13- le phosphore
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13- le phosphore
Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 13- LE PHOSPHORE INTRODUCTION GENERALE ................................................................................................................................................... 1 PTOT LA METHODE KJELDAHL ............................................................................................................................................... 2 PTOT : LA « STANDARD METHODE » .................................................................................................................................... 6 LE PHOSPHORE ORGANIQUE ................................................................................................................................................. 9 LE PHOSPHORE BIODISPONIBLE .......................................................................................................................................... 13 INTRODUCTION GENERALE PRINCIPE 1) Le phosphore dans le sol Le phosphore du sol se présente sous deux formes : 1. le phosphore organique qui est le pool principal de ressource en phosphore, en majorité sous forme de phytates. Ce compartiment peut représenter jusqu’à 80% du phosphore total du sol. Il n'est pas à priori assimilable par les plantes bien que quelques exemples de transport aient été démontrés dans les hyphes de champignons mycorhiziens. 2. le phosphore minéral, dont une faible partie peut être assimilée par les plantes. En effet, le phosphore a tendance à se fixer rapidement à la matrice du sol en formant des complexes notamment avec le fer, le calcium et le magnésium. 2) La détermination du phosphore total Deux techniques sont principalement employées pour déterminer les teneurs globales de phosphore dans les sols. La plus connue est la méthode KJELDAHL, également employée pour doser l’azote total dans les sols. La seconde est issue de « Standard Methods for the examination of water and wastewater », édité par Greenberg, Clesceri et Eaton en 1992. Ces deux techniques présentent des avantages et des inconvénients (tableau 12.1): Tableau 12.1 : Comparaison des méthodes Avantages Kjeldahl excellente attaque acide, recommandée pour les sols riches en Ca et en Fe. Valable aussi pour la végétation. on peut coupler une analyse de l’azote en même temps. on travaille sur 0.5 à 1g de sol (assez représentatif). au total, 24 échantillons par jour, dosés le lendemain. Standard Method attaque acide moyenne (HCl 1M), mais couplage avec calcination du sol à 550°C pour éliminer la matière organique. on peut traiter 40 échantillons par jour. on travaille sur 0.1 g de sol. pas de réajustement de pH avant le dosage final. Inconvénients réajustement de pH avant le dosage final : long ! technique assez lourde en matériel et délicate. long : 3 jours au total ! coûteux en filtres. les échantillons doivent être bien homogènes car on travaille sur peu de matériel. Des tests ont montrés que les valeurs finales de teneur en phosphore étaient légèrement supérieures avec la méthode Kjeldahl, mais cela est resté non significatif. 1 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 PHOSPHORE TOTAL (PTOT) - LA METHODE KJELDAHL 1) Matériel a) Minéralisation Balance analytique, précision 0.0001 g Unités de digestion Büchi B-425 ou B-430 (respectivement 4 ou 8 emplacements), installées sous hotte aspirante Tubes à minéraliser Büchi et leurs supports Tubes d'aspiration des unités de distillation Flacon avec dispenser 10 ml (réglé sur 6 ml) Billes de verre Cylindre gradué de 100 ml Entonnoirs plastiques et filtres papier (512 ½ ou équivalent) Ballons jaugés 100 ml Flacons plastiques (PP ou PE) 100 ml b) Détermination colorimétrique Tubes à essais de 20 ml Micropipettes de 10ml, 5 ml, 1 ml, 0.2ml et 0.02 ml Vortex