Quelle: Labors von Margaret Workman und Kimberly Frye - Depaul University

In diesem Experiment werden drei Boden Makronährstoffe chemisch extrahiert, kombiniert mit Farbe-basierte Reagenzien, dann mit Farbe um zu bestimmen, die Nährstoffkonzentration in der Bodenprobe analysiert.

Stickstoff, Phosphor und Kalium sind die Hauptkomponenten der Boden Dünger. Diese Methoden isolieren einzelnen Nährstoffe aus dem Boden in eine Lösung, die bei der Bestimmung der Konzentration von Nährstoffen in der Bodenprobe Trübung und Farbe analysiert werden können. Kenntnis der vorliegenden Konzentration informiert Umweltwissenschaftler einen Nährstoffmangel oder Überschuss in Böden zur Pflanzenproduktion zu unterstützen, und auch allgemeine Einblicke in grundlegende biogeochemischen Kreisläufe eines Ökosystems.

Wenn Sie chemisch aus dem Boden isoliert, können Nährstoffe mit dieser Technik erkannt werden. Stickstoff und Phosphor, typischerweise in Form von Nitraten und Phosphaten, werden mit einem chemischen Extraktionsmittel extrahiert, die den Nährstoff von Interesse binden wird. Sobald extrahiert aus dem Boden, jeder Nährstoff mit einem bekannten Reagenz kombinierbar, die bewirkt, dass die Nährlösung in einer Nährstoff-spezifische Farbe in eine lineare Beziehung mit einer dunkleren Farbe zeigt erhöhte Konzentration des Nährstoffs ändern. Um die Konzentration der einzelnen Nährstoffe zu analysieren, wird eine chemische Reagens verwendet werden, jede Probe mit einer Erhöhung der Farbintensität zeigt erhöhte Konzentration des Nährstoffs einfärben.

In den Tests hoch und Mittelstrecken-Nitrat ist Cadmium Metall verwendet, um Nitrate (Nr.₃^–) zu Nitrit (NO₂^–). Das Cadmium befindet sich in der gekauften Nitraver 5 (mittlerer und hoher Reichweite) und Nitraver 6 (geringe Reichweite) Pulver Kissen.

Nr.₃^– + Cd + 2 H⁺ → NO₂^– + Cd^{2 +} + H₂O

Nitrit-Ionen reagieren dann mit Sulfanilic Säure (in einem sauren Medium in das NitraVer 5-Pulver enthalten) in Form einer mittleren Diazonium-Salz. Zusammen mit Gentisic Säure (auch enthalten in der NitraVer-5) wird eine bernsteinfarbene Lösung gebildet.  Farbintensität dieser Verbindung ist direkt proportional zu der Nitrat-Konzentration der Wasserprobe und mithilfe der Nitrat-Farb-Komparator-Box mit einer kontinuierlichen Nitrat Bernsteinfarbe Festplatte quantifiziert werden kann.

Für Phosphor reagieren Molydate Natrium und Kalium Pyrosulfate des gekauften PhosVer 3 Reagenz Pulvers mit löslichen reaktive Phosphate in Form eines Phospho-Molybdat-Komplexes.

H ₂ PO ₄ ^– + 12 Na₂MoO₄ + → PMo₁₂O₄₀^3-

Der Komplex wird dann durch Ascorbinsäure (auch enthalten in PhosVer 3 Pulver) reduziert, um eine Molybdän blaue Farbe zu bilden. Die blaue Farbe wird mit einem Phosphat-Farb-Komparator-Box mit einer kontinuierlichen Phosphat blaue Farbe Festplatte quantifiziert.

Diese Methode dient ein Komparator Farbfeld. Dieses Tool arbeitet basierend auf bekannten Farbe Intensitäten für jede Konzentration zwischen 0-50 mg/L. Ein Farbe-Datenträger auf dem Feld ist bis die Farbe in beiden Sichtfenstern (leer und Probe) Spiele aktiviert. Sobald die Farben aufeinander abgestimmt sind, werden die entsprechenden Nährstoffe Konzentration (mg/L) in einem separaten unteren Fenster auf das Farbfeld Komparator angezeigt. Diese Boxen sind robust genug, um mit Schülern auf jeder Ebene bis zu einführenden College-Kurse verwendet werden und können leicht transportiert werden, als Teil eines Feldes Bodens Test-Kit, das an einem Probenahmeort verwendet werden kann. Diese Methoden ermöglichen grundlegende Nährstoff Tests im Labor Klassenzimmer ohne teuren Equipments an, die möglicherweise nicht verfügbar. Sicherstellung Prüfgenauigkeit, Nitrat und Phosphat, die Standardlösungen anstelle einer Probe in den Verfahren vor Reisen in Wiese oder Beginn der Analyse von Bodenproben im Labor verwendet werden können.

