Análisis de nutrientes del suelo: Nitrógeno, fósforo y potasio

Fuente: Laboratorios de Margaret obrero y Kimberly Frye - Universidad de Depaul

En este experimento, tres macronutrientes del suelo se extraen químicamente, combinado con reactivos basados en el color, luego analizados color para determinar la concentración de nutrientes presente en la muestra de suelo.

Nitrógeno, fósforo y potasio son los principales componentes del fertilizante del suelo. Estos métodos de aislar cada nutriente del suelo en una solución que puede ser analizada usando la turbidez y el color para determinar la concentración de los nutrientes presentes en la muestra de suelo. Sabiendo la concentración presente informa a científicos del medio ambiente de una deficiencia de nutrientes o exceso en suelos utilizados para apoyar la producción de la planta y también proporciona una idea general de los ciclos biogeoquímicos básicos de un ecosistema.

Cuando químicamente aislada del suelo, nutrientes pueden ser detectados mediante esta técnica. Nitrógeno y fósforo, suelen encontrarse en forma de nitratos y fosfatos, se extraen con un solvente de extracción química que se unirá el nutriente de interés. Una vez extraídos del suelo, cada nutriente puede combinarse con un reactivo conocido que causa la solución nutritiva cambiar a un color específico de nutrientes en una relación lineal, con un color más oscuro lo que indica mayor concentración de los nutrientes. Para analizar la concentración de cada nutriente, se utilizará un reactivo químico a color de cada muestra con un aumento en la intensidad del color indica el incremento de la concentración de los nutrientes.

En las pruebas de nitrato altos y medio alcance, metal cadmio es utilizado para reducir los nitratos (NO₃^–) a nitritos (NO₂^–). El cadmio está contenido en el comprado Nitraver 5 (media y alta gama) y Nitraver 6 (gama baja) polvo de almohadas.

NO₃^– + Cd + 2 H⁺ → ₂^– + Cd^{2 +} + H₂O

Los iones del nitrito entonces reaccionan con el ácido sulfanílico (en medio ácido en polvo NitraVer 5) para formar una sal de diazonio intermedio. Cuando se combina con el ácido gentísico (también contenido en el NitraVer 5), se forma una solución de color ámbar.  Intensidad del color de este compuesto es directamente proporcional a la concentración de nitrato de la muestra de agua y puede ser cuantificada mediante el cuadro de comparación de color de nitrato con un disco de color ámbar continuo nitrato.

Fósforo, sodio molydate y pyrosulfate de potasio en polvo de reactivo PhosVer 3 comprado reaccionan con los fosfatos reactivos solubles para formar un complejo fosfo-molibdato.

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

El complejo entonces es reducido por el ácido ascórbico (también contenido en polvo PhosVer 3) para formar un color azul de molibdeno. El color azul se cuantifica mediante un cuadro de comparación de color de fosfato con un disco de color azul continua fosfato.

Un cuadro de comparación de color se utiliza para este método. Esta herramienta funciona en base a intensidades de color conocida para cada concentración de entre 0-50 mg/L. Un disco de color en el cuadro se enciende hasta que el color en ambas ventanas de visualización partidos (en blanco y muestra). Una vez que se combinan los colores, la correspondiente concentración de nutrimentos (mg/L) se mostrará en una ventana separada de la inferior en el cuadro de comparación de color. Estas cajas son lo suficientemente robustas como para ser utilizado con los estudiantes en cualquier nivel hasta cursos introductorios y pueden transportarse fácilmente como parte de un suelo de campo prueba kit que se puede utilizar en un lugar de muestreo. Estos métodos permiten pruebas nutrientes básicos en el laboratorio del aula sin necesidad de costosas piezas de equipo que pueden no estar disponibles. Para asegurar la exactitud de la prueba, nitrato y fosfato soluciones estándar pueden utilizarse en lugar de una muestra de los procedimientos antes de viajar al sitio de campo o análisis de muestras de suelo en el laboratorio a partir.

En las pruebas de potasio, los iones potasio se combinan con tetrafenilborato de sodio contenido en el polvo de reactivo de potasio 3 comprado en forma de tetrafenilborato de potasio, un precipitado blanco. El precipitado queda en suspensión en las muestras, causando un aumento en la turbidez.

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

Una varilla de medición de potasio se utiliza para cuantificar la cantidad de turbidez que se convierte en concentración de potasio. La varilla tiene un punto negro en un extremo que se coloca en la muestra hasta que punto ya no es visible a través el precipitado blanco. La varilla de medición incremental está marcada para indicar una escala de visibilidad que luego se convierte en concentración de potasio con una tabla de conversión. Este método es un procedimiento de bajo costo con el equipo mínimo que puede ser transportado a un sitio de muestreo al aire libre y lo suficientemente robusto para ser utilizado con los estudiantes en cualquier nivel hasta cursos introductorios.