Spectrophotomètre 2) Réactifs a) Minéralisation H2SO4 concentré, pour analyses Pastilles Kjeldahl (catalyseur formé de K2SO4 qui élève le point d'ébullition et de CuSO4 qui renforce l'action oxydante de l'acide sulfurique). b) Détermination colorimétrique NaOH 32 % H2SO4 concentré, pour analyses Indicateur coloré 4-nitrophénol : 0.5 g de nitro-4-phénol (C6H5NO3) dans 200 ml d’eau distillée Réactif d’Ecosse : o Acide sulfurique (5.3 N) Ajouter 148 ml d' H2SO4 36 N à 500 ml d'H2O distillée (et pas l'inverse!!!!), lentement, dans un évier avec un flux d'eau froide coulant sur le ballon jaugé pour refroidir la solution. Compléter à 1000 ml avec de l'H2O distillée. o Potassium antimonyl tartrate Mettre 0.29 g de K(Sbo) C4H4O6, 0.5 H2O (Potassium antimoine (III) oxytartrate crist. très pur) dans un ballon jaugé et ajuster à 100 ml. 2 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 o Acide molybdique Mettre 12 g d'acide molybdique (ou heptamolybdate d'ammonium H24N6O24Mo7, 4H2O) dans un ballon jaugé et ajuster à 250 ml avec de l'eau distillée. o Combiner ensuite les réactifs dans un ballon jaugé à 2000 ml: d'abord l'acide sulfurique, puis le potassium antimoine et l'acide molybdique. Ajuster avec de l'eau distillée. o Stockage à l'obscurité pendant 2 à 3 mois sans risque d'altération. Solution d’acide ascorbique (pour la lecture au spectrophotomètre) o Dissoudre 1 g d'acide ascorbique C6H8O6 dans 25 ml de réactif d'Ecosse. On obtient une solution d'acide ascorbique à 4% qui sera utilisée pour doser le phosphore en solution. Attention: préparer cette solution juste avant le dosage, elle ne tolère pas une trop longue exposition à la lumière c) Courbe étalon Utiliser une solution de phosphore à 10 mg P/l: placer 43.9 mg de KH2PO4 dans un litre d'eau distillée. Conservation plusieurs mois à l'obscurité dans un flacon brun. 3) Mode opératoire a) Echantillon de départ Le dosage se fait sur le sol séché à 40°C, et broyé à l'agate. La prise d'essai sera d'environ : 0.5 g pour des sols riches en matière organique (plus de 20 %) ou pour du matériel végétal 1g pour des sols à teneur moyenne en m.o. (2 à 20 %) 2g pour des sols minéraux pauvres en m.o. (< 2 % de m.o.) b) Blancs Remplacer la prise d’essai par de l’eau désionisée et, si possible, une prise d’essai avec du sol de référence dont les teneurs en phosphore total (Ptot) est connue, puis suivre la procédure. c) Procédure Elle se déroule en deux étapes: une minéralisation suivie d'un dosage colorimétrique. c-1. Minéralisation 1. Peser une prise d'essai de sol finement broyé 2. Noter la masse m, en g. 3. Introduire le sol dans un tube Büchi. 4. Préchauffer le digesteur Büchi sur la position 10 (5 à 10 minutes environ). 5. Ajouter dans chaque tube 2 billes de verre, 1 pastille Kjeldahl, 12 ml H2SO4 conc. (2 pressions sur le dispenser). Attention: pendant toutes les opérations avec l'acide sulfurique, mettre gants et lunettes et travailler sous la hotte ventilée. Agiter le culot afin que tout soit bien humecté, sinon le sol non humecté risque de brûler et ne sera pas minéralisé. 3 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 6. Monter la rampe d'aspiration d'air sur les tubes. Attention de bien pousser la gomme en arrière et d'ajuster correctement les pinces. 7. Fixer les tuyaux d'aspiration de l'air. Enclencher la trompe à eau et vérifier que le tuyau ne fasse pas de "U". Placer les échantillons dans l'appareil. 8. Surveiller l'ébullition : dès que les particules de terre déposées sur les parois du tube ont été toutes atteintes par le H2SO4 en ébullition (les particules noires se détachent des parois), diminuer la température en mettant le bouton sur la position 8. 9. Au bout d’une heure environ pour les sols, le matériel devient clair (en général blanc-verdâtre pour les sols). La minéralisation est alors terminée. 