1. Thử nghiệm phân urea nhả chậm trên nền tinh bột với cây rau cải ngọt
Để đánh giá ưu điểm của sản phẩm trên thực tế cây trồng, vì thời gian có hạn nên chúng tôi chỉ tiến hành thử nghiệm loại sản phẩm này trên cây rau cải ngọt (Brassica Integrifolia). Cải được trồng hai vụ liên tục ( thời gian mỗi vụ là 21 ngày), vụ 2 không bón thêm phân.
1.1. Chuẩn bị đất trồng
Trồng cải ngọt thử nghiệm trên đất thịt, lấy mẫu xác định N dễ tiêu có trong đất ban đầu, theo từng mẫu.
1.2. Trồng rau cải ngọt
Địa điểm thử nghiệm: xã Thanh Lương - Bình Long - Bình Phước. Thời gian thử nghiệm: 15.7.2006-05.9.2006.
Cách trồng: trồng cây con giống ươm sẵn, mỗi cây cách nhau 20cm, trên 4 mẫu đất khác nhau (mỗi mẫu 30 gốc) với liều lượng bón phân khác nhau.
Cách bón phân : Bón vào hốc (sâu 5-10cm cách mặt đất, đường kính khoảng 10cm) trước khi trồng cây.
Lượng phân bón :
Urea đối chứng ( Đạm Phú Mỹ) : 2g/gốc
Sản phẩm phân nhả chậm 100% : 2g/gốc
Sản phẩm phân nhả chậm 50% : 1g/gốc
Sản phẩm phân nhả chậm 30% : 0.6g/gốc. Chế độ tưới : 2 lần/ngày ( nếu trời không mưa).
Theo dõi sự phát triển của cây cải ngọt: số lá cải, chiều cao cây cải và trọng lượng cải lúc thu hoạch (tính trung bình) để so sánh năng suất và hiệu quả kinh tế. Xác định hàm lượng N ở dạng dễ tiêu trong đất trồng cải (trước và sau trồng theo từng thời điểm) để đánh giá hiệu quả nhả trậm của sản phẩm trong đất.
1.3. Xác định hàm lượng N dễ tiêu trong đất trước và sau khi bón phân
Lấy mẫu đất trước và sau khi trồng cải (1, 2, 3 tuần) để xác định hàm lượng N dễ tiêu .
Để xác định hàm lượng N của đất, chúng tôi chỉ tiến hành xác định hàm lượng ở dạng dễ tiêu ( tan trong nước ) của nitrogen (NH4+,NO2-,NO3-) trong đất trước khi bón sản phẩm , sau khi bón là 1 tuần/1 lần và sau khi bón 6 tuần.
1.3.1. Cách lấy mẫu đất
Dùng ống nhựa PVC có đường kính 2cm, chiều dài 30cm để lấy mẫu đất. Mẫu được lấy theo kiểu lấy mẫu hỗn hợp. Trước hết, lấy các mẫu riêng biệt (5- 10 điểm phân bố đồng đều) theo hình dạng mẫu đất, mỗi điểm lấy khoảng 50g, cho vào cùng 1 túi lớn.
Khi lấy mẫu ở các điểm riêng biệt cần tránh các điểm cá biệt không đại diện như : chỗ bón phân hoặc vôi tụ lại, chỗ cây quá tốt hoặc quá xấu, chỗ cây bị sâu bệnh,.. Đối các lần lấy mẫu sau khi trồng cây, cần chú ý lấy đất cách gốc 5-10cm để tránh làm đứt rễ.
1.3.2. Phơi khô mẫu
Chỉ tiêu N được xác định trong đất khô. Mẫu đất lấy về được hong khô kịp thời, băm nhỏ, nhặt sạch các xác thực vật, sỏi đá,…sau đó dàn mỏng trên bàn gỗ
có các hoá chất hay hơi như : NH3, Cl2, SO2,… Để tăng cường quá trình làm khô đất có thể lật đều mẫu đất.
Cần chú ý là mẫu đất được hong khô trong không khí là tốt nhất. Không nên phơi khô ngoài nắng hoặc sấy khô trong tủ sấy.
1.3.3. Nghiền và rây mẫu
Đất sau khi hong khô, đập nhỏ rồi nhặt hết xác thực vật và các chất lẫn khác. Trước hết giã phần đất đem nghiền trong cối sứ, rồi rây qua rây 1mm. Đất đã qua rây 1mm được đựng trong lọ thuỷ tinh nút nhám rộng miệng hoặc trong hộp giấy bằng bìa cứng, có ghi nhãn cẩn thận dùng để phân tích các thành phần hoá học thông thường.
