Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.Nghiên cứu sự tích lũy và đặc tính của KaliPhytolith trong một số loài thực vật giàu Silic.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Quỳnh Anh NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH LŨY VÀ ĐẶC TÍNH CỦA KALI-PHYTOLITH TRONG MỘT SỐ LOÀI THỰC VẬT GIÀU SILIC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội – 2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Quỳnh Anh NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH LŨY VÀ ĐẶC TÍNH CỦA KALI-PHYTOLITH TRONG MỘT SỐ LỒI THỰC VẬT GIÀU SILIC Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 9440301.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Ngọc Minh TS Nguyễn Ngọc Tùng Hà Nội – 2022 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết trình bày luận án trung thực chưa công bố trước Các kết luận án cơng bố tạp chí khoa học chuyên ngành thuộc hệ thống ISI/Scopus tạp chí khoa học uy tín nước phù hợp với quy định hành Tôi xin cam đoan luận án tiến hành nghiên cứu cách nghiêm túc kết nghiên cứu nhà nghiên cứu trước tiếp thu cách chân thực, cẩn trọng, có trích nguồn dẫn cụ thể luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án Nguyễn Thị Quỳnh Anh i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, xin chân thành gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Nguyễn Ngọc Minh TS Nguyễn Ngọc Tùng hai thầy hướng dẫn khoa học tận tình bảo cho nhiều kiến thức vô quý báu Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn tới thầy cô Bộ môn Tài nguyên Môi trường đất, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi thời gian học tập, nghiên cứu hồn thành luận án Đặc biệt, tơi xin cảm ơn lãnh đạo Nhà trường, lãnh đạo Khoa đồng nghiệp Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên Khoa Môi trường, Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội tạo điều kiện tốt để tơi tham gia chương trình nghiên cứu sinh Tơi xin gửi lời cảm ơn đến Viện Paul Scherrer, Villigen, Thụy Sĩ hỗ trợ tiến hành liệu chụp cắt lớp hiển vi phục vụ cho số kết luận án Đồng thời, xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Leibniz Hannover - CHLB Đức, Viện Địa lý - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Trường Đại học Khoa học Công nghệ Hà Nội (USTH), Viện Công nghệ Kyushu - Nhật Bản hỗ trợ tơi q trình phân tích thực luận án Cảm ơn gia đình bè bạn động viên khích lệ tạo điều kiện động lực để tơi hồn thành luận án Luận án nhận tài trợ từ quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia Việt Nam (NAFOSTED) theo đề tài mã số: 105.08-2018.300 Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án Nguyễn Thị Quỳnh Anh ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii BẢNG CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU PHYTOLITH 1.1.1 Khái niệm phytolith danh pháp 1.1.2 Lịch sử nghiên cứu phytolith 12 1.2 PHYTOLITH TRONG HỆ ĐẤT – CÂY 13 1.2.1 Silic môi trường đất .13 1.2.2 Quá trình hút thu silic hình thành phytolith thực vật 14 1.2.3 Vai trò phytolith thực vật 17 1.2.4 Vịng tuần hồn phytolith tự nhiên .18 1.2.5 Hòa tan phá hủy phytolith 20 1.3 MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA PHYTOLITH 21 1.3.1 Đặc điểm cấu trúc hình thái phytolith .21 1.3.2 Phân bố phytolith thực vật 21 1.4 CHẤT HỮU CƠ VÀ CÁC KHOÁNG CHẤT TRONG PHYTOLITH 22 1.4.1 Cơ chế cô lập chất hữu .23 1.4.2 Cơ chế cô lập kali nguyên tố vô khác .27 1.5 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TRONG PHÂN TÍCH PHYTOLITH 31 1.5.1 Kỹ thuật phân tách phytolith từ sinh khối 31 1.5.2 Kỹ thuật phân tích đặc tính phytolith 33 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG .35 2.1 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 36 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 36 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 38 2.1.3 Nội dung nghiên cứu .39 2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 2.2.1 Phân tích hình thái cấu trúc phytolith thực vật .41 2.2.2 Phân tích thành phần, đặc tính hóa học (tro) phytolith 42 2.2.2.1 Phân tích thành phần hóa học (tro) phytolith 42 2.2.2.2 Đặc tính hòa tan/phân hủy (tro) phytolith 43 2.2.2.3 Các yếu tố tác động đến hòa tan (tro) phytolith 44 2.2.3 Đặc tính hòa tan Kali-phytolith yếu tố ảnh hưởng 45 2.2.4 Nghiên cứu chế tạo vật liệu kali chậm tan (Sichar) 46 2.2.4.1 Các dạng kali Sichar 46 iii 2.2.4.2 Động học giải phóng kali từ Sichar 46 2.2.5 Tiềm ứng dụng vật liệu kali nhả chậm 47 2.2.6 Phân tích thống kê 47 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 48 3.1 PHYTOLITH TRONG MỘT SỐ LOÀI THỰC VẬT GIÀU SILIC .48 3.1.1 Sự hình thành tích lũy phytolith 48 3.1.2 Đặc điểm hình thái cấu trúc phytolith 50 3.1.2.1 Đặc điểm hình thái cấu trúc phytolith lúa 50 3.1.2.2 Đặc điểm hình thái cấu trúc phytolith guột .51 3.1.2.3 Đặc điểm hình thái cấu trúc phytolith dương xỉ .52 3.2 THÀNH PHẦN VÀ ĐẶC TÍNH (TRO) PHYTOLITH 54 3.2.1 Thành phần hóa học (tro) phytolith 54 3.2.2 Động học q trình hịa tan (tro) phytolith 57 3.2.3 Ảnh hưởng CO2 nhiệt độ môi trường 59 3.2.3.1 Ảnh hưởng CO2 59 3.2.3.2 Ảnh hưởng đồng thời nhiệt độ CO2 61 3.3 K-PHYTOLITH TRONG (TRO) PHYTOLITH 66 3.3.1 Các dạng kali (tro) phytolith 66 3.3.2 Động học giải phóng K-phytolith 68 3.3.3 Ảnh hưởng CO2 đến trình giải phóng K-phytolith 71 3.4 K-PHYTOLITH TRONG SICHAR 75 3.4.1 Các dạng kali Sichar .77 3.4.2 Động học giải phóng K-Sichar 79 3.4.3 Vai trị tính chất bề mặt Sichar .81 3.5 TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG CỦA K-PHYTOLITH 83 3.5.1 Tiềm sản xuất vật liệu kali nhả chậm 83 3.5.2 Tiềm giải pháp quản lý kali đồng ruộng 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 DANH MỤC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC 1: Các nghiên cứu chọn lọc phytolith từ năm 1835 đến 1986 .101 PHỤ LỤC 2: So sánh phương pháp chiết xuất phytolith từ thực vật 104 PHỤ LỤC 3: Quy trình phân tích đặc tính lý hóa học 105 PHỤ LỤC 4: Thông tin địa điểm thu thập mẫu .107 PHỤ LỤC 5: Hàm lượng silic kali sinh khối khô 109 PHỤ LỤC 6: Động học hịa tan phytolith giải phóng silic .110 PHỤ LỤC 7: Si, K giải phóng từ phytolith nguồn gốc rơm rạ 114 PHỤ LỤC 8: Ảnh hưởng sục CO2 lên pH ζ .115 PHỤ LỤC 9: Tính chất hịa tan phytolith .120 PHỤ LỤC 10: Tính chất hòa tan phytolith với CO2 nhiệt độ 122 PHỤ LỤC 11: Nồng độ kali thu từ chất chiết khác .124 PHỤ LỤC 12: Sự giải phóng kali từ Sichar 125 PHỤ LỤC 13: Giải phóng kali từ Sichar liên quan đến diện tích .126 PHỤ LỤC 14: K, Ca, Mg, P giải phóng từ phytolith nguồn gốc rơm rạ .127 iv BẢNG CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu viết tắt Chữ viết đầy đủ / tiếng việt AAS Atomic Absorbtion Spectrometric / Quang phổ hấp thụ nguyên tử C-Phytolith C cấu trúc