4. Phương pháp nghiên cứu
3.3. Đánh giá mức độ cung cấp đất hiếm nhờ bón phân và xác định
độ bổ sung cần thiết để cân bằng dinh dưỡng cho cây
Do phân lân thường có chứa ĐH nên việc sử dụng phân lân và các phân bón trên nền lân như các loại NPK sẽ đồng thời cung cấp một lượng đất hiếm vào đất trồng hàng năm cho cây cam. Lượng ĐH này có thể được tính toán như sau với ví dụ NPK có thành phần 5.10.3.
* Lượng đất hiếm bù vào hàng năm
+ Supe lân Lâm Thao có thành phần 16,5% P2O5 → 100 kg supe lân có 16,5 kg P2O5
+ NPK (5.10.3) có 10 % P2O5 → 100 kg NPK (5.10.3) có 10,0 kg P2O5 → a kg NPK có16,5 kg P2O5
Suy ra a = (16,5*100)/10 = 165 kg
+ Được biết NPK bón cho cam Vinh, sản xuất từ supe lân Lâm Thao
+ Như vậy: 1kg lân supe lâm thao tương đương với 1,65 kg NPK (5.10.3), trên cơ sở đó ta tính được hàm lượng đất hiếm trong NPK từ supe Lâm Thao, qua bảng sau đây:
43
Bảng 3.7. Hàm lượng nguyên tố đất hiếm trong supe lân và NPK
TT Chỉ tiêu Đơn vị Hàm lượng
Lân supe Lâm Thao NPK (5.10.3)
1 La mg/kg 36.80 22.30 2 Ce mg/kg 39.18 23.75 3 Pr mg/kg 4.961 3.00 4 Nd mg/kg 29.08 17.62 5 Sm mg/kg 5.231 3.17 6 Eu mg/kg 0.838 0.51 7 Gd mg/kg 7.188 4.36 8 Tb mg/kg 0.747 0.45 9 Dy mg/kg 7.476 4.53 10 Ho mg/kg 1.307 0.79 11 Er mg/kg 4.109 2.49 12 Tm mg/kg 0.493 0.30 13 Yb mg/kg 4.048 2.45 14 Lu mg/kg 0.367 0.22
L: Lượng đất hiếm bù vào hàng năm do bón phân (mg/ha/năm) C: Nồng độ đất hiếm có trong phân bón (mg/ha)
m: Khối lượng phân bón (kg/ha)
n: Năng suất thu hoạch nông sản (tấn/ha)
U: Khối lượng chỉ tiêu P2O5 trong phân (kg/tấn quả).
D: Độ dinh dưỡng của phân (hàm lượng chỉ tiêu P2O5 tương ứng với lượng photpho có trong thành phần của phân đó)
Công thức tính:
L=m.C = (100.n.U)/D
Với loại phân NPK (5.10.3) áp dụng công thức L= m.C và cùng với việc bón phân theo năng suất:
44
L : Lượng đất hiếm bù vào hàng năm do bón phân (mg/ha/năm)
C : Nồng độ đất hiếm trong NPK (mg/kg)
m : Khối lượng phân NPK/ha/năm (kg) + Năng suất cam Nghĩa Đàn =13,84 tấn/ha:
Bón 10 kg P2O5/ tấn quả →U= mp2o5 = 13,84*10=138,4 kg P2O5/ha + Năng suất cam Quỳ Hợp = 15,655 tấn/ha:
Bón 8 kg P2O5/tấn quả →U= mp2o5 = 15,655*8=125,24 kg P2O5/ha Như vậy:
+ Với cam Nghĩa Đàn: m= 138,4*100/10 = 1384 kg NPK/ha + Với cam Quỳ Hợp: m = 125,24 *100/10 = 1252,4 kg NPK/ha
Bảng 3.8. Mức độ cung cấp đất hiếm hàng năm khi bón phân NPK 5.10.3 TT Chỉ
tiêu
Hàm lượng NPK (mg/kg)
Mức cung cấp L
(mg REE)/ha/năm Mức cung cấp trung bình (mg/ha/năm) Nghĩa Đàn Quỳ Hợp 1 La 22.30 30863.2 27928.52 29395.86 2 Ce 23.75 32870 29744.5 31307.25 3 Pr 3.00 4152 3757.2 3954.6 4 Nd 17.62 24386.08 22067.288 23226.684 5 Sm 3.17 4387.28 3970.108 4178.694 6 Eu 0.51 705.84 638.724 672.282 7 Gd 4.36 6034.24 5460.464 5747.352 8 Tb 0.45 622.8 563.58 593.19 9 Dy 4.53 6269.52 5673.372 5971.446 10 Ho 0.79 1093.36 989.396 1041.378 11 Er 2.49 3446.16 3118.476 3282.318 12 Tm 0.30 415.2 375.72 395.46 13 Yb 2.45 3390.8 3068.38 3229.59 14 Lu 0.22 304.48 275.528 290.004 Tổng 118940.96 107631.256 113286.11
