Luận văn nghiên cứu thành phần nguyên tố vi lượng cu, zn, mo, mn, v trong đất trồng vải thiều thanh hà hải dương luận văn thạc sỹ hóa học

LỜI CẢM ƠN Luận văn này được hoàn thành tại khoa Hóa Học, trường Đại học Vinh. Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc đến PGS-TS. Nguyễn Hoa Du, người đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Đinh Xuân Đinh, TS. Nguyễn Quốc Thắng, PGS.TS. Nguyễn Khắc Nghĩa,PGS.TS Hoàng Văn Lựu đã đóng góp những ý kiến quý báu cho tôi trong quá trình làm luận văn. Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm Khoa Hóa – Trường Đại học Vinh và quý thầy, cô kỹ thuật viên phụ trách phòng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến nhóm cao học Hóa vô cơ khóa 17 –Hải Phòng, các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân luôn động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Vinh, tháng 12 năm 2011 - 1 - MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN 2 MỤC LỤC 3 DANH MỤC VIẾT TẮT 7 DANH MỤC CÁC BẢNG 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 9 MỞ ĐẦU 10 Chương 1: TỔNG QUAN 15 1.1.Tầm quan trọng của đất và một số chỉ tiêu dinh dưỡng trong đất trồng trọt. 15 1.1.1.Tầm quan trọng của đất 15 1.1.2.Một số chỉ tiêu dinh dưỡng trong đất 15 1.1.2.1. Đạm 16 1.1.2.2. Lân 16 1.1.2.3. Mùn 16 1.1.2.4. Canxi và magiê trao đổi 16 1.1.2.5. Độ chua 16 1.1.2.6. Các nguyên tố vi lượng 17 1.2.Dạng tồn tại của Zn, Cu, Mo, Mn, V trong đất và chức năng sinh lý của chúng đối với cây trồng 17 1.2.1:Vai trò chung của các nguyên tố vi lượng đối với cây trồng 17 1.2.2: Vai trò sinh lý của các nguyên tố vi lượng đối với cây trồng 17 1.2.1.1. Mối liên quan giữa các nguyên tố vi lượng và men 17 1.2.2.2. Mối liên quan giữa các nguyên tố vi lượng và trao đổi chất 18 1.2.2.3. Mối liên hệ giữa các nguyên tố vi lượng và các quá trình sinh lý của thực vật (hô hấp) 19 1.2.2.4. Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng đến quá trình quang hợp 20 1.2.2.5 Tác dụng của các nguyên tố vi lượng đến quá trình sinh trưởng, phát triển, khả năng chống chịu của cây 20 1.2.2.6. Ảnh hưởng của các nguyên tố vi luợng đến một số quá trình chuyển hoá trong cây. 21 1.2.3. Dạng tồn tại của Zn, Cu, Mo ,Mn , V trong đất và chức năng sinh lý của chúng đối với cây trồng 22 1.2.3.1. Nguyên tố đồng 23 1. 2.3.2. Nguyên tố kẽm 26 - 2 - 1.2.3.3. Nguyên tố molipden 29 1.2.3.4. Nguyên tố Mangan (Mn): 31 1.2.3.5. Nguyên tố Vanadi ( V): 33 1.3.Các phương pháp nghiên cứu: 35 1.3.1. Phương pháp chung 35 1.3.2. . Phương pháp khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS) 36 1.4. Vị trí địa lý , điều kiện khí hậu và đất đai của huyện Thanh Hà-Hải Dương: 39 1.4.1. Vị trí địa lí 39 1.4.2. Đặc thù về khí hậu 40 1.4.3. Đặc thù về hệ thống sông ngòi, thuỷ văn 40 1.4.4. Đặc thù về đất đai 41 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 42 2.1. Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu 42 2.1.1. Phương pháp lấy mẫu 42 2.1.2. Xử lý mẫu 46 2.2. Hóa chất, dụng cụ và máy móc 46 2.2.1. Hóa chất 46 2.2.2. Dụng cụ và máy móc 46 2.3. Quy trình phân tích 46 2.3.1. Pha chế dung dịch cần cho phân tích 46 2.3.2. Xác định một số chỉ tiêu chung của đất 51 2.3.2.1. Xác định hệ số khô kiệt của đất 51 2.3.2.2. Xác định tổng khoáng trong đất 52 2.3.2.3. Xác định pH OH 2 và pH KCl của đất 53 2.3.2.4. Xác định độ chua thủy phân theo phương pháp Kappen 54 2.3.2.5. Xác định tổng lượng mùn trong đất bằng phương pháp Walkey – Black 55 2.3.2.6. Xác định dung tích hấp thu cation (CEC) bằng phương pháp complexon 56 2.4. Xác định tổng số vi lượng Zn, Cu, Mo, Mn,V bằng phương pháp khối phổ plasma cảm ứng (ICP – MS) 59 2.4.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất 59 2.4.2. Quá trình Phân tích 59 2.4.2.1. Chuẩn bị mẫu phân tích 59 2.4.2.2.Dung dịch đường chuẩn 60 2.4.2.3.Thông số máy 60 - 3 - 2.4.2.4. Chọn vạch phân tích (số khối) 61 2.4.2.5 Thiết lập method 61 2.4.2.6. Thiết lập sample log table 61 2.4.2.7. Tiến hành đo mẫu 61 2.4.2.8. Tính toán kết quả 61 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 62 3.1. Các chỉ tiêu chung 62 3.1.1. Hệ số khô kiệt của đất 62 3.1.2. Tổng khoáng trong đất 62 3.1.3. pH OH 2 và pH KCl của đất 65 3.1.4. Độ chua thủy phân theo phương pháp Kappen 66 3.1.5. Dung tích hấp thu cation (CEC) bằng phương pháp complexon 68 3.1.6. Tổng lượng mùn trong đất bằng phương pháp Walkey – Black . 69 3.2. Xác định hàm lượng các nguyên tố vi lượng Zn, Cu, Mo, Mn,V 70 3.2.1.Kết quả xác định hàm lượng các nguyên tố vi lượng Zn, Cu, Mo,Mn,V theo phương pháp ICP – MS 70 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC 83 - 4 - DANH MỤC VIẾT TẮT CAT : enzim catalase ĐC : đối chứng GOT : enzim oxaloacetic transaminase glutamic ICP- MS : phương pháp ICP- MS NTVL : nguyên tố vi lượng NC :Nghiên cứu POD : enzim peroxidase SOD : enzim supperoxide dismutase - 5 - DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Ảnh hưởng của việc loại Cu lên sự ra hoa và hoạt tính enzim của cây Chrysanthmum morifolium Bảng 1.2: Ảnh hưởng của đồng lên sự sinh trưởng, hàm lượng protein, diệp lục và quang hợp của cây cải xanh (Botrill, 1970) Bảng 1.3: Ảnh hưởng của thiếu Zn, Mn và Cu lên hàm lượng amino axit tự do và amit ở cây cà chua (possinyham, 1957). Bảng 3.1: Hệ số khô kiệt của các mẫu đất . Bảng 3.2: Tổng hàm lượng khoáng của các mẫu đất Bảng 3.3: pH H 2 O của mẫu đất . Bảng 3.4: Giá trị pH KCl của các mẫu đất Bảng 3.5: Độ chua thuỷ phân của đất, mđlg/100g đất Bảng 3.6: Dung tích hấp thu (CEC), me/100g của các mẫu đất Bảng 3. 7: Hàm lượng mùn (%) của các mẫu đất. Bảng 3.8: Hàm lượng các vi lượng ở dạng tổng số thu được bằng phương pháp ICP - MS (ppm). Bảng 3.9 . So sánh giá trị trung bình hàm lượng các nguyên tố trong hai loại đất. - 6 - DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1: Ảnh Vải Thiều Thanh Hà,Hải Dương Hình 1.1: Thiết bị khối phổ plasma cảm ứng Aligent 7500 a ICP – MS. Hình 1.2: Sơ đồ mô tả hoạt động của máy khối phổ plasma cảm ứng Hình 1.3: Ảnh Huyện Thanh Hà ,Tỉnh Hải Dương ( Bản đồ và vệ tinh kết hợp) Hình2.1: Hình ảnh và mặt cắt phẫu diện lấy mẫu đất Hình 