10. Arrêter le chauffage, placer les tubes contenant les échantillons dans les supports et laisser l'aspiration d'air jusqu'à complet refroidissement (compter une heure). 11. Démonter les tubes et ajouter dans chacun 60 ml d'H2O bidistillée ou désionisée. Agiter le culot afin que tout soit bien humecté, sinon le sol non humecté risque de brûler et ne sera pas minéralisé. 12. Après refroidissement (1 heure environ), filtrer (512 1/2) le liquide sur ballon jaugé de 100 ml. 13. Veiller à dissoudre le culot afin de bien le rincer. Faire attention à ne pas dépasser la jauge avec le liquide de rinçage! 14. Compléter jusqu'au trait de jauge avec de l'eau désionisée. Remarques : les minéralisats peuvent être stockés au réfrigérateur en flacon plastique de 100 ml. Attention, le stockage ne devrait toutefois pas dépasser 1 à 2 semaines. Il est possible qu'un précipité blanchâtre apparaisse soit après minéralisation, soit pendant le stockage des solutions. Il s'agit de gypse (CaSO4), qui se forme si le sol est très calcaire. c-2. Dosage colorimétrique 1. Réaliser une courbe étalon (dans l'eau, voire dans le réactif utilisé pour l’extraction) et suivre la même procédure que pour les échantillons ; points 3 à 4). Tube à essai Concentration en P (mg/l) Volume d'eau (ml) 1 2 3 4 5 6 7 0 0.25 0.5 0.75 1 1.5 2 5 4.875 4.75 4.625 4.5 4.25 4 Volume de solution de P (ml) 0 0.125 0.250 0.375 0.5 0.75 1 2. Prendre 0.5 ml de minéralisat dans un tube à essais de 20 ml. Ajouter 4.5 ml d'eau distillée (volume final = 5ml). Ici, dilution au 1/10ème, mais il faut l’adapter selon ses échantillons ! 4 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 3. Ajuster le pH comme suit: ajouter 1 goutte d'indicateur 4-nitrophénol. Ajouter d'abord du NaOH concentré 32% au goutte à goutte au moyen d’une pipette Pasteur. La solution vire au jaune. Puis revenir à l'incolore en ajoutant de l’H2SO4 (environ 6N) avec une micropipette de 200 µl (faire varier la taille des gouttes selon les besoins). Attention: les quantités ne sont pas identiques pour tous les échantillons!!!! L'important est de se trouver dans la bonne zone de virage pour que la coloration bleue se développe correctement. L'utilisation de H2SO4 concentré permet de réduire l'ajout de solution et donc la dilution finale de l'échantillon! Bien mélanger au vortex entre chaque ajout de réactif. 4. Ajouter 1 ml de solution d’acide ascorbique, mélanger au vortex et laisser la coloration se développer pendant 45 minutes minimum. Lire la DO à 880 nm. 4) Récupération Si trop vieux ou inutilisables, ramener les restes de Réactif d’Ecosse pur au magasin de chimie. Vider les échantillons dans le bidon bleu de récupération, sous la hotte. 5) Calculs m : masse de la terre sèche, en g (corrigée par rapport au taux d’humidité à 105°C) V : volume de l’extractant en litre C : concentration en mg de P/l, après report de la DO dans l’équation de la courbe étalon f : facteur de dilution Le phosphore total est donné par : Ptot (mg/g) = CxVxf m C : la valeur est lue sur la gamme étalon V : l’extractant est l’acide sulfurique, soit 12 ml (0.012 l) f : la dilution… C’est là que ça se complique…. La dilution de l’échantillon : après digestion acide (12 ml de H2SO4,) vous avez rajouté 88 ml d’eau désionisée pour compléter la solution à 100 ml. Vous avez donc dilué votre échantillon de départ. De combien ? Eh bien du rapport suivant : 100 ml / 12 ml, soit un facteur de 8.33. D’autre part, avant de rajouter l’acide ascorbique, vous avez effectué une nouvelle dilution selon le rapport suivant : 5 ml / 0.5 ml, soit un facteur de 10. Votre calcul final est donc le suivant: Ptot (mg/g) = C x 0.012 x 10 x 8.33 m 5 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 PHOSPHORE TOTAL (PTOT) - LA « STANDARD METHOD » Cette méthode n'est actuellement plus utilisée à l'Université de Neuchâtel. 