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Análise de Nutrientes do Solo: Nitrogênio, Fósforo e Potássio

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Soil Nutrient Analysis: Nitrogen, Phosphorus, and Potassium

1.11: Determination Of NO_x in Automobile Exhaust Using UV-VIS Spectroscopy

1.15: Analysis of Earthworm Populations in Soil

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13:31 min

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April 30, 2023

Overview

Fonte: Laboratórios de Margaret Workman e Kimberly Frye – Universidade Depaul

Neste experimento, três macronutrientes do solo são extraídos quimicamente, combinados com reagentes baseados em cores, e analisados usando cor para determinar a concentração de nutrientes presente na amostra do solo.

Nitrogênio, fósforo e potássio são os principais componentes do fertilizante do solo. Esses métodos isolam cada nutriente do solo em uma solução que pode ser analisada usando turbidez e cor para determinar a concentração de nutrientes presentes na amostra do solo. Conhecer a concentração atual informa os cientistas ambientais de uma deficiência de nutrientes ou excedente em solos usados para apoiar a produção vegetal, e também fornece uma visão geral sobre os ciclos biogeoquímicos básicos de um ecossistema.

Principles

Quando quimicamente isolados do solo, nutrientes podem ser detectados usando essa técnica. Nitrogênio e fósforo, tipicamente encontrados na forma de nitratos e fosfatos, são extraídos com um extrator químico que ligará o nutriente do interesse. Uma vez extraído do solo, cada nutriente pode ser combinado com um reagente conhecido que faz com que a solução de nutrientes mude para uma cor específica de nutrientes em uma relação linear, com uma cor mais escura indicando maior concentração do nutriente. Para analisar a concentração de cada nutriente, um reagente químico será usado para colorir cada amostra com um aumento na intensidade da cor indicando aumento da concentração do nutriente.

Nos testes de nitrato de alta e média distância, o metal cádmio é usado para reduzir nitratos (NO₃^–) para nitritos (NO₂^–). O cádmio está contido nos travesseiros de pó Nitraver 5 (alta e média faixa) adquiridos e Nitraver 6 (baixa gama).

NO₃^– + Cd + 2 H⁺ → NO₂^– + Cd²⁺ + H₂O

Íons de nitrito então reagem com ácido sulfanílico (em um meio ácido contido no pó NitraVer 5) para formar um sal intermediário de diazonium. Quando juntamente com ácido gentisico (também contido no NitraVer 5), uma solução cor âmbar é formada. A intensidade de cor deste composto é diretamente proporcional à concentração de nitrato da amostra de água e pode ser quantificada usando a caixa de comparador de nitrato com um disco de cor âmbar de nitrato contínuo.

Para fósforo, molise de sódio e pirossulfato de potássio no pó de reagente PhosVer 3 comprado reagem com os fosfatos reativos solúveis para formar um complexo fosfo-molipdato.

H₂PO₄^– + 12 Na₂MoO₄ + → PMo₁₂O₄₀^3-

O complexo é então reduzido por ácido ascórbico (também contido em pó PhosVer 3) para formar uma cor azul molhênio. A cor azul é quantificada usando uma caixa comparativa de cor fosfato com um disco de cor azul fosfato contínuo.

Uma caixa comparativa de cores é usada para este método. Esta ferramenta opera com base em intensidades de cores conhecidas para cada concentração entre 0-50 mg/L. Um disco de cor na caixa é virado até que a cor em ambas as janelas de visualização (em branco e amostra) corresponda. Uma vez que as cores sejam combinadas, a concentração de nutrientes correspondente (mg/L) será exibida em uma janela inferior separada na caixa do comparador de cores. Essas caixas são robustas o suficiente para serem usadas com estudantes em qualquer nível até cursos universitários introdutórios e podem ser facilmente transportadas como parte de um kit de teste de solo de campo que pode ser usado em um local de amostragem. Esses métodos permitem testes básicos de nutrientes no laboratório de sala de aula sem exigir equipamentos caros que podem não estar disponíveis. Para garantir a precisão do teste, as soluções padrão de nitrato e fosfato podem ser usadas no lugar de uma amostra nos procedimentos antes de viajar para o local de campo ou iniciar a análise de amostras de solo no laboratório.

