Luận án tiến sĩ nghiên cứu đặc điểm hấp phụ, giải phóng lân và sử dụng silicate để nâng cao hàm lượng lân hữu dụng trong đất lúa nam việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM TRẦN THỊ TƯỜNG LINH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HẤP PHỤ, GIẢI PHÓNG LÂN VÀ SỬ DỤNG SILICATE ĐỂ NÂNG CAO HÀM LƯỢNG LÂN HỮU DỤNG TRONG ĐẤT LÚA NAM VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - Năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM TRẦN THỊ TƯỜNG LINH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HẤP PHỤ, GIẢI PHÓNG LÂN VÀ SỬ DỤNG SILICATE ĐỂ NÂNG CAO HÀM LƯỢNG LÂN HỮU DỤNG TRONG ĐẤT LÚA NAM VIỆT NAM Chuyên ngành: KHOA HỌC ĐẤT Mã số: 62 62 01 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. GS TSKH PHAN LIÊU 2. TS VÕ ĐÌNH QUANG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - Năm 2014 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM TẠ ii DANH SÁCH BẢNG iv DANH SÁCH HÌNH viii CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU xii ABSTRACT xiii TÓM TẮT xvii CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2. MỤC TIÊU 2 1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI 2 1.4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 2 1.5. ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN 3 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 5 2.1. HẤP PHỤ VÀ KẾT TỦA LÂN TRONG ĐẤT 5 2.1.1. Cơ chế của quá trình hấp phụ và kết tủa lân 5 2.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng khả năng hấp phụ lân 6 2.1.2.1. Ảnh hưởng của pH 6 2.1.2.2. Ảnh hưởng của hoạt tính bề mặt và diện tích bề mặt của chất hấp phụ 7 2.1.2.3. Ảnh hưởng của các cation 8 2.1.2.4. Ảnh hưởng của anion cạnh tranh 9 2.1.2.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian phản ứng 10 2.1.3. Phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 11 2.1.3.1. Phương trình Langmuir đơn 11 2.1.3.2. Phương trình Langmuir kép 12 2.1.3.3. Phương trình Freundlich 12 2.1.3.4. Phương trình Tempkin 13 2.2. ĐỘNG THÁI LÂN TRONG ĐẤT NGẬP NƯỚC 14 2.2.1. Sự thay đổi khả năng hấp phụ lân 14 2.2.2 Sự chuyển hóa các nhóm lân 16 2.2.3 Giải phóng lân trong đất ngập nước 17 2.3. BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG PHÂN LÂN 18 2.3.1. Bón cân đối giữa lượng phân đạm và phân lân 19 2.3.2. Cải thiện pH 20 2.3.3. Ứng dụng khả năng cạnh tranh của các anion 20 2.3.4. Quản lý chế độ nước 22 2.4. MỐI QUAN HỆ GIỮA SILIC (Si) VÀ LÂN (P) 23 2.4.1. Si trong đất 23 2.4.1.1. Si tổng số 23 2.4.1.2. Silic hòa tan 24 2.4.2. Mối quan hệ giữa Si và P 26 CHƯƠNG 3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 29 3.1. NỘI DUNG 29 3.2. PHƯƠNG PHÁP 30 3.2.1. Nghiên cứu khả năng hấp phụ lân của đất theo phương pháp ứng dụng phương trình hấp phụ đẳng nhiệt 30 3.2.2. Nghiên cứu khả năng giải phóng lân của đất 37 3.2.2.1. Nghiên cứu khả năng giải phóng lân theo phương pháp chiết đất bằng dung dịch điện phân 37 3.2.2.2. Nghiên cứu tốc độ giải phóng lân bằng chất trao đổi anion 37 3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của chất hữu cơ đối với khả năng hấp phụ lân của đất 40 3.2.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của việc phá hủy chất hữu cơ đối với khả năng hấp phụ lân của đất 40 3.2.