zarządców gruntów o wyznaczeniu odpowiedniego sposobu użytkowania gruntów. Na obszarach, gdzie gleba ma niską jakość składników odżywczych, które wymagałyby znacznej modyfikacji lub suplementacji w celu uprawy roślin uprawnych, bardziej odpowiednie może być odłogowanie gruntów pod zabudowę budynków lub konstrukcji. Alternatywnie, obszary o idealnym składzie dla planowanej uprawy roślin mogą być przeznaczone i odłogowane, chronione przed zabudową.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do analizy składników odżywczych w glebie. Powinieneś teraz zrozumieć, jak ważne są makroelementy glebowe, jak je wydobywać z gleby i jak określać ich stężenia. Dzięki za oglądanie!