M Ở ĐẦU
4.1. Xây dựng đường chuẩn xác định hàm lượng 15N trên máy NOI-7
4.1.1. Đường chuẩn
Xây dựng đường chuẩn xác định 15N từ dãy các dung dịch chuẩn L 400 (trong 1mL dung dịch chứa 400µg N) dùng cho máy NOI-7 với hàm lượng 15N khác nhau, từ hàm lượng phân bố trong tự nhiên 0,366% đến 2,03%. Kết quả được biểu diễn trong bảng 4.1 và hình 4.1. Độ tuyến tính của tín hiệu đo được theo hàm lượng 15N tốt, hệ số tương quan là R2 = 0,9988.
Bảng 4.1: Dãy các dung dịch chuẩn 15N và tín hiệu đo được
15N
(% nguyên tử) 0,366 0,439 0,513 0,737 1,01 1,32 1,51 2,03 Tín hiệu 3,217 3,271 3,355 3,551 3,855 4,125 4,283 4,745
4.1.2. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ)
Giá trị LOD của quy trình được xác định bằng cách tiến hành đo tín hiệu nền của mẫu trắng (có hàm lượng 15N là 0,366%) nBL lần và tính toán theo công thức sau:
m n m n b s t LOD BL BL n BL f. . , ; 99 , 0 + = Trong đó: sBL : độ lệch chuẩn của tín hiệu nền m là số lần đo lặp lại để lấy tín hiệu trung bình của mẫu thử f = nBL + m – 2 là số bậc tự do t0,99;f là hệ số Student
Đo 8 mẫu trắng khác nhau, lặp lại 3 lần để lấy giá trị trung bình. Kết quả đo đạc thực nghiệm được trình bày trong bảng 4.2.
Bảng 4.2: Số đo thực nghiệm của mẫu trắng
Tín hiệu 3,217 3,204 3,224 3,219 3,208 3,229 3,235 3,214
Y = 3,219 ± 0,010
Tiến hành xem xét loại bỏ số đo lệch thô bạo trong dãy kết quả trên theo chuẩn Student ta loại bỏ được số đo có giá trị tín hiệu = 3,235 với giá trị tTN = 5,63 (>t0,997;6=4,8). Các giá trị còn lại phù hợp chuẩn Student.
Giá trị tín hiệu trung bình của mẫu trắng sau khi loại bỏ số đo có giá trị tín hiệu bằng 3,235 là:
'
Y = 3,216; Độ lệch chuẩn sBL,n-1 = 0,009 m = 3 ; f = 9 ; t0,99;9 = 3,25 ; b = 0,9293
Từ đó tính được LOD = 0,022%. Vì hàm lượng 15N phân bố trong tự nhiên là 0,366% nên hàm lượng 15N nhỏ nhất mà máy NOI-7 sử dụng có thể nhận biết có
15N từ phân đánh dấu là 0,022 + 0,366 = 0,388%. Giá trị LOQ của quy trình được tính theo công thức:
LOQ LOD
3 10 =
Từ đó ta tính được LOQ = 0,072%; nghĩa là hàm lượng 15N nhỏ nhất mà máy NOI-7 sử dụng có thểđịnh lượng có 15N từ phân đánh dấu là 0,438%.
4.2. Một số khảo sát trước khi tiến hành phân tích mẫu hàng loạt
- Trước khi tiến hành phân tích hàng loạt mẫu đất, độ kín của hệ chưng cất nitơ được kiểm tra bằng cách cất 7mL dung dịch (NH4)2SO4 – 0,2mgN/mL, bình hứng chứa 10mL dung dịch HCl 0,02N và hai giọt chỉ thị màu Methyl Red- Bromocresol Green. Chuẩn độ dung dịch sau chưng cất với dung dịch chuẩn NaOH 0,02N, kết quả thu được 99,4 ± 0,6 % lượng nitơ ban đầu. Vậy hệ chưng cất đạt yêu cầu.
- Chuẩn bị các mẫu trắng không chứa đất, chỉ bao gồm 0,8g chất xúc tác và 5mL axit H2SO4, tiến hành phá mẫu theo quy trình Kjeldahl, chưng cất và chuẩn độ để
xác định lượng nitơ có trong các mẫu này. Kết quả lượng nitơ trong mẫu trắng thu được là 0,002 ± 0,004mg(N). Vậy hóa chất đảm bảo không gây nhiễm bẩn nitơ cho phép phân tích.
- Chuẩn bị loạt mẫu chứa 1mL dung dịch (NH4)2SO4 – 1mgN/mL nhằm đánh giá sự mất mát nitơ do quá trình đốt mẫu. Kết quả lượng nitơ thu được là 0,992 ± 0,011mg(N), hiệu suất thu hồi 99,2 ± 1,1%.