1.3.4. Xác định N dễ tiêu (theo phương pháp Chiurin–Cononova)
Nguyên lí: Nitrogen dễ tiêu được chiết rút dưới tác dụng của H2SO4 0.5N bao gồm NH4+, NO2-, NO3- tan trong nước. NO2-, NO3- được khử về NH4+ nhờ chất xúc tác Zn và FeSO4.2H2O. Sau đó kết hợp với phương pháp Kjeldahl để xác định N.
Tiến hành: Cân 5g mẫu đất khô không khí (đã qua rây 1mm) lắc với 100ml H2SO4 0.5N trong 5 phút trong bình erlen 250ml. Lọc qua giấy lọc, rồi chuyển toàn bộ phần dịch lọc vào bình cất N để xác định N. Cho thêm vào bình cất N 0.2g bột Zn và 0.02 g FeSO4.2H2O. Tiến hành cất N và chuẩn độ như phần 3.1. Kết quả được tính như sau:
%N = (V-Vo)*N*14 * 100 1000 * a
Trong đó: - V : thể tích acid HCl 0.1N chuẩn độ mẫu (ml)
- N : nồng độ HCl
- a : khối lượng mẫu (g)
2. Thử nghiệm phân urea nhả chậm UF với cây cỏ voi
Để đánh giá được ưu điểm của sản phẩm UF trên thực tế cây trồng, vì thời gian thực hiện đề tài có hạn, nên chúng tôi chỉ tiến hành thử nghiệm loại sản phẩm của tỉ lệ UF 2:1 trên cây cỏ voi (Pennisetum purpureum)–một loại cỏ nuôi bò.
2.1. Chuẩn bị đất trồng
Trồng cây cỏ voi trên đất mỡ gà, lấy mẫu xác định N dễ tiêu có trong đất ban đầu, theo từng mẫu.
2.2. Trồng cỏ voi
Địa điểm thử nghiệm: xã Thanh Lương – Bình Long - Bình Phước. Thời gian thử nghiệm: 01/05– 30/07/2006.
Cách trồng: Cỏ voi được trồng bằng thân cây (giống trồng mía), ba mắt một gốc, mỗi gốc cách nhau 20cm.
Lượng bón: Bón trên từng gốc, chia thành ba loại: - Urea (đối chứng) : 10g/gốc (100%) - UF 2:1 : 10g/gốc (100%) - UF 2:1 : 5g/gốc (50%) Diện tích: 4m2/loại.
Các bước đươc thực hiện giống như phần 1.3., tiến hành 2 tuần/1 lần trong 3 tháng.
KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu chúng tôi đã đạt được những kết quả sau: 1. Điều chế nền chậm tan trong nước trên cơ sở tinh bột và aldehyde
2. Bằng phương pháp phân tích hiện đại (IR, NMR, DEPT) đã xác định được liên kết – O – CH2 – O – trong nền tinh bột do liên kết giữa nhóm aldehyde (- CHO) của acetaldehyde và nhóm hydroxyl (- OH) của tinh bột.
3. Tổng hợp phân urea nhả chậm trên nền tinh bột – acetaldehyde. Khảo sát môt số yếu tố ảnh hưởng đến khả năng nhả chậm của sản phẩm.
4. Tổng hợp phân urea nhả chậm UF từ urea và formaldehyde. Sơ khảo được khả năng nhả chậm N của sản phẩm trong môi trường đất + nước và đất + cát ẩm.
5. Thử nghiệm phân urea nhả chậm nền tinh bột trên cây rau cải ngọt cho hiệu quả tương đối khả quan:
- Với liều lượng 30% so với urea đối chứng, sản phẩm phân nhả chậm cho năng suất cao hơn ở cả hai vụ.
- Hàm lượng N trong đất sau thu hoạch của sản phẩm nhả chậm vẫn cao hơn mức ban đầu.
6. Đánh giá sơ lược lợi ích kinh tế của sản phẩm đối với cây cải ngọt - Tiết kiệm được 70% lượng phân bón mà năng suất không thay đổi. - Giảm được số lần bón phân, tiết kiệm được công chăm sóc.