1) Matériel a) Minéralisation Balance analytique, précision 0.0001 g Petits flacons en verre, refermables avec bouchons en téflon Papier d’aluminium Etuve à 80°C Four à moufles Pipettes de 10 ml et de 1 ml Filtres spéciaux à 0.45 µm, adaptables sur des seringues de 10ml (Schleicher et Schuell) Erlenmeyers de 25 ml b) Détermination colorimétrique Tubes à essais de 20 ml Micropipettes de 10ml, 5 ml, 1 ml, 0.2ml et 0.02 ml Vortex Spectrophotomètre 2) Réactifs a) Minéralisation HCl 1M : ajouter 83 mL d’HCl (37 %) à 800 ml d’eau désionisée, et compléter à 1 litre) Mg(NO3)2, 6H2O, 50 % masse/volume (50 g de réactif dans 50 ml d’eau désionisée). b) Détermination colorimétrique Réactif d’Ecosse : o Acide sulfurique (5.3 N) Ajouter 148 ml d' H2SO4 36 N à 500 ml d'H2O distillée (et pas l'inverse!!!!), lentement, dans un évier avec un flux d'eau froide coulant sur le ballon jaugé pour refroidir la solution. Compléter à 1000 ml avec de l'H2O distillée. o Potassium antimonyl tartrate Mettre 0.29 g de K(Sbo) C4H4O6, 0.5 H2O (Potassium antimoine (III) oxytartrate crist. très pur) dans un ballon jaugé et ajuster à 100 ml. o Acide molybdique Mettre 12 g d'acide molybdique (ou heptamolybdate d'ammonium H24N6O24Mo7, 4H2O) dans un ballon jaugé et ajuster à 250 ml avec de l'eau distillée. o Combiner ensuite les réactifs dans un ballon jaugé à 2000 ml: d'abord l'acide sulfurique, puis le potassium antimoine et l'acide molybdique. Ajuster avec de l'eau distillée. o Stockage à l'obscurité pendant 2 à 3 mois sans risque d'altération. 6 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 Solution d’acide ascorbique (pour la lecture au spectrophotomètre) o Dissoudre 1 g d'acide ascorbique C6H8O6 dans 25 ml de réactif d'Ecosse. On obtient une solution d'acide ascorbique à 4% qui sera utilisée pour doser le phosphore en solution. Attention: préparer cette solution juste avant le dosage, elle ne tolère pas une trop longue exposition à la lumière c) Courbe étalon Utiliser une solution de phosphore à 10 mg P/l: placer 43.9 mg de KH2PO4 dans un litre d'eau distillée. Conservation plusieurs mois à l'obscurité dans un flacon brun. 3) Mode opératoire a) Echantillon de départ Le dosage se fait sur le sol séché à 40°C et finement broyé. b) Blancs Remplacer la prise d’essai par de l’eau désionisée et suivre la procédure. c) Procédure Elle se déroule en deux étapes: une minéralisation suivie d'un dosage colorimétrique. c-1. Minéralisation 1. Peser une prise d’essai d’environ 100 mg de sol que l’on place dans un flacon en verre. 2. Noter la masse m, en g. 3. Mettre la prise d’essai dans un flacon en verre et y ajouter 1 ml de Mg(NO3)2 * 6H2O, bien humecter l’échantillon de sol. 4. Placer les échantillons une nuit entière à l’étuve à 80°C, avec une protection d’aluminium.Ce n’est pas grave si le liquide n’est pas complètement évaporé le lendemain. 5. Transférer les échantillons dans le four à moufles et monter progressivement la température jusqu’à 550°C. Laisser minéraliser pendant 2 heures. 6. Eteindre le four et l’entrouvrir pour laisser refroidir. Attention : ne pas sortir immédiatement les échantillons du four !!! Le verre se briserait ! 7 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 7. Ajouter 10 ml de HCl 1M dans chaque flacon. 8. Fermer les flacons et bien agiter en passant éventuellement aux ultrasons pour désincruster les résidus. 9. Mettre ensuite à agiter à la branleuse pendant toute la nuit. 10. Le lendemain, re-passer les échantillons aux ultrasons si le sol s’est à nouveau incrusté à la paroi. 11. Filtrer les échantillons. c-2. Dosage colorimétrique 1. Réaliser une courbe étalon (dans l'eau, voire dans le réactif utilisé pour l’extraction) et suivre la même procédure que pour les échantillons; point 3). 