In den Tests Kalium kombinieren die Kalium-Ionen mit Natrium Tetraphenylborate, enthalten in dem gekauften Kalium 3 Reagenz Pulver, Kalium Tetraphenylborate, einen weißen Niederschlag bilden. Der Niederschlag bleibt in der Schwebe in Proben, was zu einer Erhöhung der Trübung.

KEINE₃^– + Cd + 2 H⁺ NaB (C₆H₅)₄ + K⁺ → KB (C₆H₅)₄ + Na⁺

Eine Messung von Kalium Messstab wird verwendet, um die Menge der Trübung zu quantifizieren, die Kaliumkonzentration umgewandelt wird. Der Ölmessstab hat einen schwarzen Punkt an einem Ende, das in der Probe befindet, bis der Punkt nicht mehr durch die weißen Niederschlag sichtbar ist. Der Messstab ist inkrementell markiert, um einer Skala der Sichtbarkeit anzuzeigen, die dann zu Kaliumkonzentration mit einer Umrechnungstabelle umgewandelt wird. Diese Methode ist eine kostengünstige Verfahren mit minimaler Ausrüstung, der zu einer Outdoor-Probenahme-Site und robust genug transportiert werden können, mit Schülern auf jeder Ebene bis zu einführenden College-Kurse verwendet werden.

1. Gewinnung von Stickstoff (Nitrat Nr.₃^–)

1. Schalten Sie das Gleichgewicht, wiegen Boot obenauf legen und die Waage auf Null.
2. Mit einem Spatel, 10 g des Bodens (getrocknet und gesiebt) wiegen und Übertragung an eine beschriftete 100-mL-Becherglas.
3. 0,1 g Calciumsulfat Abwiegen und überträgt es auf den Becher.
4. Mit einem 25-mL Schloss Zylinder Maß 20 mL entionisiertem Wasser und Transfer in das Becherglas.
5. Wiederholen Sie die Schritte 1.1-1.4 für jeder Bodenprobe Stickstoff.
6. Mischen Sie den Inhalt jeder Becher mit einem Stab rühren.
7. Sichern Sie Proben auf einer Tischplatte Shaker und schütteln für 1 min.

2. Gewinnung von Phosphor und Kalium

1. Schalten Sie die Waage wiegen Boot auf die Oberseite gesetzt und die Waage auf Null.
2. Mit einem Spatel, 2 g des Bodens (getrocknet und gesiebt) wiegen und Überführung in eine beschriftete 100-mL-Becherglas.
3. Verwenden Sie einen 25-mL-Messzylinder, um 20 mL Mehlich 2 Boden Extraktionsmittel in den Zylinder zu messen. Transfer zum Becher.
4. Wiederholen Sie die Schritte 2.1-2.3 für jede Probe Phosphor und Kalium.
5. Mischen Sie den Inhalt jeder Becher mit einem Stab rühren.
6. Proben auf einer Tischplatte Shaker-Tabelle zu sichern und für 5 min schütteln.

(3) Nährstoff Extraktion Filtration - dieser Schritt erfolgt für alle drei Analyten (Nitrat, Phosphat und Kalium)

1. Befestigen Sie ein Ende des Trichters Schlauch auf ein Vakuum Jet.
2. Befestigen Sie das andere Ende des Schlauches an den Seitenarm des Kolbens.
3. Montieren Sie den Trichter durch Einrasten zusammen den Zylinder und perforierte Top Festplatte. Setzen Sie den zusammengebauten Trichter auf den Seitenarm Kolben durch das Einfügen der Gummistopfen in die Oberseite des Kolbens, den Trichter an der Spitze zu sichern.
4. Platz 1 sauber Filterpapier auf den Trichter.
5. Schalten Sie das Vakuum Jet.
6. Auszug der Bodenlösung Gießen Sie langsam in den Trichter, so dass des Extraktes von der Erde entfernt und in die Unterseite des Kolbens Trichter abfließen.
7. Gießen Sie gefilterten Extrakt in eine neue, beschriftete 50-mL-Becherglas. Dieses Filtrat wird analysiert werden, da ist.
8. Entfernen Sie Trichter, Filterpapier verwerfen, und spülen Trichter und Kolben mit entionisiertem Wasser. Verwenden Sie Luftdüse zum Trichter und Flasche trocknen.
9. Wiederholen Sie die Schritte 3,3-3,7 für jeder Bodenprobe.

