BAOCAO BACMAU :TIẾN TRÌNH BỐC HƠI AMONIAC VÀ SỰ MẤT ĐẠM TRÊN ĐẤT LÚA NGẬP NƯỚC

NỘI DUNG: Mục lục Chương 14 3 TIẾN TRÌNH BỐC HƠI AMONIAC VÀ SỰ MẤT ĐẠM TRÊN ĐẤT LÚA NGẬP NƯỚC 3 14.1. SỰ BIẾN ĐỔI HÓA HỌC CỦA PHÂN ĐẠM TRONG LÚA 3 14.2. NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ BỐC HƠI AMONIAC 4 14.2.1. Nhiệt độ 4 14.2.2. Mực nước 4 14.2.3. pH 4 14.2.4. Sự phát triển của phiêu sinh thực vật sau các thời kỳ bón đạm 5 14.2.5. Các yếu tố khác ảnh hưởng đến sự phát thải NH3 7 14.2.6. Mối tương quan giữa các nhân tố gây ra bốc hơi NH3 7 14.3. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN TỶ LỆ PHÁT THẢI NH3 TRÊN RUỘNG LÚA 8 14.3.1. Nghiên cứu trên thế giới về sự phát thải NH3 . 8 14.3.2. Mô phỏng sự phát thải NH3 trên ruộng lúa ĐBSCL 10 14.4. GIẢM THIỂU THẤT THOÁT AMONIA TRÊN ĐẤT LÚA ĐBSCL 10 14.4.1. Đặt vấn đề 10 14.4.2. Phương tiện và phương pháp 10 14.4.3. Kết quả và thảo luận 12 14.4.4. Kết luận 13 Chương 18 15 BÓN PHÂN CHO CÂY TRỒNG THEO PHƯƠNG PHÁP QUẢN LÝ DƯỠNG CHẤT THEO ĐỊA ĐIỂM CHUYÊN BIỆT 15 18.1. Giới thiệu 15 18.2. Nguyên lý của phương pháp SSNM. 15 18.2.1. Cơ sở của phương pháp luận. 15 18.2.2. Các bước cơ bản. 16 18.2.3. Các thông số sử dụng trong phương pháp SSNM. 20 18.3. Ứng dụng SSNM trong hệ thống lúa thâm canh ở Châu Á. 20 18.3.1. Giới thiệu. 20 18.3.2. Vật liệu và phương pháp. 20 18.3.3. Kết quả và thảo luận. 21 18.3.4. Kết luận. 22 18.4 Ứng dụng SSNM trong bón phân cho ngô lai ở ĐBSCL 23 18.4.1 Mở đầu 23 18.4.2 Phương tiện và phương pháp thí nghiệm 23 18.4.3 Kết quả nghiên cứu 24 18.4.4 Hoạch toán hiệu quả kinh tế 29 18.4.5 Kết luận 29

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐỒNG THÁP KHOA TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Phương

Lớp : ĐHQLĐĐ12A

Nhóm sinh viên thực hiện :

Mục lục

Chương 14

TIẾN TRÌNH BỐC HƠI AMONIAC VÀ SỰ MẤT ĐẠM TRÊN ĐẤT

LÚA NGẬP NƯỚC

14.1 SỰ BIẾN ĐỔI HÓA HỌC CỦA PHÂN ĐẠM TRONG LÚA

Trong các dưỡng chất cần thiết cho cây trồng chất đạm là nguyên tố dễ bị mất đinhất do bay hơi Đạm có thể bay hơi dưới dạng NH3, N2O, NO, N2 và có thể xảy ra cả trênđất khô và đất ngập nước

Khi bón phân urea vào trong ruộng thì phân tử urea sẽ bị phá huy thông qua quátrình thủy phân trong 48 giờ sau khi bón vào trong ruộng Dưới điều kiện pH kiềm thịNH4 sẽ chuyển sang khí NH3 và chúng sẽ thải vào không khí