45 241.055 192.555 26.935 29395.86 31307.25 3954.6 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 La Ce Pr Hàm lượng (mg/ha/năm) Tên nguyên tố
So sánh mức tiêu hao trong quả và mức cung cấp do bón phân
Tiêu Hao
Cung Cấp
Hình 3.3. Biểu đồ so sánh mức tiêu hao và mức cung cấp ĐH do bón phân
Nhận xét: Mức cung cấp đất hiếm qua bón phân NPK (5.10.3) của La, Ce, Nd trên 20g/ha, các nguyên tố (Pr, Sm, Gd, Dy, Er) ở mức 3-5 g/ha, các nguyên tố Eu, Tb, Ho, Tm ở mức 500-1000 mg/ ha.
Các nguyên tố có hàm lượng trong quả cam nhiều La, Ce,Nd (150-250 mg/ha), mức trung bình Pr, Sm, Gb, Er, Dy (7-13 mg/ha), mức thấp Tb, Tm, Ho (0.43-1.3), như vậy những nguyên tố chứa trong phân nhiều sẽ tích lũy nhiều hơn trong quả cam.
Qua so sánh mức độ hàm lượng đất hiếm trong quả cam và hàm lượng đất hiếm cung cấp do bón phân của vài nguyên tố (La, Ce, Pr), ta thấy lượng trong cam rất thấp so với lượng cung cấp, điều này có thể giải thích do các nguyên tố hiếm tồn tại trong phân lân dưới dạng muối phot phat khó tan và khó được cây hấp thụ, dẫn đến sự tích tụ đất hiếm trong đất, nên việc bón phân đất hiếm phun qua lá là một giải pháp. Hơn nữa, việc cung cấp nhiều như vậy bởi lượng nguyên tố bón cho cam sẽ phân bố vào lòng đất ở độ sâu nhất định và trên bề mặt đất rộng khắp do rữa trôi, xói mòn,…
Việc tích tụ đất hiếm trong đất có thể mất đi do bị xói mòn, rửa trôi, hay tồn tại ở dạng khác mà cây không hấp thu được, qua số liệu phân tích các nguyên tố đất hiếm trong đất ở vùng Nghĩa Đàn-Quỳ Hợp [15], [16], hàm lượng trong đất như sau:
46
Bảng 3.9. Hàm lượng đất hiếm trung bình trong đất của Nghĩa Đàn- Quỳ Hợp
Bảng 3.10. Tỉ lệ giữa hàm lượng trung bình lá so với hàm lượng trung bình quả có bón phân đất hiếm và đối chứng của các nguyên tố đất hiếm
Có bón phân Đối chứng
Lá Quả Tỉ lệ Lá/quả Lá Quả Tỉ lệ Lá/ quả
Y 13.89933 0.048633 285.7985 5.613 0.02625 213.8286 La 21.5445 0.151667 142.0516 6.7145 0.09955 67.44852 Ce 12.64267 0.12475 101.344 3.64 0.05065 71.86575 Pr 2.792167 0.017133 162.9669 1.261 0.0126 100.0794 Nd 9.131333 0.097917 93.25617 4.3875 0.0663 66.17647 Sm 1.605167 0.00785 204.4798 0.789 0.00215 366.9767 Eu 0.333833 0.002683 124.4099 0.173 0.0012 144.1667 Gd 1.603667 0.007683 208.7202 0.7305 0.00425 171.8824 Tb 0.1885 0.000783 240.6383 0.0825 0.00045 183.3333 Dy 1.0175 0.0047 216.4894 0.4695 0.0025 187.8 Ho 0.204333 0.000817 250.2041 0.0925 0.0006 154.1667 Er 0.5285 0.007117 74.2623 0.2575 0.0026 99.03846 Tm 0.054833 0.000283 193.5294 0.0245 0.00015 163.3333
Nhận xét: Qua số liệu về tỉ lệ hàm lượng lá/quả ta thấy đất hiếm trong lá cam cao hơn trong quả cam khoảng từ gần 70 - 300 lần.