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của acid humic đối với khả năng hấp phụ P của hydroxide sắt 41 3.2.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của oxalate đối với khả năng hấp phụ lân của đất 42 3.2.4. Nghiên cứu sử dụng silicate natri (Na 2 SiO 3 ) và silicofluoride natri (Na 2 SiF 6 ) trong việc hạn chế khả năng hấp phụ lân, nâng cao hàm lượng lân hữu dụng trong đất 43 3.2.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của Na 2 SiO 3 và Na 2 SiF 6 đối với khả năng hấp phụ và giải phóng lân của đất 44 3.2.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của Na 2 SiO 3 và Na 2 SiF 6 đối với hiệu lực phân lân trên cây lúa 46 3.2.5. Phương pháp phân tích 50 3.2.5.1. Phân tích đất 50 3.2.5.2. Phân tích cây 50 3.2.6. Xử lý số liệu 50 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 51 4.1 KHẢ NĂNG HẤP PHỤ LÂN CỦA ĐẤT LÚA MIỀN NAM 51 4.1.1. Khả năng hấp phụ lân của đất xác định bằng phương pháp ứng dụng phương trình đẳng nhiệt 51 4.1.1.1. Khả năng hấp phụ lân của đất xác định theo phương trình Langmuir đơn 51 4.1.1.2. Khả năng hấp phụ lân của đất xác định theo phương trình Freundlich 62 4.1.2. Quan hệ giữa các thông số hấp phụ lân và tính chất lý hóa đất 64 4.1.2.1. Quan hệ giữa các thông số hấp phụ lân và pH 65 4.1.2.2. Quan hệ giữa các thông số hấp phụ lân và hàm lượng sét 69 4.1.2.3. Quan hệ giữa các thông số hấp phụ lân và hàm lượng sắt 71 4.1.2.4. Quan hệ giữa các thông số hấp phụ lân và hàm lượng nhôm 72 4.1.2.5. Quan hệ giữa các thông số hấp phụ lân với hàm lượng lân tổng số và lân dễ tiêu (P Bray 2) 74 4.1.2.6. Quan hệ giữa các thông số hấp phụ lân và hàm lượng chất hữu cơ 74 4.2. KHẢ NĂNG GIẢI PHÓNG LÂN CỦA ĐẤT LÚA MIỀN NAM 76 4.2.1. Kết quả nghiên cứu khả năng giải phóng lân bằng phương pháp chiết đất bằng dung dịch điện phân 76 4.2.1.1. Quan hệ giữa lượng lân giải phóng với khả năng hấp phụ lân 76 4.2.1.2. Quan hệ giữa lượng lân giải phóng với tính chất đất 82 4.2.2. Kết quả nghiên cứu tốc độ giải phóng lân bằng chất trao đổi anion 87 4.3. ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT HỮU CƠ ĐỐI VỚI KHẢ NĂNG HẤP PHỤ LÂN CỦA ĐẤT LÚA MIỀN NAM 95 4.3.1. Ảnh hưởng của việc phá hủy chất hữu cơ đối với khả năng hấp phụ lân của đất 95 4.3.2. Ảnh hưởng của acid humic đối với khả năng hấp phụ P của hydroxide sắt 102 4.3.3. Ảnh hưởng của oxalate đối với khả năng hấp phụ P của đất 105 4.3.3.1. Ảnh hưởng cạnh tranh hấp phụ trực tiếp của oxalate đối với khả năng hấp phụ P của đất 105 4.3.3.2. Ảnh hưởng của oxalate trong quá trình ngập nước đối với khả năng hấp phụ P của đất 107 4.4. SỬ DỤNG SILICATE NATRI (Na 2 SiO 3 ) VÀ SILICOFLUORIDE NATRI (Na 2 SiF 6 ) TRONG VIỆC HẠN CHẾ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ LÂN, NÂNG CAO HÀM LƯỢNG LÂN HỮU DỤNG TRONG ĐẤT LÚA MIỀN NAM 111 4.4.1. Ảnh hưởng của Na 2 SiO 3 và Na 2 SiF 6 đối với khả năng hấp phụ và giải phóng lân của đất 111 4.4.1.1. Ảnh hưởng cạnh tranh hấp phụ trực tiếp của Na 2 SiO 3 và Na 2 SiF 6 đối với khả năng hấp phụ P của đất 111 4.4.1.2. Ảnh hưởng của Na 2 SiO 3 và Na 2 Si 6 đối với khả năng hấp phụ P của đất trong quá trình ngập nước 120 4.4.1.3. Ảnh hưởng của Na 2 