2. Tube à essai Concentration en P (mg/l) Volume d'eau (ml) 1 2 3 4 5 6 7 0 0.25 0.5 0.75 1 1.5 2 5 4.875 4.75 4.625 4.5 4.25 4 Volume de solution de P (ml) 0 0.125 0.250 0.375 0.5 0.75 1 Prendre 0.5 ml de minéralisat dans un tube à essais de 20 ml. Ajouter 4.5 ml d'eau distillée (volume total = 5ml). Ici, dilution au 1/10ème, mais il faut l’adapter selon ses échantillons ! 3. Ajouter 1 ml de solution d’acide ascorbique, mélanger au vortex et laisser la coloration se développer pendant 45 minutes minimum. Lire la DO à 880 nm. 4) Récupération Vider les échantillons dans le bidon bleu de récupération sous la hotte. 5) Calculs m : masse de la terre sèche, en g (corrigée par rapport au taux d’humidité à 105°C) V : volume de l’extractant en litre C : concentration en mg de P/l, après report de la DO dans l’équation de la courbe étalon f : facteur de dilution Le phosphore total est donné par : Ptot (mg/g) = CxVxf m 8 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 LE PHOSPHORE ORGANIQUE I. PRINCIPE Le phosphore organique est le pool principal de ressource en phosphore, en majorité sous forme de phytates. Ce compartiment peut représenter jusqu’à 80% du phosphore total du sol. Il n'est pas a priori assimilable par les plantes bien que quelques exemples de transport aient été démontrés dans les hyphes de champignons mycorhiziens. Ainsi, de manière très générale : phosphore total = phosphore inorganique + phosphore organique Ptotal = Pi + Porg Sous l’action des phosphatases : phosphore organique phosphore inorganique + matière organique Porg Pi + MO Il existe plusieurs méthodes de mesure du phosphore organique, la plus couramment utilisée étant celle par destruction thermique. Il s’agit de convertir le phosphore organique en phosphore inorganique par calcination de l’échantillon à 550°C. A cette température, on considère en effet que toute la matière organique a été détruite et que par conséquent, le phosphore précédemment lié se retrouve libéré (sous forme d’orthophosphates). Par différence entre le sol non calciné et le sol calciné, on obtient la quantité de phosphore liée à la matière organique. Ainsi : Porg = (Pi du sol calciné) – (Pi du sol non calciné) II. METHODE 1) Matériel Balance de précision Spatule en inox Creusets de porcelaine Cylindre gradué de 50 ml Flacons en plastique PE de 100 ml Agitateur rotatif (branleuse) Vortex (agitateur pour tubes à essais) Papier-filtre à 2µm (512 1/2 Schleicher & Schuell) ou équivalent Entonnoirs Erlenmeyers de 100ml Tubes à essais de 20 ml + portoir Ballons jaugés de 2000, 1000, 250, 200, 100 et 25 ml Spectrophotomètre et cuvettes 9 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 2) Réactifs a) Extraction H2SO4 0.5 N : diluer 27.7 ml d' H2SO4 36 N dans un ballon jaugé de 2 litres et ajuster avec de l'eau désionisée. b) Détermination colorimétrique Réactif d’Ecosse : o Acide sulfurique (5.3 N) Ajouter 148 ml d' H2SO4 36 N à 500 ml d'H2O distillée (et pas l'inverse!!!!), lentement, dans un évier avec un flux d'eau froide coulant sur le ballon jaugé pour refroidir la solution. Compléter à 1000 ml avec de l'H2O distillée. o Potassium antimonyl tartrate Mettre 0.29 g de K(Sbo) C4H4O6, 0.5 H2O (Potassium antimoine (III) oxytartrate crist. très pur) dans un ballon jaugé et ajuster à 100 ml. o Acide molybdique Mettre 12 g d'acide molybdique (ou heptamolybdate d'ammonium H24N6O24Mo7, 4H2O) dans un ballon jaugé et ajuster à 250 ml avec de l'eau distillée. o Combiner ensuite les réactifs dans un ballon jaugé à 2000 ml: d'abord l'acide sulfurique, puis le potassium antimoine et l'acide molybdique. Ajuster avec de l'eau distillée. o Stockage à l'obscurité pendant 2 à 3 mois sans risque d'altération. Solution d’acide ascorbique (pour la lecture au spectrophotomètre) o Dissoudre 1 g d'acide ascorbique C6H8O6 dans 25 ml de réactif d'Ecosse. On obtient une solution d'acide ascorbique à 4% qui sera utilisée pour doser le phosphore en solution. Attention: préparer cette solution