2.1.1.Giới thiệu chung về lƣu vực Đồng Cao [2]
Lưu vực Đồng Cao là một trong những vùng cao tại Việt Nam, lưu vực này nằm ở xã Tiến Xuân, huyện Thạch Thất, Hà Nội, phía Tây bắc Việt Nam (20o57’N, 105o29’E) cách trung tâm Hà Nội khoảng 50 km.
Lưu vực Đồng Cao rộng 49,7 ha, được bao quanh bởi các ngọn đồi với độ dốc trung bình 40%, các sườn núi này nằm ở phần giữa của lưu vực và chủ yếu được người dân trong lưu vực sử dụng vào việc canh tác ( hình 2.1)
Hình 2.1 : Toàn cảnh lƣu vực Đồng Cao [2]
Xã Tiến Xuân được thành lập từ bẩy làng, trong đó lưu vực Đồng Cao được tạo thành chủ yếu từ 3 thôn Đồng Cao, Đồng Đậu và Quê Vải. Đời sống của nông dân chủ yếu dựa vào hoạt động nông nghiệp với canh tác lúa nương (1980), ngô (1981 – 1984), ngô xen sắn (1985 - 1990), sắn, màu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
(1991 đến nay) và hoạt động chăn nuôi nhỏ lẻ (lợn, bò và trâu), cùng một số hoạt động trồng cây lâm nghiệp và nuôi trồng thủy sản, việc làm phi nông nghiệp cũng đã tăng trong vài năm qua, đặc biệt là xây dựng các công trình. Nhìn chung hầu hết nông dân sống trong điều kiện kinh tế khó khăn và có trình độ học vấn thấp.
Để đánh giá về lượng mưa, nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí và tốc độ gió một trạm quan trắc thới tiết tự động đã được lắp đặt ở đây từ trước nhằm ghi lại lượng mưa, nhiệt độ không khí, độ ẩm không khí và tốc độ gió. Thực tế, lưu vực này là một phần của hệ thồng nghiên cứu xói mòn và mô hình hóa thủy văn để tính toán sự ảnh hưởng của các phương thức sử dụng đất khác nhau đến sự thoát nước và xói mòn hàng năm (Jouquet và cộng sự 2007, Orange và cộng sự năm 2007) Chẳng hạn, độ dốc trung bình của tiểu lưu vực giảm 5% từ trung bình 45% xuống 40%
2.1.2. Thí nghiệm mƣa giả [2]
Thí nghiệm mưa giả nhằm mục đích xác định ảnh hưởng của các loại phân bón khác nhau và hiện trạng sử dụng đất đến chất lượng rửa trôi, hàm lượng và chất hữu cơ trong đất rửa trôi.
Chọn địa điểm thí nghiệm : Việc chọn lựa địa điểm xây dựng hệ thí nghiệm hợp lí là nhằm bảo đảm hai yếu tố khoa học và kinh tế. Về yếu tố khoa học: Địa điểm cần có tính chất, thủy văn, hoạt động canh tác nông nghiệp đại diện cho khu vực. Cụ thể ở đây, các tiêu chí chọn lựa là diện tích địa điểm, độ dốc, độ phát quang, khoảng cách với nguồn nước khả dụng, và đặc điểm canh tác trước khi xây dựng hệ thí nghiệm. Về yếu tố kinh tế, địa điểm cần bảo đảm tính giao thông thuận tiện, vị trí không được quá hẻo lánh, có thể tập kết nguyên vật liệu trước trong và sau quá trình thí nghiệm, an ninh trật tự tốt. Sau quá trình khảo sát kĩ lưỡng nhóm công tác xây dựng hệ thí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nghiệm đã quyết định chọn lựa xây dựng các ô thí nghiệm tại lưu vực Đông Cao, xã Tiến Xuân, huyện Thạch Thất, Hà Nội.
