Bài giảng Phép phân tích đất, bùn lắng và bụi

PHÉP PHÂN TÍCH ĐẤT, BÙN LẮNG VÀ BỤI 5.1. GIỚI THIỆU: Những thí nghiệm được phác thảo trong chương này cĩ thể được dùng để phân tích những mẫu đặc trưng như đất, cặn, bùn quánh, và bụi. Những thủ tục thực nghiệm cho những mẫu này hồn tồn tương tự nhau và chúng được nghiên cứu trên các mẫu phân tich. Điều này trái ngược với mẫu nước , cĩ thể trực tiếp phân tích hay chỉ cần sử lí sơ bộ. So với những mẫu khác thì việc phân tích đất được xem là quan trọng nhất do vai trị của đất trong chu kỳ sinh hĩa các chất dinh dưỡng, những chất gây ơ nhiễm và vai trị lớn của chúng là mơi trường trung gian cho các hoạt động nuơi trồng tạo nguồn thức ăn cho con người. 5.1.2.ĐẤT: Đất là sự pha trộn của các khĩang chất (hạt sét, thạch anh…), nước, khơng khí và sinh vật sống. Đất được hình thành bởi sự phong hĩa đá mẹ và sự phân hủy các chất hữu cơ (bề mặt đất là một lớp mỏng những cành và lá bị mục rữa…). Sự phong hĩa cĩ thể theo kiểu cơ học (sự xĩi mịn, nhiệt độ thay đổi) hoặc theo kiểu hĩa học (sự thủy phân, sự oxy hĩa…). Những tính chất hĩa học và lý học cĩ thể thay đổi khác nhau về mặt địa lý, tùy thuộc vào chất liệu của đá mẹ , thời tiết và kiểu phong hĩa… Quá trình hình thành đất diễn ra nhanh trong các chí tuyến cĩ khí hậu ấm và mưa nhiều. Đất được phân loại dựa theo kích thước của khĩang chất: Sét < 0.002 mm Bùn lắng 0,002 – 0,02 mm Bụi 0,002 – 2 mm Cát > 2 mm Những đất khác nhau chứa đựng những sự pha trộn khác nhau của các khống chất trên với tỉ lệ khác nhau và điều này được minh họa bằng hình biểu diễn tam giác sa cấu đất của cục phân loại đất nơng nghiệp ở Mỹ (USDA). TAM GIÁC SA CẤU ĐẤT Thành phần hĩa học của bùn và cát gần giống với đá mẹ. Trong những vùng ơn đới thành phần chủ yếu trong đất là khĩang thạch anh. Đá calcite, CaCO3 và dolomite, CaMg(CO3)2 cĩ thể vượt trội hơn trong những vùng đất được thành lập từ đá vơi. Trong những miền khơ hạn , tồn bộ đất được hình thành do ảnh hưởng của sự bào mịn bề mặt của đá mẹ, do sự thiếu nước và những hĩa chất cần thiết cho các quá trình sinh hĩa. Ờ chí tuyến, nhơm, oxit sắt và các hydroxit chiếm tỉ lệ lớn là kết quả của quá trình phong hĩa mãnh liệt. Đất sét gồm những thành phần chinh là: các hạt sét, acid humic, oxit của Fe và Al. Các khống vật sét là những hydroxisilicate kết tinh bao gồm các phiến hoặc các lớp nguyên tử. Chúng cĩ thể chứa một lượng nhỏ Al, Fe, Mg và các cation khác. Các khĩang vật sét (kaolinit, montmorillonite,…) thể hiện đặc tính dính đặc trưng của đất sét như sự duy trì nước và tính dẻo. Những mẩu sét cĩ thể hấp thụ nước ở mức cao, mặc dù lượng nước được hấp thụ đối với các loại sét là khác nhau. Bề mặt của các khĩang sét thì được tích điện và chúng cĩ thể tham gia trong quá trình trao đổi ion. Tính chất này đặc biệt quan trọng giúp sét cĩ thể giữ được các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng . Những chất ẩm ướt cĩ thể thu được từ sự phân rã của các hợp chất hữu