7. Thử nghiệm phân urea nhả chậm UF trên cây cỏ voi cũng cho hiệu quả rõ rệt:
- Với liều lượng 50% so với urea đối chứng, sản phẩm cho năng suất cao hơn, cây cỏ xanh hơn.
- Hàm lượng N trong đất còn cao sau thu hoạch (cao hơn rất nhiều so với urea đối chứng) (3tháng).
8. Lợi ích kinh tế đối với cây cỏ voi: - Tiết kiệm hơn 50% lượng phân bón. - Giảm số lần bón phân.
KIẾN NGHỊ
- Để có thể đưa các loại phân nhả chậm vào sản xuất có hiệu quả, chúng tôi có một số kiến nghị sau:
- Khảo sát thêm một sốt chất liên kết ngang đối với chất nền tinh bột để tìm ra chất bọc phân hiệu quả nhất.
- Khảo sát trên một số chất nền mới như cellulose, PVA,.. để so sanh và tìm ra ưu điểm nổi bật của từng loại nhằm đưa vào sản xuất.
- Tiếp tục nghiên cứu khả năng kết hợp của sản phẩm UF với các loại phân P, K để tạo ra hỗn hợp phân NPK nhả chậm.
- Tiếp tục thử nghiệm các sản phẩm trên nhiều loại cây trồng khác nhau để đánh giá hiệu quả của sản phẩm đến năng suất của cây trồng, cũng như mức độ tiết kiệm tối đa lượng phân cần bón cho cây. Từ đó đưa vào sản xuất đại trà, giúp cho người nông dân tiết giảm được chi phí sản xuất.
II. Phân urea nhả chậm trên nền tinh bột 1. Kết quả phân tích của màng bao bọc phân 1.1. Phổ IR
Bảng 3.1: Số liệu phổ IR
Nhóm Tinh bột (cm-1) Tinh bột - acetaldehyde (cm-1)
OH 3355 3421
CH, CH2, (CH3) 2928 2933, 2831
Nhận xét: Dựa trên phổ IR (phụ lục 1, 2) ta thấy màng tinh bột- acetaldehyde có các mũi hấp thu đặc trưng –OH, -CH, -CH2, C-O tương đương với các mũi này của tinh bột, nhóm -CH3 của nền cũng nằm trong vùng này và O-CH2-O là nhóm liên kết acetal ở mũi 2719cm-1. Điều đó cho thấy có liên kết giữa tinh bột và acetaldehyde trong nền điều chế được.
1.2. Phổ NMRBảng 3.2: Số liệu phổ NMR 13C và DEPT Bảng 3.2: Số liệu phổ NMR 13C và DEPT Độ dịch chuyển 13C (ppm) Carbon C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 TB 102.80 73.79 75.22 80.74 74.30 62.36 - - TB - A 100.10 71.68 73.80 77.36 72.02 61.74 82.27 17.30 Nhận xét :
- Phổ NMR13C (phụ lục 3) của tinh bột cho thấy cấu trúc của tinh bột gồm 5 nhóm CH và 1 nhóm CH2, phù hợp với công thức cấu tạo của 1 đơn vị tinh bột. CH2OH CH O CH CH CH CH OH OH O O 1 3 4 5 6 2
- Phổ NMR13C (phụ lục 4) của vật liệu sau khi ghép tinh bột với acetaldehyde cho cấu trúc gồm 5 nhóm CH và 1 CH2 là của tinh bột và 1 peak ở 82.27 đối với phổ 13C là liên kết của acetaldehyde với nhóm OH của tinh bột và một peak ở 17.30 là mũi của nhóm CH3.
Kết luận:
Dựa trên phổ IR và NMR 3C, chúng tôi xác định cấc trúc của màng bọc phân là cấu trúc ghép của acetaldehyde trên tinh bột qua cầu nối O-CH2-O của nhóm –OH bất kì trên gốc tinh bột, phù hợp với cơ chế phản ứng của Lê Ngọc Tú [9] và Thái Doãn Tĩnh [7] đã đưa ra.