Chung tôi tiến hành thí nghiệm trên 18 ô có diện tích 1m2
. Các ô này được chia làm 6 nhóm sử dụng các loại phân bón khác nhau. Sơ đồ vị trí 18 ô thí nghiệm được thể hiện trong (hình 2.2)
1 6 9 1 3 6 1 1 3 7 2 4 1 1 8 1 5 1 2 1 0 8 1 7 1 4 5
Hình 2.2 : Sơ đồ vị trí các ô trí nghiệm giả mƣa Bảng 2.1: Đặc tính các ô thí nghiệm
Số thứ tự ô thí nghiệm Độ dốc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Than sinh học 4 11 17 34 31 38 34
Phân chuồng 1 8 16 41 39 35 38
Phân chuồng + Than sinh học 5 9 18 31 39 40 37
Phân chuồng ủ 3 12 15 32 36 44 37
Phân chuồng ủ + Than sinh học 6 10 14 31 38 38 36
Độ dốc trung bình các ô 36
Cách xây dựng,thiết kế một ô thí nghiệm: Một khung sắt có diện tích 1 x 1 = 1m 2 được cố định trên bề mặt sườn dốc khu vực thí nghiệm tạo thành một ô thí nghiệm. Tại cạnh đáy của khung sắt có thiết kế dạng máng hứng nước thẩm thấu từ diện tích đất bên trong khung. Máng hứng này đảm bảo toàn bộ lượng nước chảy tràn sẽ đổ qua máng hứng vào bể thu nhận mẫu (nước) nằm tại miệng máng hứng (hình2.3).Với mỗi ô thí nghiệm, đất bên trong diện tích khung sẽ được làm và bón phân theo chuẩn bị trước (bảng 2.1)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Hình 2.3 Thiết kế một ô giả mƣa
Vật liệu sử dụng để xây một ô thí nghiệm và thiết bị sử dụng khi tiến hành thí nghiệm:
* Khung sắt đã thiết kế sẵn, phân bón các loại, hệ thống dẫn nước, trạm quan trắc thời tiết lắp đặt tại chỗ.
* Bơm nước phun giả mưa, hệ thống bạt phủ nhằm tránh ảnh hưởng của thời thiết và các điều kiện xung quanh, hệ thống thu gom mẫu nước, chậu, bể chứa nước, đầu đo hiện trường, bộ lọc hiện trường.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2.1.3. Cách tiến hành thí nghiệm mƣa giả
Việc làm đất, bón phân được tiền hành 1 tháng trước khi thực hiện thí nghiệm để ổn định ô thí nghiệm. Thời điểm làm đất bón phân được thực hiện vào đầu tháng 3 để thí nghiệm bắt đầu tiến hành vào tháng 4.
Quá trình thí nghiệm bắt đầu bằng việc tạo mưa giả với lượng mưa điều khiển tự động vào từng ô. Mẫu nước chảy tràn được lấy theo các khoảng thời gian đã xác định trong vòng 24 giờ. Mẫu sau đó được bảo quản tại 04o
C và chuyển về phòng thí nghiệm để lọc chân không trong ngày, bảo quản đưa đến các nhóm phân tích khác nhau. Khi tiến hành thí nghiệm , khu vực ô thí nghiệm được phủ bạt cao để tránh các yếu tố ngoại lai ảnh hưởng. Nước sử dụng là nước suối nguồn có độ sạch cao. Chất lượng nước suối nguồn được kiểm tra trước khi đưa vào hệ thống bơm chuyên dụng giả mưa. Các ô thí nghiêm lần lượt.
Toàn bộ thời gian thực hiện kéo dài trong 12 ngày.
Thời gian thực hiện : Từ ngày 11/06/2012 đến ngày 22/06/2012
2.1.4. Số lƣợng mẫu lấy
Sau khi tiền hành thí nghiệm mẫu mưa giả chúng tôi thu được 18 mẫu nước để đưa về phòng phân tích của Viện hóa học – Viện khoa học công nghệ Việt Nam để xác định các hàm lượng cần đo là: Hàm lượng dinh dưỡng (NH4 + , NO2 - , NO3 -, P tổng, PO4 3- ).
2.1.5. Ƣu và nhƣợc của hệ thí nghiệm mƣa giả
Ƣu điểm: Hệ thí nghiệm hoàn chỉnh, chuẩn bị và tiến hành thí nghiệm
trôi chảy
Nhƣợc điểm: Các thí nghiệm tiến hành song song (mẫu xử lí tại chỗ)
không được đồng bộ do chất lượng mẫu lọc chưa ổn định.
