Jornadas de Sustratos de la SECH

Análisis de muestras de compost
Montserrat Soliva, Laura Condes, Maria Induráin,
Marga López y Sonia Paulet
Escola Superior d’Agricultura de Barcelona
Jornadas de Sustratos
de la SECH
Noviembre 2002
Laboratori a’anàlisi química agrícola
Valoración
sensorial
M
U
E
S
T
R
A
Muestra
húmeda
Extracto KCl 1/5 (P/V)
Destilación directa en medio NaOH
Digestión ácida
Test de Autocalentamiento
Muestra
congelada y
etiquetada
pH
CE
Coloración
Índice de Germinación
N-NH+ 4 soluble
N-NO-3
C soluble
Humedad a 105ºC
Extracto acuoso 1/5 (P/V)
D
E
C
O
M
P
O
S
T
Color
Olor
Homogeneidad
Impurezas
Tacto
Muestra seca
al aire o
estufa 40ºC
Muestra
seca 105ºC
N- NH+ 4 total
N- NH+ 4 + N fácilmente hidrolizable
Hg total
Respirometrías
Incubaciones/mineralización
Contaminantes orgánicos
(Test de Autocalentamiento)
Calcinación 560ºC
MOT
Digestión y electrodo selectivo
N K (Norg)
Molturación Hidrólisis ácida
Calcímetro de Bernard
Muestra
seca y
etiquetada
Norg soluble
Curvas de neutralización
Índice inmovilización N
Aniones y cationes
AOV
Análisis microbiológicos
Calcinación 470ºC + disolución
de cenizas en HNO3 3N
MOR, NnH
C/N
%GE = MOR/MOT
%NnH/Norg
%MOT/CO32-
CO3 2P, K, Ca, Mg, Na
Fe, Mn
Cu, Zn, Pb, Cr, Ni, Cd
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Laboratori a’anàlisi química agrícola
DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD, MATERIA SECA Y
MOLTURACIÓN DE LA MUESTRA
Aparatos
•
•
•
•
Balanza digital de dos decimales
Estufa
Picadora
Molinillo RESTCH
Procedimiento Determinación de humedad y materia seca:
1) Se pesan con una aproximación de 0.01 g en un recipiente
previamente tarado (A), una cantidad de muestra húmeda de la cual se
espera que contenga entre 40 y 50 gramos de muestra seca (B).
2) Se seca la muestra en la estufa a 110ºC, hasta peso constante (
durante 18 horas). Cuando se retira la muestra de la estufa se deja
enfriar y se pesa (C).
3) A continuación se seca 2 horas más para comprobar la constacia del
peso
Nota: La determinación del porcentaje de humedad conviene
realizarla por triplicado.
Molturación de la muestra:
1) Después del secado de la muestra, se reunen las tres repeticiones, y
se toma una submuestra representativa para molturarla.
2) Para molturar la muestra se ha de retirar los materials no aptos
para ser triturados: piedras, metales, vidrios, etc.
Primeramente, la muestra se hace pasar por una picadora (como las
domésticas), y posteriormente por la molturadora.
Después de haber pasado la muestra por la picadora y antes de
introducirla enla molturadora, conviene volver a revisar que no
aparezcan los materiales indeseables citados, que pueden estropear la
máquina.
3) Una vez molida, la muestra se guarda en un bote de plástico,
cerrado, en un lugar lo más seco posible. Debe estar bien etiquetada:
origen muestra, fecha, persona.
Nota: Para el correcto uso del molinillo se aconseja seguir las
directrices señaladas en el apartado correspondiente a su
funcionamiento, como también las indicaciones referentes a su
limpieza.
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Cálculos
1) El contenido de humedad (H) en %, se obtiene:
H (%) =
( B − C ) · 100
( B − A)
2) El contenido de materia seca (MS) en %, se obtiene:
MS (% ) = 100 − H(% )
Sean:
A = peso del recipiente
B = A + peso muestra húmeda (en gramos)
C = A + peso muestra seca (en gramos)
H = porcentaje de humedad
MS = porcentaje de materia seca
Comentarios de El contenido en humedad de muestras de compost puede dar
los resultados información interesante para su aplicación. Contenidos bajos favorecen
el transporte, pero dificultan el manejo y la aplicación por el polvo que
se origina, a la vez que puede esconder una baja estabilidad del
compost.
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DETERMINACIÓN DE LA CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA Y DEL pH
(Extracto acuoso de la muestra. Proporción 1/5 (P/V))
Introducción
La propiedad físico-química más importante del suelo como medio
destinado al cultivo de las plantas es, quizás, el valor del pH o
actividad de los iones hidrógeno.
Cada planta tiene un pH óptimo para su desarrollo. Además, el pH
influye indirectamente sobre las propiedades físicas del suelo, sobre
la vida microbiana y sobre la disponibilidad y actividad de los otros
iones que intervenen en la nutrición vegetal.
Es lógico, pues, conocer el pH del compost ya que, al añadirlo al suelo,
podrá modificar directa o indirectamente, a corto o largo plazo, el
pH original.
