Mô phỏng lượng bốc hơi NH3 qua mô hình toán

CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.4.2.2Mô phỏng lượng bốc hơi NH3 qua mô hình toán

3.4 Một số nghiên cứu về chuyển hóa đạm trong đất phèn nhẹ

3.4.2.2Mô phỏng lượng bốc hơi NH3 qua mô hình toán

c diễn biến của lượng phát thải NH3, đ

ợc trình bày sau đây:

ang NH3. Vì theo Freney et al. (1983) thì sự chuyển hóa NH4+ sang NH3 phụ

thuộc rất lớn vào pH của nước ruộng. Thực tế đã có nhiều nghiên cứu cho rằng thành phần NH4+ và NH3 cân bằng trong nước đư

ộ của NH3 (trong dung dịch) thay đổi tỉ lệ với NH4+. NH3 này sẽ tăng 10 lần trên sự tăng 1 đơn vị pH của dung dịch lên đến pH = 9, cụ thể là khi NH3 tăng lần lượt từ 0,1% đến 1%, 10%, 50% khi pH tăng từ 6 đến 7, 8, 9 (Freney et al., 198

rất thấp. Điều này cũng phù hợp với nghiên cứu của Khanif (1992) ch

đất phèn rất thấp từ 0,5–16,4%.

ô phỏng lượng bốc hơi NH3 qua mô hình toán

Việc đo lường mức độ phát thải NH3 trong điều kiện đồng ruộng đòi hỏi thiết bị phức tạp, tốn nhiều công sức. Sử dụng mô hình toán kết hợp việc xác định một số

thông số môi trường đơn giản sẽ giúp theo dõi đượ

ồng thời nó giúp ích trong việc chọn giải pháp giảm thiểu sự phát thải này thông qua các kịch bản mô phỏng.

Để thực hiện sự mô phỏng lượng bốc hơi NH3 từ ruộng lúa [mục 2.3.4.2], các cơ sở dữ liệu thu thập từ đồng ruộng bao gồm: nhiệt độ nước, pH nước và NH4+–N trong nước. Diễn biến của các tính chất này trong nước ruộng trong vụĐX 2007–2008 và HT 2008 đư

- Nhiệt độ nước

Nhiệt độ của nước ruộng giữa các ngày lấy mẫu và giữa ba thời kỳ của vụ

Đông 26,7oC vào ngày đầu tiên sau khi bón

của đợ

iểm lấy mẫu cũng như giữa các ngày trong một đợt và giữ

3.18b).

Xuân biến động khá lớn: thấp nhất là

t bón phân thứ 3 (45 NSKS) và nhiệt độ cao nhất gần 35oC vào ngày thứ 5 sau khi bón của đợt bón phân thứ 2 (20 NSKS) (Hình 3.18a).

Tương tự như vụ Đông Xuân, thì vụ Hè Thu nhiệt độ nước ruộng cũng dao

động khá mạnh giữa các thời đ

a các đợt, cụ thể nhiệt độ cao nhất đo được trong suốt quá trình thu mẫu của vụ lúa này là 39oC vào buổi chiều của ngày thứ 7 sau khi bón phân đợt thứ 2 và thấp nhất 29,9oC vào ngày cuối cùng của đợt bón phân thứ 3 tức là vào ngày thứ 7 sau khi bón (Hình

Hình 3.18 Diễn biến nhiệt độở 3 giai đoạn của 2 vụ: (a) ĐX và (b) HT

Nhiệt độ nước ảnh hưởng tới bốc hơi NH3. Khi nhiệt độ cao sẽ làm tăng sự

khuếch tán NH3 từ nước vào không khí. Ở giai đoạn đầu, nhiệt độ nước cao hơn 2 giai đoạn còn lại bởi vì lúc đầu tán lúa chưa giao nhau nên ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp xuống mặt nước ruộng. Đã có nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng khi bón urea vào ruộng lúa với sự gia tăng về nhiệt độ đến 45oC hay nếu duy trì nhiệt độ quá cao không đổi thì NH4+ sẽ tồn tại ở dạng NH3 trong nước sau đó khuếch tán vào không khí (Freney et al., 1981; Denmead et al., 1982; Fillery et al., 1984).

