ניתוח חומרים מזינים בקרקע: חנקן, זרחן ואשלגן

כאשר מבודד כימית מהאדמה, חומרים מזינים ניתן לזהות באמצעות טכניקה זו. חנקן וזרחן, בדרך כלל נמצא בצורה של חנקות ופוספטים, מופקים עם תמצית כימית כי יהיה לקשור את החומרים המזינים של עניין. לאחר שחולצו מהאדמה, כל חומר ממזון יכול להיות משולב עם ריאגנט ידוע שגורם לתמיסה המזינה להשתנות לצבע ספציפי לחומרים מזינים במערכת יחסים ליניארית, עם צבע כהה יותר המציין ריכוז מוגבר של החומרים המזינים. כדי לנתח את הריכוז של כל חומר ממזון, ריאגנט כימי ישמש לצביעת כל מדגם עם עלייה בעוצמת הצבע המציין ריכוז מוגבר של החומרים המזינים.

בבדיקות חנקתיות גבוהות ובינוניות, מתכת קדמיום משמשת להפחתת חנקות (NO₃^-) לניטריטים (NO₂^-). קדמיום כלול כריות אבקת Nitraver 5 שנרכשו (טווח גבוה ובינוני) ו Nitraver 6 (טווח נמוך) אבקת כריות.

NO₃^- + תקליטור + 2 H⁺  → מס '₂^- + תקליטור^{2 +} H₂O

יונים Nitrite ואז להגיב עם חומצה סולפנילית (במדיום חומצי הכלול אבקת NitraVer 5) כדי ליצור מלח דיאזוניום ביניים. בשילוב עם חומצה גנטיזית (הכלול גם NitraVer 5), פתרון בצבע ענבר נוצר.  עוצמת הצבע של תרכובת זו היא פרופורציונלית ישירות לריכוז החנקות של דגימת המים וניתן לכמת באמצעות תיבת משווה הצבעים החנקתית עם דיסק צבע ענבר חנקתי רציף.

עבור זרחן, נתרן מולידיאט ואשלגן pyrosulfate אבקת ריאגנט זרחן 3 שנרכשה מגיבים עם פוספטים תגובתי מסיס כדי ליצור קומפלקס פוספו מוליבאדט.

                                             H₂PO₄^- + 12 Na₂Moo₄ + → PMo₁₂O₄₀^3-

לאחר מכן, הקומפלקס מצטמצם על ידי חומצה אסקורבית (הכלולה גם באבקת PhosVer 3) ליצירת צבע כחול מוליבדן. הצבע הכחול מכמת באמצעות תיבת משווה צבעים פוספט עם דיסק צבע כחול פוספט רציף.

תיבת השוואת צבעים משמשת עבור שיטה זו. כלי זה פועל על סמך עוצמות צבע ידועות עבור כל ריכוז בין 0-50 מ"ג / ליטר. דיסק צבע בתיבה מופעל עד שהצבע בשני חלונות התצוגה (ריקים ודוגמיים) תואם. לאחר התאמת הצבעים, הריכוז התזונתי המתאים (mg/L) יוצג בחלון תחתון נפרד בתיבת השוואת הצבעים. תיבות אלה חזקות מספיק כדי לשמש עם סטודנטים בכל רמה עד קורסי מבוא במכללה וניתן להעביר אותם בקלות כחלק מערכת בדיקת קרקע שדה שניתן להשתמש בה במקום דגימה. שיטות אלה מאפשרות בדיקות תזונתיות בסיסיות במעבדה בכיתה מבלי להזדקק לציוד יקר שייתכן שלא יהיה זמין. כדי להבטיח דיוק בדיקה, ניתן להשתמש בפתרונות סטנדרטיים של חנקות ופוספט במקום מדגם בהליכים לפני נסיעה לאתר שדה או תחילת ניתוח של דגימות קרקע במעבדה.

בבדיקות האשלגן, יונים אשלגן לשלב עם נתרן טטרפנילבוראט הכלול אבקת אשלגן 3 ריאגנט שנרכש כדי ליצור אשלגן טטרפנילבוראט, משקעים לבנים. המשקעים נשארים השעיה בדגימות, גרימת עלייה בעומת.