Nos testes de potássio, os íons de potássio combinam-se com tetrafenilborato de sódio contido no pó de reagente de potássio 3 comprado para formar tetrafenilborato de potássio, um precipitado branco. O precipitado permanece em suspensão em amostras, causando um aumento da turbidez.

NO₃^– + Cd + 2 H⁺ NaB(C₆H₅)₄ + K⁺ → KB(C₆H₅)₄+ Na⁺

Uma vareta de medição de potássio é usada para quantificar a quantidade de turbidez que é convertida em concentração de potássio. A vareta tem um ponto preto em uma extremidade que é colocado na amostra até que o ponto não seja mais visível através do precipitado branco. A vareta é incrementalmente marcada para indicar uma escala de visibilidade que é então convertida em concentração de potássio com um gráfico de conversão. Este método é um procedimento barato com equipamento mínimo que pode ser transportado para um local de amostragem ao ar livre e robusto o suficiente para ser usado com alunos em qualquer nível até cursos universitários introdutórios.

Procedure

1. Extração de Nitrogênio (Nitrato NO₃^–)

Ligue o equilíbrio, coloque um barco de pesagem em cima e zero o equilíbrio.
Use uma espátula para pesar 10 g de solo (seco e peneirado) e transfira para um béquer de 100 mL rotulado.
Pesar 0,1 g de sulfato de cálcio e transferi-lo para o béquer.
Usando um cilindro graduado de 25 mL medida 20 mL de água deionizada e transferência para o béquer.
Repita as etapas 1.1 – 1.4 para cada amostra de solo de nitrogênio.
Misture bem o conteúdo de cada béquer com uma haste de mexida.
Fixar amostras em um agitador de mesa e agitar por 1 min.

2. Extração de Fósforo e Potássio

Ligue o equilíbrio, coloque um barco de pesagem na parte superior e zero o equilíbrio.
Use uma espátula para pesar 2 g de solo (seco e peneirado) e transfira para um béquer de 100 mL rotulado.
Use um cilindro graduado de 25 mL para medir 20 mL de extrator de solo Mehlich 2 no cilindro. Transfira para o béquer.
Repita as etapas 2.1 – 2.3 para cada amostra de fósforo e potássio.
Misture bem o conteúdo de cada béquer com uma haste de mexida.
Fixar amostras em uma mesa de agitação e agitar por 5 minutos.

3. Filtragem de Extração de Nutrientes – Esta etapa será realizada para os três analitos (nitrato, fosfato e potássio)

Fixar uma extremidade da mangueira do funil em um jato de vácuo.
Fixar a outra extremidade da mangueira no braço lateral do frasco.
Monte o funil encaixando o cilindro e o disco superior perfurado. Coloque o funil montado em cima do frasco de braço lateral inserindo a rolha de borracha na parte superior do frasco para fixar o funil em cima.
Coloque 1 papel filtro limpo em cima do funil.
Ligue o jato de vácuo.
Despeje lentamente a solução de extrato de solo no funil, permitindo que o extrato se escorra para longe do solo e para o fundo do frasco de funil.
Despeje extrato filtrado em um novo béquer de 50 mL. Este filtrado será analisado como está.
Remova funil, descarte papel filtro e enxágue funil e frasco com água desionizada. Use jato de ar para secar funil e frasco.
Repita as etapas 3.3 – 3.7 para cada amostra de solo.

4. Análise de amostra com comparador de cores para nitrato

Rotule um tubo de visualização de cores “S” para amostra e outro tubo de visualização de cores “B” para branco.
Enxágue bem os dois tubos de visualização de cores com água desionizada. Agite os tubos para remover a água restante.
Adicione uma pequena quantidade do extrato amostral (preparado nas etapas 1.1 – 1.7) cerca de 1/4″ de profundidade ao tubo de visualização de cores marcado “S”. Tampe o tubo com uma rolha de borracha e agite-o por 3 s. Descarte esta solução.
Adicione o extrato da amostra em ambos os tubos até que o menisco esteja mesmo com a marca de 5 mL nos tubos (fundo da área fosca).
Adicione o conteúdo de um Travesseiro nitraver 5 pó ao tubo marcado “S”. Cap e shake o tubo vigorosamente por exatamente um minuto.
Coloque imediatamente os tubos “S” e “B” no comparador com tubo “B” no orifício externo e tubo “S” no orifício interno.
Espere 5 min, em seguida, segure o comparador de cores até uma fonte de luz. Gire o disco até que a cor na janela para tubo “B” corresponda à cor na janela para o tubo “S”. Regisso valor de concentração (mg/L) exibido na janela inferior da caixa do comparador de cores.
Repita os passos 4.1 – 4.7 para todas as réplicas e regise a média.
Repita o passo 4.8 para todas as amostras de nitrato.