SiO 3 và Na 2 SiF 6 đối với khả năng giải phóng P của đất 127 4.4.2. Ảnh hưởng của Na 2 SiO 3 và Na 2 SiF 6 đối với hiệu lực phân lân trên cây lúa 129 4.4.2.1. Ảnh hưởng của Na 2 SiO 3 và Na 2 SiF 6 đối với năng suất lúa ngoài đồng 129 4.4.2.2. Ảnh hưởng của Na 2 SiO 3 và Na 2 SiF 6 đối với sự sinh trưởng và hấp thu dinh dưỡng của cây lúa trong nhà lưới 135 CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 154 5.1. Kết luận 154 5.2. Đề nghị 156 TÀI LIỆU THAM KHẢO 157 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN PHỤ LỤC A. SƠ ĐỒ ĐỊA ĐIỂM ĐẤT NGHIÊN CỨU B. PHỤ LỤC MỤC 4.1 C. PHỤ LỤC MỤC 4.3.3 D. PHỤ LỤC MỤC 4.4.1.1 E. PHỤ LỤC MỤC 4.4.1.2 F. PHỤ LỤC MỤC 4.4.2.1 G. PHỤ LỤC MỤC 4.4.2.2 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả ii LỜI CẢM TẠ Công trình nghiên cứu thuộc đề tài chủ yếu được thực hiện tại Trung tâm Nghiên cứu Đất Phân (Viện Thổ nhưỡng Nông hóa) và Chi nhánh Viện Ứng dụng Công nghệ tại Tp Hồ Chí Minh (Viện Ứng dụng Công nghệ) - những nơi tác giả luận án công tác. Để hoàn thành công trình này, chúng tôi đã nhận được sự chấp thuận, giúp đỡ tận tình của các cấp lãnh đạo, quý thầy cô, các bậc đàn anh, các bạn đồng nghiệp và bà con nông dân. Tôi xin bày tỏ sự kính trọng và tri ân cố Giáo sư Tiến sĩ Vũ Cao Thái, người lãnh đạo đồng thời là người thầy đã chấp thuận, khuyến khích và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi từ thời gian đầu của quá trình làm nghiên cứu sinh. Với sự kính phục và biết ơn sâu sắc, tôi xin được trân trọng cảm ơn Giáo sư Tiến sĩ Khoa học Phan Liêu - nguyên Viện trưởng Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu, Viện trưởng Viện Địa lý Sinh thái và Môi trường - người thầy hướng dẫn chính cho công trình nghiên cứu này. Thầy đã hướng dẫn xác lập phương pháp luận nghiên cứu đề tài, bồi dưỡng nâng cao kiến thức hóa học đất và dinh dưỡng cây trồng, đóng góp nhiều ý kiến quý báu và tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin được chân thành bày tỏ lòng kính phục và biết ơn Tiến sĩ Võ Đình Quang - Giám đốc Chi nhánh Viện Ứng dụng Công nghệ tại Tp Hồ Chí Minh - người thầy hướng dẫn thứ hai cho công trình này. Thầy đã truyền đạt ý tưởng, kiến thức và kinh nghiệm, trực tiếp hướng dẫn thực hiện đề tài, đóng góp nhiều ý kiến thiết thực và cung cấp nhiều tài liệu tham khảo có giá trị. Là người lãnh đạo, Thầy đã tạo điều kiện giúp tôi học tập, làm việc và thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng bày tỏ sự kính trọng và lời cảm ơn sâu sắc đến: - Ban lãnh đạo Viện Ứng dụng Công nghệ, Chi nhánh Viện Ứng dụng Công nghệ tại Tp Hồ Chí Minh; Ban lãnh đạo Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, Trung tâm Nghiên cứu Đất Phân đã chấp thuận, tạo điều kiện thuận lợi, nhiệt tình giúp đỡ, động viên tôi học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu sinh. iii - Ban lãnh đạo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Miền Nam đã tổ chức chương trình đào tạo nghiên cứu sinh một cách tận tâm và giàu trách nhiệm. - Tiến sĩ Phạm Văn Toản, Tiến sĩ Hồ Thị Minh Hợp, Thạc sĩ Lê Phan Dũng, Tiến sĩ Nguyễn Đình Lâm, Cô Đinh Thị Quỳnh Tương và tất cả quý Thầy Cô, cán bộ thuộc Phòng/Ban Đào tạo sau đại học của Viện, Trường đã nhiệt tình giúp đỡ, động viên tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu. - Quý Thầy Cô trường Đại học Cần Thơ, Đại học Nông Lâm Tp HCM, quý Thầy Cô tham gia các hội đồng khoa học chấm chuyên đề, luận án nghiên cứu sinh đã truyền đạt kiến thức và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho tôi. Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến: - Tập thể cán bộ, anh chị em đồng nghiệp tại hai cơ quan nơi tôi công tác - Chi nhánh Viện Ứng dụng Công nghệ tại Tp Hồ Chí Minh, Trung tâm Nghiên cứu Đất Phân - đã nhiệt tình tham gia, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm việc và thực hiện luận án. - Em Lê Thị Lệ Hằng - người học trò thông minh, chuyên cần đã luôn sát cánh cùng tôi trong thời gian tập trung cao nhất cho việc thực hiện đề tài. - Em Trà Văn Tung, các bạn sinh viên đã nhiệt tình tham gia công tác phân tích và thực hiện các thí nghiệm thuộc đề tài. - Gia đình bác Võ Văn Ron, em Võ Thế Tài (xã Phước Hiệp, Củ Chi - Tp HCM), gia đình anh Nguyễn Văn Huỳnh (xã Thân Cửu Nghĩa, Châu Thành - Tiền Giang) đã nhiệt tình hợp tác thực hiện các thí nghiệm đồng ruộng. Qua đây, tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo của một số đơn vị sản xuất phân bón đã mạnh dạn áp dụng kinh nghiệm, kết quả nghiên cứu liên quan đến đề tài vào sản xuất, tạo cơ hội cho chúng tôi được kiểm chứng các kết quả đạt được một cách khách quan và thiết thực. Xin được gửi lời tri ân các bậc sinh thành, anh chị em, bạn hữu đã động viên và giúp đỡ tôi học tập, làm việc và thực hiện luận án. Trần Thị Tường Linh [...]... Nghiên cứu đặc điểm hấp phụ, giải phóng lân và sử dụng silicate để nâng cao hàm lượng lân hữu dụng trong đất lúa Nam Việt Nam 1.2 MỤC TIÊU - Đánh giá được khả năng hấp phụ và giải phóng lân của một số đất trồng lúa chính ở miền Nam, xác định được các yếu tố chính quyết định khả năng hấp phụ và giải phóng lân của đất làm cơ sở cho việc nghiên cứu các biện pháp hạn chế khả năng cố định lân trong đất. .. sodium silicate and silicofluoride for a long time xvii TÓM TẮT Tên đề tài luận án: Nghiên cứu đặc điểm hấp phụ, giải phóng lân và sử dụng silicate để nâng cao hàm lượng lân hữu dụng trong đất lúa Nam Việt Nam Đề tài nghiên cứu trên 20 mẫu đất lúa thu thập từ vùng trọng điểm trồng lúa Đồng bằng sông Cửu Long và vùng phụ cận thành phố Hồ Chí Minh Phân loại theo Cơ sở tham khảo tài nguyên đất thế... năng hấp phụ và giải phóng P trong đất lúa tạo cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu tìm các giải pháp giảm lượng lân bị cố định, nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân Đặc biệt kết quả nghiên cứu vai trò của silic trong việc giảm khả năng hấp phụ lân, nâng cao lượng lân giải phóng trong đất là cơ sở tốt cho việc đề xuất ứng dụng hợp chất chứa silic như một tiến bộ kỹ thuật nâng cao hiệu quả sử dụng phân lân. .. giữa lượng P giải phóng và pHKCl (4.11b) trong 20 đất lúa miền 83 Nam Hình 4.12 Tương quan tuyến tính giữa lượng P giải phóng và hàm lượng sét trong 20 đất lúa miền Nam Hình 4.13 Tương quan tuyến tính giữa lượng P giải phóng và hàm lượng sắt tự do trong 20 đất lúa miền Nam Hình 4.14 Tương quan tuyến tính giữa lượng P giải phóng và hàm lượng sắt vô định hình trong 20 đất lúa miền Nam Hình 4.15 Tương... 