CO(NH2)2 (Urea) + H2O + Urea (NH4)2CO3(NH4)2CO3 +H2O NH4HCO3 + NH4OHĐất chua làm urea phân giải chậm hơn, nó hòa tan trong nước theo tỷ lệ thuận vớilượng đạm bón vào Sự thủy phân làm pH nước ruộng gia tăng và sẽ gây ra mất đạm ởdạng khí NH3 nếu bón quá liều lượng 60 kg N/ha/lần và cùng với nó làm hàm lượng NH4trong nước cũng gia tăng mạnh sao ngày thứ 2-3 sau khi bón và giảm sau 5-7 ngày

14.2 NHỮNG NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ BỐC HƠI AMONIAC

NH3 luôn được tạo thành trong đất do sự phân hủy sinh học của hợp chất hữu cơ,phân hữu cơ và vô cơ (NH4 ), vì nó là một chất khí nên rất dễ phát thải ra không khí Tuynhiên NH3 có thể phản ứng với proton, kim loại, hợp chất acid để tạo thành những ion,những hợp chất hoặc phức hợp không ổn định Amonia có ái lực mạnh với nước và sựtương tác của chúng trong nước là những nguyên tắc chủ yếu để quy định tốc độ mất.NH4 bón vào đất có thể nitrate hóa (NO3-) hoặc thủy phân (NH3) hoặc giữ nguyên hiệntrạng tùy vào loại đất và môi trường

Trên những cánh đồng, đầu vào của NH4+ phụ thuộc vào loại phân bón, tỷ lệ vàcách thức bón, độ ẩm, tốc độ thấm, khả năng trao đổi cation Sự khác nhau về áp suấtNH3 giữa không khí xung quanh và trạng thái cân bằng với đất ẩm, nước, những lổ khítrên lá khiến cho phát thải NH3

Tốc độ gió, nhiệt độ, pH của dung dịch đất, chế độ tưới lá những nhân tố quantrọng, ảnh hưởng đến áp suất của NH3

14.2.1 Nhiệt độ

Nhiệt độ càng cao sẽ thúc đẩy quá trình phát thải NH3 càng nhanh Vì nhiệt độtăng làm mối tương quan giữa NH3 và NH4 hiện diện ở pH nhất định làm giảm sự hòatan trong nước và tăng sử khuếch tán của NH3 từ không khí vào nước và ngược lại

14.2.2 Mực nước

Nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng của mực nước đến tốc độ khác nhau về phát thảiamonia và mất đạm tổng từ những cánh đồng lúa sau khi bón urea cho thấy amonia bịmất với tốc độ nhanh ở mực nước cạn 0,05m hơn là ở mực nước sâu 0,14m Do ở mựcnước cạn nồng độ amonical – N và nhiệt cao hơn Kết quả cho thấy khoảng 26% lượngphân N bị mất ở dạng amonia từ nước cạn 0,05m và 18% ở mực nước 0,14m

Mặc dù khi thay đổi mực nước thì có sự ảnh hưởng rõ ràng đến sự phát thải vàlượng amonia mất, nhưng chúng không ảnh hưởng có ý nghĩa đến tổng N bị mất Kết quảcho thấy thói quen canh tác chỉ dựa vào thay đổi mực nước không thể tăng hiệu quả phân

Sau khi bón urea vào đất, urea thủy phân tạo ra NH4+ và nước ruộng tích lũy NH4+.

Sự chuyển hóa NH4+ sang NH3 phụ thuộc rất lớn vào pH của nước ruộng Sự cân bằngNH4+ và NH3 được gọi chung là ammoniacal-N phụ thuộc lớn vào pH (hình 14.2) NH3 sẽtăng lên 10 lần khi một đơn vị pH dung dịch lên đến pH = 9 Do đó, sự hình thành khí vàphát thải NH3, sẽ tăng tỷ lệ thuận với pH Wetselaar et al (1977) đã ghi nhận phươngtrình tương quan

pH Với sự gia tăng pH nước NH4 được ion hóa chuyển thành NH3 không ion hóa,dạng này có thể phát thải vào trong không khí Theo nghiên cứu của Ferguson et al tạithời điểm pH = 7.5 có ít hơn 7% NH4 chuyển sang NH3 Khi giữ pH và nhiệt độ ở mứcthấp sẽ hạn chế được phát thải NH3