Qua 2 vụ cho thấy sự biến động nhiệt độ giữa buổi sáng và chiều, giữa các ngày và các đợt là không giống nhau. Nhiệt độ có liên quan đến sự bốc hơi NH3 vì theo Martin và Champman (1951) thì mất đạm NH3 cao khi nhiệt độ khoảng 450C.

- pH nước

+ Thời kỳ bón phân thứ 1 (10 NSKS)

Đối với vụĐông Xuân ở giai đoạn này sau khi bón (SKB) urea một ngày thì pH đã ướng giảm dần vào các ngày sau đó và đạt thấp nh

0 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

o được tại ruộng đạt cao nhất là 5,4 vào ngày thứ 3 SKB và giảm nhẹ

vào cá vào ngày thứ 7 SKB (Hình 3.19b).

đạt cao nhất là 7,8 và nó có xu h

ất vào ngày thứ 7 SKB là 6,2 (Hình 3.19a)

Nếu so với vụĐông Xuân 2007–20 8, thì pH của vụ Hè Thu thấp hơn nhiều cụ thể là pH đ

c ngày tiếp theo và đạt thấp nhất là 3,8

Hình 3

ày của vụ Đông Xuân có xu hướng giống như đợt 1 tức là cũng

đạt cao nhất vào ngày đầu tiên SKB với pH = 7,6 và giảm dần vào ngày còn lại của

đợt này và đạt thấp nhất cuối cùng (7 NSKB) với pH = 6,0. Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Ngô Ngọc Hưng và ctv. (2002) với pH cũng đạt cao nhất vào ngày đầu tiên của đợt bón phân thứ 2 (Hình 3.19a).

.19 Diễn biến pH ở 3 giai đoạn của 2 vụ: (a) ĐX và (b) HT

+ Thời kỳ bón phân thứ 2 (20 NSKS)

Trong khi đó vụ Hè Thu thì vào ngày đầu tiên SKB pH nước ruộng chỉ có 3,8, kế tiếp pH có xu hướng tăng nhẹ lên 4,1 vào ngày thứ 3 SKB và cũng là pH cao nhất đo được của đợt này. Sau đó, pH tiếp tục giảm nhẹở các ngày tiếp theo và cho

đến ngày thứ 7 SKB thì đạt thấp nhất pH = 3,7. Đây là giai đoạn có giá trị pH đạt thấp nhất so với các giai đoạn khác trong vụ Hè Thu và cũng đạt thấp nhất trong suốt các vụ (Hình 3.19b).

Nhìn chung, trong đợt 20 NSKS giá trị pH diễn biến qua 2 vụ là không giố

nhau, trong đó vụĐông Xuân có giá trị pH cao hơn nhiều so với vụ Hè Thu.

+ Thời kỳ bón phân thứ 3 (45 NSKS)

bón phân thứ 3 của vụ Đông Xuân pH không

đạt thấ khi đó vụ Hè Thu pH có xu hướng đạt

cao nhấ ấ

iá trị pH cực đại ở các đợt bón phân của vụ Đông Xuân cao hơn và sớm hơ

ng

Không giống nhưđợt 1 và đợt 2, đợt

đạt cao nhất vào ngày thứ 1 giống như hai đợt trên mà đạt cao nhất vào này thứ 3 SKB (pH = 6,2) và giảm dần vào các ngày sau đó và thấp nhất vào ngày thứ 7 SKB (pH = 5,0) (Hình 3.19a).

Trong khi đó ở vụ Hè Thu diễn biến pH cũng giống như hai đợt đầu, tức cũng đạt cao nhất sau 3 ngày bón phân với giá trị 4,4, sau đó có xu hướng giảm nhẹ

cho đến ngày đo cuối cùng của đợt 3 này thì giá trị pH đạt thấp nhất với pH = 3,5 (Hình 3.16b).

Tóm lại, qua 3 đợt đo diễn biến pH giữa các đợt và giữa các vụ là không giống nhau. VụĐông Xuân pH có xu hướng đạt cao nhất vào ngày đầu tiên SKB và

p vào ngày cuối cùng của đợt đo, trong

t vào ngày thứ 3 SKB và cũng đạt th p nhất vào ngày cuối cùng của đợt đo. Ngoài ra, giá trị pH của vụĐông Xuân luôn cao hơn vụ Hè Thu rất nhiều ở cả 3 đợt (Hình 3.19).