1. extracción de nitrógeno (nitrato NO₃^–)

1. Encienda el equilibrio establece un barco pesa en la parte superior y cero la balanza.
2. Use una espátula para pesar 10 g de suelo (secado y tamizado) y transferir a un vaso de precipitados de 100 mL etiquetado.
3. Pesar 0,1 g de sulfato de calcio y ponerlo en el vaso.
4. Usando un 25 mL graduada medida cilindro 20 mL de agua desionizada y transferencia en el vaso.
5. Repita los pasos 1.1-1.4 para cada muestra de suelo de nitrógeno.
6. Mezclar bien el contenido de cada vaso con una varilla de agitación.
7. Asegure las muestras en un agitador de sobremesa y agitar durante 1 minuto.

2. extracción de fósforo y potasio

1. Encienda el equilibrio establece un barco pesa en la parte superior y cero la balanza.
2. Use una espátula para pesar 2 g de suelo (secado y tamizado) y transferir a un vaso de precipitados de 100 mL etiquetado.
3. Use un cilindro graduado de 25 mL para medir 20 mL de solvente de extracción de Mehlich 2 suelo en el cilindro. Transferir al vaso de precipitados.
4. Repita los pasos 2.1-2.3 para cada muestra de fósforo y potasio.
5. Mezclar bien el contenido de cada vaso con una varilla de agitación.
6. Asegure las muestras sobre una mesa de mesa coctelera y agite por 5 minutos.

3. nutrientes extracción filtración - este paso se realizará para todos los tres analitos (nitrato, fosfato y potasio)

1. Fije un extremo de la manguera embudo en un jet vacío.
2. Asegure el otro extremo de la manguera en el brazo lateral del matraz.
3. Montar el embudo encajando el cilindro y perforado el disco superior. Coloque el embudo montado en la parte superior del frasco de brazo lateral insertando el tapón de goma en la parte superior del matraz para garantizar el embudo en la parte superior.
4. Papel de filtro limpio Coloque 1 en la parte superior del embudo.
5. Encienda el avión vacío.
6. Vierta lentamente la solución del extracto de suelo en el embudo, permitiendo que el extracto drenar lejos de la tierra y en el fondo del embudo matraz.
7. Vierta el extracto filtrado en un vaso de precipitados de 50 mL nueva y etiquetada. Este filtrado se analizará como está.
8. Retire el embudo, papel de filtro de descarte y enjuague embudo y el matraz con agua desionizada. Use chorro de aire para secar embudo y frasco.
9. Repita los pasos 3.3-3.7 para cada muestra de suelo.

4. análisis con comparador de Color para el nitrato

1. Etiqueta color visión tubo "S" de la muestra y otro color, viendo el tubo "B" para en blanco.
2. Enjuague bien los tubos de visualización de color con agua desionizada. Agitar los tubos para eliminar el agua de enjuague restante.
3. Agregue una pequeña cantidad del extracto de muestra (preparado en pasos 1.1-1.7) cerca de ¼" de profundo color viendo el tubo marcado"S". Cerrar el tubo con un tapón de caucho y agitar durante 3 s. descartar esta solución.
4. Añadir el extracto de la muestra a ambos tubos hasta que el menisco con la marca de 5 mL en tubos (fondo de la superficie helada).
5. Añadir el contenido de una NitraVer 5 polvo de almohada al tubo marcado "S". La tapa y agitar el tubo vigorosamente durante exactamente un minuto.
6. Inmediatamente colocar los tubos "S" y "B" en el comparador con el tubo "B" en el agujero exterior y el tubo "S" en el interior hueco.
7. Espere 5 minutos, luego sostenga el comparador del color de una fuente de luz. Gire el disco hasta que el color en la ventana para el tubo "B" coincide con el color en la ventana para el tubo de "S". Registre el valor de la concentración (mg/L) que se muestra en la ventana inferior de la caja de comparador de color.
8. Repita los pasos 4.1-4.7 para repeticiones todas y anote la media.
9. Repita el paso 4.8 para todas las muestras de nitrato.

5. análisis con comparador de Color para fosfato

1. Usando el gotero de 2,5 mL, agregar 2,5 mL del extracto de la muestra filtrada (preparado en pasos 2.1-2.6) a un cilindro graduado de 25 mL.
2. Diluir hasta la marca de 25 mL con agua desionizada, tapa con el tapón e invertir para mezclar.
3. Etiqueta color visión tubo "S" de la muestra y otro color, viendo el tubo "B" para en blanco.
4. Enjuague bien los tubos de visualización de color con agua desionizada. Agitar los tubos para eliminar el agua de enjuague restante.
5. Agregue una pequeña cantidad del extracto diluido aproximadamente ¼" profundo a la visualización de color del tubo marcado"S". Cerrar el tubo con un tapón de caucho y agitar durante unos segundos luego descartar esta solución.
6. Añadir el extracto de la muestra a ambos tubos hasta que el menisco con la marca de 5 mL en tubos (fondo de la superficie helada).
7. Agregar el contenido de un PhosVer 3 polvo almohadilla en el tubo en "S". La tapa y agitar el tubo vigorosamente durante un minuto.
8. Inmediatamente colocar los tubos "S" y "B" en el comparador con el tubo "B" en el agujero exterior y el tubo "S" en el interior hueco.
9. 3 minutos después de completar el paso 5.8, sostenga el comparador hasta una fuente de luz. Gire el disco hasta que el color en la ventana para el tubo "B" coincide con el color en la ventana para el tubo de "S". En una zona inferior de la pantalla en la caja, el disco de color muestra simultáneamente el valor de concentración correspondiente con la intensidad del color elegida. Registre el valor de concentración que muestra en la ventana.
10. Repita los pasos 5.1-5.10 para todas repeticiones y registrar la media.
11. Repita el paso 5.10 para todas las muestras de fósforo.

