M Ở ĐẦU
4.5. Hàm lượng đồng vị đánh dấu 15N trong các mẫu đất
Thời gian thực hiện thí nghiệm đánh dấu kéo dài trải qua cả hai mùa trong năm: mùa khô và mùa mưa. Trong mùa khô chúng tôi tiến hành năm đợt lấy mẫu và trong mùa mưa: ba đợt lấy mẫu.
Kết quả phân tích hàm lượng đồng vịđánh dấu 15N trong các mẫu đất được thống kê trong bảng 4.5. Số liệu phân tích đồng vị đánh dấu 15N trong các mẫu đất nghiên cứu được thống kê chi tiết trong phụ lục 1 trang 82 đến trang 85.
Các kết quả phân tích thu được cho thấy:
- Hàm lượng 15N trong các mẫu đất lấy trước khi bón phân ở các độ sâu khác nhau (L0-1, L0-2, L0-3) đều có giá trị nhỏ hơn giới hạn phát hiện của máy NOI-7 hay nói cách khác có hàm lượng gần với hàm lượng phân bố trong tự
nhiên của đồng vị15N.
- Hàm lượng 15N trong các mẫu đất lấy sau khi bón phân 1 giờ (L1-*-*) xuất hiện ở lớp trên cùng (độ sâu 0cm-5cm) với giá trị dao động từ 1,39 đến 1,57% nguyên tử 15N, có phát hiện được ở lớp thứ 2 (độ sâu 5cm-15cm) với hàm lượng thấp và chưa phát hiện được ở lớp đất thứ 3 (độ sâu 15cm-30cm). Như
vậy với thời gian rất ngắn sau khi bón phân, phân đánh dấu với đồng vị 15N chưa kịp thấm sâu xuống các lớp đất bên dưới.
- Lần lấy mẫu thứ hai, 28 ngày sau khi bón phân urê làm giàu 15N, đồng vịđánh dấu 15N vẫn có mặt ở tầng thứ nhất với hàm lượng khá cao (từ 0,867% đến 1,16% ở các ô khác nhau) đồng thời xuất hiện rõ ràng ở lớp đất thứ 2 (độ sâu 5cm-15cm).
- Sau 58 ngày, đồng vị 15N xuất hiện ở lớp đất thứ nhất và thứ hai với hàm lượng ở tầng thứ nhất giảm đi rõ rệt, ở tầng thứ hai có phần tăng lên so với lần lấy mẫu trước, đồng thời bắt đầu có dấu hiệu xuất hiện ở lớp đất thứ ba. Như
vậy phân đánh dấu bắt đầu thấm dọc theo độ sâu và theo thời gian.
- Sau 143 ngày, đồng vị đánh dấu 15N đã xuất hiện ở lớp đất thứ ba (độ sâu 15cm-30cm) nhưng với hàm lượng khá thấp.
- Sau 195 ngày, 15N đã xuất hiện rõ nét ở lớp đất thứ tư (độ sâu 30cm-45cm). Tình từ thời điểm bắt đầu tiến hành thí nghiệm đánh dấu cho đến thời điểm này, lượng nước cung cấp cho đất và cây trồng tại đây là nước tưới tiêu hàng ngày, lượng mưa là không đáng kể, phân đánh dấu đã thấm sâu xuống đến giới hạn tầng rễ cây. Có thể lý giải rằng, cho đến độ sâu này đất vẫn còn tơi xốp, ít sét, do đó sự thấm dọc của phân diễn ra có phần thuận lợi.