4. Probenanalyse mit Farbe Komparator für Nitrat

1. Beschriften Sie eine Farbe anzeigen Rohr "S" für Probe und einer anderen Farbe anzeigen Röhrchen "B" für Blank.
2. Spülen Sie beide Farbe Anzeige Röhren mit entionisiertem Wasser. Schütteln Sie die Rohre um die restlichen Spülwasser zu entfernen.
3. Hinzufügen eine geringe Menge der Probe-Extrakt (vorbereitet in Stufen 1,1-1,7) ca. ¼" Tiefe der Farbe anzeigen Tube markiert"S". Das Röhrchen mit einem Gummistopfen und schütteln Sie sie 3 S. verwerfen diese Lösung.
4. Beide Röhren fügen Sie den Probe-Extrakt bis der Meniskus auch mit zur 5-mL-Markierung an den Rohren (unten auf der mattierten Fläche) ist hinzu.
5. Fügen Sie den Inhalt eines NitraVer 5 Pulver Kissen am Rohr markierte "S". Kappe und das Rohr genau eine Minute lang kräftig schütteln.
6. Sofort statt Röhren "S" und "B" in der Komparator mit Röhrchen "B" in der äußeren Loch und Rohr "S" in das innere Loch.
7. Warten Sie 5 min, dann halten Sie die Farbe Komparator bis zu einer Lichtquelle. Drehen Sie die Scheibe, bis die Farbe im Fenster für Röhrchen "B" die Farbe in das Fenster für die Röhre "S" entspricht. Nehmen Sie den Konzentrationswert (mg/L), der im unteren Fenster neben dem Farbfeld Komparator anzeigt.
8. Wiederholen Sie die Schritte 4.1-4.7 für alle Replikate und Aufzeichnen des Durchschnitts.
9. Wiederholen Sie Schritt 4.8 für alle Nitrat Proben.

5. Probe Analyse mit Farbe Komparator für Phosphat

1. Ein 25-mL-Messzylinder mit 2,5 mL-Pipette, 2,5 mL des gefilterten Probe Extraktes (vorbereitet in Schritte 2.1-2.6) hinzufügen.
2. Bis 25-mL-Markierung mit entionisiertem Wasser, Kappe mit Stopper, verdünnen und mischen zu invertieren.
3. Beschriften Sie eine Farbe anzeigen Rohr "S" für Probe und einer anderen Farbe anzeigen Röhrchen "B" für Blank.
4. Spülen Sie beide Farbe Anzeige Röhren mit entionisiertem Wasser. Schütteln Sie die Rohre um die restlichen Spülwasser zu entfernen.
5. Fügen Sie eine kleine Menge des verdünnten Extraktes ca. ¼" tief in der Farbe Anzeige Rohr markierte"S". Das Röhrchen mit einem Gummistopfen und ein paar Sekunden lang schütteln dann diese Lösung zu verwerfen.
6. Beide Röhren fügen Sie den Probe-Extrakt bis der Meniskus auch mit zur 5-mL-Markierung an den Rohren (unten auf der mattierten Fläche) ist hinzu.
7. Fügen Sie den Inhalt einer PhosVer 3 Pulver Kissen mit dem "S"-Rohr. Kappe und das Rohr eine Minute lang kräftig geschüttelt.
8. Sofort statt Röhren "S" und "B" in der Komparator mit Röhrchen "B" in der äußeren Loch und Rohr "S" in das innere Loch.
9. 3 min nach Abschluss von Schritt 5.8, halten die Farbe Komparator bis zu einer Lichtquelle. Drehen Sie die Scheibe, bis die Farbe im Fenster für Röhrchen "B" die Farbe in das Fenster für die Röhre "S" entspricht. In einem unteren Display-Bereich auf dem Feld wird die Farbe Datenträger gleichzeitig die Konzentrationswert entsprechen die Farbintensität gewählt aufweisen. Nehmen Sie den Konzentrationswert, der im Fenster angezeigt wird.
10. Wiederholen Sie die Schritte 5.1-5.10 für alle Replikate und Aufzeichnen des Durchschnitts.
11. Wiederholen Sie Schritt 5.10 für alle Phosphor Proben.