También el pH puede informar del funcionamento del proceso de
compostaje.
La conductividad eléctrica de las muestras de compost puede ser
elevada según el orígen y por tanto, debe conocerse para prevenir
posibles problemas en su aplicación; además puede dar información
sobre el origen del compost.
Base teórica
El pH se define como sigue:
pH= -log [H + ] en mols L-1
El pH se determina normalmente de manera instrumental mediante
un pH-metro, aunque también se puede determinar de manera más
laboriosa mediante indicadores ácido-base.
Reactivos y
aparatos
•
•
•
•
•
•
•
Conductímetro
pH-metro
Balanza digital de 2 decimales
Solución tampón de pH=7 (pH-metro)
Solución tampón de pH=4 (pH-metro)
Solución de KCl saturada (pH-metro)
Solución de KCl 0.1 N (conductímetro)
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Procedimiento
Cálculos
Comentarios
Se prepara el extracto utilizando agua destilada y la proporción
muestra/agua de 1/5.
Se pesan 25 g de muestra húmeda y se colocan en un frasco de
agitación. Se añaden 125 mL de agua destilada, y se mezcla todo
mecánicamente durante 30 minutos aproximadamente. Al cabo de
medio hora, se centrifuga y se filtra el sobrenadante rápidamente.
A continuación se efectua la lectura del pH y la conductividad
eléctrica del filtrado con los instrumentos correspondientes.
La conductividad de los extractos está muy influenciada por la
temperatura. Por ello es imprescindible anotar la temperatura a la
que se han efectuado las lecturas. Existe un factor de corrección de
la conductividad para cada temperatura (tabla 1).
En el cas de utilizar un conductímetro que se deba calibrar se utiliza
una solución 0.01 N de KCl, que presenta una conductividad de 1.412
mmhos cm-1 a 25ºC.
CE 25ºC = CE t· ft
R 25ºC = R t
ft
En el control del proceso de compostaje es importante establecer
métodos sencillos y fáciles de aplicar en controles de rutina para
facilitar que se realicen; es por esta razón que la extracción se
realiza sobre muestra húmeda y en P/V. Determinar previamente la
humedad o la densidad retrasaria y dificultaria la obtención de los
resultados. Se estan comentando métodos para control del
compostaje; en caso de aplicarse el compost como sustrato ya se
realizarán aparte las determinaciones adecuadas de sus propiedades
físicas i físico-químicas.
También para facilitar el análisis de este tipo de muestras se puede
aprovechar el extracto obtenido para valorar su coloración
y
determinar los contenidos en N amoniacal soluble, N nítrico y el
índice de germinación.
Es importante la evolución a lo largo del proceso del contenido en NNH4 ; puede ser alto al inicio, según los materiales tratados, e
incrementar en parte de la fase termófila; pero si la mezcla inicial y
el desarrollo del proceso son correctos debe disminuir por diversas
razones y, a su vez, incrementarse el contenido en N-NO3 durante la
última fase de maduración, si se han mantenido las condiciones
aerobias. Da información de cómo se ha realizado el compostaje y de
las posibles perdidas de N.
Se determina el N-NH4 soluble para aprovechar el extracto acuoso;
se ha comprobado que aunque los resultados obtenidos a partir de un
extracto con solución de KCL 1M dan valores superiores
(corresponden al contenido total) la información sobre el proceso es
comparable.
En algunos laboratorios se determina el N-NH4 por destilación
directa, en medio básico, de la muestra húmeda; debe tenerse en
cuenta que si se usa una base fuerte como el hidróxido sódico, se
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está determinando a la vez el nitrógeno amoniacal y el Norg más
degradable, por lo que se dan valores más altos de los reales.
También, si interesa, puede utilizarse este extracto para la
determinación del contenido en aniones i cationes solubles en agua.
Tabla 1: Factores de temperatura para corregir los datos de resistencia y conductividad de
soluciones acuosas a la temperatura de 25ºC.
ºC
ft
ºC
ft
ºC
10.0
11.0
12.0
13.0
14.0
15.0
16.0
17.0
1.411
1.375
1.341
1.309
1.277
1.247
1.218
1.189
21.0
21.2
21.4
21.6
21.8
1.087
1.082
1.078
1.073
1.068
26.0
26.2
26.4
26.6
26.8
0.979
0.975
0.971
0.967
0.964
31.0
31.2
31.4
31.6
31.8
0.890
0.887
0.884
0.880
0.877
18.0
18.2
18.4
18.6
18.8
1.163
1.157
1.152
1.147
1.142
22.0
22.2
22.4
22.6
22.8
1.064
1.060
1.055
1.051
1.047
27.0
27.2
27.4
27.6
27.8
0.960
0.956
0.953
0.950
0.947
32.0
32.2
32.4
32.6
32.8
0.873
0.870
0.867
0.864
0.861
19.0
19.2
19.4
19.6
19.8
1.136
1.131
1.127
1.122
1.117
28.0
28.2
28.4
28.6
28.8
29.0
29.2
29.4
29.6
29.8
0.943
0.940
0.936
0.932
0.929
0.925
0.921
0.918
0.914
0.911
0.858
0.843
0.829
0.815
0.801
1.112
1.107
1.102
1.097
1.092
1.043
1.038
1.034
1.029
1.025
1.020
1.016
1.012
1.008
1.004
33.0
34.0
35.0
36.0
37.0
20.0
20.2
20.4
20.6
20.8
23.0
23.2
23.4
23.6
23.8
24.0
24.2
24.4
24.6
24.8
38.0
39.0
40.0
41.0
42.0
0.788
0.755
0.763
0.750
0.739
25.0
25.2
25.4
25.6
25.8
1.000
0.996
0.992
0.988
0.983
30.0
30.2
30.4
30.6
30.8
0.907
0.904
0.901
0.897
0.894
ft
ºC
ft
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DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE MATERIA ORGÁNICA TOTAL(1)
Base teórica
Consiste en una gravimetría indirecta en la que se mide la pérdida de
peso a causa de la combustión de la materia orgánica.