*Kinh nghiệm thay đổi cho thí nghiệm tới: Cần chú ý tới chất lượng mẫu để đảm bảo quy trình phân, tách, lọc.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2.2. Thiết bị, dụng cụ, hoá chất thí nghiệm 2.2.1. Thiết bị 2.2.1. Thiết bị
Máy đo quang : UV-VIS CinTra 40 (ÚC) Máy lọc hút chân không
Máy đo pH: D52-HORIBA(Nhật), Bếp điện.
Cân điện tử ( độ chính xác 0,001 mg)
2.2.2. Dụng cụ
Cốc thuỷ tinh loại: 20; 50;100; 200; 300; 500;1000 ml Bình định mức: 25; 50; 100; 250; 500; 1000 ml
Pipet: 0,5; 1; 2 ; 5; 10; 20; 30 ml
Ống đong: 25; 50; 100; 200; 250; 500; 1000 ml Chai thuỷ tinh, chai nhựa sẫm, sáng màu.
Bình tia, chổi rửa, giấy thấm, giấy lọc.
Đũa thuỷ tinh, ống bóp, công tơ hút, ống xiphông. Bình hút ẩm
Bình hút chân không Bình chưng cất NH4+
2.2.3. Hoá chất
Đều sử dụng các loại PA của hãng Merck - Đức, nước cất 2 lần. 2.2.3.1. Các hoá chất dùng cho phân tích octophotphat.
1. Dung dịch chuẩn gốc PO43-
1000 ppm (mg/l) 2. Dung dịch pha loãng 10 ppm (mg/l)
3. Thuốc thử Amstrong: Hòa tan 122 ml H2 SO4 ( đặc) vào 800 ml nước cất. Sau đó thêm 10,5g Amonimolipdat và 0,3g kaliantimonyl tactrat (K(SbO)C4H4O6.1/2H2O) đun nóng cho đến khi hòa tan hoàn toàn, để
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nguội rồi định mức 1000ml. Bảo quản dung dich trong chai sẫm mầu có nút để trong tủ lạnh.
4. Axit ascobic: Hoà tan 3g axit ascobic (C6H8O6) trong 100 ml nước cất 2 lần. Dung dịch ổn định 1 tuần ở 40
C.
2.2.3.2. Hoá chất dùng phá mẫu oxi hoá xác định P tổng. Axit H2SO4 đặc và amoni pesunfat (NH4)2S2O8
Dung dịch NaOH 3M và chỉ thị phenolphtalein * Quá trình phá mẫu oxi hóa xác định P tổng
Lấy 25ml nước cần phân tích + 0,5 ml axit H2SO4 đặc + 0,3 g amoni pesunfat,, đun trên bếp cách cát khoảng 2h cho đến khi thể tích cạn khoảng 1/3 thì bỏ ra và để nguội. Sau đó trung hòa dung dich bằng NaOH 3M
2.2.3.3. Hoá chất dùng cho phân tích amoni bằng thuốc thử phenat 1. Thuốc thử phenat:
a, Thuốc thử 1: Thuốc thử phenat
Lấy bình định mức 250ml. Hòa tan 8,75 g phenol (C6H7O) cộng với 100g đinatri nitropsusside (Na2[NO.Fe(CN)5].2 H2O) sau đó cho thêm 150 ml nước cất lắc đều cho hỗn hợp tan hết. Định mức 250ml, đựng dung dich trong chai thủy tinh màu nâu bảo quản ở nhiệt độ lạnh.
b, Thuốc thử 2: Dung dịch Citrat (C6H5O7Na3.2H2O)
Lấy bình định mức 100 ml. Hòa tan 1,40 g natri citrat cùng với 1,0 g NaOH cho 20ml nước cất hai lần lắc cho đến khi hòa tan hết. Sau đó định mức 100ml bằng nước cất 2 lần.
c. Thuốc thử 3: Dung dịch dichloroiso cyanuric (C2N3O3NaCl2Na.2H2O) Hòa tan 0,006g muối dichloroiso cyanuric (C2N3O3NaCl2Na.2H2O) bằng 100ml nước cất 2 lần.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
d, Thuốc thử hỗn hợp: Thuốc thử oxy hóa
Trộn thuốc thử 2 và thuốc thử 3 theo tỉ lệ thể tích 4: 1 ta được thuốc thử oxy hóa.