cơ. Lát cắt ngang thẳng đứng xuyên qua lớp đất được gọi là phẩu diện đất. Các mặt cắt đất là thiết yếu để hiểu được đất được hình thành liên quan như thế nào đối khác nhau. Một mặt cắt đất được mơ tả trong hình 5.2 . Hình 5.2 PHẨU DIỆN ĐẤT Những đường ranh giới nằm ngang cĩ thể dùng để phân chia các lớp đất khác nhau về tính chất hĩa học và lý học. Cĩ 5 đường ngang cơ bản bên trong một mặt cắt đất để phân chia đất thành các tầng: O,A,B,C và R. Đặc trưng của các tầng đất khác nhau được tổng kết trong bảng 5.1. Bề dày tương đối của các tầng đất riêng lẻ cĩ thể thay đổi đáng kể từ đất này sang đất khác. BẢNG 5.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC TẦNG ĐẤT TRONG PHẨU DIỆN ĐẤT Tầng đất Mơ tả tổng quát Đặc điểm đặc trưng O Lớp rác Nhiều hoặc it lá bị phân hủy A Tầng đất mặt Tích lũy vật chất hữu cơ và các khống vơ cơ. Chất dinh dưỡng và vi sinh vật trong tầng này là cao nhất. Các khĩang chất ngấm từ nước xuống đất B Tầng đất ở dưới Lớp khống chứa sét silicat, Fe, Al, mùn, thạch cao và SiO2. Kết tủa nhiều khống chì từ tầng A chuyển xuống.Hàm lượng vật chất hữu cơ và sinh vật sống giảm C Đá phong hĩa Hầu như thiếu khống vật hữu cơ R Đá gốc Dưới lớp đá phong hĩa(granite,basalt,khống thạch,đá vơi, đá cát) . Tầng này sinh vật rất khĩ xâm nhập Cĩ nhiều loại đất nhưng đa số các đất màu mỡ cĩ thể phân loại thành đất đồng cị (đất đen và những loại đất tương tự đất đen) hoặc đất rừng (podzol và podsoluvisiols). Đất đen cĩ tầng A sâu hơn và tầng B nơng hơn so với các loại đất nghèo dinh duỡng khơng cĩ khả nặng hỗ trợ cho cây phát triển. podzol và podsoluvisiols cĩ tầng A mịng và tầng B dày hơn chứa nhiều chất dinh dưỡng. Đất hoang mạc thì cĩ các tầng đất kém phát triển vì ít mưa và địa hình ít cây cỏ. 5.1.3. Ơ NHIỄM ĐẤT: Việc sử dụng đất của con người cĩ thể dẫn đến sự suy thối đất do những chất ơ nhiễm khác nhau Sự suy giảm các vật chất hữu cơ của đất và sự gỉam sút tính màu mỡ của các lớp đất nằm trên do quá trình bào mịn và sử dụng quá mức tạo ra những khúc mắc từ những ngày đầu của hoạt động nơng nghiệp. Tuy nhiên, ơ nhiễm đất đã trở thành vấn đề lớn kể từ khi ĩ sự tham gia của các hoạt ,độ ng cơng nghiệp. Các nhân tố vật lý và các khống chất sinh học cĩ thể là nguyên nhân gây ơ nhiễm đất nhưng phần lớn các chất gây ơ nhiễm lại là các cất hĩa học. Tính chất đất được xác định và cĩ nhiều tiềm năng ứng dụng thực tế. Đất tham gia vào ứng dụng nơng nghiệp dựa trên hàm lượng của các kim loại nặng và sự tồn đọng của thuốc trừ sâu. Việc duy trì những đặc tính tốt của đất giảm thiểu sự ơ nhiễm đất là do các nguyên nhân cơ bản sau: Bảo vệ nguồn thức ăn của con người khơng bị ngấm chất độc tích lũy trong đất làm ảnh hưởng đến mủa màng ngay khi đi vào chuỗi thức ăn Bảo vệ hệ thống cung cấp nước ngầm tránh những chất gây ơ nhiễm cĩ thể ngấm xuyên qua các tầng đất vào trong nguồn nước ngầm Bảo vệ nguồn nước mặt tránh bị nhiễm bẩn bởi các hĩa chất nơng nghiệp như phân bĩn và thuốc trừ sâu Chất lượng đất dược phục vụ trong nơng nghiệp. các sản phẩm nơng nghiệp cần được chú ý kiểm tra kĩ lưỡng vì chúng rất dễ nhiễm những chất độc gây hại cho con người.