5. Phương pháp nghiên cứu
2.3.2.2.Quá trình phân tích
b.1. Chuẩn bị mẫu phân tích
+ Xác định hàm lượng tổng của các nguyên tố vi lượng trong đất:
Cho các mẫu đất đã sấy khô kiệt, nghiền nhỏ, rây qua rây 0,2 mm. Cân mẫu cho vào chén teflon dung tích 50 ml, cho dung dịch hỗn hợp HF, HClO4, HNO3. Gia nhiệt hòa tan mẫu trên bếp điện có nhiệt độ không quá 3000C. Cô cạn dung dịch mẫu cho đến trạng thái muối ẩm. Cho tiếp HNO3 d=1,42(g/ml) và tiếp tục cô cạn đến trạng thái muối ẩm lặp lại một lần nữa. Hòa tan muối ẩm bằng HNO3 loãng. Lọc trên giấy lọc băng xanh, rửa phần không tan bằng HNO3 loãng. Tro hóa cặn cùng với giấy lọc trong chén platin sau đó nung chảy với hỗn hợp nung chảy. Để nguội, hòa tan trong HNO3 loãng. Gộp 2 dung dịch thu được và chuyển dung dịch vào bình định mức 100 ml. Thêm dung dịch nội chuẩn. Định mức tới vạch bằng HNO3 loãng.
Mẫu trắng được tiến hành qua tất cả các giai đoạn như mẫu phân tích. + Xác định hàm lượng kim loại di động trong đất:
Dùng cân phân tích cân 1g đất vào bình tam giác 50ml. Thêm vào 25ml dung dịch CH3COOH 0,1N, cho vào máy khuấy từ, khuấy 16h ở nhiệt độ phòng. Sau đó li tâm, gạn lấy dung dịch vào bình tam giác. Rửa đất bằng 15ml dung dịch CH3COOH 0,1N, ly tâm, gạn lấy nước lọc cho vào bình tam giác, sau đó rửa đất bằng 10ml nước cất đề ion, ly tâm, gạn lấy nước lọc cho vào bình tam giác. Gộp nước lọc các lần ly tâm lại 1 bình tam giác, đun dung dịch thu được ở nhiệt độ 700C đến khi dung dịch gần cạn (còn khoảng 2ml), thêm tiếp 25ml dung dịch HNO3 0,1N, đun để cô đuổi CH3COOH. Đun đến khi dung dịch trong cốc còn lại khoảng 5ml, lấy ra khỏi bếp đun, tráng rửa nhiều lần thành bình tam giác bằng dung dịch HNO3 0,1N để lấy hết ion bám trên thành bình. Định mức dung dịch thu được bằng HNO3 0,1N đến 25ml, lọc bỏ cặn bằng giấy lọc định lượng. Đo nồng độ các nguyên tố vi lượng dạng di động trong đất bằng máy ICP – MS.
b.2. Dung dịch đường chuẩn
Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn các nguyên tố phân tích B, Mn, Cu, Zn, Mo có nồng độ thích hợp trong môi trường HNO3. Thêm dung dịch nội chuẩn.
b.3. Thông số máy
Ngoài các qui định về phương thức về QA/QC, các thông số chính của máy khi phân tích các nguyên tố vi lượng và các kim loại khác như sau:
Công suất cao tần (RF Power) 1400 W Độ sâu mẫu (Sample Depth) 5,1 mm
Khí tạo plasma 15 l/ph
Khí mang 1,14 l/ph
Khí phụ trợ 0,9 l/ph
Tốc độ bơm (Uptake) 0,4 rps
Thời gian (Uptake) 60 s
Tốc độ bơm (Stable) 0,1 rps
Thời gian (Stable) 30 s
Nước làm nguội 2,4 l/ph
Nhiệt độ nước 18oC.
Dạng phổ 3 điểm (Full Quant(3)) Thời gian đo cho 1 điểm 0,1 s
Số lần đo lặp cho một điểm 3-5 b.4. Chọn vạch phân tích (số khối)
b.5 Thiết lập method
b.6. Thiết lập sample log table
- Dung dịch chuẩn (Calibration Standard) - Mẫu phân tích (unknown Sample) b.7. Tiến hành đo mẫu
Gọi method và sample log table đã lập. Tiến hành đo mẫu theo chương trình đã thiết lập.