Hình 14.2 Ảnh hưởng của pH trên cân bằng NH 4 + và NH 3 (Court et al., 1964)

14.2.4 Sự phát triển của phiêu sinh thực vật sau các thời kỳ bón đạm

Sự bốc thoát NH3 được ghi nhận là tiến trình gây ra sự mất đạm có ý nghĩa trên đấtlúa ở châu Á nhiệt đới mà tác nhân chính gây ra bốc thoát hơi NH3 là sự hoạt động củatảo làm thay đổi pH của nước ruộng lúa

Tảo đóng vai trò quan trọng đến sự biến động pH nước Bằng sự tiêu thụ CO2 củanước thì sự phát triển của tảo làm pH nước tăng đến 10 vào buổi trưa và giảm 2 đơn vịhoặc nhiều hơn vào ban đêm Bón phân urea làm thúc đẩy quá trình quang hợp của rongtảo :

nCO2 + nH2O (CH2O)n +nO2

Sự quang hợp của rong, tảo sẽ tiêu thụ CO2 trong nước ruộng:

CO2(không khí) +H2O = H2CO3 H+ + HCO3- CO32- + H+

Cân bằng phản ứng theo chiều ngịch Như vậy, pH của nước ruộng tăng do H+ bịtiêu thụ và pH gia tăng trong quá trình thủy phân urea

Trong điều kiện đất phèn pH của nước ruộng thấp (pH<4) thì hoạt động của visinh vật đất bị hạn chế, ít tạo ra enzyme urease và do đó thủy phân bị chậm lại

Tảo lam là một trong những loại tảo có liên quan đến sự mất N trong ruộng lúa sauthời kỳ bón urea, tuy nhiên tảo lam (blue-green algea) cũng là tác nhân chính trong cốđịnh N sinh học trong đất lúa ngập nước

TẢO LAM (Cyanobacteria)

Bón phân N đưa đến sự phát triển của rong tảo, điều này biểu hiện rõ ràng vào thời

kỳ đầu của ruộng lúa Khởi đầu của sự phát triển rong tảo là sự hình thành các ván bọt O2trên mặt nước dẫn đến sự thay đổi đáng kể của pH nước ruộng đặc biệt là thời kỳ đầuphát triển của lúa

Theo Filley et al., 1986 thì sự phát triển của sinh khối tảo quang hợp(photosynthesis aquatic biomass) sau các thời kỳ bón N đóng vai trò quan trọng trongviệc làm mất đạm của ruộng lúa, sự phát triển của tảo này đạt cao nhất lúc 10 giờ sáng

Sự mất N vào thời kỳ bón đón đồng là thấp nhất (10 – 15%) vì:

Hô hấp

Ababaena Torulosa Ababaena sp

Oscillatoria spendida

Oscillatoria sp

Oscillatoria germinata Oscillatoria

chlorina

+ Tán lá của lúa dày đặc sẽ che phủ mặt nước ruộng làm giảm hoạt động quang hợp củatảo cũng như tốc độ gió trên mặt ruộng làm giới hạn sự phát tán của NH3

+ Cây lúa hấp thu nhanh hơn vào giai đoạn này

14.2.5 Các yếu tố khác ảnh hưởng đến sự phát thải NH 3

• Tốc độ gió ảnh hưởng rõ sự phát thải của NH3 từ nước

• Ngoài ra mất đạm dạng phát thải còn tùy thuộc các yếu tố khác như thời điểm bónphân, dạng phân bón

• Quản lý phân bón, thông qua việc ảnh hưởng của nó đến nồng độ ammoniacal- Ntrong nước và ảnh hưởng rõ đến sự phát thải NH3

• Những biến số khác ảnh hưởng đến sự phát thải NH3 bao gồm khả năng đệm của

pH và khả năng trao đổi cation (CEC) của đất

• Những diều kiện trong hệ thống lúa ngập nước yêu cầu có sự chăm sóc đặc biệt:

 Thứ nhất, tốc độ phát thải troong hệ thống lúa ngập nước

 Thứ hai, những điều kiện trong những hệ thống tràn ngập về sự phát thảicủa NH3 thì khác với hệ thống ở vùng đất cao

Trong những hệ thống lúa ngập nước, những nhân tố như loại phân bón, tỷ lệ, thờigian và cách bón, độ sâu nước và sự phát triển của tảo Những ảnh hưởng của chúngthông qua biến số nồng độ ammoniacal – N, pH và nhiệt độ của nước và giữa chúng cómối liên hệ lẫn nhau đặc biệt nồng độ ammoniacal – N với nhiệt độ và pH tạo nên trị số “thế áp suất NH3” (NH3 partial pressure) Sự phát thải NH3 càng cao khi “thế áp suất” càngcao

14.2.6 Mối tương quan giữa các nhân tố gây ra bốc hơi NH 3

Để nghiên cứu tính mẫn cảm của từng nhân tố môi trường đối với sự ước lượngcủa bốc hơi NH3 từ mặt nước (Fvol), Fvol được tính toán và biểu diễn theo giá trị tương đối

Fvol được chọn là giá trị tham khảo thì tương ứng với điều kiện trung bình của mỗiyếu tố môi trường ở các lô không có trồng lúa trong giai đoạn bón bổ sung N đợt 1 Bốchơi tương đối dược tính toán với mô hình (film) trong đó chỉ một nhân tố được thay đổi,thí dụ như ammoniacal nitrogen, nhiệt độ nước, chiều sâu mặt nước, tốc độ gió

Hình 14.5

 Tác nhân mạnh nhất ảnh hưởng đến bốc hơi NH3 là pH, kế đến là nồng độNHx-N và tốc độ gió Ảnh hưởng đến nhiệt độ nước là tương đối yếu.

RUỘNG LÚA

14.3.1 Nghiên cứu trên thế giới về sự phát thải NH 3

Trong hệ thống đồng ruộng, NH3 phát thải có thể từ 20% đến > 80% tổng N mất từlượng phân bón Nhiều nghiên cứu trước đây cho thấy sự phát thải cao điểm xảy ra từ 2đến 4 ngày sau khi bón phân urea Một nghiên cứu ở Trung Quốc khi bón phân với tỷ lệcao (90 kgN/ha) làm cho NH4+ dư thừa không hòa tan được trong đất ví thế làm tăngnồng độ NH4+ trong nước cho nên chúng dễ dàng phát thải NH3 dưới điều kiện pH kiềm

Kết quả nghiên cứu của Freney et al (1990) tại Philippin cho thấy khi urea đượcbón vào trong nước ruộng thì ammmonia trong ruộng mất khoảng từ 10 – 56% lượng bónvào Mất ammonia nhỏ nhất tại Aguilar vì tốc độ gió thấp và mất nhiều nhất Macbita vìgiá trị pH, nhiệt độ cao và gió thì mạnh Ammonia mất thấp khi bón phân vào đất có càybừa Tổng lượng N từ việc bón phân vào trong nước là từ 59 – 71%

Theo Demead et al (1982) và Freney et al (1983) thì ammonia có thể mất có liênquan đến tốc độ gió, nhiệt độ, pH, và nống độ ammoniacal – N trong nước khi bón ureavào trong ruộng không có sự hiện diện của nước thì kết quả cho thấy rằng ammonia mất

đi mất hơn khi có sự hiện diện của nước một cách có ý nghĩa Với cách bón này thì nồng

độ ammoniacal – N thấp trong nước ở tất cả các điểm khảo sát Việc giảm nồng độammoniacal-N trong nước dẫn đến làm giảm sự quang hợp của tảo vì khi khảo sát thấy

pH thấp ở tất cả các điểm vì thế giá trị ammonia mất thấp ở những nghiệm thức áp dụng

kỹ thuật này hơn những nghiệm thức khác là do có liên quan đến giá trị pH và nồng độammmoniacal – N

Nhiều nghiên cứu cho thấy nguyên nhân chih1 dẫn đến sử dụng phân bón khônghiệu quả trong ruộng lúa là do khi phân được bón vào theo kiểu truyền thống thì nó sẽphát thải khí ammonia vào trong khí quyển.