C X H Y OW N 2 + p O2 → x CO2 ↑ + y 2 H 2 O ↑ + z 2 N 2 ↑
Reactivos y
aparatos
Procedimiento
•
•
•
Balanza analítica digital
Manta calefactora
Mufla
Se pesan, con una aproximación de 0.1 milígramos, en un cresol de
porcelana de 25 mL, previamente calcinado durante 30 minutos y
tarado (A), alrededor de 1.5000 gramos de muestra seca y molturada
(B).
Se precalcina la muestra a temperatura baja (directamente en la mufla
si dispone de extractor de humos o en manta calefactora debajo de la
campana extractora), manteniéndola en estas condiciones hasta que
acabe de humear. Entonces los cresoles se colocan en la mufla, y se
realiza la calcinación a 560ºC un mínimo de tres horas.
Transcurrido este tiempo, se sacan los cresoles del interior de la mufla
y se dejan enfriar en un desecador, durante una hora
aproximadamente. Finalmente, se pesa el cresol que contiene las
cenizas (C).
(1): Quizás sería más correcto hablar de CONTENIDO EN SÓLIDOS VOLÁTILES TOTALES
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Laboratori a’anàlisi química agrícola
Cálculos
Sean:
A = peso del cresol de porcelana (en gramos)
B = A + peso de la muestra seca (en gramos)
C = A + peso de la muestra calcinada (en gramos)
Z = porcentaje de cenizas
MOT = porcentaje de materia orgánica total
Z (%) =
(C − A)
·100
(B − A)
MOT(%) =
( B − C )·100
( B − A)
MOT (%) =100 − Z (%)
Z (%) = 100 − MOT (%)
Comentario de
los resultados
Tiene sentido aplicar el compostaje a materiales con proporciones
elevadas de MO. El contenido final será la consecuencia del valor inicial
de MO, de su degradabilidad y de la transformación que haya sufrido
durante el tratamiento. Resulta fundamental examinar, en un compostaje,
los contenidos inicial y final de materia orgánica para tener idea de la
transformación sufrida por el material.
Es un parámetro importante en caso de aplicación al suelo ya que: 1)
incidirá, de forma global, sobre todas las propiedades del suelo (físicas,
químicas y biológicas); y 2) favorecerá, al mismo tiempo, los ciclos
geoquímicos. En caso de ser utilizado como substrato, la M.O. influirá así
mismo sobre sus propiedades físicas; indispensable conocer además su
estabilidad.
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DETERMINACIÓN DEL GRADO DE ESTABILIDAD DE LA MATERIA
ORGÁNICA
(Método de la hidrólisis sulfúrica)
Introducción
Consiste en una técnica, empleada originariamente en la
caracterización química de las turbas, que, debido a su fundamento
teórico, es perfectamente aplicable como índice de madurez de los
composts.
La determinación del grado de estabilidad (GE) de la materia orgánica
indica el porcentaje de materia orgánica resistente a la hidrólisis
(ligninas y sustancias “húmicas”) respecto la materia orgánica total.
Se debe prever que el avance del proceso de compostaje comporte un
aumento del GE, ya que aumenta relativamente la cantidad de los
productos resistentes a la hidrólisis.
El GE permite determinar paralelamente el Nitrógeno no hidrolizable
(resistente a la hidrólisis), considerado un buen índice de la calidad del
compost. El aumento a lo largo del proceso de compostaje se puede
atribuir tanto al hecho de que las sustancias “húmicas” van acumulando
N, como al hecho de que, sencillamente, aumenta el porcentaje de
estas sustancias.
Base teórica
Esta técnica consiste en dos hidrólisis sucesivas:
1) Con H2 SO4 al 72%, disuelve fundamentalmente la celulosa.
2) Con H2 SO4 diluido y en caliente, hidroliza otros polisacáridos como
la hemicelulosa, productos proteicos y otros. El residuo resistente a
estos está formado por ligninas y sustancias húmicas muy
evolucionadas.