Sở dĩ g (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

n các đợt bón phân của vụ Hè Thu là do hoạt động quang hợp của rong tảo vụĐông Xuân mạnh hơn vụ Hè Thu (Ngô Ngọc Hưng và ctv., 2002).

Kết quả thu được từ sự bốc hơi NH3 của vụĐông Xuân cho thấy trong 3 thời kỳ bón phân thì NH3 bốc hơi nhiều nhất vào hai thời kỳđầu tiên và thấp nhất là thời kỳ thứ

hai thời kỳ đầu và giảm ở

thời kỳ thứ 3. Và giá trị pH đều đạt cao nhất vào những ngày đầu tiên SKB. Nếu so với vụ

6

3, và kết quả thu được về lượng bốc hơi NH3 của vụ này rất thấp so với vụ

ông X

- Nồng độ NH + trong nước

Sau khi bón urea vào trong đất, urea bị thủy phân tạo thành NH4+ và nước

ruộng 3

thứ 1 (10 NSKS)

Nồng độ NH4+ của vụĐông Xuân cao nhất vào ngày đầu tiên SKB với nồng

độ là 30,3 ppm. Tuy nhiên, chúng vẫn đạt khá cao vào ngày thứ 3 SKB ở buổi sáng là 26,7 ppm, buổi chiều là 22,3 ppm và có xu hướng giảm mạnh đến ngày cuối cùng của đợt thứ 1 với nồng độ là 7,2 ppm (Hình 3.20a).

Trong khi đó vụ Hè Thu, nồng độ NH4+ đạt cao nhất vào ngày đầu tiên SKB với 18,1 ppm và sau đó giảm nhẹ vào ngày thứ 3 SKB với 16,0 ppm, do thời gian này giá trị pH tăng lên làm NH3 bốc hơi dẫn đến nồng độ NH4+ trong nước ruộng giảm (Hình 3.20b).

3 (45 NSKS) và lượng bốc hơi cũng có xu hướng đạt cao nhất vào những ngày đầu tiên SKB. Trong khi đó kết quả thu được từ pH rất phù hợp, chúng cũng có xu hướng giống như NH3 tức là cũng có giá trị cao ở

Đông Xuân thì pH của vụ Hè Thu thấp hơn khá nhiều (Hình 3.19), pH thấp cũng ảnh hưởng đến sự bốc hơi NH3 vì pH ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng giữa NH4+ và NH3. NH3 tăng lần lượt từ 0,1% đến 1%, 10%, 50% khi pH tăng từ đến 7, 8, 9 (FAO, 2001). Vì thế, khi giá trị pH của vụ Hè Thu thấp đã làm giảm sự bốc hơi NH

Đ uân. Như vậy, có thể nói rằng pH là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến sự bốc hơi NH3.

4

tích lũy NH4+. Sự chuyển hóa NH4+ sang NH phụ thuộc rất lớn vào pH của nước ruộng.

Nhìn chung, nồng độ NH4+đợt thứ 1 của vụĐông Xuân cao hơn vụ Hè Thu. nồng độ NH

Tuy nhiên,

những ngày n SKB và sau đó nồng độ giảm dần và cho đến ngày cuối cùng thì đạt th

4+ của 2 vụ trong đợt thư 1 đều có xu hướng đạt cao nhất vào

đầu tiê

ấp nhất.

Hình 3.20 Diễn biến nồng độ NH4+ở 3 giai đoạn của 2 vụ: (a) ĐX và (b) HT

+ Thời kỳ bón phân thứ 2 (20 NSKS

+

nhất vào n B với nồng độ là 27,9 ppm và nồng độ này sau đó giảm nhanh, cho đến ngày thứ 7 thì nồng độ NH4+ rất thấp (0,8 ppm) ( Hình 3.20a)

còn 4,4 ppm (Hình 3.20b). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

hướn ất vào những ngày đầu tiên và sau đó giảm dần ở các ngày sau đó.