Theo Humphreys et al (1988) cho rằng khi urea được bón vào nước ruộng vàingày sau khi cho ngập lâu dài, ammonia mất cao từ 11-21% lượng N bón vào Sự mấtnày có liên quan đến pH cao vào tốc dộ gió mạnh gần mặt nước

Tuy nhiên khi urea được bón vào trong nước ruộng khi lúa bắt đầu có chùy,ammonia mất thấp (3-8% lượng N sử dụng) Trong giai đoạn lúa bát đầu có chùy, cây lúache mặt nước ví thế nó ngăn cản sự phát triển của tảo dẫn đến pH thấp vào kết quả lànồng độ khí ammonia tại mặt nước thấp Hơn nữa khi cây lúa che thì nó ngăn cản sựchuyển động của ammonia tại mặt nước, do đó làm giảm ammonia vận chuyển qua lạigiữa bề mặt phân cách giữa không khí và mặt nước

Đã có một số nhiên cứu của nhiều tác giả đưa ra các phương trình toán có liênquan đến sự phát thải ammonia

Nồng độ khí ammonia cân bằng với pha lỏng (liquid phase) được xác định từ nồng

độ ammoniacal – N ([NH4+ + NH3] soln) và nhiệt độ của nó (T,K) và pH bởi mối quan hệ:[ NH3] soln = ([NH4+ + NH3] soln/1+10(0,0918+2779,92/T-pH)

po = [NH3] soln 10(1,6937 – 1477,7/T)

po là nồng độ khí ammonia cân bằng với nồng độ ammoniacal – N trong nước

Ammonia trong nước sẽ tồn tại cả hai aqueuos ammonia ( nước) và gasuos amonia( khí ) trong sự cân bằng Thế áp suất NH3 (NH3 partial pressure) kí hiệu FNH3P có thểxác định từ nồng độ trong nước khi nhiệt độ tuyệt đối được biệt bởi Freney et al (1981).FNH3P cho ta biết được khả năng mất do phát thải NH3 Sự mất NH3 thực sự có liên quanđến tốc độ gió Theo Bouldin and Alimagno (1976) có đề nghị là có sự liên quan giữamất ammonia và sự phát thải của nước từ số liệu của Filley et al (1984,1986) và việc sửdụng một sự ước lượng tốc độ phát thải tính theo giờ Godwin et al (1990) đã tìm hấyhàm ước lượng về sự mất ammnia:

AMLOS = 0.036 x FNH3P + 0.05863 x HEF + 0.000257 x FNH3P x 2 x HEF x FLOODTrong đó

HEF = tốc độ paht1 thải nước trên giờ (mm/giờ)

FNH3P = thế áp suất NH3

AMLOS = ammonia mất do phát thải (kgN/ha/giờ)

14.3.2 Mô phỏng sự phát thải NH 3 trên ruộng lúa ĐBSCL

Từ các phương trình xác định từ nồng độ amonia mô phỏng thực hiện đánh giá NH4+nhiệt độ và pH của nước ruộng trên lượng NH3 phát thải vào ruộng lúa

lý hóa được mô tả ở bảng 14.2

Bảng 14.2 Tính chất hóa học của đất trong dụng cụ thẩm kế

Phân loại

(USDA)

Độ sâu(cm)

Thành phần cấp hạt (%)

pH (mSEC

cm-1)

Cacbonhữu cơ(%)

Đạmtổng số(%)

Phương pháp đo lượng phát thải NH3

Sử dụng buồng động lực theo phương pháp của Hayashi Kentaro (2005) để đolượng NH3 bốc thoát

Hệ thống buồng động lực bao gồm 2 hệ thống: (a) là hệ thống buồng thu lấy mẫuNH3 phát thải từ ruộng lúa và (b) hệ thống thu mẫu NH3 và trong không khí xung quanh,hình 14.9

Canh tác

Giống MTL233 có thời gian sinh trưởng 85-90 ngày, gieo với lượng 150 kg/ha giốngđược ngâm 48 giờ, để mọc rể mầm 2-3 mm phân bón sử dụng 46% urê, super lân 16%P2O5, KCl 60% K2O, phương pháp bón phân cho lúa được trình bày ở bảng 14.4