Tính toán kết quả theo phương pháp đường chuẩn. Nếu số mẫu lớn dùng phương pháp nội chuẩn.
CHƯƠNG 3
3.1. Xác định một số thông số nông hóa thổ nhưỡng chung của đất trồng cam Vinh, Quỳ Hợp
Hình ảnh phẫu diện đất cho thấy rõ đất nghiên cứu thuộc loại đất ferralit đỏ vàng, giàu hàm lượng sắt và nhôm. Tầng mùn bề mặt dày khoảng 15 – 20cm. Đến độ sâu 70cm tầng đất có thành phần khá đồng đều, màu đỏ vàng, khá tơi xốp.
3.1.1. Xác định hệ số khô kiệt của đất:
Các mẫu được hong khô tự nhiên trong không khí chỗ mát, sau đó xác định hệ số khô kiệt.
- Ký hiệu mẫu:
Mẫu nghiên cứu từ QH1 đến QH5
Trong đó: m0 : Khối lượng mẫu trước khi sấy m’0: Khối lượng mẫu sau khi sấy mc :Khối lượng cốc
Bảng 3. 1: Kết quả xác định hệ số khô kiệt của các mẫu đất
Tên mẫu m0 mC m2 =m0+mC m3 = mC+m’0 m0’ K QH1 10,010 0 48,3991 58,4091 57,6818 9,2827 1,0784 QH2 10,003 0 51,488 5 61,4915 60,8441 9,3556 1,0692 QH3 10,004 7 56,3307 66,3354 65,8668 9,5361 1,0491 QH4 10,003 0 47,8773 57,8803 57,2581 9,3808 1,0663 QH5 10,000 5 54,0429 64,0434 63,4062 9,3633 1,0681
Qua bảng 3.1 ta thấy các mẫu đất có hệ số khô kiệt tương đối đồng đều, dao động từ 1,0491 đến 1,0784. Các mẫu đất có hệ số khô kiệt khác nhau do
sự khác nhau về độ ẩm của đất. Hệ số khô kiệt được dùng để tính các thông số khác quy về khối lượng đất khô kiệt
3.1.2. Kết quả xác định tổng khoáng trong đất
Kết quả xác định hàm lượng khoáng tổng số trong các mẫu đất được nêu trong bảng 3.2 và biễu diễn trên đồ thị hình 3.1.
Bảng 3.2: Kết quả xác định tổng khoáng trong các mẫu đất
Tên mẫu
m0(kl mẫu trước khi nung) m1(kl mẫu sau nung) Tổng % lượng khoáng TB QH1 10,0038 8,3224 83,1924 84,9386 QH2 10,0012 8,3608 83,5980 QH3 10,0032 8,5757 85,7296 QH4 10,0020 8,6568 85,5507 QH5 10,0057 8,5671 85,6222
Hình 3.1 : Hàm lượng tổng khoáng trong các mẫu đất
Kết quả cho ta thấy tổng lượng khoáng trong đất trồng cam Vinh, huyện Quỳ Hợp tương đối ổn định và có mức trung bình là 84,9386%, như vậy hàm lượng khoáng của đất Quỳ Hợp ở mức trung bình đối với loại đất ferralit. Lượng khoáng càng cao thì lượng chất hữu cơ càng thấp, đất càng nghèo chất dinh dưỡng. Tuy nhiên vấn đề là thành phần các nguyên tố khoáng của đất, bao gồm cả các nguyên tố vi lượng, là điều cần được làm rõ để đặc trưng cho thành phần hóa học của đất trồng.
3.1.3. Kết quả xác định pHH O2 và pHKCl của đất
Số liệu thực nghiệm xác định pH của dịch chiết rút đất bằng nước được nêu trong bảng 3.3 và hình 3.2.
- Các giá trị pHH O2 được nêu trong bảng 3.3 và hình 3.2.