Reactivos
•
•
•
•
Manta calefactora
Mufla
H2 SO4 al 72%, obtenido por adición de 75 mL de ácido
sulfúrico concentrado a 25 mL de agua destilada.
solución 1N de Ba(NO3 )2 o de Ba(OH)2
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Procedimiento
1) Se pesa, con aproximación de 0.1 mg, 1.5000 g de muestra seca y
molturada en un vaso de precipitados de plástico de 50 ml. Se añaden
10 ml de solución de H2 SO4 al 72%, poco a poco para evitar una
formación excesiva de espuma
2) Se agita cada cuarto de hora (aproximadamente) durante 3 horas
con una varilla de vidrio (es mejor que sea fina y corta)
3) Se traspasa cuantitativamente el contenido del vaso a un matraz
erlenmeyer esmerilado de 500 mL, con ayuda de 400 mL de agua
destilada, arrastrando la totalidad de la muestra
4) Se lleva la mezcla del matraz suavemente a ebullición a reflujo
durante 5 horas, agitando de vez en cuando para que la muestra no
quede adherida a las paredes del erlenmeyer. La ebullición a reflujo se
realiza en un baño de arena, después de poner en marcha el
refrigerante y de untar con silicona la cara interna de la boca del
erlenmeyer. Una media hora antes de llegar a las cinco horas se apaga
la placa calefactora, ya que la mezcla todavía continuará hirviendo
aproximadamente una media hora. Se deja reposar todo hasta el día
siguiente una vez se ha apagado el refrigerante al finalizar la ebullición
5) El día siguiente se ha de filtrar al vacío el contenido del matraz en
un cresol de placa filtrante de vidrio del núm.2 previamente tarado (L),
mirando de dejar el máximo de residuo en el fondo del erlenmeyer para
filtrarlo más rápido. Es preciso tener cuidado para que todo el residuo
caiga sobre el filtro y lavar el residuo sobre el mismo cresol con
pequeñas cantidades de agua destilada hasta que no se identifiquen
iones sulfato en el agua de lavado, lo que se comprueba añadiendo unas
gotas de nitrato de bario o de hidróxido de bario 1N sobre unos
mililitros de agua de lavado en el interior de un tubo de ensayo. La
formación de un precipitado blanco indica que se debe continuar con la
operación de lavado
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6) Los filtros se secan en estufa a 110ºC, de 2 a 4 horas. Se han de
dejar enfriar en un desecador y posteriormente pesarlos (N)
7) Posteriormente se pesan unos 0.3 gramos de residuo resistente a la
hidrólisis sulfúrica para determinar el nitrógeno no hidrolizable (ver
técnica correspondiente)
8) Con el resto del residuo (que en el mejor de los casos será
aproximadamente la mitad del residuo inicial) se determina la materia
orgánica. Un peso de residuo (C) se coloca en un cresol de porcelana (de
medida mediana) previamente tarado y calcinado (P) y, tal y como se
indica en la determinación de la materia orgánica total, se calcina la
parte de la muestra resistente a la hidrólisis. Una vez finalizada la
calcinación, se deja enfriar y se pesa (S)
Cálculos
Sean:
A = peso de muestra seca sometida al ataque con ácido
L = peso de la placa filtrante
N = L+E
E = peso del residuo resistente al tratamiento
P = peso del cresol de porcelana
C = peso del residuo puesto a calcinar
S = P+ D
D = peso del residuo resistente calcinado
MOT = porcentaje de materia orgánica total
GE = grado de estabilidad
GE (%) =
(C − D) E 100
· ·
· 100
C
A MOT
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Comentarios
El valor que alcanza en los productos finales del compostaje da
información muy valiosa sobre el comportamiento del compost al ser
aplicado y por tanto de los usos más adecuados.
No olvidar que el uso de compost, desde el punto de vista de
conservación del suelo, tiene como finalidad mejorar el contenido en
MO (con todas las ventajas que lleva implícitas como evitar la erosión,
incrementar la capacidad de retención de agua) y esto se consigue si la
MO que se aplica presenta una tasa de mineralización baja (es
resistente). También un compost estable, difícil de degradar, liberará
más lentamente los fitonutrientes , hecho que en el caso del N
contribuirá a reducir el peligro de contaminación de aguas.
En el caso de utilizar el compost en la formulación de sustratos es
imprescindible que el grado de estabilidad sea alto para evitar
transformacions indeseadas que afectarian en gran manera a las
características físicas.
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RESPIROMETRIAS.TASA DE MINERALIZACIÓN COMPLEMENTARIA Y GLOBAL
Introducción
Reactivos
Procedimiento
Las técnicas respirométricas se basan en medir la actividad
respiratoria de un suelo en comparación con la del mismo suelo pero
con adición de compost. La “respiración de un suelo es la de los
organismos que viven en e yi puede informar , a la vez, de la
actividad de los organismos, como de la asimilabilidad de
determinados materiales orgánicos . Este último aspecto es el que
interesa para relacionarlo con la estabilidad del compost.
La actividad respiratoria puede medirse por la producción de CO2 o
por el consumo de O2
En este método, debido a su sencillez , se utiliza la medida del
desprendimiento de CO2.