- Tuy nhiên ở các đợt lấy mẫu về sau, (246 ngày, 317 ngày và 409 ngày sau khi bón phân đánh dấu), đồng vị đánh dấu 15N ở các lớp đất thứ tư và sâu hơn cũng chỉđược phát hiện với hàm lượng rất thấp. Các đợt lấy mẫu sau này nằm trong mùa mưa, là thời gian lẽ ra phân có thể thấm sâu với với tốc độ nhanh hơn nhờ sự vận chuyển của nước. Lý do dẫn đến điều không mong muốn này có thể do lượng phân bón đánh dấu có độ giàu đồng vị 15N chưa đủ cao và chỉ được bón một lần duy nhất, do đó sau một thời gian quá dài, lượng phân đánh dấu ban đầu còn lại trong đất rất ít, cùng với các hướng vận động theo chiều ngang của phân cũng như các quá trình biến đổi khác của phân trong đất, dẫn
đến hàm lượng 15N đánh dấu còn lại trong đất thấp và chỉ ở ngưỡng giới hạn phát hiện của máy NOI-7. Bên cạnh đó, ở các tầng đất sâu này, thành phần cơ
giới của đất chứa nhiều sét nên phân không dễ dàng thấm sâu như ở các tầng
đất trên.
Trong thời gian mùa mưa này, bên cạnh việc lấy mẫu đất tại khu vực đánh dấu, chúng tôi tiến hành thêm thí nghiệm đánh dấu với đồng vị131I để theo dõi tốc độ
Bảng 4.5 Hàm lượng đồng vị15N trong các mẫu đất Thời điểm lấy mẫu Độ sâu mẫu Hàm lượng 15N (%) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Giá trị trung bình Trước khi bón phân 30-10-2007 0cm - 5cm 0,378 0,372 0,384 0,378 ± 0,006 5cm - 15cm 0,373 0,380 0,379 0,377 ± 0,004 15cm - 30cm 0,363 0,376 0,382 0,374 ± 0,010 Sau khi bón phân Hàm lượng 15N (%)
Ô I Ô II Ô III Giá trị trung bình Lần 1 30-10-2007 0cm - 5cm 1,57 1,39 1,46 1,47 ± 0,09 5cm - 15cm 0,418 0,454 0,482 0,451 ± 0,032 15cm - 30cm 0,381 0,384 0,389 0,385 ± 0,004 Lần 2 27-11-2007 (28 ngày) 0cm - 5cm 1,16 0,867 1,00 1,01 ± 0,15 5cm - 15cm 0,630 0,475 0,440 0,515 ± 0,101 15cm - 30cm 0,408 0,417 0,392 0,406 ± 0,013 Lần 3 27-12-2007 (58 ngày) 0cm - 5cm 0,517 0,557 0,492 0,522 ± 0,028 5cm - 15cm 0,542 0,576 0,536 0,551 ± 0,022 15cm - 30cm 0,408 0,401 0,415 0,408 ± 0,007 Lần 4 21-03-2008 (143 ngày) 0cm - 5cm 0,482 0,511 0,445 0,479 ± 0,033 5cm - 15cm 0,516 0,555 0,500 0,524 ± 0,028 15cm - 30cm 0,414 0,428 0,407 0,416 ± 0,011 30cm - 45cm 0,389 0,437 0,402 0,409 ± 0,025 45cm - 60cm 0,376 0,389 0,384 0,383 ± 0,007 Lần 5 12-05-2008 (195 ngày) 0cm - 5cm 0,468 0,446 0,447 0,454 ± 0,012 5cm - 15cm 0,401 0,449 0,439 0,430 ± 0,025 15cm - 30cm 0,409 0,456 0,479 0,448 ± 0,036 30cm - 45cm 0,472 0,454 0,412 0,446 ± 0,031 45cm - 60cm 0,378 0,405 0,388 0,390 ± 0,014 Lần 6 02-07-2008 (246 ngày) 0cm - 5cm 0,488 0,431 0,422 0,447 ± 0,036 5cm - 15cm 0,430 0,423 0,409 0,421 ± 0,011 15cm - 30cm 0,405 0,387 0,412 0,401 ± 0,013 30cm - 45cm 0,392 0,410 0,404 0,402 ± 