20 đất lúa miền Nam Bảng 4.5 Lượng P hấp phụ (với mức nồng độ P đưa vào 160 mg P/l) và lượng P giải phóng sau hấp phụ của 20 đất lúa miền Nam Bảng 4.6 Hệ số tương quan tuyến tính (r) giữa lượng P giải phóng với các thông số hấp phụ P của 20 đất lúa miền Nam Bảng 4.7 Hệ số tương quan tuyến tính (r) giữa lượng P giải phóng với tính chất đất của 20 đất lúa miền Nam Bảng 4.8 Lượng lân giải phóng trong đất. .. Tương quan tuyến tính giữa lượng P giải phóng và hàm lượng nhôm tự do trong 20 đất lúa miền Nam Hình 4.16 Tương quan tuyến tính giữa lượng P giải phóng và hàm lượng nhôm vô định hình trong 20 đất lúa miền Nam 84 84 85 85 86 Hình 4.17 Quan hệ giữa thời gian (t) và lượng lân giải phóng (4.17a); quan hệ giữa thời gian (√t ) và lượng lân giải phóng (4.17b) trong đất 89 không bổ sung P trong 90 phút đầu tương... gian (t) và lượng lân giải phóng sau hấp phụ (4.18a); quan hệ giữa thời gian (√t ) và lượng lân giải phóng sau hấp phụ (4.18b) trong đất có bổ sung P trong 120 phút đầu tương tác với 91 anionite Hình 4.19 Quan hệ giữa lượng lân dễ tiêu Onioani với lượng lân cây lúa hút (4.19a); quan hệ giữa lượng lân giải phóng chiết bằng anionite với 94 lượng lân cây lúa hút (4.19b) trên một số đất lúa miền Nam Hình... hiệu quả sử dụng phân lân 5 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 HẤP PHỤ VÀ KẾT TỦA LÂN TRONG ĐẤT 2.1.1 Cơ chế của quá trình hấp phụ và kết tủa lân Một trong những thông số của đất quyết định đến khả năng cung cấp lân của đất và hiệu lực phân lân là khả năng hấp phụ lân của đất Hiện tượng hấp phụ được xem là nguyên nhân chính làm giảm hàm lượng lân hòa tan trong dung dịch Đất có khả năng hấp phụ lân càng cao thì... ứng dụng anionite xác định lượng P giải phóng có thể được sử dụng trong việc đánh giá khả năng cung cấp P hữu dụng của các đất nghiên cứu 4 - Làm rõ được hiệu quả của silicate natri (Na2SiO3) và silicofluoride natri (Na2SiF6) trong việc hạn chế khả năng hấp phụ P, đồng thời làm tăng hàm lượng P hữu dụng trong đất; đề xuất ứng dụng các hợp chất này nhằm tăng khả năng cung cấp P của đất và nâng cao. .. bổ sung P trong 90 phút đầu tiếp xúc với anionite 66 77 80 81 88 v Bảng 4.9 Lượng lân giải phóng sau hấp phụ trong đất có bổ sung P trong 120 phút đầu tiếp xúc với anionite Bảng 4.10 Nồng độ lân trong dịch cân bằng (B) và tốc độ giải phóng lân (R) của đất chiết bằng anionite, tính toán theo phương trình Cooke Bảng 4.11 Tốc độ giải phóng lân (R) và lượng lân giải phóng của đất sau hấp phụ trong 120 . NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM TRẦN THỊ TƯỜNG LINH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HẤP PHỤ, GIẢI PHÓNG LÂN VÀ SỬ DỤNG SILICATE ĐỂ NÂNG CAO HÀM LƯỢNG LÂN HỮU DỤNG TRONG ĐẤT LÚA NAM VIỆT NAM . DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM TRẦN THỊ TƯỜNG LINH NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HẤP PHỤ, GIẢI PHÓNG LÂN VÀ SỬ DỤNG SILICATE ĐỂ NÂNG. (Na 2 SiF 6 ) trong việc hạn chế khả năng hấp phụ lân, nâng cao hàm lượng lân hữu dụng trong đất 43 3.2.4.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của Na 2 SiO 3 và Na 2 SiF 6 đối với khả năng hấp phụ và giải phóng