5. Análise de amostra com comparador de cor para fosfato

Utilizando o porta-gotas de 2,5 mL, adicione 2,5 mL do extrato de amostra filtrada (preparado nas etapas 2.1 – 2.6) a um cilindro graduado de 25 mL.
Diluir para a marca de 25 mL com água deionizada, tampa com rolha e inverter para misturar.
Rotule um tubo de visualização de cores “S” para amostra e outro tubo de visualização de cores “B” para branco.
Enxágue bem os dois tubos de visualização de cores com água desionizada. Agite os tubos para remover a água restante.
Adicione uma pequena quantidade do extrato diluído cerca de 1/4″ de profundidade ao tubo de visualização de cores marcado como “S”. Tampe o tubo com uma rolha de borracha e agite-o por alguns segundos e descarte esta solução.
Adicione o extrato da amostra em ambos os tubos até que o menisco esteja mesmo com a marca de 5 mL nos tubos (fundo da área fosca).
Adicione o conteúdo de um travesseiro phosver 3 em pó ao tubo “S”. Cap e agite o tubo vigorosamente por um minuto.
Coloque imediatamente os tubos “S” e “B” no comparador com tubo “B” no orifício externo e tubo “S” no orifício interno.
3 min após completar a Etapa 5.8, segure o comparador de cores até uma fonte de luz. Gire o disco até que a cor na janela para tubo “B” corresponda à cor na janela para o tubo “S”. Em uma área de exibição inferior na caixa, o disco de cor exibirá simultaneamente o valor de concentração correspondente à intensidade de cor escolhida. Regisso valor de concentração que é exibido na janela.
Repita as etapas 5.1 – 5.10 para todas as réplicas e regise a média.
Repita o passo 5.10 para todas as amostras de fósforo.

6. Adição e Análise de Reagentes para Potássio

Utilizando um talo de 1 mL, adicione 3 mL de extrato de amostra de potássio (preparado nas etapas 2.1 – 2.6) a um cilindro de 25 mL.
Adicione água DI à marca de 21 mL no cilindro. Tampe firmemente o cilindro com uma rolha de borracha e inverta para misturar.
Adicione um travesseiro de pó de potássio 2 ao cilindro.
Adicione 3 mL de solução Alcalina EDTA ao cilindro.
Tampe o cilindro e inverta várias vezes para misturar. Deixe a solução ficar por 3 minutos.
Adicione o conteúdo de um travesseiro de pó de potássio 3 reagente.
Tampe firmemente o cilindro e agite vigorosamente por 10 s.
Permita que a solução fique por 3 minutos à medida que uma turbidez branca se desenvolve.
Ao olhar diretamente para baixo no cilindro, insira lentamente o dipstick de potássio verticalmente na solução até que o ponto preto não seja mais visível de cima do cilindro.
Segure a vareta nessa posição e gire o cilindro para que possa ser visto a balança na vareta. Olhe através da superfície da escala na vareta. Registo o número na escala de vareta onde a superfície da amostra encontra a escala de vareta.
Repita 6.1- 6.10 para todas as réplicas e médias. Repita 6.11 para todas as amostras de potássio.
Consulte a tabela de conversão de potássio para determinar a concentração de potássio em amostras de solo. Localize a leitura de vareta na coluna esquerda e registe a concentração de mg/L correspondente na coluna direita.

Análises de nutrientes do solo podem ser realizadas para extrair três grandes macronutrientes do solo, nitrogênio, fósforo e potássio, e combiná-los com reagentes baseados em cores para determinar sua concentração.

Nitrogênio, fósforo e potássio são os principais componentes do fertilizante do solo. Conhecer sua concentração em solos pode informar os cientistas ambientais sobre deficiência de nutrientes ou excedente em solos usados para apoiar a produção vegetal, e fornecer uma visão geral sobre os ciclos biogeoquímicos básicos de um ecossistema.

A análise de nutrientes do solo pode ser realizada usando produtos químicos para vincular o macronutriente de interesse. Para nitrogênio ou fósforo, são adicionados reagentes que reagem à presença do macronutriente específico e produzem produtos coloridos. A concentração de potássio é determinada formando precipitados em uma quantidade proporcional à concentração de potássio.