2.2: Sơ đồ lấy mẫu tại các mảnh đất Hình 2.3: Sơ đồ lấy mẫu trung bình Hình 2.4: Huyện Thanh Hà,Tỉnh HảiDương Hình 2.5: Sơ đồ vị trí lấy mẫu đất nghiên cứu tại xã Thanh Bính,Huyện Thanh Hà Hình 2.6: Huyện An Lão,Hải Phòng Hình 2.7: Sơ đồ vị trí lấy mẫu đất đối chứng tại xã Quốc Tuấn, huyện An Lão. Hình 3.1: Hệ số khô kiệt của các mẫu đất Hình 3.2: Hàm lượng tổng khoáng trong các mẫu đất Hình 3.3. Giá trị pH H 2 O của các mẫu đất Hình 3.4: Biểu đồ giá trị pH KCl của các mẫu đất Hình 3.5: Biểu đồ độ chua thủy phân H tp của các mẫu đất Hình 3.6: Sự khác nhau về dung tích hấp thu của các mẫu đất Hình 3.7: Biểu đồ so sánh hàm lượng mùn của các mẫu đất Hình 3.8: Biểu đồ so sánh hàm lượng trung bình các nguyên tố vi lượng có trong đất trồng vải thiều Thanh Hà và đất không trồng vải thiều Thanh Hà (theo phương pháp ICP - MS) Hình 3.9: Hàm lượng vi lượng molipden của các mẫu đất Hình 3.10: Hàm lượng vi lượng vanadi của các mẫu đất Hình 3.11. Hàm lượng mangan của các mẫu đất Hình 3.12. Hàm lượng vi lượng đồng của các mẫu đất Hình 3.13. Hàm lượng vi lượng Zn của các mẫu đất - 7 - MỞ ĐẦU 1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài : Cây vải (tên khoa học là Nephelium litch hay Litchisinensis) là cây ăn quả quý, quả chín ăn ngon, bổ, đặc biệt là bổ não, có tác dụng chữa bệnh đường ruột. Trồng vải còn là nguồn cung cấp nhiều mật tốt cho nghề nuôi ong và cho gỗ tốt. Vải khô, vải hộp là hàng xuất khẩu có giá trị . Hình 1: Vải thiều Thanh Hà Vải thiều Thanh Hà –Hải Dương là loại cây ăn quả đặc sản của tỉnh Hải Dương. Sản phẩm này đã có thương hiệu ở thị trường trong nước và chỉ được trồng ở Huyện Thanh Hà –Hải Dương mới cho chất lượng và hiệu quả kinh tế cao. Đối với Thanh Hà, cây vải thiều là cây trồng chủ lực, chiếm 2/3 diện tích canh tác, là nguồn thu nhập chính của các hộ nông dân. Toàn bộ diện tích vườn tạp ở đây đã được cải tạo để trồng vải thiều, diện tích cây vải thiều ở Thanh Hà phát triển rất nhanh trong khoảng 10 năm trở lại đây. Cây vải thiều trồng ở Huyện Thanh Hà –Hải Dương có chất lượng và hiệu quả kinh tế cao hơn các nơi khác, có thể do nhiều nguyên nhân trong đó có yếu tố quan trọng là thổ nhưỡng. Trong thổ nhưỡng thành phần các nguyên tố vi lượng như Cu, Zn, Mo, Mn, - 8 - V ….đóng vai trò rất quan trọng. Thực vật đòi hỏi chúng với lượng rất nhỏ nhưng các nguyên tố này có ý nghĩa rất quan trọng không thể thiếu được trong đời sống thực vật. Nếu thiếu đi một nguyên tố vi lượng nào đó thì cũng có thể làm ảnh hưởng đến hiệu quả, chất lượng và năng suất cây trồng. Vì vậy, gần đây các nhà hóa học và nông học rất quan tâm đến việc nghiên cứu thành phần của nguyên tố vi lượng trong đất trồng trọt, từ đó có thể tìm cách điều chỉnh hàm lượng của chúng cho thích hợp với cây trồng nhằm tăng năng suất và chất lượng nông sản. Huyện Thanh Hà là huyện được bao bọc bởi các con sông: sông Thái Bình, sông Rạng, sông Văn Úc với chiều dài khoảng trên 200km. Ngoài ra, hệ thống sông ngòi khá dày đặc trong nội đồng với chiều dài trên 350km. Các con sông này cung cấp một lượng lớn phù