Đứng trên lập trường sức khỏe cộng đồng, điều này là quan trọng nhất để đảm bảo các kim loại nặng và những vi sinh vật dai dẳng pha trộn trong thuốc trừ sâu khơng thể truyển đi theo chuỗi thức ăn ( gia súc, động vật) hoặc trực tiếp từ việc gieo trồng vào trong cơ thể con người. Ơ nhiễm sinh học bởi các mầm bệnh đơi lúc cĩ thể dẫn đến sự truyền bệnh cho người bằng cách mang theo các vi sinh vật từ đất vào nước và rau. Tuy nhiên cĩ một điều đáng chú ý là đất cĩ thể tự làm sạch. Nĩ chứa nhiều vi sinh vật cĩ khả năng dọn và lọc , ngăn cản sự xâm nhập của các mầm bệnh vào trong nguồn nước ngầm cung cấp cho hộ gia đình. Ở các nước phát triển tại Châu Âu và Bắc Mỹ, đất thường bị ơ nhiễm bởi các chất độc hĩa học như: thuốc trừ sâu, kim loại nặng, chất phĩng xạ và các hydrocacbon. Tuy nhiên, điều này cịn tồi tệ hơn ở các nước đang phát triển, nơi mà các bệnh dịch lây nhiễm bằng nguồn nước vẫn cịn đang hồnh hành như: sốt thương hàn, dịch tả… Nguyên nhân gây ra đất axit là do sự lắng đọng của các chất gậy ơ nhiễm trong khí quyển và các chất giàu Nitơ là vấn đề tồn cầu. Axít hĩa quá mức những hỗn hợp cĩ thể chất quá nặng làm khả năng đệm của đất bị giảm phẩm cấp. Nhiều chất gây ơ nhiễm liên tục được giải phĩng ào trong đất thơng qua sự xử lý chất thải đất.Một ví dụ nổi bật là dẫn xuất của các chất phĩng xạ từ nhà máy năng lượng hạt nhân Chernobyl thuộc Liên Xơ cũ vào năm 1986, gây ra sự nhiễm bẩn mảng đất khắp Châu Âu với những hệ quả nguy hiểm cho nơng nghiệp khu vực này. Cây trồng và nhiều lồi động vật khơng đủ tiêu chuẩn cho con người sử dụng và nguy hiểm hơn là gây ra những dịch bệnh chết người . Sự cố rị rỉ dầu từ các ống dẫn trên khắp Thế Giới là một trong những nguyên nhân chính gây ơ nhiễm đất trong các giai đoạn gần đây. Biện pháp xử lý chất thải bằng cách chơn lấp chúng trong các hố đất khơng hợp vệ sinh và tiêu chuẩn là một nguồn tiềm tang ơ nhiễm đất và nước ngầm. Một lượng lớn rác thải từ các vật nuơi trong nhà, hoạt động thương mại và cơng nghiệp nặng đều thải vào trong đất. Vì vậy, những biện pháp chơn lấp an tồn, hiện đại phải kiểm sốt được lượng chất lỏng rửa lũa cĩ thể rửa trơi chất dinh dưỡng từ các khe nứt nhỏ trên đất hoặc ít nhất cũng phải phát hiện được những chỗ bị rị rỉ . Những chất dẻo khơng thấm nước hoặc các đá bọc lĩt đất sét được dùng để bao xung quanh tránh khơng cho đất bên dưới bị tiêu phí. Một hệ thống các rãnh được tập hợp rửa lũa trong một vịnh tiêu nước từ đĩ chất thải cĩ thể được chuyển tới một hệ thống xử lý nước thải. Thơng thường vài lớp khơng thấm nước được huy động để làm tối giản bất kì khe hở nào trong trường hợp một trong những lớp bao xung quanh bị cắt đứt. cần kiểm sốt những sinh vật cĩ thể nhai xuyên qua lớp đá bọc lĩt gây ra khe hở. Tại một số nơi, các khí trong các hố đất được tập trung