4

y thứ 3 SKB với một lượng là 22,2 ppm. Và nồng độ này giảm

)

Tương tự như đợt 1, nồng độ NH4 của đợt 2 vụ Đông Xuân cũng đạt cao gày thứ 1 SK

Trong khi đó vụ Hè Thu nồng độ NH4+ đạt cao nhất vào ngày thứ 3 SKB với nồng độ là 22,8 ppm. Đây là nồng độ cao nhất của cả 3 đợt đo và nồng độ này vẫn tiếp tục còn cao ở ngày thứ 5 SKB với một lượng là 20 ppm, đến ngày thứ 7 SKB thì nồng độ mới giảm mạnh chỉ

Tương tự như đợt 1, nồng độ NH4+ của cả 2 vụ trong đợt này luôn có xu g đạt cao nh

+ Thời kỳ bón phân thứ 3 (45 NSKS)

Khác với 2 thời kỳ đầu, nồng độ NH + của thời kỳ thứ 3 vụĐông Xuân đạt cao nhất vào ngà

mạnh

hu nồng độ NH4+ có xu hướng biến động giống nhưđợt 2, hất vào ngày thứ 3 SKB với 13,5 ppm. Sau đó chúng có xu hướng giảm dần cho đến ngày thứ 7 SKB thì nồng độ này đạt thấp nhất với 0,5

4 ớn hơn vụ Hè

ợc

định trự Ô Môn) (Hình 3.21).

vào các ngày kế tiếp và cho đến ngày thứ 7 SKB thì đạt thấp nhất (0,8 ppm) (Hình 3.20a).

Trong khi vụ Hè T tức chúng cũng đạt cao n

ppm. Đây cũng chính nồng độ thấp nhất của 3 đợt (Hình 3.20b). Tóm lại, nồng độ NH + của vụ Đông Xuân ở cả 3 đợt đều l

Thu, ngoài ra ở cả hai vụ thì nồng độ NH4+ luôn có xu hướng đạt cao nhất vào những ngày đầu tiên SKB và giảm dần ở các ngày tiếp.

Thành phần NH4+ và NH3 cân bằng trong nước được gọi chung là ammoniacal–N. Sự cân bằng giữa NH4+ và NH3 phụ thuộc lớn vào pH. Nồng độ của NH3 (trong dung dịch) thay đổi tỉ lệ với NH4+. Với sự gia tăng pH nước, NH4+ được chuyển thành NH3, và dạng này có thể bốc hơi vào trong không khí (De Datta, 1987).

Thông qua phương trình hồi qui giữa giá trị ρo và lượng NH3 phát thải (đư

c tiếp bằng phương pháp buồng thu tại xác y = 0.3824x - 0 R2 = 0.75 .786 25 -2.5 0.0 0.5 -2 -1 0 1 2 3 4 Log(P0) Hình 3.21 Tương quan giữa ρo và NH3 phát thải 3 -2.0 -1.5 -1.0 L og( N -0.5 H 3) -3 Log(ρo)

Phương trình Y=10^(0,382*Log10[ρo] – 0,786) được sử dụng cho phép tính

ỏng khả năng phát thải NH3 qua các thời kỳ bón urea. Sử ư Hình 3.22.

toán và đưa vào mô ph

dụng phần mềm STELLA 8.0 để mô phỏng khả năng phát thải NH3, kết quả được trình bày nh Hình 3.22 Diễn bi ếu t ườ ướ , NH ết qu phỏn ượ 3 tí y d ng 9 ủa t kỳ bón a đợt 1 nói ừn tố nh ệt H v độ NH + trong n c đề ưởng ự b i N 3 ng th ữa chúng cũ ối liên hệ độ NH4–N cùng với nhiệt độ và pH tạo nên trị số “thế áp suất NH3” (NH3 partial pressure). Sự bốc hơi NH3 càng cao khi “thế áp suất” càng cao (D è ến y g của l ố môi tr ng NH ng n ch lũ c (pH, nhi ồn tro ệt độ 2 giờ c 4) và k hời ả mô ure Có thể rằng t g yếu ư nhi độ, p à nồng 4 ướ u có ảnh h đến s ốc hơ H , đồ ời gi ng có m lẫn nhau. Đặc biệt, nồng e Datta, 1987).

Dựa vào phần mềm STELLA 8.0 để tính toán khả năng bốc hơi NH3 qua các thời kỳ bón urea và tích lũy dồn lượng NH3 phát thải qua 3 thời kỳ bón phân, cho thấy lượng NH3 bay hơi của Đông Xuân (10,7 kg N/ha) thì cao hơn nhiều so với H Thu (1,6 kg N/ha) (Hình 3.23).