STT Nguyên tố Đất Nghĩa Đàn Đất Quỳ Hợp TB
1 La 123.648 49.814 86.7310 2 Ce 239.97 113.412 176.6910 3 Nd 93.028 9.048 51.0380 4 Sm 15.676 33.598 24.6370 5 Eu 4.53 6.628 5.5790 6 Pr 28.734 1.376 15.0550 7 Gd 12.796 5.798 9.2970 8 Tm 0.48 27.134 13.8070 Tổng 518.862 246.808 382.835
47
Các nghiên cứu trên cây ngô [24] cho thấy sự tích tụ rõ rệt nhóm nguyên tố đất hiếm nhẹ so với nhóm nặng và qua bảng số liệu về cam chúng ta cũng thấy rõ điều này. Như vậy có thể các nguyên tố đất hiếm nhẹ có tham gia trực tiếp vào các quá trình sinh hóa nào đó trong đời sống của cam.
Hình 3.4. Biểu đồ vùng so sánh hàm lượng trung bình nguyên tố đất hiếm trong quả cam, lá cam, đất trồng cam
So sánh hàm lượng trung bình của nguyên tố đất hiếm trong quả, lá, đất
0 50 100 150 200 250 300 350 h àm lượ n g ( m g /k g ) Nd Ce La Nd 0.097916667 9.131333167 51.038 Ce 0.12475 12.6426665 176.691 La 0.151666667 21.5445 86.731 Quả Lá Đất
Qua biểu đồ ta nhận thấy hàm lượng các nguyên tố hiếm trong đất trồng cam lớn hơn nhiều so với hàm lượng có trong lá và trong lá lớn hơn trong quả.
Các nghiên cứu chỉ ra rằng sự tích tụ các nguyên tố đất hiếm trong cây phụ thuộc vào liều lượng bón phân [25] và việc sử dụng các nguyên tố đất hiếm trong phân bón không ảnh hưởng xấu đến sự hấp thụ các chất dinh dưỡng, sự săn chắc của trái cây có liên quan tới sự cạnh tranh của Ca2+, La3+, Ce3+ tạo thành chất mới và tăng cường ràng buộc thành phần tế bào, các nguyên tố đất hiếm có thể là một thay thế cho kéo dài tuổi thọ sau thu hoạch trái cây.
Một số nghiên cứu chỉ ra Ce trong cây ngô khi áp dụng bón qua rễ khá thấp, vì trong đất có thể do Ce tồn tại dạng CeO2 khó bị hấp thụ [24] như vậy việc bón qua lá cũng là giải pháp hợp lý.
48
KẾT LUẬN
Qua phân tích các số liệu thu được, chúng tôi rút ra một số kết luận sau: 1- Hàm lượng ĐH phân bố trong lá cam cao hơn trong quả cam khoảng từ 70 – 300 lần. Hàm lượng các nguyên tố ĐH nhẹ cao hơn nhiều so với ĐH nặng. Các nguyên tố có hàm lượng cao trong mẫu lá là: La, Ce, Y, Pr. Các nguyên tố có hàm lượng cao trong mẫu quả cam là: La, Ce, Nb, Y. Tuy nhiên hàm lượng ĐH trong lá vẫn thấp hơn trong đất khá nhiều
2- Bón phân ĐH có làm tăng hàm lượng ĐH trong lá và quả, song mức độ không nhiều. Hàm lượng ĐH trong quả không vượt quá mức nguy hại cho người.