sa và nước tưới cho vùng, chính vì vậy đặc trưng đất đai của Thanh Hà là đất phù sa của hệ thống sông Thái Bình. Đất Thanh Hà phần lớn có thành phần cơ giới trung bình, pH từ trung tính đến hơi kiềm, độ no bazơ cao, hàm lượng N, P, K tổng số cũng như dễ tiêu cao.Các nguyên tố vi lượng (Cu, Zn, Mn, V ) trong đất Thanh Hà có hàm lượng cao.Từ năm 1993, thực hiện nghị quyết Trung ương 5 về việc chuyển đổi cơ cấu và đa dạng hoá kinh tế nông nghiệp. Huyện Thanh Hà đã xây dựng dự án chuyển đổi 1500 ha đất lúa sang trồng vải thiều. Năm 1994, sau khi nhận thấy cần thiết phải chuyển đổi những vùng ruộng cấy quá úng, trũng, hiệu quả kinh tế thấp sang trồng vải thiều có hiệu quả kinh tế cao. Đặc biệt từ năm 2000, huyện lập dự án chuyển đổi 3.471ha đất bãi của 24 xã sang trồng vải thiều nên diện tích vải thiều tăng lên nhanh chóng. Có nhiều yếu tố quyết định đến năng suất và chất lượng của cây vải thiều như: cây giống, nguồn nước, kỹ thuật canh tác, phân bón, đất trồng,… trong đó, nghiên cứu nông hóa thỗ nhưỡng đóng vai trò hết sức quan trọng, vì trong đất ngoài các nguyên tố dinh dưỡng phổ biến quan trọng còn có một số nguyên tố vi lượng có tác dụng sinh hóa đối với cây trồng. Các nguyên tố vi lượng được các nhà khoa học coi như một tài nguyên mới cần được khai thác. Tuy thực vật cần chúng với một lượng nhỏ, nhưng chúng là các - 9 - nguyên tố có ý nghĩa quan trọng không thể thiếu trong quá trình sống của mỗi loại cây trồng. Nếu hàm lượng của chúng quá ít hoặc thiếu thì sẽ ảnh hưởng năng suất và chất lượng của cây. Tuy nhiên, theo những tài liệu và nguồn thông tin mà tôi có được, thì vấn đề nghiên cứu về thành phần nguyên tố vi lượng của vùng đất trồng cây ăn quả ở Thanh Hà – Hải Dương còn chưa được nghiên cứu cụ thể, mặc dù chúng là yếu tố rất quan trọng đối với chất lượng và năng suất nông sản. Vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thành phần nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mo, Mn, V trong đất trồng vải thiều Thanh Hà – Hải Dương” nhằm góp phần xác định những số liệu cơ bản về thành phần của các nguyên tố vi lượng, tạo cơ sở cho việc bổ sung và cải tạo đất để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm cũng như nhân rộng diện tích trồng cây ăn quả của huyện trong thời gian tới. 1.2. Mục đích, ý nghĩa của đề tài: 1.2.1. Mục đích nghiên cứu: +Xác định được thành phần của các nguyên tố vi lượng và một số thông số thổ nhưỡng cơ bản, tạo cơ sở khoa học cho việc bổ sung và cải tạo đất để nâng cao năng suất và chất lượng vải thiều cũng như nhân rộng diện tích trồng cây vải thiều ở Thanh Hà – Hải Dương. 1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn: + Đề tài thực hiện thành công sẽ mang lại những ý nghĩa đó là: - Có số liệu đánh giá về thành phần thổ nhưỡng đất trồng cây vải thiều ở Thanh Hà – Hải Dương, đặc biệt là số liệu về hàm lượng các nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mo, Mn, V. - Góp phần tạo cơ sở khoa học giúp cho việc cải tạo đất và định hướng sử dụng các nguyên tố vi lượng trong canh tác cây ăn quả. - 10 -