lại để xử lý. Khí trong các hố đất thường gồm: CH4 (30-60%) ; CO2 (30-50%) và một lượng nhỏ H2S, CO… những khí này cĩ thể được dẩn ra để sử dụng rộng rãi trong nhiệt điện. 5.1.4. BÙN THẢI: Một lượng lớn bủn quánh phát sinh từ các nhà máy xử lý chất thải đơ thị. Tổng số chất rắn khơ cĩ mặt trong các loại bùn khác nhau vào khỏang 0,25-1,2 % và 60-70% những chất rắn này cĩ bao gồm chất hữu cơ. Bùn quánh gồm một lượng lớn các chất bị ơ nhiễm nặng và nĩ phải chịu nhiều biện pháp xử lý nước thải khác nhau. Một trong số những thành phần cĩ hại trong bùn là chất độc hữu cơ và chất độc kim loại nặng. Tỉ lệ các chất ơ nhiễm cĩ thể rất cao đặc biệt là các kim loại nặng, cĩ thể vượt quá 1000 mgkg-1 .Các nguồn đưa nước thải vào trong bùn chủ yếu gồm những chất ở trong đất, các hố rác, các đầm phá, sự tiêu hủy và xả rác ngồi biển…Tuy thuộc vào tỉ lệ của các chất cĩ hại hiện diện trong bùn mà nhiều nước đã ban hành lệnh cấm xả rác trên biển. Trong nhiều thập kỷ gần đây, bùn thải được ứng dụng rộng rãi trong đất nơng nghiệp, đất rừng… Ngồi ra, một số loại bùn cịn được xử lý để tạo thành chất nuơi dưỡng cho đất và ứng dụng trong các vườn rau, trồng cỏ, sân gơn và cơng viên. Ở Mỹ, khoảng 10 – 20% bùn được dùng trong các hoạt động thương mại. Mục đích của việc đưa bùn vào trong đất là: Cung cấp nguyên liệu thay thế cho các chất dinh dưỡng mắc tiền, trong bùn chứa nhiều chất dinh dưỡng mà cây trồng cần để phát triển. Nghiên cứu về việc xử lý bùn bằng cách kết hợp giữa ánh sáng mơi trường và vi sinh vật để tiêu diệt các sinh vật gây bệnh và nhiều chất độc hữu cơ Chất dinh dưỡng tiêu biểu hình thành nên bùn lắng là: N 3,3% ; P 2,3% ; K 0,3%. Ứng dụng lớn nhất của bùn lắng là cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng cho cây trồng tuy nhiên lượng P và K cĩ thể thấp hơn trong một số ứng dụng khác. Bùn quánh đưa vào trong đất phải phù hợp với đặc điểm của đất. Mỗi nhà máy phải được yêu cầu giám sát về hàm lượng các chất hữu cơ trong bùn, tuân thủ các tiêu chuẩn trong nước và Thế Giới: các loại đất sử dụng (nơng nghiệp, đất rừng) và nhiều đặc điểm khác (địa thế, độ sâu của nước ngầm…). Các ứng dụng của bùn trong đất phải …). Các ứng dụng của bùn trong đất phải được giám sát bởi những người cĩ trọng trách để tránh những vấn đề tiềm tàng dưới đây: Sự hiện diện của các sinh vật gây bệnh trong bùn cĩ thể lan truyền dịch bệnh Các chất hữu cơ trong bùn là nguyên nhân gây nên các mùi khĩ chịu và là nới cư trú của muỗi và các lồi gặm nhấm. Như vậy sẽ làm gia tăng số lượng bệnh dịch tiềm ẩn Các chất dinh dưỡng (N, P, K) trong bùn cĩ thể gây nên nhiều hậu quả nếu chúng được chuyển vào trong đất và nguồn nước mặt gây nên hiện tượng phú dưỡng. Chất độc, bao gồm các kim loại nặng và một ít chất hữu cơ, cĩ thể rất nguy hiểm cho cây trồng , động vật và con người. Cadmium là chất cần đặc biệt chú ý, nĩ cĩ thể tích lũy trong đất và gây hại cho con người, động vật nhưng khơng cĩ hại cho bản than cây trồng. Những