Estes métodos são simples, baratos, requerem equipamentos mínimos e podem ser realizados em um ambiente de campo, se desejar. Este vídeo ilustrará as técnicas utilizadas para extrair e quantificar esses macronutrientes comuns do solo.

Para começar a análise, os macronutrientes são extraídos pela primeira vez de amostras de solo coletadas. O nitrogênio é extraído usando sulfato de cálcio; fósforo e potássio são extraídos usando solução Mehlich 2, uma solução de ácido acético, cloreto de amônio, ácido clorídrico, ácido fluorídrico e água desmineralizada. Osmacronutrientes ligados presentes na suspensão podem então ser separados dos componentes restantes do solo sólido por filtragem de vácuo.

Uma vez extraídos macronutrientes, sua concentração pode ser determinada. Para nitrogênio, o metal cádmio é usado para reduzir nitratos a nitritos. Este cádmio está presente em travesseiros pré-embalados que são adicionados ao filtrado do solo. Os íons de nitrito reagem com ácido sulfanílico para formar sal de diazonium. Este casal com ácido gentisico e uma solução âmbar é formado.

Para fósforo, o molbdato de sódio reage com o fosfato reativo solúvel para formar um complexo fosfo-molipto. Isso é então reduzido por ácido ascórbico para formar uma cor azul molilhênio.

A intensidade da cor de ambas as soluções é proporcional à concentração de nutrientes. As caixas comparativas de cores são utilizadas para análise de nitrato e fosfato. As amostras são comparadas a um vazio, e o disco de cor é virado até que ambas as janelas de visualização coincem. A concentração de nutrientes correspondente em mg/L será exibida em uma janela separada. A intensidade da cor de ambas as soluções é proporcional à concentração de nutrientes.

Para quantificar o potássio, os íons do filtrado do solo combinam com tetrafenilborato de sódio para formar tetrafenilborato de potássio, um precipitado branco. O precipitado permanece em suspensão, causando um aumento da turbidez.

Uma vareta de potássio é usada para quantificar a turbidez causada pelo precipitado. A vareta é colocada na amostra e abaixada até que o ponto preto no final não seja mais visível. A vara é incrementalmente marcada, e as leituras nesta escala podem ser convertidas em concentração de potássio usando um gráfico de conversão.

Agora que estamos familiarizados com os princípios por trás da extração e quantificação dos macronutrientes do solo, vamos dar uma olhada em como os procedimentos são realizados em laboratório.

Uma vez coletadas as amostras do solo, transportadas corretamente e armazenadas, elas podem ser trazidas para o laboratório para análise, começando pela extração de nitrogênio. Primeiro, ligue o equilíbrio, coloque um barco de pesagem em cima, e tare.

Usando uma espátula, pese 10 g de amostra de solo seco e peneirado e transfira para um béquer de 100 mL rotulado. Em seguida, pese 0,1 g de sulfato de cálcio e transfira para o béquer.

Meça 20 mL de água deionizada com um cilindro graduado e transfira para o béquer. Misture bem o conteúdo do béquer com uma haste de agitação. Repita essas adições para cada amostra de solo de teste. Fixar amostras em um agitador de mesa e agitar por 1 min.

Para iniciar a extração de fósforo e potássio dos solos, use uma espátula para pesar 2 g de amostra de solo seco e peneirado, e transfira para um béquer rotulado de 100 mL. Com um cilindro graduado, meça 20 mL de extrator de solo Mehlich 2 e transfira para o béquer. Misture bem o conteúdo do béquer com uma haste de mexida. Fixar amostras em um agitador de mesa e agitar por 5 minutos. Após a extração, todos os três conjuntos de amostras de nutrientes devem ser filtrados a vácuo usando um frasco de vácuo e funil Büchner.

Primeiro, ligue o jato de vácuo e despeje lentamente a solução de extrato de solo no funil. O extrato deve drenar do funil, para o frasco. Despeje o filtrado em um béquer limpo e rotulado de 50 mL. Retire o funil, descarte o papel do filtro e enxágue o funil e o frasco com água desionizada. Use um jato de ar para secar o funil e o frasco.