2. Dung dịch amoni gốc (1g NH4+
-N/l): Hoà tan 3,819g NH4Cl (đã được sấy khô ở 1000C) vào nước cất, định mức tới 1 lít, (1ml dung dịch này có chứa 1,0mg N hay 1,22mg NH3).
3. Dung dịch amoni làm việc (10mg NH4+
-N/l): Pha loãng 10 ml dung dịch amoni gốc tới 1 lít bằng nước cất trong bình định mức.
2.2.3.4. Hoá chất dùng cho phân tích NO2 bằng phương pháp so màu Azo - Dye 1. Dung dịch NaNO2 gốc (100mg NO2 - N/l): Hoà tan 0,149g NaNO2
(đã giữ trong bình làm khô 24 giờ) trong 500 ml nước cất, định mức tới 1000 ml, bảo quản bằng 2 ml clorofom CHCl3 chứa trong chai thuỷ tinh, bảo quản lạnh, sử dụng được trong 3 tháng.
2. Dung dịch NaNO2 làm việc (1mg NO2 - N/l): Lấy 10,00ml dung dịch NaNO2 gốc pha loãng và định mức bằng nước cất tới 1000ml.
3. Thuốc thử Azo - Dye.
Chuẩn bị bình định mức 1000 ml. Hòa tan 10g sunfanil amide (H2N-C6H4- SO2NH2) và 1g N-(1- Naphthy ethylendiamine dihydrochloride (C12H10Cl2N2).2HCl thêm 100 ml H3PO4 (đặc) cho 800 ml nước cất 1 lần để hòa tan. Chờ dung dich nguội rồi định mức 1000ml. Dung dịch đựng trong chai thủy tinh mầu nâu, bảo quản lạnh.
2.2.3.5. Hoá chất dùng cho phân tích NO3 bằng phương pháp trắc quang sử dụng cột Cd
a. Hóa chất
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
2. Dung dịch nitrat làm việc (1mg NO3 - N/l).
3 .Dung dịch NH4Cl – EDTA đậm đặc. Cân 13 g NH4Cl và 1,7 g natri etylen diamin tetra axetat (EDTA). Cho vào bình định mức 1l,thêm 900ml nước cất để hòa tan rồi định mức lên 1000ml
4.Dung dịch NH4Cl – EDTA làm việc: Pha loãng 300ml dung dịch NH4Cl – EDTA đậm đặc thành 500 ml bằng nước cất. Dung dịh này bảo quản trong trai thủy tinh hoặc trong trai nhựa.
5. Axit HCl 6N : Lấy 500 ml dung dich HCl đậm đăc pha thêm 500 ml nước cất.
6. Dung dịch CuSO4 5%.Lấy 10 g CuSO4.5H2O hòa tan trong 500 ml nước cất ta được dung dich CuSO4 5%.
b. Thuốc thử phân tích NO2 (tương tự phần 2.3.4) c. Quy trình phân tích
Phần 1: Chuẩn bị cột khử.
Cân 50g Cd hạt cho vào cột khử, rửa hạt Cd bằng 500ml dung dịch HCl 6N, tiếp tục rửa lại 3 lần nữa bằng nước cất 1 lần . Khuấy 50g Cd với 250 ml dung dịch CuSO4 5% cho đến khi mất màu xanh và những hạt keo Cu xuất hiện trong dung dịch. Rửa hạt Cd – Cu bằng nước cất 1 lần để loại bỏ kết tủa của Cu trong dung dịch. Chuẩn bị cột khử, nút đáy cột khử bằng bông thủy tinh để không cho hạt Cd – Cu lọt qua. Sau đó nhồi hạt Cd – Cu vào cột sao cho độ dài lõi hạt tối thiều là 30 cm. Sau khi nhồi xong lấy 500ml NH4Cl – EDTA làm việc để rửa cột.