juste avant le dosage, elle ne tolère pas une trop longue exposition à la lumière c) Courbe étalon Utiliser une solution de phosphore à 10 mg P/l: placer 43.9 mg de KH2PO4 dans un litre d'eau distillée. Conservation plusieurs mois à l'obscurité dans un flacon brun. 3) Mode opératoire a) Echantillon de départ Le dosage se fait sur le sol séché à 40°C et finement broyé. b) Blancs Faire des blancs en remplaçant la prise d’essai par 1 ml d’eau désionisée 10 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 c) Procédure Elle se déroule en deux étapes: une calcination suivie d'une extraction et d'un dosage colorimétrique. c-1. Calcination et extraction 1. Peser environ 1 g de sol que l’on place dans un creuset en porcelaine. En parallèle, on pèsera également 1 g de chaque échantillon que l’on placera directement dans un flacon de 100 ml. 2. Noter les masses m, en g. 3. Placer les creusets pleins (maximum 20) dans un four à moufles et monter la température par paliers jusqu’à 550°C : - faire monter la température jusque 350°C en 30 minutes. Laisser 1 h à 350°C. - ensuite, faire monter la température jusque 450°C en 15 minutes. Laisser 1 h à 450°C. - enfin, faire monter la température jusque 550°C en 15 minutes. Laisser 1 h à 550°C. Attention à prévoir au moins 4 heures de temps pour cette manipulation ! 4. Laisser refroidir lentement et placer les creusets dans un dessiccateur. 5. Transférer les échantillons de sol calcinés dans des flacons de 100 ml. 6. Ajouter 50 ml de H2SO4 0.5 N dans chaque flacon (sol calciné et non calciné) et mettre à agiter à la branleuse toute une nuit. 7. Le lendemain, filtrer les échantillons sur des erlens de 100 ml. c-2. Dosage colorimétrique 1. Réaliser une courbe étalon en parallèle (dans l'eau voire dans le réactif utilisé pour l’extraction) et suivre la même procédure que pour les échantillons; point 3). Tube à essai Concentration en P (mg/l) Volume d'eau (ml) 1 2 3 4 5 6 7 0 0.25 0.5 0.75 1 1.5 2 5 4.875 4.75 4.625 4.5 4.25 4 Volume de solution de P (ml) 0 0.125 0.250 0.375 0.5 0.75 1 2. Prendre 0.25 ml de minéralisat dans un tube à essais de 20 ml. Ajouter 4.75 ml d'eau distillée ( volume total = 5ml). Ici, dilution au 1/20ème, mais il faut l’adapter selon ses échantillons ! 3. Ajouter 1 ml de solution d’acide ascorbique, mélanger au vortex et laisser la coloration se développer pendant 45 minutes minimum. Lire la DO à 880 nm. 11 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 4) Récupération Si trop vieux ou inutilisables, amener les restes de Réactif d’Ecosse pur au magasin de chimie. Vider les échantillons dans le bidon bleu sous la hotte. 5) Calculs Avec: m : masse de la terre sèche, en g (corrigée par rapport au taux d’humidité à 105°C) V : volume de l’extractant en litre C : concentration en mg de P/l, après report de la DO dans l’équation de la courbe étalon f : facteur de dilution Le phosphore inorganique dosé (Pi) est donné par : Puis : P (mg / g ) = C ×V × f m Porg = (Pi du sol calciné) – (Pi du sol non calciné) 12 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 LE PHOSPHORE BIODISPONIBLE - METHODE OLSEN I. PRINCIPE 1) Les plantes et le phosphore L’absorption du phosphore est étroitement liée à la croissance des plantes : au cours des phases les plus actives de la croissance, le flux quotidien d’absorption, pour des plantes en culture, peut atteindre et dépasser 1 kg P2O5 / ha. La voie racinaire constitue la voie essentielle par laquelle le phosphore pénètre dans la plante. La capacité d’absorption du système racinaire est très supérieure aux exigences métaboliques de la plante, même au plus fort de sa croissance. Ce ne sont donc pas les possibilités physiologiques d’absorption qui limitent la nutrition phosphatée mais bel et bien l’approvisionnement de la rhizosphère. Ce sont les réserves « assimilables » du sol qui doivent