Exemple de protocole

A titre d'exemple, ce chapitre présente le protocole POXC (mesure du carbone actif). Dans la version premium il y a aussi des illustrations une vidéo et les liens sont actifs.

Résumé

Un échantillon de sol est mis au contact d'un réactif oxydant. La quantité de réactif transformé par la réaction est dosée par une méthode colorimétrique. La mesure peut se faire à proximité du champ.

Question posée

Quelle est la quantité de carbone actif (matière organique rapidement minéralisable) présente dans l'échantillon étudié ?

Mon sol est il bien pourvu en matière organique facilement minéralisable par les micro-organismes ?

L'activité biologique de mon sol pourra-t-elle fournir des éléments nutritifs aux plantes à partir du stock de matière organique présent.

Sources

Ce protocole est celui proposé par Steve Culman (2012a) et par Biofunctool® Thoumazeau (2019). Ce protocole est adapté de celui de Weil (2003) destiné à mesurer des sols à faible teneur en carbone actif.

Attention: ce test ne serait pas bien adapté aux sols des terres sèches semi-arides (Romero 2018)

Principes

Le carbone de la matière organique est oxydé par une solution de permanganate de potassium (KMnO4). Les matières organiques oxydées de cette façon sont les matières facilement minéralisables par l’activité biochimique du sol (carbone actif) celles dont le turn over est relativement rapide (de quelques mois à quelques années). La solution a une coloration violette, dont l’intensité dépend de la teneur en carbone. Plus la solution est claire et plus l’échantillon contient du carbone actif.

Le test colorimétrique peut se pratiquer à la fois au laboratoire et sur le terrain (disposer à minima d'une table de jardin ..).

Conditions de mise en oeuvre

MISE EN GARDE: le réactif utilisé, bien que dilué, est un oxydant puissant et tache les matières organiques (peau, yeux, tissus ...). Veuillez le manipuler avec beaucoup de précaution, portez gants et lunettes.

La mesure s'effectue avec un échantillon de terre sèche de 2,5 g tamisée à 2 mm.

S'assurer d'avoir suffisamment de solution de permanganate de potassium. Agitez le flacon pour homogénéiser la solution.

Avant de réaliser le protocole, préparer le matériel nécessaire (cf. la liste ci dessous), dont un bécher avec au moins 20ml d'eau distillée pour chaque mesure à réaliser et la pissette remplie d'eau distillée.

Disposer d'une montre ou d'un chronomètre.

Lorsque la mesure est réalisée avec un spectrophotomètre:

  • Connaitre la courbe standard d'absorbance de la solution employée.

  • Utiliser le tableur (cf lien) qui permet de réaliser les calculs de la teneur en carbone organique actif.

Matériels et fournitures

  • mini balance de précision 0,01g

  • tamis avec mailles de 2 mm

  • rack avec 5 cuvettes de spectrophotomètre et la charte colorée POXC

  • rack avec 4 piluliers 30 ml et 4 tubes à centrifuger 50 ml pour le test POXC

  • flacon de 60 ml KMnO4

  • bécher de 100 ml

  • seringues de 1 et 20 ml

  • pipettes pasteur 3ml

  • flacon de 500ml d'eau déminéralisée

  • pissette de 250 ml remplie d'eau déminéralisée

  • gants nitrile

  • lunettes de protection

  • spectrophotomètre de paillasse ou portatif (voir les modèles DIY du Pecnot'Lab).

Réalisation de la mesure

  • Prélever un échantillon de sol selon le protocole (réaliser un prélèvement)

  • Séchez modérément l'échantillon. Idéalement il faut sécher l'échantillon 24 h à l'air, à défaut pendant 15 minutes au soleil (Weil 2003) ou sécher modérément (25°C) au sèche cheveux (Thoumazeau 2019).

  • Tamiser au tamis de 2 mm.

  • Peser avec la balance de poche 2,5 g de sol sec tamisé.

  • Placer la terre dans le pilulier (IMAGE)

  • Prélever 18 ml d'eau déminéralisée avec la seringue de 20 ml, laisser la seringue à disposition dans le bécher.

  • Avec la pipette pasteur prélever 2ml de solution de KMnO4

  • Placer les 2ml dans le pilulier contenant la terre

  • Sans tarder (dans les 10 secondes) placer les 18 ml d'eau dans le pilulier.