3 - Đã tính mức tiêu hao ĐH do thu hoạch cam hàng năm là rất thấp, chỉ vào khoảng gần 1000mg/ha/năm. Lượng tiêu hao này rất bé so với hàm lượng ĐH trong đất. Sự hấp thu ĐH qua lá hiệu quả hơn nếu lá được chăm sóc tốt, ít sâu và nấm bệnh hại.
4 - Do hàm lượng ĐH trong phân lân Lâm Thao khá cao nên việc sử dụng phân lân và các phân có nền lân Lâm Thao cũng đồng thời cung cấp lượng đáng kể ĐH cho cây trồng. Khảo sát cụ thể trên ví dụ cây cam thấy rằng lượng ĐH từ phân lân lớn hơn nhiều lần lượng ĐH tiêu hao do thu hoạch cam. Điều này chứng tỏ việc dùng lâu dài lượng lớn phân lân có thể dẫn đến tích tụ ĐH trong đất trồng.
49
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
[1]. Nguyễn Xuân Chiến và CS (2005). “Nghiên cứu áp dụng phương pháp khối phổ plasma cảm ứng ICP-MS trong phân tích đánh giá môi trường nước và kiểm tra chất lượng uran sạch sản xuất tại viện công nghệ xạ hiếm” mã số: Bo 03/03-01, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Bộ năm 2003-2004.
[2]. Nguyễn Xuân Chiến, Trần Kim Hùng, Huỳnh Văn Trung (2008), Xác định các nguyên tố đất hiếm trong chè, đậu tương, rau và mẫu môi trường bằng khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS), Tạp chí phân tích Hóa lí và sinh học, tập 13, số 1.
[3]. Nguyễn Điểu (1998), Hóa học các nguyên tố hiếm, Tủ sách Đại học Vinh [4] “Phương pháp phân tích kích hoạt nơtron và ứng dụng để nghiên cứu sự
phân bố các nguyên tố đất hiếm trong syenit kiềm, ở đèo Khau Co, tây bắc Việt Nam”, Tạp chí Địa chất, số 225 (11-12).
[5]. Phạm Luận (2002), Cơ sở lý thuyết của phương pháp phân tích phổ khối lượng nguyên tử, phép đo ICP-MS, Đại học Khoa học tự nhiên, Hà Nội. [6] Hoàng Nhâm, 2000, Hóa học vô cơ, Tập 3, NXB Giáo dục.
[7]. Nguyễn Hoa Du, Nguyễn Quang Tuệ, Ngô Thị Thủy Hà (2006), Xác định một số nguyên tố vi lượng và đất hiếm trong đất trồng bưởi Phúc Trạch, Hương Khê - Hà Tĩnh, Tạp chí Phân tích Hóa, Lý và Sinh học, tập 11 số 5, tr 69 - 72.
[8]. Nguyễn thị Châu (2013). Bước đầu nghiên cứu ảnh hưởng phân vi lượng và đất hiếm đến sinh trưởng và phát triển của cây cam trên nền đất đỏ bazan, Luận văn thạc sĩ chuyên ngành trồng trọt, Đại học Vinh.
50
[9]. Trần Thị Duyên, Đậu Đình Giáo (2014) Xác định đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng cam Vinh vùng nghĩa đàn,quỳ hợp. Đồ án tốt nghiệp, chuyên ngành công nghệ thực phẩm, Đại học Vinh.
[10]. Nguyễn Xuân Cả, Bùi Thị Ngọc Dung, Lê Văn Khoa (2001), Phương pháp phân tích đất, nước, phân bón, cây trồng,NXB Giáo dục.
[11]. Cao Thị Vân (2011) Nghiên cứu thành phần các nguyên tố đất hiếm trong đất trồng vải Thanh Hà Hải Dương, Luận văn thạc sĩ hóa học vô cơ, Đại học Vinh.
[12] Trần Thanh Hoàng (2011) Xác định hàm lượng một số nguyên tố vi lượng và đất hiếm trong đất trồng xoài ở xã Bình Thạnh huyện Cao Lãnh, Luận văn thạc sĩ hóa vô cơ.
[13] Nguyễn Như Khanh, Cao Phi Bằng (2008), Sinh lý học thực vật, NXB Giáo dục, Hà Nội.