• Solución 0.5N de NaOH
• Solución 0.5N de HCl, de factor conocido
• Solución de BaCl2 al 5%
• Fenolftaleína
Determinación de la Capacidad de Campo del suelo de referencia
Puede utilizarse cualesquiera de las técnicas usuales, como la del
extractor de presión-membrana de Richards. Un método simple y
rápido es el de Shaw (Jenkinson i Powlson, 1976), que pese a no ser
demasiado exacto, lo es lo suficiente para emplear los resultados en las
técnicas de incubación. La metodología es la siguiente: en un tubo de
percolación con lana de vidrio en el fondo se introducen 50 g de suelo,
secado al aire y tamizado a 2 mm, y se añaden 50 mL de agua. Se
mantiene así durante media hora, con el grifo cerrado. Al acabar dicho
período se abre el grifo y se mide el volumen de agua que drena 30
minutos. La Capacidad de Campo, expresada en gramos de agua por 100
g de suelo seco, viene dada por la siguiente ecuación:
C.C =
V agua añadida− V agua drenada + (50g.sueloXhumedad residual)
50g.suelo sec o al aire · (1− humedad residual)
donde la humedad residual se refiere a la cantidad de agua que retiene
el suelo secado al aire, expresada en tanto por uno.
Preparación de las mezclas e incubación
Se mezcla con 50 g de suelo de referencia, dispuestos en un vaso de
plástico, la cantidad de abono orgánico que aporte una cantidad de
carbono igual al 15 o al 20% (preferiblemente el 20%) del carbono
oxidable del suelo. Se mezcla íntimamente y se añade la cantidad de
agua necesaria para llevarlo al 75% de su capacidad de campo (Nota 1).
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Se instala el vaso con la mezcla dentro de un recipiente con tapa
hermética de unos 3L de capacidad. Se añade un recipiente con agua y
otro que contenga 50mL de NaOH 0,5N (Nota 2). Se tapa el recipiente
inmediatamente. La operación se realiza por triplicado para cada abono
problema.
Nota 1.- La técnica original emplea suelo pre-incubado en
lugar de suelo seco para hacer la mezcla. El suelo preincubado se obtiene manteniendo durante un mínimo
de 15 días el suelo a 27ºC, al 75% de su capacidad de
campo, intentando evitar fluctuaciones de la
humectación. De esta manera, el suelo llega a la fase
de mineralización lenta y la posibilidad de que la
mineralización propia del suelo enmascare la
mineralización del abono incorporado desaparece.
Nota 2.- La manipulación de la solución 0,5N de NaOH se
debe realizar lo más rápidamente posible para evitar
la carbonatación.
También hay que incubar tres repeticiones de la tierra de referencia sola.
Paralelamente, se han de realizar tres pruebas en blanco cerrando en los
recipientes herméticos solamente los vasos con 50 mL de NaOH 0.5N y los
recipientes de agua. El conjunto se mantiene a 28ºC durante siete días.
Valoración del CO2 desprendido
La valoración de las soluciones resultantes en cada vaso se hace por
duplicado añadiendo HCl 0.05N de factor conocido en alícuotas de 5
mL de la solución de NaOH, después de añadir 5 mL de la solución de
BaCl2 al 5%, para precipitar los carbonatos presentes, y tres gotas de
fenolftaleína. La decoloración del indicador señala el punto final.
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Cálculos
Cálculo del C desprendido (por la cantidad de suelo de referencia o de
suelo más compost puestos a incubar).
mgC desprendid o = (B − A) · 3 · f
donde:
A = volumen de HCl 0.05 N gastado en la valoración del recipiente con
muestra
B = volumen de HCl 0.05 N gastado en la valoración del recipiente que
sólo contiene NaOH
f = factor de normalización del HCl 0.05N
Cálculo de la TMC:
TMC =
(suelo + compost ) − C desprendido (suelo) · 100
C aportado por el compost
Cálculo de la TMG:
TMG =
Comentarios
Cdesprendido (suelo + compost )
Cpresente (suelo + compost )
Este tipo de determinaciones , aunque dan información útil para
conocer la estabilidad de las muestras y predecir su comportamiento
son de larga duración. Además presentan el problema de no dar
resultados comparativos cuando se varia el suelo de referencia. Se han
realizado pruebas con bastante éxito, sustituyendo el suelo por arena
de una determinada granulometria y realizando la determinación en 7
días.
También los resultados pueden expresarse de distintas maneras para
facilitar comparaciones (mg de C-CO2 desprendidos por 100g de
muestra o por g de MO, g de MOR o por g de N.
El mismo tipo de mezclas, con suelo o con arena, pueden usarse para
estudios de mineralización del Norg , pero en este caso se debe prepara
mayor cantidad de mezcla para poder realizar las determinaciones
necesarias, a lo largo de la incubación.