approvisionner la rhizosphère en phosphore. En effet, seule une petite partie du phosphore présent dans le sol est à même de participer à l’alimentation des cultures (en général 10 à 30 % du phosphore total). Cette fraction assimilable se compose essentiellement de particules dissociées à l’état d’ions phosphatés répartis comme suit : pour une très faible part dans la phase liquide du sol (solution de sol) ; pour la plus grande part à la surface des particules de sol présentant des déficits de charge électrique, soit principalement les gels d’hydroxydes d’aluminium et de fer et secondairement les argiles. Bien entendu, des échanges constants existent entre ces deux pools qui maintiennent les équilibres ioniques. Cette réserve d’ions phosphatés auto-échangeables peut aussi être modifiée dans un sens ou dans l’autre sous l’effet de processus chimiques et/ou biologiques. Tel est le cas des minéralisations qui interviennent sous l’action de la microflore du sol et libèrent des ions auparavant inclus dans des combinaisons organiques ou, à l’inverse, des réorganisations qui bloquent provisoirement une fraction du stock assimilable. C’est aussi le cas des solubilisations exercées aux dépens de combinaisons moléculaires par les acides organiques excrétés par les plantes dans la rhizosphère ou, réciproquement, de la formation de composés de faible solubilité consécutive à la présence d’un excès d’ions dans le sol. 2) Choix de la méthode La méthode Olsen (Olsen et al., 1954) présente cette ambivalence qui permettra, dans le cadre des sols de Suisse, l’emploi d’une méthode unique sans détermination préalable du type de sol. D’autre part, Fardeau et al. (1988) font remarquer que le phosphore prélevé par les plantes est d’une nature physico-chimique plus voisine de celle du phosphore extrait par la méthode Olsen que celle du phosphore extrait par les autres méthodes. En outre, la solution de bicarbonate de sodium est celle qui extrait le moins de formes non mobiles, donc non assimilables, du phosphore. 13 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 La méthode Olsen La solubilité du phosphate de calcium est fonction du pH et de l’activité des ions Ca 2+, avec un minimum entre pH 7 et 7.8 et une augmentation de la solubilité de part et d’autre de cet intervalle, mais pour des raisons différentes : côté alcalin (pH > 7.8) : la solubilité du phosphore en présence d’une phase solide de CaCO3 est fonction de l’activité des ions Ca 2+; côté acide (pH < 7) : la solubilité est proportionnelle à l’activité des ions H+ et Ca 2+. Une augmentation de l’activité des H+ mène à une augmentation de la solubilité du phosphore tandis que l’augmentation de l’activité de Ca 2+ la diminue. Ainsi, la méthode propose de réprimer l’activité des Ca 2+ dans le sol en phase aqueuse par l’emploi d’une solution de bicarbonate de sodium (NaHCO3) tamponnée à pH 8.5. L’effet principal du NaHCO3 dans les sols calcaires est de diminuer l’activité des ions Ca 2+, ce qui implique une augmentation de la solubilité du phosphore. Dans les sols neutres et acides, le phosphore présent sous forme de phosphate de calcium sera plus soluble en présence de NaHCO3, à cause d’une répression de l’activité des Ca 2+ par formation, à pH 8.5, d’une phase solide de CaCO3 . Etant donné que les phosphates de calcium sont connus pour être les formes les plus disponibles dans les sols, le bicarbonate pourra être appliqué aussi bien à des sols neutres et acides qu’à des sols calcaires. II. METHODE 1) Matériel Balance analytique, précision 0.0001 g. Flacons PE de 200 ml avec bouchons. Spatule en inox. Cylindre gradué de 100 ml. Agitateur rotatif (branleuse). Entonnoirs et filtres 512 ½ ou équivalent. Erlenmeyers de 200 ml. Tubes à essais de 20 ml Spectrophotomètre et cuvettes 2) Réactifs a) Extraction NaHCO3 0.5 N : 84.01g dans 2 litres d'eau désionisée. Attention : cette solution doit être tamponnée à pH 8.5 à l’aide de NaOH conc. b) Détermination colorimétrique Réactif d’Ecosse : o Acide sulfurique (5.3 N) Ajouter 148 ml d' H2SO4 36 N à 500 ml d'H2O distillée (et pas l'inverse!!!!), lentement, dans un évier avec un flux d'eau froide coulant sur le ballon jaugé pour refroidir la solution. Compléter à 1000 ml avec de l'H2O distillée. 