1.3. Khảo sát thời gian phân hủy cấu trúc của màng tinh bột-acetaldehyde 1.3.1. Ảnh hưởng của loại tinh bột
Bảng 3.3: Ảnh hưởng của loại tinh bột lên thời giaa phân hủy của màng
Thời gian (ngày)
Loại tinh bột 15 30 40 47 62
Bột bắp 0 + + - -
Bộât gạo 0 + + - -
Bột mì 0 0 + + -
Trong đó: 0 : Không hiện tượng + : Trương, bắt đầu tan
- : Tan
Trong các loại tinh bột đã khảo sát, bột mì có thời gian phân huỷ chậm nhất. Điều này có thể là do tinh bột mì có hàm lượng amylopectin tương đối cao [10], 80% đối với bột mì so với 75% ở bột gạo và 75% ở bột bắp. Những loại tinh bột có hàm lượng amylopectin cao có độ nhớt cao, xu hướng thoái hoá thấp và độ bền gel cao. Mặt khác, bột mì là nguồn nguyên liệu dồi dào có giá thành thấp và ở nhiệt độ 60-700C là khoảng nhiệt độ hồ hóa mì tốt nên chúng thôi chọn bột mì để làm nguyên liệu cho nền bao bọc phân.
1.3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng acetaldehyde
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của hàm lượng acetaldehyde đến thời gian phân hủy màng
Thời gian (ngày)
Tỉ lệ TB:F (g) 15 25 30 40 50 60 90 2:0 0 + + - - - - 2:1 0 0 + + - - - 2:3 0 0 + + - - - 2:5 0 0 + + + - - 2:7 0 0 0 + + + + 2:10 0 0 0 + + + +
Trong đó: 0 : Không hiện tượng + : Trương, bắt đầu tan
- : Tan
Nhận xét :
Cùng một lượng tinh bột, nền không dùng acetaldehyde tan nhanh nhất (25 ngày) và độ phân huỷ giảm khi tăng hàm lượng acetaldehyde. Hàm lượng acetaldehyde cao (7.10g), nền không phân huỷ hết sau thời gian 90 ngày.
2. Khảo sát khả năng nhả chậm N của sản phẩm
VHCl chuẩn độ mẫu phân tích = V (ml) VHCl chuẩn độ mẫu trắng = 0.0 (ml) Mẫu urea đối chứng:
VHCl 0.1N = 32.6 ml Ntổng = 45.64%
+ Hàm lượng N nhả trong nước VHCl 0.1N = 26 ml (sau 1h)
Nnhả = 100%
Mẫu urea đối chứng tan 100% sau 1h ngâm trong nước.
2.1. Khảo sát theo hàm lượng acetaldehyde2.1.1. Hàm lượng N tổng 2.1.1. Hàm lượng N tổng
Bảng 3.5: Hàm lượng N tổng (khảo sát theo hàm lượng acetaldehyde).
Tỉ lệ (g) TB:A:U 2:0:10 2:1:10 2:3:10 2:5:10 2:7:10 2:9:10
% N tổng 39.82 36.93 35.98 34.76 33.24 31.92
Nhận xét:
Khi tăng hàm lượng acetaldehyde trong hỗn hợp phản ứng thì hàm lượng N tổng trong sản phẩm giảm xuống.
2.1.2. Khả năng nhả chậm của sản phẩm
Bảng 3.6: Hàm lượng N nhả (khảo sát theo hàm lượng acetaldehyde) trong nước
TB:A:U Hàm lượng N (%) nhả chậm theo thời gian
1h 2h 3h 4h 5h
2:0:10 60.12 85.73 98.64 98.64 98.64
2:1:10 55.31 81.23 93.54 98.12 98.12
2:7:10 34.78 41.33 44.86 47.38 50.34
2:9:10 35.09 40.57 44.96 47.26 48.60
Đồ thị 3.1: Hàm lượngN(%) nhả (khảo sát theo hàm lượng acetaldehyde)
Nhận xét:
Dựa vào bảng 3.6 ta thấy nếu không dùng acetaldehyde hoặc dùng ở lượng rất ít (1.3g) thì khả năng nhả chậm kém, hầu hết N nhả 80-100% sau 3 giờ. Nguyên nhân là do cấu trúc màng tinh bột biến tính không được chặt chẽ. Khi hàm lượng acetaldehyde tăng (3-5g) thì khả năng nhả chậm tăng do số liên kết ngang nhiều tạo cấu trúc mạng lưới làm màng càng bền chặt nên khả năng giữ phân càng tốt. Tuy nhiên, nếu tiếp tục tăng acetaldehyde (5-9g) thì khả năng nhả chậm thay đổi ít. Mặt khác, lượng acetaldehyde nhiều cũng làm tăng giá thành sản phẩm và hàm lượng N trong sản phẩm giảm. Vì vậy chúng tôi chọc lượng acetaldehyde tối ưu là 5g cho các thí nghiệm sau.