[14] Phạm Luận, Nguyễn Ngọc Sơn, Phạm Tiến Đức (2008), Nghiên cứu tối ưu các điều kiện để giảm thiểu sự hình thành các ion LnO+ và LnOH+ khi xác định lượng vết các nguyên tố đất hiếm tinh khiết bằng phương pháp khối phổ plasma cảm ứng ICP-MS, tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học, tập 13, số 4/2008, trang 63-68
[15]. Nguyễn Hùng Lẹ (2013), Nghiên cứu thành phần các nguyên tố đất hiếm trong đất trồng cam Nghĩa Đàn- Nghệ An, Luận văn thạc sĩ hóa vô cơ, Đại học Vinh
[16]. Lê Thuần Uy (2013), Nghiên cứu thành phần các nguyên tố đất hiếm trong đất trồng cam ở huyện Quỳ Hợp -Nghệ An, Luận văn thạc sĩ hóa vô cơ, Đại học Vinh.
51 TIẾNG ANH
[17]. LIANG Tao, DING Shiming, SONG Wenchong, CHONG Zhongyi, ZHANG chaosheng, LI Haitao(2008), “A review of fractionations of rare earth element in plants” Journal of rare earths, Vol 26, No.1, pages 7-15.
[18]. Luigi d’Aquino, Maria Concetta de pinto, Luca Nardi, Massimo Morgana, Franca Tommasi (2009) “Effect of some light rare earth elements on seed germination, seedling growth and antioxidant metabolism in Triticum durum ” Chemosphere,75, 900-905.
[19]. Zijian Wang, Dingfang Liu, Peng Lu, and Chunxia Wang(2001), Ecological Risk “Assessment Accumulation of Rare Earth Elements in Corn after Agricultural Application”, J.Environ, Qual. vol 30 : 37-45. [20]. DING Shi-Ming, LIANG Ta, ZHANG Chao-Sheng, WANG Li-Jun
and SUN Qin (2006), “Accumulation and Fractionation of Rare Earth lements in a Soil-Wheat System”, Pedosphere 16(1): 82-90.
[21]. Xiaofei Li, Zhibiao Chen, Zhiqiang Chen, Yonghe Zhang (2013), “A human health risk assessment of rare earth elements in soil and vegetables from a mining area in Fujian Province, Southeast China”. Chemosphere, Volume 93, Issue 6, Pages 1240–1246 .
[22]. Cao Xinde, Wang Xiaorong, Zhao Guiwen (2000), “Assessment of the bioavailability of rare earth elements in soils by chemical fractionation and multiple regression analysis”, Chemosphere 40, 23 -28.
[23]. Hideki Ichlhashi, Hideyoshi Moritab & Ryo Tatsukawa (1992), “Rare erth elements (REEs) in naturally grown plants in relation to their variation in soils” , Environmental Pollution 76 : 157-162.
52
[24]. Xingkai Xu Wangzhao Zhu, Zijian Wang & Geert-Jan Witkamp (2003), “Accumulation of rare earth elements in maize plants (Zea mays L.) after application of mixtures of rare earth elements and lanthanum” Plant and Soil 252: 267-277.
[25]. Ik-Jo Chun, Wei-Wei Zheng, Mu-Young Park, Peter Hirst, Tae-Myung Yoon (2012), “The Accumulation of Rare Earth Elements Fertilizer and its Subsequent Effects on Apple Fruit Quality at Harvest and
During Storage”, Journal of Bio-Environment Control, 21(4):452-458.
[26]. Ding S M, Liang T, Yan J C, Zhang Z L, Sun Q(2005), “Effects of organic ligands on accumulation and fractionation of rare earth elements REEs in wheat”, Acta Ecologica Sinica, 25(11) 2888.
[27]. Gu X Y, Wang X R, Gu Z M (2002), “Fractionation and relevant in- fluencing factors of rare-earth elements (REEs) in a soil-plant system”,
Environmental Science, 23(6): 74.
[28]. Philippe J. Thomas , David Carpenter, Céline Boutin, Jane E. Allison(2014), Rare earth elements (REEs): “Effects on germination and growth of selected crop and native plant species”, Chemosphere 96 : 57–66