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Laboratori a’anàlisi química agrícola
DETERMINACIÓN DE LOS PORCENTAJES DE NITRÓGENO ORGÁNICO Y DE
NITRÓGENO ORGÁNICO NO HIDROLIZABLE
Reactivos y
aparatos
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Bloque digestor Kjeldahl
Electrodo selectivo de amoníaco
Catalitzador: mezclar 20 gramos de CuSO4 más 1 gramo de Se,
más 100 gramos de K2 SO4 , hasta conseguir una mezcla
homogenea.
Acido sulfúrico concentrado
Solución de NaOH al 40%
Solución de cloruro amónico 0.1 M
Solución madre de 1.000 mg L-1 de N (D0 ): se prepara pesando
3.8214 gramos de cloruro amónico seco (secado a 110º durante
una hora), y disolviédolos en 1 litro de agua destilada.
Soluciones patrones intermedias:
(D1 ): Solución intermedia de 50 mg L-1
10 ml de D0 diluidos hasta 200 ml
(D2 ): Solución intermedia de 500 mg L-1
25 ml de D0 diluidos hasta 50 ml
Soluciones patrones:
2 mg L-1 : 2 ml de D1 diluidos a 50 ml (tubos Nessler)
5 mg L-1 : 2 ml de D1 diluidos a 50 ml (tubos Nessler)
10 mg L-1 : 10 ml de D1 diluidos a 50 ml (tubos Nessler)
20 mg L-1 : 20 ml de D1 diluidos a 50 ml (tubos Nessler)
50 mg L-1 : 5 ml de D1 diluidos a 50 ml (tubos Nessler)
100 mg L-1 : 10 ml de D1 diluidos a 50 ml (tubos Nessler)
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Procedimiento 1)Digestión (método Kjeldahl) de la muestra seca o de la muestra
resistente a la hidrolisis en la determinación del grado de estabilidad
Para la determinación del Nitrogen orgánico total, se pesan, con una
precisión de 0.1 mg, entre 0.3500 i 0.5000 g de muestra seca y
molturada (P), según la riqueza esperada (si el porcentaje se supone
inferior al 1% se debe aumentar la cantidad de muestra hasta 1 g). Para
el nitrógeno no hidrolizable se pesa, con una precisión de 0.1 mg, 0.3000
g de residuo seco resistente a la hidrólisis en la determinación del grado
de estabilidad (Q).
Se hace un pequeño paquete con un poco de papel de filtro (o con papel
de fumar sin la parte engomada), que contenga la muestra y 1.5 g de
catalizador. Se introduce el paquete en un matraz Kjeldahl de 100 mL y
se añaden 7 mL de H2 SO4 concentrado, revolviendo el tubo hasta que se
moje toda la muestra (circunstancia que se da por hecha cuando el papel
de filtro comienza a ser destruido por el ácido). Se hace una prueba en
blanco (el paquete sólo contiene el catalizador), en las mismas
condiciones.
Se ponen a digerir los tubos de Kjeldahl (normalmente se trabaja con
tandas de 12 unidades, una de las cuales puede ser en blanco) en el
digestor, durante 1 hora, a la temperatura de 400ºC. También se
enciende la campana extractora (que retira los vapores) y el grifo del
interior de la misma vitrina, que tiene una trompa de vacío conectada a la
tapa del digestor.
La muestra se digiere hasta que la solución sea transparente, con una
cierta tonalidad azulada (alrededor de una hora, a partir del momento en
que la temperatura llega a los 400ºC), momento en el que se da por
acabado el ataque. Se sacan los tubos Kjeldahl del bloque del digestor y
se dejan enfriar, manteniendo el extractor y el vacío encendidos un rato
más, hasta que deje de humear.
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Cuando los tubos han recuperado la temperatura ambiente se añaden con
precaución (¡atención!, hay ácido sufúrico concentrado) unos mililitros de
agua destilada (de 15 mL a 20 mL). Se deja enfriar de nuevo y se
traspasa cuantitativamente todo el líquido contenido en el matraz de
Kjeldahl (filtrándolo, si es necesario) a un matraz aforado de 100 mL; se
hacen los lavados oportunos, que se recogen con el digerido y, finalmente,
se enrasa el matraz con agua destilada (B).
2) Determinación del nitrógeno con el electrodo selectivo de amoníaco
2.1- Funcionamiento y puesta en marcha del electrodo
En el electrodo, la solución de lectura (solución problema) está separada
de la solución interna por una membrana de plástico permeable al gas
amoníac (NH3 ). El ión amonio se transforma en NH3 por la adición de una
solución de NaOH concentrado.
De media hora a una hora antes de comenzar a leer, se debe conectar el
electrodo al potenciómetro(seleccionando la lectura en mV), conectar el
potenciómetro a la corriente y dejarlo en contacto con una solución que
contenga un patrón de 10 ppm y la solución de NaOH al 40 %, para
equilibrar la membrana.
Siempre que no se esté utilizando deberá estar sumergido en la solución
0.1M de NH4 Cl. Durante la determinación, entre muestra y muestra, no
es necesario poner el electrodo en contacto con la solución 0.1M de
NH4 Cl.