2.2. Khảo sát theo hàm lượng tinh bột
2.2.1. Hàm lượng N tổng
Bảng 3.7: Hàm lượng N tổng ( khảo sát theo hàm lượng TB)
Tỉ lệ (g) TB:A:U 1:5:10 2:5:10 3:5:10 4:5:10 5:5:10
% N tổng 36.93 34.76 31.26 29.88 27.10
Nhận xét:
Khi tăng hàm lượng tinh bột trong hỗn hợp phản ứng thì hàm lượng N tổng trong sản phẩm giảm.
2.2.2.Khả năng nhả chậm của sản phẩm
Bảng 3.8: Hàm lượng N nhả (khảo sát theo hàm lượng TB) trong nước
TB:A:U Hàm lượng N (%) nhả chậm theo thời gian
1h 2h 3h 4h 5h 1:5:10 60.83 74.59 79.86 84.36 86.12 2:5:10 36.21 42.96 48.13 50.23 53.87 3:5:10 36.42 41.48 44.72 45.81 46.32 4:5:10 36.49 41.32 45.34 46.18 47.03 5:5:10 36.87 41.52 44.56 46.92 47.83
Đồ thị 3.2: Hàm lượngN (%) nhả (khảo sát theo hàm lượng TB)
Nhận xét: Cùng hàm lượng acetaldehyde là 5g, nếu dùng 1g tinh bột thì N nhả đến 86.12% sau 5 giờ. Điều này có thể giải thích là do hàm lượng tinh bột quá ít, nền hình thành không đủ khả năng bọc tốt lượng phân đã dùng. Ở mức 2g tinh bột, có sự chuyển biến rõ rệt (từ 86.12 xuống còn 53.87%). Tuy nhiên, khi tăng lên mức 4.5g tinh bột thì khả năng nhả chậm lại hơi giảm vì lượng tinh bột tăng nên mật độ liên kết ngang của tinh bột và acetaldehyde giảm đi, khả năng chịu nước của màng bao bọc giảm đi nên khả năng nhả chậm của sản phẩm giảm. Chúng tôi chọn công thức màng tối ưu là (2g tinh bột và 5g acetaldehyde) cho những thí nghiệm sau.
2.3. Khảo sát theo hàm lượng urea2.3.1. Hàm lượng N tổng 2.3.1. Hàm lượng N tổng
Bảng 3.9: Hàm lượng N tổng (khảo sát theo hàm lượng urea)
Tỉ lệ (g) TB:A:U 2:5:5 2:5:7 2:5:10 2:5:15
% N tổng 28.12 31.45 34.76 38.10 Nhận xét :
2.3.2. Khả năng nhả chậm của sản phẩm
Bảng 3.10: Hàm lương Nnhả (khảo sát theo hàm lượng urea)
TB:A:U Hàm lượng N (%) nhả chậm theo thời gian
1h 2h 3h 4h 5h
2:5:5 33.16 40.18 42.09 44.01 45.28
2:5:7 32.51 40.92 44.84 47.09 48.21
2:5:10 36.21 42.96 48.13 50.23 53.87
2:5:15 41.05 53.51 59.96 63.65 65.96
Đồ thị 3.3: Hàm lượngN(%) nhả (khảo sát theo hàm lượng urea).
Nhận xét:
Với cùng công thức nền tối ưu (2g TB + 5g A) đã chọn, khả năng nhả chậm N giảm khi tăng dần lượng urea. Điều này có thể giải thích là do lượng urea quá nhiều làm nền không có khả năng bao bọc hết. Lượng urea có thể được chọn lọc với nền trên là 5,7,10g với 15g thì hiệu quả nhả chậm thấp. Tiû lệ này cũng tuỳ thuộc vào các yêu cầu trong sản xuất nông nghiệp có chú ý đến yếu tố giá thành sản phẩm.
Kết luận:
III. Phân urea nhả chậm UF 1. Phổ IR của sản phẩm Bảng 3.11: Số liệu phổ IR của UF 1:1 Nhóm chức Bước sóng (cm-1) OH, NH2, NH 3347, 3035 CH2 2963 C = O 1637, 1546 C - O 1035, 1135
Dựa trên phổ IR (phụ lục 5) ta thấy các các mũi đặc trưng của OH, NH,