- Chuẩn bị loạt mẫu kiểm tra phần trăm thu hồi gồm 1mL dung dịch urê - 1mgN/mL và 0,7mL dung dịch urê - 0,1mgN/mL có hàm lượng 10,16 % nguyên tử15N. Dung dịch thu được chứa 1,07mgN và có hàm lượng 15N là 1,003%. (Hàm lượng 15N được tính theo công thức (18) mục 3.9.2.2, trang 44:
1 2 2 1 0 1 2 1 2 1 M m M m a M m a M m a + + = , trong đó m1 = 0,07mg; M1 = 28,2032g/mol; a1 = 10,16%; m2 = 1mg; M2 = 28,00732g/mol; a2 = a0 = 0,366%).
Kết quả lượng nitơ tổng số thu được là 1,04 ± 0,02 (mg), hiệu suất thu hồi đạt 96,9 ± 1,4% và hàm lượng 15N thu được là 0,987 ± 0,010 (%), hiệu suất thu hồi
đạt 98,4 ± 1,0%.
- Chuẩn bị loạt mẫu kiểm tra phần trăm thu hồi gồm 1mL dung dịch urê - 1mgN/mL và 0,2mL dung dịch urê - 0,1mgN/mL có hàm lượng 10,16% nguyên tử 15N. Dung dịch thu được chứa 1,02mgN và có hàm lượng 15N là 0,557% (tính theo công thức (18) mục 3.9.2.2, trang 44 với m1 = 0,02mg; M1 = 28,2032g/mol;
a1 = 10,16%; m2 = 1mg; M2 = 28,00732g/mol; a2=a0=0,366%). Kết quả lượng nitơ
tổng số thu được là 0,987 ± 0,017(mg), hiệu suất thu hồi đạt 96,8 ± 1,6(%) và hàm lượng 15N thu được là 0,534 ± 0,011(%), hiệu suất thu hồi đạt 95,9 ± 1,9(%). - Chuẩn bị các mẫu đất lấy trước khi bón phân urê làm giàu và tiến hành xác định hàm lượng nitơ tổng số cũng như hàm lượng 15N. Hàm lượng nitơ tổng số trong mẫu L0 là 0,083 ± 0,006(%) và hàm lượng % nguyên tử 15N là 0,376 ± 0,010(%) - Trong điều kiện không có mẫu đất chuẩn với hàm lượng nitơ và 15N biết trước, chuẩn bị loạt các mẫu 1g đất L0, thêm vào 1mL dung dịch urê - 0,1mgN/mL có hàm lượng 10,16 % nguyên tử 15N. Hàm lượng đồng vị 15N trong mẫu thu được
ước tính là 1,41% (tính theo công thức (18) mục 3.9.2.2, trang 44 với m1 = 0,1mg; M1 = 28,2032g/mol; a1 = 10,16%; m2 = 0,83mg; M2 = 28,00732g/mol; a2
= a0 = 0,366%). Kết quả lượng nitơ thu được là 0,925 ± 0,005mgN và hàm lượng
15N là 1,36 ± 0,03(%), hiệu suất thu hồi đạt 96,3 ± 2,1(%).
(Số liệu phân tích nitơ tổng số và đồng vị đánh dấu 15N trong các mẫu khảo sát
được thống kê chi tiết trong phụ lục 1 trang 76 và phụ lục 2 trang 81).
4.3. Lấy mẫu và ký hiệu các mẫu
Nghiên cứu được thực hiện tại khu vực trồng rau tại Ấp Đình, xã Tân Phú Trung.
Đất ở đây thuộc nhóm đất xám bạc màu, chủ yếu hình thành trên đất phù sa cổ. Các mẫu đất được lấy cả ở ba ô I, II, III. Vị trí lấy mẫu được biểu diễn trong hình 4.2. Mỗi cột mẫu sau đó được chia thành nhiều mẫu theo các độ sâu khác nhau: 0cm-5cm; 5cm-15cm; 15cm-30cm; 30cm-45cm; và sâu hơn ở các đợt lấy mẫu về
cuối: 45cm-60cm; 60cm-75cm; 75cm-90cm; 90cm-105cm.
Quan sát các mẫu đất thu được ta thấy lớp đất từ 0cm-15cm có màu nâu xỉn, pha cát, tơi xốp, lẫn nhiều rễ cây. Lớp đất từ 15cm-30cm có màu nâu xám, pha cát và sét, vẫn còn rễ cây, đất chặt hơn. Lớp đất 30cm-45cm có màu nâu hơi vàng, nhiều sét, rễ cây ít hơn so với các lớp trên. Lớp đất 45cm-60cm có màu nâu vàng, sáng và rất ít rễ cây. Ở các lớp sâu hơn không còn có mặt của rễ cây, đất sáng màu, sét nhiều, rất chặt.