NO₃^- + CD + 2 H⁺ NaB (C₆H₅)₄ + K⁺ → KB (C₆H₅)₄ + Na⁺

דיפסטיק למדידת אשלגן משמש לכימות כמות העקש המומרת לריכוז אשלגן. לדיפסטיק יש נקודה שחורה בקצה אחד שממוקמת במדגם עד שהנקודה כבר לא נראית דרך המשקעים הלבנים. הדיפסטיק מסומן בהדרגה כדי לציין סולם של ראות כי הוא מומר לאחר מכן לריכוז אשלגן עם תרשים המרה. שיטה זו היא הליך זול עם ציוד מינימלי שניתן להעביר לאתר דגימה חיצוני וחזק מספיק כדי לשמש עם סטודנטים בכל רמה עד קורסי מבוא במכללה.

1. הפקת חנקן (חנקתי מס '₃^-)

1. הפעל את האיזון, הגדר סירת שקילה למעלה, ואפס את האיזון.
2. השתמש מרית לשקול 10 גרם של אדמה (מיובשת ומנופה) ולהעביר 100 מל שכותרתו.
3. שוקלים 0.1 גרם סידן גופרתי ומעבירים אותו אל.
4. באמצעות 25 מל מדורג גליל למדוד 20 מל של מים deionized ולהעביר את.
5. חזור על שלבים 1.1 - 1.4 עבור כל דגימת אדמה חנקן.
6. מערבבים היטב את התוכן של כל עם מוט ערבוב.
7. דגימות מאובטחות על שייקר שולחן ומנערים במשך דקה אחת.

2. מיצוי זרחן ואשלגן

1. הפעל את האיזון, הגדר סירת שקילה למעלה, ואפס את האיזון.
2. השתמש מרית לשקול 2 גרם של אדמה (מיובש מסונה) ולהעביר לתוך 100 מל שכותרת.
3. השתמש צילינדר בוגר 25 מ"ל כדי למדוד 20 מ"ל של מחלץ קרקע Mehlich 2 לתוך הגליל. העבר לכלוב.
4. חזור על שלבים 2.1 - 2.3 עבור כל דגימת זרחן ואשלגן.
5. מערבבים היטב את התוכן של כל עם מוט ערבוב.
6. דגימות מאובטחות על שולחן שייקר בראש השולחן ומנערים במשך 5 דקות.

3. סינון מיצוי חומרים מזינים - שלב זה יבוצע עבור כל שלושת הניתוחים (חנקתי, פוספט ואשלגן)

1. אבטח קצה אחד של צינור המשפך על סילון ואקום.
2. אבטחו את הקצה השני של הצינור לזרוע הצדדית של הבקבוקון.
3. להרכיב את המשפך על ידי הצמדת הגליל ואת הדיסק העליון המחורר. מניחים את המשפך המורכב על גבי בקבוקון הזרוע הצדדית על ידי החדרת פקק הגומי לחלק העליון של הבקבוקון כדי לאבטח את המשפך למעלה.
4. מניחים נייר סינון נקי אחד על גבי המשפך.
5. תדליק את סילון הוואקום.
6. לשפוך לאט פתרון תמצית הקרקע לתוך משפך, המאפשר את התמצית לנקז מן הקרקע לתוך החלק התחתון של בקבוקון משפך.
7. יוצקים תמצית מסוננת לתוך כף חדשה עם תווית של 50 מ"ל. סינון זה ינותח כפי שהוא.
8. מוציאים משפך, משליכים נייר סינון ושוטפים משפך ובקבוק במים מתובלים. השתמש סילון אוויר כדי לייבש משפך ובקבוק.
9. חזור על שלבים 3.3 - 3.7 עבור כל דגימת קרקע.