Lưu ý: Không để cột Cd bị khô, nếu bi khô phải nhồi lại cột như phần 1. Khi không sử dụng cột phải ngâm trong dung dich NH4Cl – EDTA làm việc và hiệu suất cột khi khử < 75% cột Cd phải tái sinh lại.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Chuẩn hóa dòng chảy qua cột với tốc độ 10ml/phút (tốc độ giọt 40 giọt/ phút) bằng dung dịch NH4Cl – EDTA làm việc.
Lấy 100ml mẫu (hoặc dung dịch chuẩn) đã qua lọc màng cho vào bình định mức 100ml cộng thêm 2ml dung dịch đệm, lắc đều rồi cho qua cột chạy (40 giọt /phút) phần đầu bỏ đi khoảng 40 ml.
2.3. Quá trình thực hiện 2.3.1. Quan trắc hiện trƣờng 2.3.1. Quan trắc hiện trƣờng
Các chỉ tiêu hoá lý (DO, pH, Độ dẫn) được xác định ngay tại hiện trường bằng thiết bị đo nhanh (DO:21P-TOA(Nhật), pH: D52- HORIBA(Nhật), Độ dẫn: Sension5-HACH(Mỹ). Các thông số còn lại được xác định bằng cách lấy mẫu về và phân tích tại phòng thí nghiệm.
Bảng 2.2 : Dụng cụ đựng mẫu, điều kiện và thời gian bảo quản mẫu
STT Thông số phân
tích Chai đựng Điều kiện bảo quản
Thời gian bảo quản 1 COD PE 4 0 C, thêm 1ml H2SO4đ / 1lít mẫu 24h 2 Amoni PE 40C 24h 3 Nitrat PE 40C, lọc ngay 24h
4 Nitrit Thủy tinh 40C, lọc ngay 24h 5 Photphat PE 40C, lọc ngay 24h
6 BOD PE 40C 24h
7 pH Không bảo quản Ngay sau khi
lấy mẫu
8 DO Không bảo quản Ngay sau khi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
9 Độ dẫn Không bảo quản Ngay sau khi
lấy mẫu
Khi tiến hành quan trắc tại hiện trường chúng tôi đã lập hồ sơ mẫu như: Địa điểm lấy mẫu, kí hiệu mẫu, thời gian lấy mẫu, các thông số đo nhanh, phương thức lấy mẫu và bảo quản mẫu, các ghi chú, nhận xét (về nguồn lấy mẫu, điều kiện thời tiết, trạng thái màu nước).
2.3.2. Phân tích tại phòng thí nghiệm
2.3.2.1. Nghiên cứu phương pháp xác định amoni NH4 +
2.3.2.1.1.Khảo sát các điều kiện tối ưu
a, Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ thuốc thử hỗn hợp và thuốc thử phenat. - Chuẩn bị một dung dịch làm việc. Hút 1ml dung dịch NH4Cl làm việc (10mg NH4- N/ l) cho vào bình định mức 20ml. Định mức dung dịch bằng nước cất. Lấy thể tích thuốc thử hỗn hợp trong khoảng từ 0,5 3 ml và cố định lượng thuốc thử phenat theo thực nghiệm là 1ml sau đó lắc đều. Chờ lên màu rồi đo bằng máy UV – VIS CinTra tại bước sóng =640 nm từ đó ta tìm được lượng thuốc thử tối ưu ứng với giá trị Amax.
Tương tự như trên, lấy thể tích thuốc thử hỗn hợp cố định là 1,5ml và lượng thuốc thử phenat thay đổi ít từ 0,5 3 ml lắc đều. Chờ cho dung dich lên màu rồi đo bằng máy UV – VIS CinTra tại bước sóng =640 nm từ đó ta tìm được lượng thuốc thử tối ưu ứng với giá trị Amax.
Từ giá trị Amax ta nhân thấy tỉ lệ thuốc thử hỗn hợp và thuôc thử phenat là 11,5
b, Nghiên cứu độ bền của phức màu NH4+ bằng thuốc phenat theo thời gian Chuẩn bị một dung dịch màu bằng cách: Hút 1 ml dung dịch NH4Cl làm việc (10 mg NH4+
-N/l) cho vào bình định mức 20 ml. cộng thêm 1,5 ml thuốc thử hỗn hợp và 1ml thuốc thử phenat rồi lăc đều cho hỗn hợp hòa lẫn