Agora que as amostras de nutrientes foram filtradas, a análise de conteúdo pode começar. Para cada teste de nutrientes, comece rotulando um tubo de visualização de cores com um “S”, para amostra. Rotule um segundo com um “B” para branco.

Enxágue bem os dois tubos de visualização de cores com água desionizada e, em seguida, agite para remover a água restante da lavagem. Adicione o extrato da amostra a uma profundidade de 1/4 polegada no tubo de visualização de cores marcado como “S”. Tampe o tubo com uma rolha de borracha e agite por 3 s, depois descarte a solução.

Em seguida, adicione o extrato amostral em ambos os tubos até que o menisco esteja mesmo com a marca de 5 mL nos tubos, na parte inferior da área fosca. Adicione o conteúdo de um travesseiro de reagente de nitrogênio ao tubo marcado como “S”. Cap e shake o tubo vigorosamente por 1 min. Coloque imediatamente os dois tubos no comparador, com tubo “B” no orifício externo e tubo “S” no interior. Deixe por 5 minutos.

Segure o comparador até uma fonte de luz e gire o disco até que a cor na janela para tubo “B” corresponda à da janela para o tubo “S”. Regisso valor de concentração exibido na janela inferior da caixa comparativa de cores.

As amostras também podem ser analisadas para conteúdo fosfato usando o comparador de cores. Usando um porta-gotas, adicione 2,5 mL do extrato filtrado de amostra de fósforo a um cilindro graduado de 25 mL. Adicione água deionizada à marca de 25 mL, tampa com rolha e inverta para misturar. Adicione o extrato de amostra diluído a cerca de 1/4 polegada de profundidade no tubo de visualização de cores marcado “S” para enxaguar o tubo. Tampe com uma rolha de borracha e agite por alguns segundos antes de descartar a solução.

Em ambos os tubos, adicione o extrato amostral até que o menisco esteja mesmo com a marca de 5 mL. Adicione o conteúdo de um travesseiro reagente de fósforo ao tubo “S”, tampa e agite vigorosamente por 1 min. Coloque imediatamente os tubos de cor no comparador de cores, com o tubo em branco no orifício externo, e o tubo de amostra no orifício interno. Deixe por 3 min. Segure o comparador até uma fonte de luz e gire o disco até que a janela para tubo “B” corresponda à cor na janela para o tubo “S”. Regisso valor exibido na janela.

Finalmente, as amostras podem ser analisadas para teor de potássio. Usando um lançador, adicione 3 mL de extrato de amostra de potássio a um cilindro de 25 mL. Adicione água deionizada à marca de 21 mL no cilindro, tampa firmemente com uma rolha de borracha e inverta. Em seguida, adicione um travesseiro de reagente de potássio 2 ao cilindro. Adicione 3 mL de uma solução alcalina EDTA ao cilindro, tampa com uma rolha de borracha e inverta várias vezes para misturar. Deixe a solução ficar por 3 minutos. Adicione o conteúdo de um travesseiro de reagente de potássio, tampa o cilindro e agite vigorosamente por 10 s. Permita que a solução fique por 3 minutos à medida que uma turbidez branca se desenvolve.

Olhando para baixo no cilindro, insira lentamente a vareta de potássio verticalmente na solução até que o ponto preto não esteja mais visível de cima. Mantenha a vareta na posição e gire o cilindro para ver a balança. Registo o número na escala de vareta onde a superfície da amostra encontra a vareta. Consulte a tabela de conversão de potássio para determinar a concentração de amostras em mg/L. Localize a leitura de vareta na coluna da mão esquerda e registe a concentração de mg/L correspondente relatada na coluna da mão direita.

Uma vez obtidas as concentrações, uma tabela de faixas de nutrientes pode ser usada para avaliar a qualidade da amostra e determinar se o solo amostrado precisa de alteração de nutrientes, e se sim, quanto. A alteração de nutrientes pode ser realizada por meio da aplicação de fertilizantes específicos.

A capacidade de analisar a composição de nutrientes do solo dos solos tem uma grande variedade de aplicações, com potenciais implicações para populações humanas ou ecossistemas agrícolas.

Diferentes plantas agrícolas terão diferentes requisitos potenciais de nutrientes para o crescimento ideal. Porexemplo, altos níveis de nitrogênio são necessários para o cultivo de culturas que exigem nitrogênio, como soja e milho. Altos níveis de fósforo podem estimular e melhorar a produção de flores ou frutos. A capacidade de medir a composição de nutrientes do solo em uma área de cultivo de culturas pretendida pode, portanto, permitir que agricultores ou gestores de terras complementem o solo com nutrientes necessários para cultivar sua cultura pretendida com sucesso.