4. ניתוח מדגם עם משווה צבעים עבור חנקתי

1. תווית אחד צבע צפייה צינור "S" עבור מדגם וצינור צפייה צבע אחר "B" עבור ריק.
2. יש לשטוף ביסודיות את שני צינורות הצפייה בצבעים במים דה-יונים. לנער את הצינורות כדי להסיר את המים לשטוף הנותרים.
3. הוסף כמות קטנה של תמצית המדגם (מוכן בשלבים 1.1 - 1.7) על 1/4" עמוק לתצוגת צבע Tube מסומן "S". מכסים את הצינור עם פקק גומי ומנערים אותו במשך 3 s. בטל פתרון זה.
4. מוסיפים את תמצית המדגם לשני הצינורות עד המניסקוס הוא אפילו עם סימן 5-mL על הצינורות (תחתית האזור הקפוי).
5. הוסף את התוכן של כרית אבקה אחת NitraVer 5 לצינור המסומן "S". כובע ולנער את הצינור במרץ בדיוק לרגע אחד.
6. מיד למקם צינורות "S" ו "B" לתוך המשווה עם צינור "B" בחור החיצוני צינור "S" בחור הפנימי.
7. המתן 5 דקות ולאחר מכן החזק את משווה הצבעים עד למקור אור. סובב את הדיסק עד שהצבע בחלון עבור צינור "B" יתאים לצבע בחלון עבור צינור "S". הקלט את ערך הריכוז (mg/L) המוצג בחלון התחתון של תיבת משווה הצבעים.
8. חזור על שלבים 4.1 - 4.7 עבור כל המשכפלים ורשום את הממוצע.
9. חזור על שלב 4.8 עבור כל דגימות החנקות.

5. ניתוח מדגם עם משווה צבעים עבור פוספט

1. באמצעות טפטפת 2.5 מ"ל, להוסיף 2.5 מ"ל של תמצית המדגם מסונן (מוכן בשלבים 2.1 - 2.6) כדי 25 מ"ל סיים את הצילינדר.
2. לדלל לסימן 25-mL עם מים deionized, כובע עם פקק, והפוך לערבב.
3. תווית צבע אחד צפייה צינור "S" עבור מדגם וצבע אחר הצגת Tube "B" עבור ריק.
4. יש לשטוף ביסודיות את שני צינורות הצפייה בצבעים במים דה-יונים. לנער את הצינורות כדי להסיר את המים לשטוף הנותרים.
5. הוסף כמות קטנה של תמצית מדוללת על 1/4" עמוק לצינור הצפייה בצבע מסומן "S". לכסות את הצינור עם פקק גומי לנער אותו במשך כמה שניות ואז להשליך את הפתרון הזה.
6. מוסיפים את תמצית המדגם לשני הצינורות עד המניסקוס הוא אפילו עם סימן 5-mL על הצינורות (תחתית האזור הקפוי).
7. הוסף את התוכן של כרית אבקה אחת PhosVer 3 לצינור "S". כובע ולנער את הצינור במרץ במשך דקה אחת.
8. מיד למקם צינורות "S" ו "B" לתוך המשווה עם צינור "B" בחור החיצוני צינור "S" בחור הפנימי.
9. 3 דקות לאחר השלמת שלב 5.8, החזק את משווה הצבעים עד למקור אור. סובב את הדיסק עד שהצבע בחלון עבור צינור "B" יתאים לצבע בחלון עבור צינור "S". באזור תצוגה נמוך יותר בתיבה, דיסק הצבע יציג בו-זמנית את ערך הריכוז המתאים לעוצמת הצבע שנבחרה. הקלט את ערך הריכוז המוצג בחלון.
10. חזור על שלבים 5.1 - 5.10 עבור כל המשכפלים ורשום את הממוצע.
11. חזור על שלב 5.10 עבור כל דגימות הזרחן.

6. ריאגנט חיבור וניתוח אשלגן

1. באמצעות טפטפת 1 מ"ל, להוסיף 3 מ"ל של תמצית מדגם אשלגן (מוכן בשלבים 2.1 - 2.6) לצילינדר 25 מ"ל.
2. הוסף מי DI לסימן 21 מ"ל על הגליל. מכסים בחוזקה את הגליל עם פקק גומי והפכו לערבב.
3. מוסיפים כרית אבקת אשלגן 2 ריאגנט אחת לצילינדר.
4. הוסף 3 מ"ל של פתרון EDTA אלקליין לצילינדר.
5. מכסים את הגליל והופכים מספר פעמים לערבב. אפשר לפתרון לעמוד במשך 3 דקות.
6. מוסיפים את התוכן של כרית אבקת אשלגן 3 ריאגנט אחת.
7. מכסים בחוזקה את הגליל ומנערים במרץ במשך 10 s.
8. אפשר לפתרון לעמוד במשך 3 דקות עם התפתחות עכור לבן.
9. תוך כדי התבוננות ישר לתוך הגליל, לאט לאט להכניס את דיפסט האשלגן אנכית לתוך הפתרון עד נקודה שחורה כבר לא גלוי מעל הגליל.
10. החזק dipstick בתנוחה זו ולסובב את הגליל כך שניתן לראות את קנה המידה על dipstick. תסתכל על פני השטח של הסקאלה על הדיפסטיק. הקלט את המספר בסולם הדיפסטיקס שבו פני השטח של המדגם פוגש את סולם הדיפסטיק.
11. חזור על 6.1- 6.10 עבור כל השכפולים והממוצע. חזור על 6.11 עבור כל דגימות אשלגן.
12. עיין בטבלת המרת האשלגן כדי לקבוע את ריכוז האשלגן בדגימות קרקע. אתר את קריאת הדיפסטיק בעמודה השמאלית ורשום את ריכוז mg/L המתאים בעמודה הימנית.

