Lấy mẩu nước trong đất

Nhóm Soil and vadose zone sampling MỤC LỤC Contents Giới thiệu .2 Chiến lược lấy mẫu đất 3 Phương pháp lấy mẫu đất cổ điển 4 Lấy mẫu đất nông nghiệp .7 Lấy mẫu vùng nước cạn cho việc mô tả đặc tính nhiễm Dụng cụ lấy mẫu 11 6.1 Thiết bị lấy mẫu tay .11 6.2 Thiết bị lấy mẫu số lượng lớn 12 6.2.1 Khoan 12 6.2.2 Trục vít mũi khoan xoắn ốc 13 6.2.3 Những máy khoan thùng hay piton 14 6.2.4 Ống .15 6.3 Cơ đất thiết bị lấy mẫu tầng nước cạn: .17 6.3.1 Máy khoan điện cầm tay: 18 6.3.2 Mũi khoan rắn .18 6.3.3 Mũi khoan rỗng 19 6.3.4 Khoan âm 21 6.3.5 Lấy mẫu cách đẩy trực tiếp( direct push ) 22 6.4 Bảo quản mẫu đất 23 Mẫu đất chứa nước .24 7.1 Lấy mẫu đất so với lấy mẫu nước đất 25 7.2 Lấy mẫu nước lỗ rỗng (khí cụ hút lysimeters): 26 7.2.1 Nguyên tắc hoạt động 27 7.2.2 Vật liệu yếu tố chọn áp suất bọt khí: 28 7.2.3 Các loại vật lấy mẫu: 30 7.2.4 Phương pháp cài đặt vật lấy mẫu: 33 7.3 Vật lấy mẫu có chứa nước bão hịa 35 7.4 Lấy mẫu nước lỗ rỗng so với lấy mẫu đất: 35 Nhóm Soil and vadose zone sampling 7.5 Bảo quản lưu trữ mẫu nước lỗ rỗng 36 Quản lý chất lượng nước 36 8.1 Chăm sóc thiết bị 36 8.2 Hồ sơ ghi chép mẫu: 37 Trả lời câu hỏi………………………………………………………………………… 38 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………………… 42 Nhóm Soil and vadose zone sampling Giới thiệu Tầng nước cạn, gọi vùng khơng bão hịa, phần mặt đất vùng nước ngầm vùng bão hòa Ở lượng ẩm chưa đạt mức bão hịa, ẩm có áp suất nhỏ áp suất khí Nếu tầng khơng bão hịa chứa nước, nước chứa gọi độ ẩm đất Môi trường đất bao gồm thực vật (rễ), động vật vi sinh vật cư trú lỗ rỗng đất bám vào vật liệu địa chất Các lỗ rỗng môi trường chứa nước với khống chất hịa tan,khơng khí giàu CO2 lượng nhỏ khí khác Nước khí trì sống thực vật, động vật vi sinh vật Khi nước thấm tới đáy tầng nước cạn thành phần hịa tan (chất dinh dưỡng chất nhiễm) làm ô nhiễm nước ngầm Môi trường không đồng khu vực khác Đây thách thức nhà khoa học môi trường lấy mẫu đất Các hoạt động người làm tăng cường phức tạp môi trường đất Những hoạt động người làm thay đổi chất thật mơi trường đất Ví dụ, nhiều hoạt động nông nghiệp thường xuyên thay đổi tính chất vật lý, hóa học, sinh học thiên nhiên đất Các việc san lấp cắt ngang pha trộn nhiều tầng đất, loại đất loại bỏ tất loài thực vật Đồng thời việc canh tác làm đồng 0.5m đất tính từ bề mặt xuống Trong đó, đơi biến đổi cấu tạo địa chất lại thay đổi với khoảng cách nhỏ Nội dung trình bày chương phương pháp thiết bị cần thiết để thu thập lưu giữ mẫu đất, tầng nước cạn khí đất Mục đích: phục vụ cho việc khảo sát đất, đánh giá khả sản xuất nông nghiệp, giám sát tầng nước cạn để xác định mức độ nhiễm Vì khác biệt giũa vùng đất tầng nước cạn (tầng khơng bão hịa) khơng nhiều nên phương pháp thiết bị dùng chung cho hai môi trường Nhóm Soil and vadose zone sampling Chiến lược lấy mẫu đất Đơn vị đất: Trong khoa học đất cổ điển đơn vị đất hay pedon định nghĩa “ khối lượng nhỏ đất mà cịn gọi đất” (Brady & Weil, 1996) Định nghĩa có ý nghĩa đặc biệt để phân loại đất phải dựa vào người quan sát từ thể tích đất thay đổi 1-10 m2 diện tích bề mặt 1-3 m theo chiều sâu (xem hình 7.1) Hình 7.1: Lớp đất lấy từ điểm lấy mẫu vùng lấy mẫu Đặc điểm địa hình thảm thực vật cho thấy (bên ngồi) tính khơng đồng nhiều đất Cảnh quan đất polypedon tổ chức tầng đất xác định tính khơng đồng đất vàmơi trường đất quy mơ trung bình (Trích từ Brady Weil, năm 1996, hình 3.1, Pepper et al.,năm 1996, hình 2.3.) Nhóm Soil and vadose zone sampling Tuy nhiên, định nghĩa chung chung theo dõi thường xuyên thông qua môi trường đất Điều thực tế dựa vào định nghĩa quy mơ đất thảo luận phần sau Phương pháp giám sát môi trường đất đại thường không xem xét phân loại đất cổ điển đến phương án tối ưu hóa lấy mẫu Trong phần thảo luận lấy mẫu đất cổ điển để phục vụ cho việc phân loại đất Một đơn vị đất đồng định nghĩa diện tích đất mà có tính chất vật lý tương tự – pedon Vì vậy, đơn vị đất coi khối lượng đất cấu hình phân biệt, đơn vị đất định nghĩa khối lượng đất khơng đổi, khơng có thay đổi đặc tính kết cấu, màu sắc, mật độ, độ ẩm hàm lượng chất hữu Định nghĩa đơn vị đất sử dụng phần lại chương Nếu có thay đổi khác xảy đơn vị đất tính chất liệt kê trên, lại chia thành đơn vị nhỏ Như vậy, q trình phân chia mơi trường đất tiếp tục cách định nghĩa đơn vị khác đất theo đơn vị Các nhà khoa học đất nhận đơn vị đất xa bị đồng hóa tạo thành đất trung gian Điều quan trọng việc quản lý biến đổi đất nông nghiệp, xử lý đất sau phát thải cải tạo đất bị ô nhiễm Trên thực tế đơn vị đất trung gian phải chia nhỏ để thuận tiện cho việc lấy mẫu phân tích mẫu Phương pháp lấy mẫu đất cổ điển Ban Bảo Tồn Đất Bộ Nông Nghiêp Mỹ phát triển phương pháp khảo sát đất, phương pháp có nguồn gốc từ khoa học đất cổ điển đặc biệt nguồn gốc đất, thổ nhưỡng hình thái đất Hình thái đất bao gồm việc phân tích hình thành đất, cấu trúc tính chất tương tự Để biết hình thái đất địi hỏi phải quan sát trực tiếp kết hợp với phân tích phịng thí nghiệm Ví dụ việc quan sát thực địa bao gồm phép đo trình bày bảng 7.1 Nhóm Soil and vadose zone sampling BẢNG 7,1: Các phép đo trình quan sát thực địa: Tầng đất khảo sát : O, A, E, B, C Màu chủ yếu: đỏ, đen, xám, xanh liên quan đến độ ẩm, thành phần hóa học đất Những vết lốm đốm đất: phân phối màu theo kích cỡ độ tương phản Kết cấu, kích thước hạt phân phối: sỏi, cát, bùn đất sét (ước tính lĩnh vực) độ xốp, Mật độ nén: khoảng trống Cơ cấu tổ chức: Dạng dải từ rời(hạt đơn)đến khối (lăng trụ) Chế độ ẩm: bão hịa (bảng vị trínước), khơng bão hịa(Thời gian) Thốt nước: tốc độ thấm nước Một cách khác để phân loại thơng tin đất từ kết phân tích mẫu phịng thí nghiệm thể bảng 7.2 BẢNG 7,2: Các phép đo định lượng từ Phịng thí nghiệm từ việc phân tích mẫu: Phân phối kích thước hạt: theo phần trăm cát, bùn, đất sét Độ dẫn thủy lực (dẫn nước): bão