Các mẫu đất lấy trước khi bón phân urê làm giàu với 15N được ký hiệu là L0, ngay sau khi bón phân làm giàu là L1, và lần lượt các lần lấy mẫu sau là L2, L3... Các mẫu ở các ô khác nhau và các độ sâu khác nhau được kí hiệu như thống kê ở
bảng 4.3.
Bảng 4.3: Kí hiệu mẫu theo độ sâu và ngày lấy mẫu Ngày
lấy mẫu
Kí hiệu mẫu theo độ sâu
0 - 5cm 5 -15 cm 15-30cm 30-45cm 45-60cm 45-60cm 60-75cm
Trước khi bón phân urê làm giàu 15N:
30-10-2007 L0-1 L0-2 L0-3
Sau khi bón phân urê làm giàu 15N: Lần 1
30-10-2007
Ô I L1-I-1 L1-I-2 L1-I-3 Ô II L1-II-1 L1-II-2 L1-II-3
Ô III L1-III-1 L1-III-2 L1-III-3
Lần 2 27-11-2007
Ô I L2-I-1 L2-I-2 L2-I-3 Ô II L2-II-1 L2-II-2 L2-II-3
Ô III L2-III-1 L2-III-2 L2-III-3
Lần 3 27-12-2007
Ô I L3-I-1 L3-I-2 L3-I-3 L3-I-4
Ô II L3-II-1 L3-II-2 L3-II-3 L3-II-4
Ô III L3-III-1 L3-III-2 L3-III-3 L3-III-4
Lần 4 21-03-2008
Ô I L4-I-1 L4-I-2 L4-I-3 L4-I-4 L4-I-5
Ô II L4-II-1 L4-II-2 L4-II-3 L4-II-4 L4-II-5 Ô III L4-III-1 L4-III-2 L4-III-3 L4-III-4 L4-III-5 Lần 5
12-05-2008
Ô I L5-I-1 L5-I-2 L5-I-3 L5-I-4 L5-I-5 L5-I-6 L5-I-7
Ô II L5-II-1 L5-II-2 L5-II-3 L5-II-4 L5-II-5 L5-II-6 L5-II-7 Ô III L5-III-1 L5-III-2 L5-III-3 L5-III-4 L5-III-5 L5-III-6 L5-III-7 Lần 6
02-07-2008
Ô I L6-I-1 L6-I-2 L6-I-3 L6-I-4 L6-I-5 L6-I-6 L6-I-7
Ô II L6-II-1 L6-II-2 L6-II-3 L6-II-4 L6-II-5 L6-II-6 L6-II-7 Ô III L6-III-1 L6-III-2 L6-III-3 L6-III-4 L6-III-5 L6-III-6 L6-III-7 Lần 7
11-09-2008
Ô I L7-I-1 L7-I-2 L7-I-3 L7-I-4 L7-I-5 L7-I-6 L7-I-7
Ô II L7-II-1 L7-II-2 L7-II-3 L7-II-4 L7-II-5 L7-II-6 L7-II-7 Ô III L7-III-1 L7-III-2 L7-III-3 L7-III-4 L7-III-5 L7-III-6 L7-III-7 Lần 8
02-12-2008
Ô I L8-I-1 L8-I-2 L8-I-3 L8-I-4 L8-I-5 L8-I-6 L8-I-7
Ô II L8-II-1 L8-II-2 L8-II-3 L8-II-4 L8-II-5 L8-II-6 L8-II-7 Ô III L8-III-1 L8-III-2 L8-III-3 L8-III-4 L8-III-5 L8-III-6 L8-III-7
4.4. Hàm lượng nitơ tổng số trong các mẫu đất
Số mẫu đất đem phân tích hàm lượng nitơ tổng số và hàm lượng đồng vị 15N là 114 mẫu, với tầng đất sâu nhất là 45cm-60cm. Các mẫu ở độ sâu dưới 60cm ở
các đợt lấy mẫu có hàm lượng nitơ tổng số thấp, không đủ lượng nitơ trong mẫu sau khi làm giàu để có thể xác định hàm lượng đồng vị15N trên máy NOI-7. Kết quả phân tích hàm lượng nitơ tổng số trong các mẫu đất được thống kê trong bảng 4.4 và biểu diễn trên các hình 4.3 và 4.4. Số liệu phân tích nitơ tổng số
trong các mẫu đất nghiên cứu được thống kê chi tiết trong phụ lục 1 trang 77 đến trang 80.