A composição do solo também pode ter implicações para sua capacidade de reter água, o que, por sua vez, pode influenciar sua capacidade de suportar diferentes flora ou fauna. Por exemplo, solos de baixo potássio têm baixa tolerância à seca, podendo exigir alteração de nutrientes, por fertilização do solo com quantidades adequadas do nutriente perdido. Alternativamente, a irrigação pode ser necessária para cultivar quaisquer plantas que não demonssem alta tolerância à seca.

A composição do solo e a qualidade dos nutrientes também podem ajudar a informar os gestores da terra para designar o uso adequado da terra. Em áreas onde o solo tem má qualidade de nutrientes, isso exigiria modificações pesadas ou suplementação para cultivar plantas agrícolas, deixar de lado a terra para o desenvolvimento de edifícios ou estruturas pode ser mais apropriado. Alternativamente, áreas com composição ideal para cultivo de culturas pretendidas podem ser destinadas e reservadas, protegidas do desenvolvimento.

Você acabou de assistir a introdução do JoVE à Análise de Nutrientes do Solo. Agora você deve entender a importância dos macronutrientes do solo, como extraí-los dos solos e como determinar suas concentrações. Obrigado por assistir!

Results

Cada análise de nutrientes resultará em uma concentração relatada em mg/L.

As concentrações de nitrato e fosfato serão determinadas com as caixas comparativas de cores e exibirão o resultado na janela.

Figura 1. Exemplo discos de cores para caixas comparativas de nitrato (esquerda) e fosfato (direita). As intensidades de cor estão na borda externa dos discos e a concentração de nutrientes (mg/L) está na borda interna dos discos.

Mesa 1. Tabela de conversão de potássio usada para converter leitura de potássio em mg/L. Localize a leitura de vareta na coluna esquerda e registe a concentração de mg/L correspondente na coluna direita.

	Azoto	Fósforo	Potássio
	Faixa de nível de nutrientes em ppm
Baixo	0-15	0-25	0-60
Média	15-30	25-50	60-100
Alto	30+	50+	100+

Mesa 2. Tabela de faixas de nutrientes dispostas por categorias.

Applications and Summary

Determinar as concentrações de nutrientes para nitrato, fosfatos e potássio pode revelar como um solo está funcionando em relação ao seu uso pretendido e como os nutrientes estão pedalando através de um solo. Um teste de nutrientes fornece um relatório de concentração média de nutrientes (mg/L) para todos os nutrientes testados. Em um ambiente agrícola, conhecer a concentração de nutrientes pode ajudar os produtores de alimentos a saber quando adicionar fertilizante, quanto adicionar e quais nutrientes precisam ser suplementados e em que quantidade. Solos de nitrogênio consistentemente altos, por exemplo, seriam bons para cultivar culturas que exigem nitrogênio, como soja e milho. Altos níveis de nitrogênio também são particularmente úteis para plantas não-floridas porque o nitrogênio é necessário para qualquer parte verde das plantas. Altos níveis de nitrogênio podem suprimir a floração, no entanto, se permanecerem mais altos do que os níveis de fósforo. O fósforo controla a floração nas plantas e é importante para qualquer produção vegetal envolvendo plantas de floração ou frutífera e fósforo é frequentemente adicionado aos solos ou diretamente às plantas antes e durante as etapas do ciclo de vida de floração e frutífera para aumentar a produção agrícola em maior tamanho da cultura e maior quantidade de produção de frutas por planta. O potássio está envolvido na catalisação de muitas reações químicas necessárias para apoiar a vida vegetal, incluindo tolerância à seca e regulação da umidade. Solos de baixo potássio provavelmente precisarão ser irrigados se a alteração do solo não for possível. A concentração de nutrientes também pode informar sobre deficiências de nutrientes ou excedentes que podem ser prejudiciais ao crescimento das plantas. Se um nutriente for muito alto, podem ser realizadas alterações para reduzir um excedente, como adicionar mulch ou inging do solo. Se os nutrientes são muito baixos para suportar a produção vegetal, a fertilização pode ser usada para adicionar nutrientes em uma quantidade necessária para uma cultura específica. O solo de baixo nutriente também pode ter usos mais aplicáveis aos gestores de terras para espaços recreativos ou desenvolvidos (superfícies pavimentadas ou construção de edifícios).