6. reactivo adición y el análisis de potasio

1. Utilizando un gotero de 1 mL, añadir 3 mL de extracto de la muestra de potasio (preparado en pasos 2.1-2.6) a un cilindro de 25 mL.
2. Añadir agua desionizada hasta la marca de 21 mL en el cilindro. Firmemente la tapa del cilindro con un tapón de caucho e invierta para mezclar.
3. Añadir una almohada de polvo de reactivo de potasio 2 al cilindro.
4. Añadir 3 mL de solución EDTA alcalino al cilindro.
5. La tapa el cilindro e invertir varias veces para mezclar. Dejar la solución reposar 3 minutos.
6. Agregar el contenido de una almohadilla de polvo de Reactivo 3 de potasio.
7. El cilindro la tapa firmemente y agitar vigorosamente por 10 s.
8. Dejar la solución reposar 3 min como una turbidez blanca se convierte.
9. Mientras mira hacia abajo en el cilindro, introduzca lentamente la varilla de medición de potasio verticalmente en la solución hasta que punto negro no es visible desde arriba de la botella.
10. Sujete la varilla en esa posición y girar el cilindro, por lo que puede ser visto la escala de la varilla. Buscar en toda la superficie de la escala de la varilla. Anotar el número en la escala de la varilla donde la superficie de la muestra con la escala de la varilla.
11. Repita 6.10 6.1 para todas las repeticiones y media. Repita 6.11 para todas las muestras de potasio.
12. Consulte la tabla de conversión de potasio para determinar la concentración de potasio en las muestras de suelo. Localizar la varilla en la columna de la izquierda y registre la concentración mg/L correspondiente en la columna de la derecha.

Cada análisis nutrientes resultará en una concentración en mg/L.

Concentraciones de nitrato y fosfato se determinará con las cajas de comparador de color y mostrar el resultado en la ventana.

Figura 1. Discos de color ejemplo para nitrato (izquierda) y las cajas de comparador de color (derecha) fosfato. Intensidades de color en el borde externo de los discos y concentración de nutrientes (mg/L) en el borde interno de los discos.

Tabla 1. Tabla de conversión de potasio utilizado para convertir el potasio de la varilla de medición en mg/L. Localizar la varilla en la columna de la izquierda y registre la concentración mg/L correspondiente en la columna de la derecha.

Tabla 2. Tabla de rangos de nutrientes dispuestos por categorías.

Determinar las concentraciones de nutrientes nitrato, fosfatos y potasio puede revelar cómo funciona un suelo en cuanto a su uso previsto y cómo los nutrientes son ciclismo a través de un suelo. Una prueba de nutrientes proporciona un informe de media concentración de nutrimentos (mg/L) para todos los alimentos probados.  En un entorno agrícola, sabiendo la concentración de nutrientes puede ayudar a los productores de alimentos saben cuándo añadir fertilizante, cuánto para agregar y que nutrientes necesitan complementarse y en qué cantidad. Suelos constantemente alta en nitrógeno, por ejemplo, sería buenos para cultivos exigentes de nitrógeno tales como soja y maíz. Niveles altos de nitrógeno también son particularmente útiles para las plantas sin flores porque el nitrógeno es necesario para cualquier parte verde de las plantas. Los niveles de nitrógeno alta pueden suprimir la floración sin embargo, si siguen siendo superiores a los niveles de fósforo. Fósforo controla la floración en las plantas y es importante a cualquier floración con planta producción o fósforo y fructificación de las plantas a menudo se añade a los suelos o directamente a las plantas antes y durante la floración y fructificación de etapas del ciclo de vida para aumentar los rendimientos agrícolas de mayor tamaño del cultivo y mayores cantidades de producción de frutos por planta. Potasio está implicado en catalizar muchas reacciones químicas necesarias para albergar vida vegetal, incluyendo la regulación de humedad y tolerancia de sequía. Suelos bajos de potasio probablemente tendrá que regar si la enmienda no es posible. Concentración de nutrientes también puede informar de las deficiencias de nutrientes o excedentes que pueden ser perjudiciales para el crecimiento de la planta.  Si un alimento es demasiado alto, se pueden realizar enmiendas para reducir un excedente, como agregar pajote o labrar el suelo. Si los nutrientes son insuficientes para apoyar la producción de planta, fertilización puede utilizarse para agregar nutrientes en una cantidad necesaria para un cultivo específico. Bajo suelo nutrientes puede tener también usos más aplicables a los administradores de tierra para recreo o desarrollados (superficies pavimentadas o construcción) espacios.