hịa, khơng bão hòa Độ pH bão hòa độ dẫn điện: từ nước bão hòa Carbon hữu nitơ hữu cơ: chất hữu Khả trao đổi cation: bão hòa, tỷ lệ natri trao đổi Đối với phân loại đất cổ điển địi hỏi phải có kinh nghiệm việc quan sát thực địa Người giám sát phải chứng nhận có nhiều năm kinh nghiệm việc giám sát khảo sát phân loại đất Mục đích việc lập đồ đất khơng phải để xác định xác khu vực khối lượng đất với đặc tính chúng mà để xác định vị trí loại đất (đơn vị cụ loại đất Mỹ) đồ đất (xem hình 7.2) Hầu hết ban bảo tồn khảo sát đất USDA (xem chương 5) gồm nhà khoa học đào tạo từ quan sát thực địa địa hình hình thái đất Nhóm Soil and vadose zone sampling Hình 7.2: Phương pháp lấy mẫu đất sử dụng để phân định ranh giới đất từ A E Các điểm lấy mẫu theo dạng lưới (hình trên) có nhiều tốn bỏ qua tính địa hình Lát cắt lấy mẫu (hình dưới) sử dụng thơng tin đồ đất để tìm ranh giới, giảm chi phí lấy mẫu (Trích từ Brady Weil, năm 1996, hình 19,6.) Thiết bị phân loại đất Các thiết bị liệt kê hộp 7.1 sử dụng để kiểm tra thu thập mẫu đất Danh sách đầy đủ trình bày sổ tay Cẩm Nang Nơng Nghiệp Ban Khảo Sát Đất - Mỹ Một danh sách hoàn chỉnh thiết bị, đồ, hướng dẫn cung cấp bảng hướng dẫn thực tế Boulding (1994) Manual Agricultural Handbook 18 (1993) Ban Khảo sát đất thuộc Dịch vụ Bảo tồn U.S Phân loại đất theo cảnh quan thường sử dụng lưới mơ hình ngang Xác minh tính chất đất thông qua việc lấy kiểm tra mẫu (sử dụng khoan tay – xem hình 7.2) Việc phân loại đất dựa vào kết phân tích hóa học vật lý mẫu đất phịng thí nghiệm Phân loại đất dựa vào việc xem phẫu diện đất Phương pháp tốn rắc rối xong lại có kết trực quan Nhóm Soil and vadose zone sampling Việc phân loại đất cịn dựa vào đặc điểm địa hình, phân bố thảm thực vật mốc cho thấy kết phân định hình chụp từ vệ tinh HỘP 7,1 Các thiết bị cần thiết cho việc lấy mẫu đất tầng nước cạn: - Khoan (tay, khí), giàn khoan Shovel, xẻng, hộp cơng cụ khí - Biểu đồ: hình thái đất phân loại đất, màu đất theo Munsell, phân loại kết cấu khoáng sản - Chai: dung dịch acid HCl (theo tiêu chuẩn 10), nước oxy hóa, trao đổi ion - Ghi chép : ghi sổ, máy ảnh, bút không thấm nước - Bản đồ: khảo sát đất, địa hình, địa chất - Hình dạng, kiểu: phẫu diện đất, kiểu lỗ khoan , mẫu nhãn - La bàn, hệ thống định vị toàn cầu (GPS) cầm tay - Giấy túi xách nhựa thu mẫu đất, dụng cụ khoan đất dạng tay áo - Dụng cụ lưu trữ mẫu (lạnh) Lấy mẫu đất nông nghiệp Ngành nông nghiệp quản lý chặt chẽ tính chất hệ thống đất xác định rõ thay đổi tác động người để phục vụ việc trì sản xuất lương thực Những thay đổi cày, thường xuyên bón phân, phun thuốc trừ sâu tưới nước Theo dõi tình trạng đất nông nghiệp chủ yếu để thực đánh giá khả sản xuất đất Đôi lấy mẫu đất để xác định lượng hóa chất đất, tính chất vật lý độ mặn, độ thấm nước,chất hữu cơ… Những đặc tính đất thay đổi theo thời gian việc sử dụng phân bón lâu dài, chất thải biện pháp canh tác Theo nguyên tắc, diện tích việc lấy mẫu (đơn hay hỗn hợp) cần lấy sâu xuống 30 cm (dùng khoan pitton thuổng) Những thay đổi địa hình cần ý Số lượng mẫu lớn cần ý để tiết kiện chi phí phân tích Nhóm Soil and vadose zone sampling Hình7.3: Lấy mẫu ngẫu nhiên dùng để thu thập mẫu đất từ đất nơng nghiệp Một vị trí lựa chọn ngẫu nhiên vị trí xác định địa mẫu tiếp theo, dựa lựa chọn ngẫu nhiên (Trích từ Klute, A.