0,009 45cm - 60cm 0,388 0,395 0,387 0,390 ± 0,004 Lần 7 11-09-2008 (317 ngày) 0cm - 5cm 0,442 0,406 0,398 0,415 ± 0,023 5cm - 15cm 0,391 0,433 0,407 0,410 ± 0,021 15cm - 30cm 0,393 0,409 0,417 0,406 ± 0,012 30cm - 45cm 0,398 0,417 0,426 0,414 ± 0,014 45cm - 60cm 0,386 0,397 0,408 0,397 ± 0,011 Lần 8 02-12-2008 (409 ngày) 0cm - 5cm 0,428 0,405 0,398 0,410 ± 0,016 5cm - 15cm 0,412 0,408 0,393 0,404 ± 0,010 15cm - 30cm 0,377 0,389 0,390 0,385 ± 0,007 30cm - 45cm 0,386 0,402 0,398 0,395 ± 0,008 45cm - 60cm 0,392 0,400 0,397 0,396 ± 0,004
Các hình 4.5 đến 4.9 biểu diễn sự thay đổi hàm lượng đồng vịđánh dấu 15N trong các lớp đất khác nhau theo thời gian. Hàm lượng 15N trong các mẫu đất nghiên cứu theo từng lớp đất tại các thời điểm lấy mẫu được thống kê trong phụ lục 3 trang 86.
Ở lớp đất trên cùng (0cm-5cm), đồng vị đánh dấu 15N có hàm lượng cao trong khoảng thời gian đầu sau khi bón phân đánh dấu. Ở các đợt lấy mẫu sau thời gian 2 tháng kể từ khi bón phân, đồng vị đánh dấu 15N vẫn có mặt trong lớp đất này nhưng với hàm lượng khá thấp. Đó là vì, theo thời gian, một phần lượng phân
đánh dấu đã thấm sâu xuống đất, làm dinh dưỡng cho cây trồng và một phần bay hơi vào không khí.
Hình 4.5: Hàm lượng 15N trong các lớp đất 0cm – 5cm
Ở lớp đất thứ hai (5cm-15cm), đồng vị đánh dấu 15N cũng được phát hiện thấy ngay ở lần lấy mẫu đầu tiên ngay sau khi bón phân nhưng với hàm lượng thấp hơn hẳn lớp đất trên. Thời gian sau bón phân 1h chưa đủ để phân thấm nhiều xuống tầng đất này. Đồng vị đánh dấu xuất hiện rõ từ lần lấy mẫu thứ hai (sau thời gian 28 ngày kể từ ngày bón phân) và duy trì sự có mặt 15N ở lớp đất này trong suốt khoảng thời gian nghiên cứu.
Hình 4.6: Hàm lượng 15N trong các lớp đất 5cm – 15cm
Ở lớp đất thứ ba (15cm-30cm), đồng vịđánh dấu 15N tuy có phát hiện được trong ba lần lấy mẫu đầu tiên nhưng với hàm lượng rất thấp và bắt đầu xuất hiện rõ nét
ở lần lấy mẫu thứ tư (sau thời gian 143 ngày kể từ ngày bón phân) và xuất hiện rõ ràng hơn ở lần lấy mẫu thứ năm (sau thời gian 195 ngày kể từ ngày bón phân) ở
phần đất thí nghiệm. Sự có mặt của đồng vịđánh dấu ở lớp đất này - tầng rễ cây hoạt động của các loại rau sau khoảng thời gian hơn 4 tháng từ ngày bón phân cho thấy lượng phân bón dư thừa trong đất mà cây không sử dụng đến sẽ tích tụ
theo thời gian và tiếp tục thấm sâu xuống các lớp đất dưới.
Ở lớp đất thứ tư (30cm-45cm), đồng vị đánh dấu 15N bắt đầu xuất hiện ở lần lấy mẫu thứ tư ở ô III với hàm lượng rất thấp và khá rõ nét ở ô II. Hàm lượng đồng vị đánh dấu ở lớp đất này trong lần lấy mẫu thứ năm (sau thời gian 195 ngày kể từ
ngày bón phân) tăng lên đáng kể.