  • Replacer le bouchon du pilulier et agiter le pilulier d'un mouvement régulier d'une cadence d'un coup par seconde pendant 2 minutes (on peut aussi utiliser l'agitateur automatique).

  • Replacer le pilulier dans le rack et attendre 10 minutes sans le bouger.

  • Profiter éventuellement pour préparer un autre échantillon.

  • Après 10 minutes prélever 0,5 ml de surnageant (partie supérieure du liquide dans le pilulier) avec la seringue de 1 ml. Veillez à ne pas remuer le pilulier ni à toucher son fond avec la seringue.

  • Transférer les 0,5 ml dans un tube à centrifuger de 50 ml.

  • Ajouter avec la pissette de l'eau déminéralisée dans le tube et compléter le niveau à 50 ml (dernière graduation avant le bouchon).

  • Secouer doucement le tube pour homogénéiser la solution.

  • Avec une pipette pasteur propre de 3 ml remplir une cuvette de spectrophotomètre jusqu'à 5 mm du bord environ.

  • Comparez la coloration avec la charte colorée ou réalisez la lecture au spectrophotomètre pour une mesure précise.

Exploitation des données

Traitement des données

Estimation visuelle

L'estimation visuelle avec la charte colorée est très imprécise elle fourni une estimation indicative. Seule la mesure au spectrophotomètre apporte une information de qualité.

Mesures au spectrophotomètre

Mesurer l'absorbance de chaque échantillon au spectrophotomètre à 550 nm.

POXC=([KMnO4](α+βAbs)).Cox.(VolKMnO4/Msoil)POXC=([KMnO4]−(α+β∗Abs)).Cox.(VolKMnO4/Msoil)

POXC (mg.kg-1 de sol): carbone actif du sol

KMnO4 (mol.L-1): concentration de la solution initiale de KMnO4 (0.02)

...

Utiliser le tableur pour faciliter l'expression des résultats: feuille calculs POXC.xlsx

Références

  • Steve Culman, Mark Freeman, Sieglinde Snapp (2012a) Procedure for the Determination of Permanganate Oxidizable Carbon - Kellogg Biological Station, Michigan State University, Hickory Corners, MI, 49060

  • Culman, S.W., Snapp, S.S., Freeman, M.A., Schipanski, M.E., Beniston, J., Lal, R., Drinkwater, L.E., Franzluebbers, A.J., Glover, J.D., Grandy, A.S., Lee, J., Six, J., Maul, J.E., Mirksy, S.B., Spargo, J.T., Wander, M.M., (2012b). Permanganate Oxidizable Carbon Reflects a Processed Soil Fraction that is Sensitive to Management. Soil Science Society of America Journal 76, 494–504.

  • Alexis Thoumazeau, Cécile Bessou, Marie-Sophie Renevier, Jean Trap, Raphaël Marichal, Louis Mareschal, Thibaud Decaëns, Nicolas Bottinelli, Benoît Jaillard, Tiphaine Chevallier, Nopmanee Suvannang, Kannika Sajjaphan, Philippe Thaler, Frédéric Gay, Alain Brauman (2019) - Biofunctool®: a new framework to assess the impact of land management on soil quality. Part A: concept and validation of the set of indicators. Ecological Indicators 97 (2019) 100–110

  • Weil, R.R., Islam, I.R., Stine, M.A., Gruver, J.B., Samson-liebig, S.E., 2003. Estimating active carbon for soil quality assessment: a simplified method for laboratory and field use. American Journal of Alternative Agriculture 3–17.

  • Carlos M. Romero, Richard E. Engel, Juliana D’Andrilli, Chengci Chen, Catherine Zabinski, Perry R. Miller, Roseann Wallander (2018). Patterns of change in permanganate oxidizable soil organic matter from semiarid drylands reflected by absorbance spectroscopy and Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry- Organic Geochemistry 120 (2018) 19–30

  • Giulia Bongiornoa, Else K. Bünemann, Chidinm U. Oguejiofor, Jennifer Meier, Gerrit Gort, Rob Comans, Paul Mäder, Lijbert Brussaard, Ron de Goede (avril 2019) Sensitivity of labile carbon fractions to tillage and organic matter management and their potential as comprehensive soil quality indicators across pedoclimatic conditions in Europe - Ecological Indicators 99 (2019) 38-50