[1986] Phương pháp phân tích đất: Phần1Physical and Mineralogical Methods, xuất lần thứ Hội Nông học Mỹ, Khoa hội Mỹ Madison, WI) Thủ tục chấp nhận mẫu góp phần số lượng đất cho mẫu cuối cùng, ước tính nồng độ trung bình cần thiết mà khơng có liên quan đến biến đổi không gian Tất mẫu lấy với chương trình lấy mẫu ngẫu nhiên đơn giản (hình 7.3) Khoảng cách vị trí lấy mẫu phải lựa chọn trước Khi trường sử dụng thước bước chân để đo Ngoài ra, vùng chia thành lưới nhỏ để tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác định vị trí lấy mẫu Mẫu chọn ngẫu nhiên vị trí Tuy nhiên, với thiết bị định vị toàn cầu GPS lưới khơng cần thiết sử dụng để xác định vị trí lấy mẫu (hình 2.5B) Hình 2.5 (B) Có hệ thống lưới để lấy mẫu (điểm ảnh) lấy mẫu ngẫu nhiên khối lưới (x) Nhóm Soil and vadose zone sampling Khi vùng đất dự đốn trước có thay đổi phụ thuộc vào khơng gian mơ hình lấy mẫu theo dạng lưới sử dụng Mạng lưới chia vùng đất thành nhiều hình vng hình tam giác (hình 2.5 B) mẫu đất lấy từ vị trí nút ô Số lượng ô số lượng mẫu cấn lấy Phương pháp cung cấp mẫu có tọa độ X,Y nên sử dụng để phát triển đồ đường đồng mức phương pháp địa thống kê (xem chương 3) Việc sử dụng thông tin kết cấu đất quan trọng nơng nghiệp để tối ưu hóa lượng phân bón nước tưới Thiết bị lấy mẫu đất nông nghiệp Các thiết bị lấy mẫu đất nông nghiệp tổng hợp hộp 7.1 Mẫu đất không bão hịa để phân tích khả sản xuất cần lấy khoan pitton giữ nhiệt độ phòng Để giảm thiểu hoạt động vi sinh vật mẫu đất cần sử dụng khơng khí khơ (1-3 ngày) Sau sấy, mẫu nên lưu trữ túi nhựa kín Làm khơ niêm phong mẫu đất lưu trữ vơ thời hạn Khi sấy khơ, đất mùn trung bình độ ẩm khơng nên nhiều 5% Nếu muốn phân tích vi sinh vật mẫu không sấy, mẫu phải niêm phong bảo quản 40C phân tích (xem Chương 20 để biết chi tiết lấy mẫu đất để phân tích vi sinh vật) Lấy mẫu vùng nước cạn cho việc mơ tả đặc tính nhiễm Trong 25 năm qua, nhiều phương pháp đặc biệt việc thu thập mẫu đề ra, sau việc cần thiết phải định lượng ô nhiễm tầng nước cạn Việc xử lý bố trí chất thải cơng nghiệp chất thải thị, việc đổ hóa chất khơng kiểm sốt, lắng động khí quyển, rối loạn vật lý (khai thác mỏ, khai hoang) làm tăng thêm kích thước mẫu lấy so với phương pháp truyền thống Theo đó, phương pháp thống kê để xác định số lượng mẫu cần thiết để đáp ứng tiêu chuẩn ô nhiễm làm môi trường, chi phí kiểm tra liên quan đến việc lấy mẫu đất phân tích Tuy nhiên, việc lấy mẫu đất đòi hỏi kết hợp hệ thống lấy mẫuvà lấy mẫu ngẫu nhiên kiến thức đặc tính mẫu đất, lịch sử 10