Trong thời gian mùa khô, lượng mưa ít, không đáng kể và lượng nước cung cấp cho cây là từ nước tưới tiêu hàng ngày, đồng vị đánh dấu 15N đã xuất hiện ở độ
sâu 30cm-45cm sau khoảng thời gian sáu tháng kể từ ngày bón phân đánh dấu. Lớp đất này là tầng hoạt động và bắt đầu chuyển qua phần giới hạn dưới miền rễ
cây của một số loại rau. Phân bón tồn dư sau khi được cây trồng sử dụng ở tầng
đất này sẽ theo nước tưới tiêu và nước mưa thấm sâu xuống dưới miền rễ cây. Lượng phân bón tích tụ này qua thời gian sẽ gia tăng, thấm vào các tầng đất sâu hơn, nhất là vào mùa mưa, xâm nhập vào các tầng nước ngầm.
Hình 4.8: Hàm lượng 15N trong các lớp đất 30cm – 45cm
Mẫu đất ở lớp thứ 5 (45cm-60cm) được lấy và phân tích hàm lượng đồng vị 15N
ở các đợt lấy mẫu về sau. Tuy hàm lượng đồng vị đánh dấu trong lớp đất này rất thấp nhưng cho thấy dấu hiệu hiện diện ở hai lần lấy mẫu cuối (sau 317 và 409 ngày kể từ thời điểm bón phân). Lớp đất này là giới hạn miền hoạt động của rễ
đất này và sâu hơn sẽ khó được cây sử dụng, và sẽ tích tụ dần trong đất và theo nước thấm sâu đi vào các tầng nước ngầm, đặc biệt vào mùa mưa khi lượng nước mưa đi vào đất đủ lớn.
Đối tượng nghiên cứu là khu vực chuyên canh rau với nhiều vụ rau trong một năm, có nghĩa là nhiều đợt bón phân trong một năm. Lượng phân tồn dư sau mỗi vụ tích tụ trong đất và gia tăng theo thời gian, dẫn đến hàm lượng phân dư thừa trong đất ngày càng cao.
Ở các đợt lấy mẫu trong mùa mưa chỉ phát hiện được đồng vịđánh dấu 15N ở lớp
đất 45cm-60cm với hàm lượng rất thấp, chỉ ở ngưỡng phát hiện của máy NOI-7. Bởi lượng phân đánh dấu bón cho cây không nhiều, chỉ bón cho một vụ và độ
giàu của đồng vị đánh dấu trong phân không đủ cao, lượng phân tồn dư trong đất sau khi cây sử dụng không chỉ dịch chuyển thấm sâu mà còn dịch chuyển ngang, mất mát ở dạng bay hơi... nên sau khoảng thời gian nghiên cứu dài hơn một năm, hàm lượng đồng vịđánh dấu còn lại trong đất rất thấp, khó phát hiện được.
Sự thay đổi của hàm lượng đồng vị đánh dấu 15N trong các mẫu đất ở các độ sâu khác nhau theo thời gian được biểu diễn đồng thời trong hình 4.10.
Hình 4.10: Sự thay đổi của hàm lượng 15N trong các mẫu đất ở các độ sâu khác nhau
Hình 4.11 biểu diễn sự xuất hiện đồng vị đánh dấu 15N trong các mẫu đất ở các
độ sâu khác nhau theo thời gian. Biểu đồ này cho thấy: tại thời điểm 317 ngày sau khi bón phân đánh dấu, đồng vị đánh dấu 15N đã xuất hiện ở lớp đất có độ sâu 45cm-60cm - giới hạn tầng rễ cây của các loại rau. Tốc độ dịch chuyển của phân trong các tầng đất phía trên này khá nhanh bởi thành phần các tầng đất này tơi xốp, pha lẫn nhiều cát, nước tưới tiêu thấm thoát tốt dẫn theo phân đánh dấu.