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Procedimiento 2.2-Preparación de la solución de lectura de las muestras
Con una pipeta se traspasan 10 mL de la muestra digerida (C) a un tubo
de Nessler de 50 mL, que se enrasará con agua destilada (D) y
preferiblemente desionizada. Esto es la llamada solución de lectura.
La concentración de sales que resultará en el momento de lectura no
puede ser superior a 1M. Esta concentración de sales se calcula como
sigue:
a = volumen de H2 SO4 concentrado ( 18M ) en la digestión de la muestra
(7 mL)
b = volumen de digerido una vez enrasado (100 mL)
c = volumen de digerido utilizado para preparar la solución de lectura (10
mL)
d = volumen de solución del 40 % de NaOH (10M) que se añade en el
momento de la determinación (2.6 mL)
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 a · 18 c   e · 10 
Concentración salina = 
· + 
d   d 
 b
2.3-Preparación de la solución de lectura de los patrones
La recta patrón ideal se constituye con los patrones de 2, 5, 10, 20, 50 y
100 mg L-1 de nitrógeno.
Importante: Cuando se preparan las soluciones de lectura de los
patrones, hay que recordar que después de añadir los mililitros
correspondients de los respectivos patrones, y antes de enrasarlas, se ha
de añadir 10 ml de digerido de la prueba en blanco. Finalmente se enrasa
todo.
Se pueden hacer servir patrones más bajos (0.5 mg L-1 y 1 mg L-1 ) si las
muestras lo requieren, pero en este caso se deberá utilizar agua
desionizada para hacer las diluciones de las muestras y patrones.
2.4- Lecturas
Se coloca toda la solución de lectura en un vaso de precipitados de
plástico de 50 mL, limpio y seco y, seguidamente, se introduce el
electrodo y se homogeniza el líquido con el agitador magnético. Entonces
se añaden 2.6 mL de la solución 10M de NaOH (al 40%) tomando la
lectura que aparece en la pantalla al cabo de 1 ó 2 minutos (en función del
tiempo que tarda en estabilizarse) después de haber añadido la base.
Los patrones y las muestras han de estar a la misma temperatura (una
diferencia de 1ºC implica un 2 % de error).
Para cada serie de 15 a 20 lecturas de muestras se ha de hacer una
nueva tanda de patrones, que se leen al comienzo de las series de
muestras.
Entre la determinación de una muestra y la de la siguiente, hay que
limpiar el electrodo con agua destilada y secarlo sin tocar la membrana.
Hay que tener mucho cuidado con el manejo del electrodo, ya que la
membrana es muy sensible al rozamiento y a las turbulencias.
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Cálculos
Este electrodo es, de hecho, un electrodo de pH y, por tanto, las
lecturas son logarítmicas. El pendiente de la recta patrón ha de ser
normalmente de 57 ± 3.
Sean:
Z = mg L-1 N de la solución de lectura de la muestra, calculados a partir
de la recta constituida por los patrons
(ppm N = mg N L-1 )
D = volumen de solución de lectura (50 mL normalment)
C = volumen de digerido total (100 mL)
P = peso muestra seca digerida (g)
N = porcentaje de nitrógeno total
N (%) = Z ·
1 litre sol
1gN
D B
· · ·
· 100
1.000 mL sol C P 1 .000 mgN
N (% ) =
z ⋅ 0.05
P
Q = peso muestra resistente al GD digerida (g)
E = peso muestra resistente al GD total (g)
A = peso muestra seca sometida al GD (g)
Nnh = porcentaje de nitrógeno no hidrolizable.
Nnh (%) =
(z · 0.05 ) ·
Q
E
A
Nota: Se denomina nitrógeno no hidrolizable aquel que forma parte
de la fracción orgánica resistente al doble proceso de hidrólisis de la
determinación del grado de estabilidad.
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Comentarios
Existe la posibilidad de determinarel Nitrógeno Kjeldhal sobre muestra
húmeda o seca, con lo que la información que facilita es distinta.
Determinado sobre muestra húmeda indica, a la vez, el contenido en
nitrógeno en forma orgánica y amoniacal; determinado sobre muestra
seca informa mayoritariamente sobre el contenido en nitrógeno orgánico.
Es un parámetro que se valora mucho al aplicar el compost en agricultura,
desde diferentes puntos de vista: el económico, el energético y el
ecológico. Es discutible si es un parámetro al que se le deba exigir un
contenido mínimo ya que depende del tipo de materiales que se
composten; pero si se están compostando materiales ricos en nitrógeno
deberá controlarse a lo largo del proceso porque su pérdida indica un
mal manejo del compostaje.
El contenido en nitrógeno orgánico no hidrolizable se puede considerar un
buen índice de la calidad del compost y además aporta información
importante de cara a su aplicación. En un buen proceso de compostaje,
sus niveles deben incrementarse. Puede expresarse como porcentaje del
nitrógeno orgánico total (NnH/Norg ).
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DETERMINACIÓN DE LA ESTABILIDAD DEL COMPOST MEDIANTE EL
TEST DE AUTOCALENTAMIENTO
Base teórica
El Test de Autocalentamiento mide el calor desprendido durante la
respiración microbiana asociada a un compost poco estable colocado
dentro de un vaso Dewar.