Hình 4.3: Hàm lượng nitơ tổng số trong các mẫu đất (%)
Kết quả phân tích cho thấy rằng: hàm lượng nitơ tổng số trong các mẫu đất ở lớp trên cùng và lớp thứ hai (từ bề mặt đến độ sâu 15cm) có giá trị dao động trong khoảng từ 0,087% đến 0,165%, Bắt đầu từ độ sâu 15cm trở đi hàm lượng nitơ
tổng số trong mẫu đất giảm đáng kể, có giá trị dao động trong khoảng 0,038%
đến 0,061% với lớp đất ở độ sâu từ 15cm đến 30cm và trong khoảng 0,028% đến 0,053% với lớp đất ở độ sâu dưới 30cm. Đây cũng là đặc trưng của nhóm đất
xám bạc màu. Các giá trị này cho thấy đất ở đây nghèo chất dinh dưỡng, do đó để đảm bảo năng suất cây trồng và tăng độ phì nhiêu của đất, nông dân có xu hướng sử dụng lượng phân bón ngày càng nhiều. Lượng phân bón dư thừa tích tụ trong
đất sẽ ngày càng gia tăng và chính là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng.
Bảng 4.4: Hàm lượng phần trăm nitơ tổng số trong các mẫu đất Thời điểm lấy mẫu Độ sâu mẫu Hàm lượng nitơ tổng số (%) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Giá trị trung bình Trước khi bón phân 30-10-2007 0cm - 5cm 0,092 0,098 0,094 0,095 ± 0,003 5cm - 15cm 0,117 0,119 0,120 0,119 ± 0,002 15cm - 30cm 0,044 0,040 0,047 0,044 ± 0,004 Sau khi bón phân Hàm lượng nitơ tổng số (%)
Ô I Ô II Ô III Giá trị trung bình Lần 1 30-10-2007 0cm - 5cm 0,112 0,108 0,108 0,109 ± 0,002 5cm - 15cm 0,122 0,119 0,120 0,120 ± 0,007 15cm - 30cm 0,042 0,038 0,046 0,042 ± 0,004 Lần 2 27-11-2007 (28 ngày) 0cm - 5cm 0,087 0,132 0,141 0,120 ± 0,029 5cm - 15cm 0,117 0,122 0,111 0,117 ± 0,006 15cm - 30cm 0,051 0,061 0,054 0,055 ± 0,005 Lần 3 27-12-2007 (58 ngày) 0cm - 5cm 0,125 0,120 0,109 0,118 ± 0,008 5cm - 15cm 0,119 0,147 0,127 0,131 ± 0,014 15cm - 30cm 0,045 0,059 0,051 0,052 ± 0,007 Lần 4 21-03-2008 (143 ngày) 0cm - 5cm 0,101 0,124 0,144 0,123 ± 0,022 5cm - 15cm 0,122 0,130 0,123 0,125 ± 0,004 15cm - 30cm 0,057 0,056 0,054 0,056 ± 0,002 30cm - 45cm 0,051 0,041 0,038 0,043 ± 0,007 45cm - 60cm 0,037 0,032 0,033 0,034 ± 0,003 Lần 5 12-05-2008 (195 ngày) 0cm - 5cm 0,113 0,161 0,124 0,133 ± 0,025 5cm - 15cm 0,099 0,165 0,107 0,124 ± 0,036 15cm - 30cm 0,053 0,059 0,051 0,054 ± 0,004 30cm - 45cm 0,040 0,041 0,042 0,041 ± 0,001 45cm - 60cm 0,033 0,045 0,040 0,039 ± 0,006 Lần 6 02-07-2008 (246 ngày) 0cm - 5cm 0,088 0,119 0,113 0,107 ± 0,016 5cm - 15cm 0,123 0,124 0,114 0,120 ± 0,006 15cm - 30cm 0,044 0,058 0,043 0,048 ± 0,008 30cm - 45cm 0,040 0,053 0,040 0,044 ± 0,008 45cm - 60cm 0,040 0,041 0,038 0,040 ± 0,002 Lần 7 11-09-2008 (317 ngày) 0cm - 5cm 0,112 0,098 0,096 0,102 ± 0,009 5cm - 15cm 0,126 0,109 0,105 0,113 ± 0,011 15cm - 30cm 0,046 0,052 0,052 0,050 ± 0,003 30cm - 45cm 0,040 0,031 0,032 0,034 ± 0,005 45cm - 60cm 0,036 0,030 0,035 0,034 ± 0,003 Lần 8 02-12-2008 (409 ngày) 0cm - 5cm 0,092 0,108 0,098 0,099 ± 0,008 5cm - 15cm 0,102 0,118 0,105 0,108 ± 0,009 15cm - 30cm 0,040 0,051 0,046 0,046 ± 0,006 30cm - 45cm 0,030 0,034 0,032 0,032 ± 0,002 45cm - 60cm 0,028 0,035 0,031 0,031 ± 0,004
4.5. Hàm lượng đồng vịđánh 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.