Transcript

Soil nutrient analyses can be carried out to extract three major soil macronutrients, nitrogen, phosphorus, and potassium, and combine them with color-based reagents to determine their concentration.

Nitrogen, phosphorus, and potassium are major components of soil fertilizer. Knowing their concentration in soils can inform environmental scientists of nutrient deficiency or surplus in soils used to support plant production, and provide a general insight into the basic biogeochemical cycles of an ecosystem.

Soil nutrient analysis can be carried out using chemicals to bind the macronutrient of interest. For nitrogen or phosphorus, reagents are added which react to the presence of the specific macronutrient and produce colored products. Potassium concentration is determined by forming precipitates in an amount proportional to potassium concentration.

These methods are simple, inexpensive, require minimal equipment, and can be carried out in a field setting if desired. This video will illustrate the techniques used to extract and quantify these common soil macronutrients.

To begin analysis, macronutrients are first extracted from collected soil samples. Nitrogen is extracted using calcium sulfate; phosphorus and potassium are extracted using Mehlich 2 solution, a solution of acetic acid, ammonium chloride, hydrochloric acid, hydrofluoric acid, and demineralized water.Boundmacronutrients present in suspension can then be separated from the remaining solid soil components by vacuum filtration.

Once macronutrients have been extracted, their concentration can be determined. For nitrogen, cadmium metal is used to reduce nitrates to nitrites. This cadmium is present in pre-packaged pillows that are added to the soil filtrate. The nitrite ions react with sulfanilic acid to form diazonium salt. This couples with gentisic acid and an amber solution is formed.

For phosphorus, sodium molybdate reacts with the soluble reactive phosphate to form a phospho-molybdate complex. This is then reduced by ascorbic acid to form a molybdenum blue color.

The color intensity of both solutions is proportional to the nutrient concentration. Color comparator boxes are used for analysis of nitrate and phosphate. Samples are compared to a blank, and the color disk is turned until both viewing windows match. The corresponding nutrient concentration in mg/L will be displayed in a separate window. The color intensity of both solutions is proportional to the nutrient concentration.

To quantify potassium, the ions from the soil filtrate combine with sodium tetraphenylborate to form potassium tetraphenylborate, a white precipitate. The precipitate remains in suspension, causing an increase in turbidity.

A potassium dipstick is used to quantify turbidity caused by the precipitate. The dipstick is placed in the sample and lowered until the black dot at the end is no longer visible. The stick is incrementally marked, and readings on this scale can be converted to potassium concentration using a conversion chart.

Now that we are familiar with the principles behind extraction and quantification of soil macronutrients, let’s take a look at how the procedures are carried out in the laboratory.

Once the soil samples have been collected, correctly transported, and stored, they can be brought into the laboratory for analysis, beginning with the nitrogen extraction. First, turn on the balance, set a weigh boat on top, and tare.

Using a spatula, weigh out 10 g of dried, sieved soil sample and transfer to a labeled 100-mL beaker. Next, weigh 0.1 g of calcium sulfate and transfer it to the beaker.

Measure out 20 mL of deionized water with a graduated cylinder and transfer to the beaker. Thoroughly mix the contents of the beaker with a stirring rod. Repeat these additions for each test soil sample. Secure samples on a tabletop shaker and agitate for 1 min.

To begin extraction of phosphorus and potassium from the soils, use a spatula to weigh out 2 g of dried, sieved soil sample, and transfer to a labeled 100-mL beaker. With a graduated cylinder, measure 20 mL of Mehlich 2 soil extractant and transfer to the beaker. Thoroughly mix the contents of the beaker with a stir rod. Secure samples on a tabletop shaker and agitate for 5 min. After extraction, all three nutrient sample sets should be vacuum filtered using a vacuum flask and Büchner funnel.

First, turn on the vacuum jet and slowly pour the soil extract solution into the funnel. Extract should drain from the funnel, into the flask. Pour the filtrate into a clean, labeled 50-mL beaker. Remove the funnel, discard filter paper, and rinse funnel and flask with deionized water. Use an air jet to dry the funnel and flask.