La generación de energía con la consecuente subida de temperatura
depende del contenido de MO que tenga la muestra y también de la
cantidad de muestra, así como de sus características físicas.
La estabilidad se determinará segun una clasificación en 5 niveles de
estabilidad en función de la temperatura máxima alcanzada.
Reactivos y
aparatos
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Procedimiento
1.
Vaso Dewar
Sonda de temperatura continua CRISON Pt-100-penetración
Termómetro CRISON 368 Pt
Balanza precisión
Tela de malla pequeña
Gomas elásticas
Vasos de plástico de 1.5 L
Tamices
Bandejas de aluminio
Cribado de la mestra, primero por una malla de 2’5cmx2’5cm.,si
el material contiene muchos impropios. Sinó, se pasará por el de
1cm x 1cm.
2. Separación en una bandeja de aluminio de unos 100g aprox de
muestra i se desecan durante 24h en la estufa a 105º Cpara
obtener el % de humedad.
3. En función de la humedad obtenida, se calcula el volumen de
agua a añadir a la muestra para llegar a obtener la humedad
considerada óptima.
4. Separación de la cantidad de muestra a tratar en cada vaso
Dewar.
5. Mezcla homogénea de la muestra con el volumen de agua
predeterminado. (Debe controlarse las características de la
mezcla al ir añadiendo el agua porque no siempre es conveniente
añadir todo el volumen; depende de la granulometria y de la
capacidad de retención de agua)
6. Introducción de la muestra en el vaso Dewar.
7. Tapar el vaso con una malla.
8. Introducción de la sonda.
9. Toma de temperaturas del vaso y de la temperatura ambiente,
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60
ºC
50
CLASE I
40
CLASE II
30
CLASE III
20
CLASE IV
10
horas
0
0
25
50
75
100
CLASE V
125
150
en intervalos, durante un periodo de 5-7 dias.
10. Obtención de la curva de evolución de la temperatura neta (T
absoluta – T ambiente).
11. Clasificación de la muestra en función del máximo de
temperatura neta alcanzado.
Temperatura neta
Representación
Clase I: inestable
y Clase II y III: activo
clasificación
Clases IV y V: estable
Comentario de los El test de autocalentamiento puede servir para diferenciar muestras según
estabilidad, pero presenta el inconveniente de estar muy influenciado por otras
resultados
características de la muestra, por su historia y por las condiciones de trabajo.
Para poder utiloizar el test de autocalentamiento para valorar y comparar el
compost producido en distintas plantas de compostaje se deben establecer
muy bien las condiciones de trabajo y las pautas de interpretación de los
resultados.
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DETERMINACIÓN DE CARBONATOS TOTALES POR EL MÉTODO DEL
CALCÍMETRO DE BERNARD
Base teórica
Consiste en la determinación de los carbonatos midiendo el volumen de
CO2 desprendido en la siguiente reacción:
CaCO3 + 2 HCl → CO2 ↑ + CaCl2 + H 2 O
Al tratar la muestra seca y molturada con el ácido clorhídrico, éste
reacciona con los carbonatos presentes en ella y desprende dióxido de
carbono. El volumen de CO2
desprendido se compara con el liberado por un patrón de CaCO3 , en las
mismas condiciones . Esta reacción se realiza en un dispositivo cerrado
(calcímetro), a presión y temperatura constante.
Reactivos y
aparatos
Procedimiento
•
•
•
•
•
•
•
Balanza analítica digital
Erlenmeyers de 250 ml
Calcímetro de Bernard
Botecitos de vidrio (10 ml)
Pipeta automática
HCl concentración 1:3
CaCO3
Se pesan, con una aproximación de 0.0001 milígramos, en un erlenmeyer
de 250 mL, alrededor de 0.2 gramos de carbonato de calcio.
El procedimiento con las muestras es equivalente pero con una cantidad
de muestra superior: 0.4 gramos.
A continuación se añaden 4 ml de HCl en un botecito de vidrio y se
deposita en el interior del erlenmeyer, de manera que el ácido y el
carbonato de calcio o la muestra no esten en contacto.
Una vez nivelado el calcímetro a cero, se ajusta su tapón a la boca del
erlenmeyer. Una vez colocado se invierte el erlenmeyer de forma que
entra en contacto el HCl con la muestra (o con el CaCO3 si realizamos el
patrón). Obtendremos la lectura con el volumen de CO2 desprendido.
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Cálculos
Sean:
L = lectura con la muestra (en cm3 )
L´ = lectura con el CaCO3 (en cm3 )
P = peso de la muestra (en gramos)
P´´= pes de CO3 2- (en gramos)
% CO23 − totales =
Comentario de
los resultados
L cm 3 CO 2
L' cm 3 CO2
muestra
blanco
×
p" g CO 23 −
× 100
p g muestra
Partiendo del hecho de que a medida que avanza el compostaje aumentan los
carbonatos y disminuye la materia orgánica, se ha visto que esta relación
nos puede dar una información de la calidad del proceso de compostaje
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