phytolith EC Electricity conductivity / Độ dẫn điện Energy-Dispersive Spectroscopy / Quang phổ tán xạ lượng tia X Fourier-transform infrared spectroscopy / Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry / Quang phổ nguồn plasma cảm ứng cao tần kết nối khối phổ EDS FTIR ICP - MS K-Phytolith Kali cấu trúc phytolith K-Sichar Kali than sinh học giàu Si OC Organic carbon / Cacbon hữu PCA Particle components analysis / Phân tích thành phần PCD Particle charge detector / Máy đo điện tích hạt SD Standard deviation / Độ lệch chuẩn µCT X-ray microtomography / Chụp cắt lớp siêu hiển vi tia X SEM Scanning Electron Microscope / Kính hiển vi điện tử quét UV-VIS XPS XRD Ultraviolet-Visible Spectroscopy / Quang phổ tử ngoại – khả kiến X-ray Photoelectron Spectroscopy / Quang phổ quang điện tử tia X X-ray Diffraction Spectroscopy / Quang phổ nhiễu xạ tia X v DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Các kiểu hình thái phytolith định danh, mơ tả Bảng 1.2: Mơ tả quy trình phân tách phytolith từ sinh khối thực vật .32 Bảng 3.1: Thành phần hóa học (tro) phytolith 54 Bảng 3.2: Diện tích bề mặt thành phần hóa học phytolith 55 Bảng 3.3: Các dạng kali tro phytolith loài .68 Bảng 3.4: Hệ số tương quan Pearson silic hòa tan chất dinh dưỡng .85 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Minh họa các kiểu hình thái phytolith .10 Hình 1.2: Minh họa phận quan trọng phytolith .11 Hình 1.3: Các giai đoạn nghiên cứu phytolith từ năm 1835 – 13 Hình 1.4: Các dạng silic đất 14 Hình 1.5: Quá trình hấp thu silic từ đất vận chuyển silic 16 Hình 1.6: Một số vai trò phytolith với đời sống thực vật 18 Hình 1.7: Sự chuyển hóa tuần hoàn phytolith hệ sinh thái lúa 19 Hình 1.8: Sơ đồ thể đường hình thành/phát triển phytolith 24 Hình 1.9: Ảnh 3-D phytolith phân lập từ Triticum durum 26 Hình 1.10: Hình ảnh 3D µCT phytolith rơm rạ 28 Hình 2.1: Một số địa điểm lấy mẫu 37 Hình 2.2: Sơ đồ vị trí khảo sát lấy mẫu 39 Hình 3.1: Minh họa chế hình thành cấu trúc phytolith 49 Hình 3.2: Hàm lượng phytolith tích lũy sinh khối 49 Hình 3.3: Hình thái vi cấu trúc phytolith rơm rạ 51 Hình 3.4: Hình thái cấu trúc phytolith guột 52 Hình 3.5: Hình thái cấu trúc phytolith dương xỉ 53 Hình 3.6: Đặc điểm bề mặt phytolith rơm rạ 56 Hình 3.7: Động học hịa tan phytolith giải phóng silic 58 Hình 3.8: Ảnh hưởng CO2 đến hòa tan phytolith rơm rạ 60 Hình 3.9: Tương tác CO2 phytolith .61 Hình 3.10: Tính chất hòa tan phytolith ảnh hưởng CO2 nhiệt độ .63 Hình 3.11: Tính chất hịa tan phytolith thu từ dải nhiệt độ .65 Hình 3.12: Sơ đồ mơ tả chuyển hóa phytolith rơm rạ .67 Hình 3.13: Động học q trình giải phóng K-phytolith 69 Hình 3.14: Tương quan kali silic giải phóng 70 Hình 3.15: Minh họa chế kiểm sốt q trình giải phóng kali từ phytolith .71 Hình 3.16: Ảnh hưởng CO2 đến giải phóng K-phytolith 72 vii Hình 3.17: Tương quan silic giải phóng với kali 73 Hình 3.18: Sơ đồ mơ tả số phận phytolith chất dinh dưỡng 74 Hình 3.19: Nồng độ kali thu từ chất chiết khác 77 Hình 3.20: Ảnh SEM mẫu Sichar nhiệt phân 600°C 78 Hình 3.21: Sự giải phóng kali từ Sichar 80 Hình 3.22: Tương quan nồng độ kali silic hòa tan .80 Hình 3.23: Giải phóng kali từ Sichar tạo nhiệt độ 82 Hình 3.24: Động học giải phóng nguyên tố K, Ca, Mg, P 84 Hình 3.25: Tương quan silic giải phóng 84 Hình 3.26: Mơ hình mơ tả vai trị K-phytolith đất trồng lúa 88 viii