Bảng 3.3: pHH2O của mẫu đất
Tên mẫu QH1 QH2 QH3 QH4 QH5
pH 5,5 5,5 5,6 5,4 5,6
TB 5,52
Hình 3.2: Giá trị pHH O2 của các mẫu đất
- Các giá trị pH được nêu trong bảng 3.4 và hình 3.3.KCl
Bảng 3.4: Giá trị pHKCl của các mẫu đất
Mẫu QH1 QH2 QH3 QH4 QH5
pH 4,3 4,3 4,5 4,2 4,5
Hình 3.3: Biểu đồ giá trị pHKCl của các mẫu đất
Các kết quả trên cho ta thấy các mẫu đất trồng cam Vinh, huyện Quỳ Hợp có môi trường hơi axit, các giá trị pHH O2 đều nằm trong khoảng từ 5 đến 6, pHH O2 trung bình là 5,52. Các giá trị pH biến thiên từ 4,2 đến 4,5, trungKCl bình là 4,36. Chênh lệch pHH O2 – pH đối với các mẫu nghiên cứu trungKCl bình là 5,52 – 4,36 = 1,16. Điều này cho thấy độ chua hoạt tính của đất thấp hơn độ chua trao đổi khá nhiều, vì thông thường độ chênh lệch này trên cùng một loại đất vào khoảng 0,5. Kết quả này cho thấy khả năng trao đổi ion H+ và Al3+ của keo đất là khá tốt nên làm giảm mạnh pH khi chiết bằng KCl so với chiết bằng H2O.
3.1.4. Độ chua thủy phân theo phương pháp Kappen
Khi cho đất tác dụng với dung dịch muối natri axetat, ngoài tác dụng trao đổi của ion Na+, ion CH3COO - có tính bazơ do thủy phân mạnh nên làm tăng khả năng tách H+ và Al3+ ra khỏi keo đất.
Bảng 3.5: Độ chua thủy phân của Htp của các mẫu đất
Tên mẫu VNaOH tiêu tốn(ml) Htp Trung bình
QH1 13,4 5,4224 5,1633 QH2 13,2 5,3413 QH3 13,4 5,4218 QH4 13,2 5,3417 QH5 10,6 5,2894
Hình 3.4. Biều đồ so sánh độ chua thủy phân Htp của các mẫu đất
Qua các kết quả được nêu trong bảng 3.5 và hình 3.4 cho thấy đất trồng cam Vinh có độ chua thủy phân trung bình là 5,1633, biến thiên từ 5,2894 đến 5,4224. Điều này càng khẳng định đất Quỳ Hợp thuộc loại đất hơi chua, có môi trường hơi axit. Tuy nhiên khả năng giữ các ion H+ và Al3+ của các mẫu đất là không giống nhau nên sự chênh lệch giá trị Htp không tuyến tính với sự chênh lệch pHH O2 và pH KCl
Để củng cố thêm cho nhận xét của trên, chúng tôi so sánh các giá trị 2
H O
pH , pH , độ chua thủy phân KCl H của đất Quỳ Hợp với một số loại đấttp
khác ở Việt Nam như sau:
Bảng 3.6. Bảng so sánh các chỉ tiêu pHH O2 , pHKCl, Htp của đất Quỳ Hợp với
Loại đất pHH O2 pHKCl H (mđl/100g) tp
Đất Quỳ Hợp 5,52 4,36 5,163
Đất Thanh Hà -Hải Dương 7,85 7,38 0,328 Đất Lai Vung – Đồng Tháp 4,47 3,66 8,63
Qua bảng 3.6 ta thấy, các giá trị pHH O2 , pHKCl, Htp của đất trồng cam Quỳ Hợp đều ở mức trung bình và mang đặc trưng của loại đất ferralit. Đất Thanh Hà – Hải Dương có độ chua thủy phân thấp, các giá trị pH cao, thuộc loại đất trung tính và hơi kiềm, đây là đặc trưng của đất đồng bằng Bắc bộ, trong khi đó đất Lai Vung – Đồng Tháp lại mang đặc điểm của loại đất phù sa, có độ phèn cao nên nên có các giá trị pHH O2 , pHKCl thấp, giá trị Htp cao, thuộc loại đất chua.