Bảng 14.4 Phương pháp bón phân cho thí nghiệm

14.4.3 Kết quả và thảo luận

Tình hình thời tiết

Tình hình thời tiết của điểm thí nghiệm được trình bày ở bảng 14.5

Bảng 14.5 tình hình thời tiết khu vực Thành Phố Cần Thơ từ tháng 1-5/2008

Diễn biến pH của nước ruộng

Thông thường pH của nước ruộng trên đất phù sa ngọt chỉ khoảng 7.0, sau khi bónurê pH sẽ tăng nhanh hầu hết các nghiệm thức pH đều đạt cao nhất (pH>9.0) vào 2-3NSKB, sau đó giảm và ổn định ở 7.0

Tuy nhiên trong nghiệm thức này pH chỉ cao nhất ở khoảng 8.0, có lẽ hoạt độngcủa rong tảo của nước ruộng do tính chua của đất

Ảnh hưởng của bón thấm ure và Copper-zinc trên khả năng bốc thoát NH3

Bón urê theo phương pháp truyền thống có NH3 bốc thoát cao nhất (7,9%), trongkhi đó bón thấm urê lượng bốc thoát NH3 thấp nhất (4,14%) NT Copper không có hiệuquả nhiều trong cải thiện bốc thoát NH3 (7,19%) Sự mất N của các NT cao nhất vào giaiđoạn 10 NSKS đến giai đoạn 45 NSKS thì sự mất N do bốc thoát NH3 là thấp nhất (bảng14.6)

Bảng 14.6 So sánh lượng và tỷ lệ NH3 bố thoát giữa các nghiệm thức qua 3 thời kỳ bónurê Nông trại thực nghiệm ĐHCT, xuân hè 2008.( Nguồn: Ngô Ngọc Hưng, 2009b)

Bónthấm urê

zinc

Copper-Đốichứng

Bónthấm urê

zinc

NH4 được tạo ra qua tiến trình thủy phân urê sẽ được hấp thụ vào keo đất(Hayashi et al, 2006), điều này có thể hạn chế sự hòa tan của N vào nước ruộng và do đógiảm thiểu lượng bốc thoát NH3

Ảnh hưởng bón thấm urê và Copper-zinc trên thành phần năng suất và năng suất

Bón thấm urê đưa đến các thành phần năng suất: số bông/m2 (416), số hạt trênbông (85.4) và % hạt chắc (75.1) đạt cao nhất trong các NT Giữa NT đối chứng vàCopper không khác biệt có ý nghĩa (Bảng 14.7)

Ngoài ra, một lý do khác của việc bón thấm góp phần chất cải thiện thành phầnnăng suất lúa là đất được rút nước đến khi nứt chân chim, tạo nên tình trạng thông thoángđất Ngược lại trong điều kiện đất ngập nước, chất hữu cơ bị phân hủy yếm khí tạo ranhiều độc chất như acid hữu cơ, H2S… gây giảm sinh trưởng và năng suất lúa

14.4.4 Kết luận

Kỹ thuật bón thấm urê làm giảm lượng bốc thoát NH3 qua 3 đợt bón urê (4,14%),

kỹ thuật này đưa đến cải thiện số bông /m2, số hạt/bông và % hạt chắc và do đó năng suấthạt được nâng cao (5,95t/ha) Biện pháp xử lý Copper-zinc ngay say khi bón urê đãkhông làm giảm đáng kể lượng bốc thoát NH3 so với bón urê đơn thuần

Lượng mất N do bốc thoát NH3 được xác định bằng phương pháp buồng động lựctrong điều kiện nghiên cứu này là thấp hơn so với kết quả nghiên cứu trước đây bằng kỹthuật 15N ở một số nơi khác ở ĐBSCL Một nguyên nhân đáng lưu ý là pH thấp của nướctrong lô thí nghiệm có thể đã hạn chế phần nào sự bốc thoát của NH3.

=// HẾT CHƯƠNG 14 //=