כל ניתוח מתזונה יגרום לריכוז שדווח ב- mg/L.

ריכוזי חנקות ופוספט ייקבעו עם תיבות השוואת הצבעים ויוצגו התוצאה בחלון.

איור 1. דיסקי צבע לדוגמה עבור תיבות משווית צבעים חנקתי (משמאל) ופוספט (מימין). עוצמות צבע נמצאות בקצה החיצוני של הדיסקים וריכוז החומרים המזינים (mg/L) נמצאים בקצה הפנימי של הדיסקים.

טבלה 1. טבלת המרת אשלגן המשמשת להמרת דיפסטיק אשלגן קריאה לתוך mg / L. אתר את קריאת הדיפסטיק בעמודה השמאלית ורשום את ריכוז mg/L המתאים בעמודה הימנית.

טבלה 2. טבלה של טווחי חומרים מזינים מסודרים לפי קטגוריות.

קביעת ריכוזי החומרים המזינים עבור חנקתי, פוספטים ואשלגן יכולה לחשוף כיצד אדמה מתפקדת לגבי השימוש המיועד שלה וכיצד חומרים מזינים רוכבים על אופניים דרך אדמה. בדיקה תזונתית מספקת דיווח על ריכוז תזונתי ממוצע (מ"ג/ליטר) עבור כל החומרים המזינים שנבדקו.  בסביבה חקלאית, לדעת את הריכוז של חומרים מזינים יכול לעזור ליצרני מזון לדעת מתי להוסיף דשן, כמה להוסיף, ואיזה חומרים מזינים צריך תוספת ובאיזו כמות. קרקעות חנקן גבוהות באופן עקבי, למשל, יהיו טובות לגידול גידולים תובעני חנקן כגון סויה ותירס. רמות חנקן גבוהות שימושיות במיוחד גם עבור צמחים שאינם פורחים כי חנקן נדרש עבור כל חלק ירוק של צמחים. רמות חנקן גבוהות יכול לדכא פריחה עם זאת, אם הם נשארים גבוהים יותר מאשר רמות זרחן. זרחן שולט בפריחה בצמחים וחשוב לכל ייצור צמחי הכולל צמחי פריחה או פרי וזרחן מתווסף לעתים קרובות לקרקעות או ישירות לצמחים לפני ובמהלך שלבי מחזור החיים הפורחים והפירותיים כדי להגדיל את התפוקה החקלאית בגודל יבול גדול יותר וכמויות מוגברות של ייצור פירות לצמח. אשלגן מעורב בזרז תגובות כימיות רבות הנדרשות כדי לתמוך בחיי הצמח כולל עמידות לבצורת ורגולציה לחות. סביר להניח שיהיה צורך להשקות קרקעות אשלגן נמוכות אם תיקון הקרקע אינו אפשרי. ריכוז תזונתי יכול גם ליידע על ליקויים תזונתיים או עודפים שיכולים להזיק לצמיחת הצמח.  אם חומר ממזון הוא גבוה מדי, ניתן לבצע תיקונים כדי להפחית עודף, כגון הוספת קש או עיבוד הקרקע. אם החומרים המזינים נמוכים מדי כדי לתמוך בייצור הצמח, ניתן להשתמש בהפריה כדי להוסיף חומרים מזינים בכמות הדרושה לגידול מסוים. לקרקע נמוכה עשויים להיות גם שימושים ישימים יותר למנהלי קרקעות לחללי פנאי או מפותחים (משטחים סלולים או בנייה).