14 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 o Potassium antimonyl tartrate Mettre 0.29 g de K(Sbo) C4H4O6, 0.5 H2O (Potassium antimoine (III) oxytartrate crist. très pur) dans un ballon jaugé et ajuster à 100 ml. o Acide molybdique Mettre 12 g d'acide molybdique (ou heptamolybdate d'ammonium H24N6O24Mo7, 4H2O) dans un ballon jaugé et ajuster à 250 ml avec de l'eau distillée. o Combiner ensuite les réactifs dans un ballon jaugé à 2000 ml: d'abord l'acide sulfurique, puis le potassium antimoine et l'acide molybdique. Ajuster avec de l'eau distillée. o Stockage à l'obscurité pendant 2 à 3 mois sans risque d'altération. Solution d’acide ascorbique (pour la lecture au spectrophotomètre) o Dissoudre 1 g d'acide ascorbique C6H8O6 dans 25 ml de réactif d'Ecosse. On obtient une solution d'acide ascorbique à 4% qui sera utilisée pour doser le phosphore en solution. Attention: préparer cette solution juste avant le dosage, elle ne tolère pas une trop longue exposition à la lumière c) Courbe étalon Utiliser une solution de phosphore à 10 mg P/l: placer 43.9 mg de KH2PO4 dans un litre d'eau distillée. Conservation plusieurs mois à l'obscurité dans un flacon brun. 3) Mode opératoire a) Echantillon de départ Le dosage se fait sur le sol séché à 40°C et finement broyé. b) Blancs Remplacer la prise d’essai par de l’eau désionisée et suivre la procédure. c) Procédure Elle se déroule en deux étapes: une extraction suivie d'un dosage colorimétrique. c-1. Extraction 1. Peser environ 2,5 g de sol broyé. 2. Noter la masse m, en g. 3. Mettre la prise d’essai dans un flacon de 100 ml et y ajouter 60 ml de NaHCO3 (pH 8.5). 4. Mettre à agiter à la branleuse pendant 30 minutes. 5. Filtrer les échantillons sur des erlens de 200 ml. 15 Manuel de Laboratoire_LSV v3.0_11-2014 c-2. Dosage colorimétrique 1. Réaliser une courbe étalon (dans l'eau voire dans le réactif utilisé pour l’extraction) et suivre la même procédure que pour les échantillons; point 3). Tube à essai Concentration en P (mg/l) Volume d'eau (ml) 1 2 3 4 5 6 7 0 0.25 0.5 0.75 1 1.5 2 5 4.875 4.75 4.625 4.5 4.25 4 Volume de solution de P (ml) 0 0.125 0.250 0.375 0.5 0.75 1 2. Prendre 1 ml de minéralisat dans un tube à essais de 20 ml. Ajouter 4 ml d'eau distillée. Ici, dilution au 1/5ème, mais il faut l’adapter selon ses échantillons ! 3. Ajouter 1 ml de solution d’acide ascorbique, mélanger au vortex et laisser la coloration se développer pendant 45 minutes minimum. Lire la DO à 880 nm. 4) Récupération Si trop vieux ou inutilisables, amener les restes de Réactif d’Ecosse pur au magasin de chimie. Vider les échantillons dans le bidon bleu sous la hotte. 5) Calculs m : masse de la terre sèche, en g (corrigée par rapport au taux d’humidité à 105°C) V : volume de l’extractant en litre C : concentration en mg de P/l, après report de la DO dans l’équation de la courbe étalon f : facteur de dilution Le phosphore biodisponible est donné par : Pbio (mg / g ) = C ×V × f m C : la valeur est lue sur la gamme étalon V : l’extractant est le NaHCO3, soit 60 ml (0.06 l) f : le facteur de dilution: ici, un facteur de 5. Votre calcul final est donc le suivant: Pbio (mg / g ) = C × 0.06 × 5 m Ce dosage est à prendre avec précaution pour les sols riches en CaCO3, les sols très alcalins et les eaux troubles enrichies en sédiments. D’autre part, les sols riches en matière organique donnant lieu à des filtrats colorés peuvent aussi présenter des difficultés de dosages ! 16