Như vậy, so với hai loại đất trên, đất Quỳ Hợp – Nghệ An vẫn là loại đất hơi chua, có thể hạn chế cây trồng hút Mo, nhưng lại gia tăng dạng di động của nhiều nguyên tố khác.
3.1.5. Kết quả xác định tổng lượng mùn theo phương pháp Chiurin
Kết quả xác định thể tích chất chuẩn chuẩn độ mẫu trắng V0 = 10,5 ml. Nồng độ đương lượng của muối Morh: 0,20125N.
Sử dụng công thức tính đã nêu trên, chúng tôi thu được kết quả xác định hàm lượng mùn của các mẫu đất như nên trong bảng 3.7 và biểu diễn trên hình 3.5.
Qua bảng 3.7 chúng ta thấy tổng lượng mùn trung bình trong đất trồng cam Vinh, huyện Quỳ Hợp có hàm lượng mùn khá cao, trung bình là 2,2026%, thuộc loại đất giàu dinh dưỡng. Qua các kết quả thu được ở trên ta thấy có sự liên quan giữa hàm lượng mùn và độ chua của đất, giá trị pH càng thấp hay độ chua thủy phân càng cao thì hàm lượng mùn càng cao và ngược lại. Lượng mùn cao giúp cây trồng có nguồn cung cấp đạm và lân dồi dào
hơn, đất tơi xốp hơn, axit mùn còn có tác dụng kích thích sự phát triển của rễ và sự sinh trưởng của cây trồng.
Bảng 3.7: Hàm lượng mùn (%) của các mẫu đất
QH1 QH2 QH3 QH4 QH5 m mẫu (g) 0,2026 0,2004 0,2016 0,2008 0,2012 V0(ml) 10,5 Vx(ml) 6,6 6,7 6,1 6,8 6,7 %mùn 2,0036 1,9737 2,2717 1,9179 1,9658 TB 2,2026
Hình 3.5: Biểu đồ so sánh hàm lượng mùn của các mẫu đất
3.1.6. Kết quả xác định khả năng trao đổi cation của đất (CEC)
Kết quả xác định khả năng trao đổi cation hay dung tích hấp thu của đất được nêu trong bảng 3.8 và biểu diễn trên hình 3.6. Các giá trị CEC được biểu diễn bằng đơn vị mili đương lượng electron (meq) trong 100 gam đất khô kiệt.
Bảng 3.8 : Dung tích hấp thu (CEC), meq/100g của các mẫu đất
Tên mẫu Khối lượng K VEDTA CEC(meq/100g)
QH1 5,0033 1,0784 5,8 12,5
QH2 5,0008 1,0692 5,6 11,9
QH3 5,0012 1,0491 6,1 12,8
QH5 5,0042 1,0681 5,5 11,8
Hình 3.6 : Biểu đồ dung tích hấp thu của các mẫu đất
Qua bảng 3.8 và hình 3.6 ta thấy, dung tích hấp thu CEC của các mẫu đất Quỳ Hợp ở mức trung bình và không đồng nhất, mẫu có CEC cao nhất là QH3, QH1, các mẫu mẫu lại có CEC hơi thấp như QH2, QH4, QH5. Tuy nhiên, mức độ khác nhau của giá trị CEC lại tỷ lệ thuận với hàm lượng mùn trong các mẫu đất, với mẫu có hàm lượng mùn cao thì CEC càng cao và ngược lại. Điều này được giải thích là do độ lớn của CEC phụ thuộc vào số các điện tích âm trên một đơn vị khối lượng hoặc trên một đơn vị diện tích bề mặt của phức hệ hấp thụ đất. Trong đất, các hợp chất mùn có khả năng hấp thụ lớn nhất, khả năng hấp thụ của chúng phụ thuộc chặt chẽ vào pH. Trong các môi trường trung tính và chua chỉ có ion H+ của các nhóm COOH tham gia vào phản ứng trao đổi. Một phần nhóm COOH của các axit mùn tham gia tích cực vào các phản ứng trao đổi cation khi pH = 5 – 6; những nhóm khác (yếu hơn) tham gia phản ứng chỉ khi pH tăng. Vì vậy, ở các tầng đất giàu mùn giá trị CEC chủ yếu do chất hữu cơ quyết định. CEC diễn tả tổng số các cation mà một loại đất có thể hấp thụ và trao đổi với cây trồng, đất có CEC cao đồng nghĩa với đất giàu dinh dưỡng, có độ phì tiềm năng cao. Vì vậy giá trị CEC là một trong những yếu tố mà người nông dân cần quan tâm đến để từ đó tối ưu hóa
thành phần cation trao đổi cho đất, điều này không chỉ cải thiện điều kiện phát triển của cây trồng mà còn nâng cao mức độ ổn định cho chính đất trồng, khả năng chống chịu của đất đối với ảnh hưởng của các yếu tố không thích hợp khác nhau.