(6) Reagenz Addition und Analyse für Kalium

1. Fügen Sie mithilfe einer 1-mL-Pipette 3 mL Kalium-Probe-Extrakt (vorbereitet in Schritte 2.1-2.6) in einen 25-mL-Zylinder.
2. Die 21-mL-Markierung auf dem Zylinder DI Wasser hinzufügen. Fest den Zylinder mit einem Gummistopfen verschließen und umkehren um zu mischen.
3. Fügen Sie ein Kalium 2 Reagenz Pulver Kissen zum Zylinder.
4. Zylinder 3 mL alkalische EDTA-Lösung hinzufügen.
5. Verschließe die Zylinder und invertiere mehrmals zu mischen. Lassen Sie Lösung für 3 min. stehen.
6. Fügen Sie den Inhalt von einem Kalium 3 Reagenz Pulver Kissen.
7. Fest den Zylinder verschließen und kräftig schütteln für 10 s.
8. Lassen Sie die Lösung, für 3 min stehen, wie eine weiße Trübung entwickelt.
9. Suche gerade nach unten in den Zylinder, langsam Einfügen der Kalium-Messstab vertikal in die Lösung bis schwarzer Punkt nicht mehr von der Zylinder oben sichtbar ist.
10. Messstab in dieser Stellung halten und den Zylinder zu drehen, so kann die Skala auf dem Messstab gesehen. Blick über die Oberfläche der Skala auf dem Messstab. Notieren Sie die Anzahl der Messstab Skala die Oberfläche der Probe die Messstab-Skala trifft.
11. Wiederholen Sie 6.1-6.10 für alle Replikate und Durchschnitt. Wiederholen Sie 6.11 für alle Kalium Proben.
12. Beziehen sich auf die Kalium-Umrechnungstabelle zur Bestimmung der Konzentration von Kalium in Bodenproben. Suchen Sie den Ölmessstab in der linken Spalte lesen und erfassen Sie die entsprechenden mg/L-Konzentration in der rechten Spalte.

Jeder Nährstoffe Analyse führt zu einer Konzentration in mg/L. berichtet

Nitrat und Phosphat-Konzentrationen richtet sich mit Komparator Farbkästchen und das Ergebnis im Fenster angezeigt.

Abbildung 1: Beispiel Farbe Platten für Nitrat (links) und Phosphat (rechts) Farbfelder Komparator. Farbe Intensitäten sind am äußeren Rand der Scheiben und Nährstoffkonzentration (mg/L) an der Innenkante der Festplatten.

Tabelle 1. Kalium Umrechnungstabelle zur Messstab Kalium lesen in mg/L. Umwandlung Suchen Sie den Ölmessstab in der linken Spalte lesen und erfassen Sie die entsprechenden mg/L-Konzentration in der rechten Spalte.

Tabelle 2. Tabelle der Nährstoff reicht nach Kategorien geordnet.

Bestimmung der Nährstoffen-Konzentrationen für Nitrat, Phosphat und Kalium offenbaren kann, wie ein Boden in Bezug auf seinen Verwendungszweck funktioniert und wie Radfahren, Nährstoffe durch einen Boden. Ein Nährstoff-Test wird ein Bericht des durchschnittlichen Nährstoffkonzentration (mg/L) für alle Nährstoffe getestet.  In einer landwirtschaftlichen Umgebung, zu wissen, dass die Konzentration an Nährstoffen kann helfen, die Lebensmittelhersteller wissen, wann Sie wie viel Dünger, hinzufügen, um hinzuzufügen, und die brauchen Nährstoffe ergänzt und in welcher Höhe. Gleichbleibend hohe Stickstoff-Böden, wäre zum Beispiel gut für den Anbau von Stickstoff-anspruchsvolle Pflanzen wie Soja und Mais. Hohe Stickstoffwerte sind auch besonders nützlich für blühende Pflanzen, weil Stickstoff für alle grünen Teil von Pflanzen benötigt. Hohe Stickstoffwerte können unterdrücken Blüte jedoch, wenn sie höher als Phosphatspiegel bleiben. Phosphor steuert, blühenden Pflanzen und ist wichtig, jede Pflanze Produktion mit blühenden oder fruchttragenden Pflanzen und Phosphor wird häufig hinzugefügt in Böden oder direkt in Pflanzen vor und während der Blüte und Fruchtbildung Lebenszyklusphasen Steigerung der landwirtschaftlichen Erträge in größere Ernte Größe und erhöhte Mengen an Obstproduktion pro Pflanze. Kalium ist beteiligt katalysieren viele chemische Reaktionen, die zur Unterstützung der Pflanzenwelt einschließlich Dürre Toleranz und Feuchtigkeit Verordnung erforderlich. Niedrige Kalium Böden müssen bewässert werden, wenn Boden-Änderung nicht möglich ist. Nährstoffkonzentration kann auch informieren, Nährstoffmangel oder Überschüsse, die sich nachteilig auf das Pflanzenwachstum.  Wenn eine Nährstoff zu hoch ist, können Änderungen durchgeführt werden, um einen Überschuss, wie Hinzufügen von Mulch oder Pflügen des Bodens zu verringern. Wenn Nährstoffe zur Unterstützung der Pflanzenproduktion zu niedrig sind, kann Befruchtung verwendet werden, in einer Menge, die für eine bestimmte Pflanze benötigt Nährstoffe hinzufügen. Niedrige nährstoffreichen Boden haben auch zutreffender verwendet, um Landbewirtschaftern für Freizeit- oder entwickelten (befestigten Flächen oder Hochbau) Räume.