Hình 3

y, qua thí nghiệm về xác định khả năng bay hơi NH3 qua các thời kỳ

bón urea của Đông Xuân và Hè Thu bằng 2 phương pháp, cho thấy phương pháp

đồng bằn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

3.4.3

Q ồm 3 vụ Đông Xuân 2007–2008, Xuân Hè

2008 và Hè Thu 2008, sự hấp thu đạm được xác định qua Bảng 3.12.

.23 Tích lũy dồn lượng NH3 phát thải sau 3 thời kỳ bón urea của vụ ĐX và HT

Như vậ

mô phỏng lượng bốc hơi NH3 qua mô hình toán có kết quả gần với đo thực tế ngoài g dụng cụ buồng thu.

Thí nghiệm 5: Xác định hấp thu NPK của cây trồng ở hai hệ thống canh tác

Thí nghiệm đồng ruộng được bố trí theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên, với 4 lần lặp lại. Trên 2 hệ thống cây trồng (lúa ĐX–lúa XH–lúa HT và lúa ĐX–bắp XH–lúa HT).

Thí nghiệm được thực hiện trong 3 vụ, từ vụ Đông Xuân 2007–2008, vụ

Xuân Hè 2008 và Hè Thu 2008 trên đất phèn nhẹ tại xã Hòa Hưng, huyện Giồng Riềng, tỉnh Kiên Giang.

3.4.3.1 Sự hấp thu đạm

hất ở vụ lúa Hè Thu

n ở các vụ khác.

Bản

Qua Bảng 3.12, cho thấy tổng hấp thu đạm cao nhất ở vụ lúa Đông Xuân (135 kg N/ha), khác biệt qua thống kê so với các vụ còn lại, thấp n

trồng trên nền lúa Xuân Hè. Sự chênh lệch này chủ yếu do năng suất hạt và sinh khối vụ lúa Đông Xuân cao nhất (15,35 tấn/ha), trong khi đó lúa Hè Thu trồng trên nền lúa Xuân Hè chỉ đạt năng suất và sinh khối là 7,42 tấn/ha. Bên cạnh đó, hàm lượng đạm trong rơm và hạt lúa ở vụ Hè Thu trồng trên nền lúa Xuân Hè đều thấp hơ

g 3.12 Hàm lượng N và lượng lấy đi sau thu hoạch của cây lúa ở các vụ ĐX 2007-2008, XH 2008 và HT 2008 Rơm/thân Hạt Hàm Năng Hấp Hàm Năng suất Hấp thu Tổng Vụ tr hấp thu hạt+rơm ồng lượng

(%N) (t/ha) suất thu (kg N/ha) l(%N) ượng (t/ha) N/ha) (kg (kgN/ha)

Lúa ĐX 0,64b 8,17a 52b 1,16b 7,18a 83a 135a

Lúa XH 0,72a 4,99b 36c 1,15b 4,09b 47b 83c

Bắp XH 0,84a 8,97a 75a 1,35a 3,96bc 53b 128b

Luá HT (C1) 0,49c 4,16b 20d 0,88c 3,26c 29c 49d

Lúa HT(C2) 0,71a 5,42b 38c 1.23b 3,65c 45b 83c CV (%) 5.49 13.07 10.24 5.61 10.96 12.86 9.87

Ghi chú:

2 5 o hơn so với lúa. Tổng lân hấp

t ở vụ lúa Xuân Hè (18 kg/ha).

C1: lúa Hè Thu trồng sau vụ lúa Xuân Hè

C2: lúa Hè Thu trồng sau vụ bắp Xuân Hè

3.4.3.2 Sự hấp thu lân

Qua một chu kỳ canh tác, sự hấp thu lân trong thân và hạt được xác định qua Bảng 3.13. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Qua Bảng 3.13, cho thấy tổng hấp thu lân cao nhất ở vụ bắp Xuân Hè (47 kg P O /ha), chủ yếu do hàm lượng lân trong hạt bắp ca

Bảng 3.13 Hàm lượng P và lượng lấy đi sau thu hoạch của cây lúa ở các vụ ĐX 2007-2008, XH 2008 và HT 2008 Rơm/thân Hạt