Now the nutrient samples have been filtered, content analysis can begin. For each nutrient test, begin by labeling a color viewing tube with an “S”, for sample. Label a second with a “B” for blank.

Thoroughly rinse both color viewing tubes with deionized water, then shake to remove the remaining rinse water. Add the sample extract to a depth of ¼ inch in the color viewing tube marked “S”. Cap the tube with a rubber stopper and shake for 3 s, then discard the solution.

Next, add the sample extract to both tubes until the meniscus is even with the 5-mL mark on the tubes, at the bottom of the frosted area. Add the contents of one nitrogen reagent pillow to the tube marked “S”. Cap and shake the tube vigorously for 1 min. Immediately place both tubes into the comparator, with tube “B” in the outside hole, and tube “S” on the inside. Leave for 5 min.

Hold the comparator up to a light source and rotate the disc until the color in the window for tube “B” matches that in the window for tube “S”. Record the concentration value displayed in the lower window of the color comparator box.

Samples can also be analyzed for phosphate content using the color comparator. Using a dropper, add 2.5 mL of the filtered phosphorus sample extract to a 25 mL graduated cylinder. Add deionized water to the 25 mL mark, cap with a stopper, and invert to mix. Add the diluted sample extract to about ¼ inch deep in the color viewing tube marked “S” to rinse the tube. Cap with a rubber stopper, and shake for a few seconds before discarding the solution.

Into both tubes, add the sample extract until the meniscus is even with the 5 mL mark. Add the contents of one phosphorus reagent pillow to the “S” tube, cap, and shake vigorously for 1 min. Immediately place the color tubes into the color comparator, with the blank tube in the outside hole, and the sample tube in the inside hole. Leave for 3 min. Hold the comparator up to a light source, and rotate the disc until the window for tube “B” matches the color in the window for tube “S”. Record the value displayed in the window.

Finally, samples can be analyzed for potassium content. Using a dropper, add 3 mL of potassium sample extract to a 25 mL cylinder. Add deionized water to the 21 mL mark on the cylinder, cap firmly with a rubber stopper, and invert. Next, add one potassium 2 reagent pillow to the cylinder. Add 3 mL of an alkaline EDTA solution to the cylinder, cap with a rubber stopper, and invert several times to mix. Let the solution stand for 3 min. Add the contents of one potassium reagent pillow, cap the cylinder and shake vigorously for 10 s. Allow the solution to stand for 3 min as a white turbidity develops.

Looking straight down into the cylinder, slowly insert the potassium dipstick vertically into the solution until the black dot is no longer visible from above. Hold the dipstick in position and rotate the cylinder to view the scale. Record the number on the dipstick scale where the surface of the sample meets the dipstick. Refer to the potassium conversion table to determine the concentration of samples in mg/L. Locate the dipstick reading in the left hand column, and record the corresponding mg/L concentration reported in the right hand column.

Once concentrations are obtained, a table of nutrient ranges can be used to assess sample quality and determine whether sampled soil needs nutrient amendment, and if so, how much. Nutrient amendment can be carried out by application of specific fertilizers.

The ability to analyze the soil nutrient composition of soils has a wide variety of applications, with potential implications for human populations or agricultural ecosystems.

Different crop plants will have different potential nutrient requirements for optimal growing. For example, high nitrogen levels are needed for growing nitrogen-demanding crops, such as soy and corn. High levels of phosphorus can stimulate and enhance flower or fruit production. The ability to measure soil nutrient composition in an intended crop growing area can therefore allow farmers or land managers to supplement the soil with necessary nutrients to grow their intended crop successfully.

The composition of soil can also have implications for its ability to retain water, which can in turn influence its ability to support different flora or fauna. For example, low potassium soils have poor drought tolerance, and may require nutrient amendment, by fertilization of the soil with appropriate amounts of the missing nutrient. Alternatively, irrigation may be necessary to grow any plants that do not display high drought tolerance.

Soil composition and nutrient quality can also help inform land managers to designate appropriate land-use. In areas where the soil has poor nutrient quality, that would require heavy modification or supplementation to grow crop plants, setting aside land for development of buildings or structures may be more appropriate. Alternatively, areas with ideal composition for intended crop growing can be earmarked and set aside, protected from development.

You’ve just watched JoVE’s introduction to Soil Nutrient Analysis. You should now understand the importance of soil macronutrients, how to extract them from soils, and how to determine their concentrations. Thanks for watching!

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