3.1.7 Kết quả xác định nguyên tố vi lượng bằng phương pháp ICP-MS
Các mẫu đất được phân tích tại phòng thí nghiệm ICP-MS của Trung tâm phân tích - Viện công nghệ xạ hiếm.
Kết quả xác định hàm lượng các nguyên tố vi lượng dạng tổng và dạng di động của các mẫu đất được tổng hợp trong bảng 3.9 và hình 3.7.
Bảng 3.9: Hàm lượng các nguyên tố vi lượng dạng tổng xác định bằng phương pháp ICP- MS
STT Chỉ
tiêu Đơn vị
Các mẫu đất nghiên cứu
TB QH1 QH2 QH3 QH4 QH5 1 B mg/kg 5,27 6,15 6,63 8,44 5,52 6,40 2 Mn mg/kg 1458,41 1589,34 1582,22 937,49 1028,63 1319,22 3 Cu mg/kg 47,80 51,84 45,31 29,07 34,70 41,74 4 Zn mg/kg 1038,1 5 511,76 334,24 496,2 372,59 550,59 5 Mo mg/kg 0,42 0,50 0,37 0,30 0,28 0,37
Qua biểu đồ hình 3.7 ta thấy hàm lượng dạng tổng của các nguyên tố vi lượng trong đất trồng cam ở Quỳ Hợp chênh lệch nhau khá lớn. Cao nhất là hàm lượng nguyên tố Mn(1319,22 mg/kg), thấp nhất là nguyên tố Mo (0,374 mg/kg). Tuy nhiên mức độ chênh lệch này phù hợp với độ phổ biến của các nguyên tố vi lượng trong đất [2].
Để so sánh số liệu giữa các mẫu đất, chúng tôi phân tích các số liệu của từng nguyên tố khi xác đinh bằng phương pháp ICP-MS.
Hình 3.8. Biểu đồ hàm lượng nguyên tố B trong đất
Như đã trình bày trong phần tổng quan, B là nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho quá trình phân chia tế bào và quá trình thụ phấn của cây. Giúp sự hình thành và phân hoá mầm hoa, tăng cường sức sống hạt phấn, tăng tỷ lệ đậu trái, giúp giảm rụng hoa và trái non. B là nguyên tố dễ rửa trôi và có hàm lượng nhỏ trong các loại đất có pH thấp. Dựa vào kết quả thu được ở bảng 3.9 ta thấy hàm lượng B trong đất trồng cam Quỳ Hợp khá thấp, mặc dù cao hơn hàm lượng Mo nhưng thấp hơn các nguyên tố còn lại. Điều này có thể giải thích là do đất Quỳ Hợp có độ chua khá cao, và có thể là do thời gian lấy mẫu rơi vào giai đoạn cây sắp thu hoạch nên đòi hỏi một lượng B cao vì vậy làm cho hàm lượng B trong đất giảm.
Hình 3.9. Biểu đồ hàm lượng nguyên tố Mn trong đất
Theo như kết quả phân tích được ở trên ta thấy rằng hàm lượng của Mn trong các mẫu đất trồng cam huyện Quỳ Hợp rất cao, trung bình 1319,22 mg/kg, cao nhất trong tất cả các nguyên tố còn lại. Điều này thường xảy ra ở những vùng đất chua, vì trong các loại đất chua, Mn tồn tại ở dạng hóa trị III và hóa trị IV khó hòa tan hoặc kết hợp với các chất hữu cơ khác tạo thành hợp