hợp chất hữu cơ, ví dụ như: Chlorinate hydrocacbon cĩ thể gây độc cho việc chăn thả súc vật. 5.1.5. TRẦM TÍCH: Trầm tích là kết quả của sức hút làm cho những vật chất lơ lửng cố định trong nước. Trong những dịng sơng cĩ nước chảy siết, những mảnh nhỏ cĩ thể vẫn lơ lửng trong nước nhưng hầu hết những mảnh nhỏ này sẽ lắng đọng dưới đáy. Chỗ lắng đọng nhiều nhất là ở cửa sơng, là nơi bắt nguồn các dịng chảy của sơng và tốc độ của chúng sẽ biến đổi khi hịa lẫn với nước biển và điều này cĩ thể dẫn đến sự hình thành thủy triều đục. Lớp mặt của trầm tích thủy triều bên trong thường trong điều kiện hiếu khí, trong khi những lớp thấp hơn thì ở điều kiện hiếm khí do oxi bị vi sinh vật tiêu thụ. Những lớp sâu hơn thì lượng oxi giảm mạnh hơn và các loại chất hĩa học cĩ thể cũng bị mất theo. Sự trầm tích là một quy trình liên tục, phân tích cốt lõi của quá trình trầm tích cĩ thể biết được lịch sử của quá trình hình thành những vật chất lơ lửng. Kể từ khi những mẫu này tập trung trên mặt nước, trầm tích cĩ thể cĩ những biểu hiện thay đồi về mặt hĩa học xảy ra trong mơi trường. Độ sâu của lớp trầm tích tỉ lệ với thời gian trơi qua. Các chất độc cĩ thể tích lũy trong các lớp trầm tích . Ví dụ như những chất hữu cơ được kết hợp bởi những chất cĩ độ hịa tan thấp và những khối phân tử lớn cĩ thể bám lên trên các lớp trầm tích, chúng bị tiêu thụ bới các sinh vật dưới đáy ( trai, sị ,cá…). Điều này cĩ thể dẫn đến mối nguy hiểm tiềm ẩn nếu như những sinh vật đĩ bị con người sử dụng làm thức ăn. Những lớp trầm tích trên bến cảng làm hư hỏng các kim loại nặng. Tỉ lệ phần trăm của các kim loại gây ơ nhiễm (mgkg-1): As : 20-100 ; Pb : 80 – 500 ; Cd : 3 – 20 ; Cr : 90 – 250; Cu : 40 -900 ; Ni : 20 – 100 ; Hg : 0,8 – 12 ; Zn : 250 – 2500. 5.1.6. BỤI: Bụi là mối quan tâm lớn ở các khu đơ thị vì chúng chứa nhiều chất độc và tiềm ần nhiều mối nguy hiểm cho con người đặc biệt là trẻ con vì chúng thường hay chơi ngoải đường, sân trường, cơng viên… Trong khu vực thành phố, bụi phát sinh do giao thơng, khí thải từ các khu cơng nghiệp, từ các cơng trình xây dựng…Những hạt bụi cĩ đường kính lớn hơn 10µm bị hút dính lên bề mặt Trái Đất dưới tác dụng của trọng lực. Những tuyến đường chính hiện diện nhiều các sol khí. Sự hiện diện của các chất độc trong bụi đường là nguyên nhân chính gây ra các vấn đề về ăn uống. Những đứa trẻ chơi ngồi đường sẽ bị dính các hạt bụi trên tay và sau đĩ cĩ thể ăn vào. Trẻ con hay nhặt được nhiều thứ trên đất và nhai chúng. Hơn nữa, ở nhiều nước đang phát triển, nơi mà mức độ ơ nhiễm trong các thành phố đặc biệt cao, một lượng lớn trẻ em sống bơ vơ, khơng nơi nương tựa. Hầu hết chúng phải sống trên lề đường trong điều kiện vệ sinh rất kém. Bụi đường lơ lửng trong khơng khí và bị con người hít vào. Các chất ơ nhiễm trong bụi đường bám lên mặt nước và chúng sẽ theo hệ thống thốt nước tràn lên đường sau trận mưa rào. Hơn nữa, bụi đường cĩ thể được mang theo vào nhà khi chúng dính lên quần áo. Bụi bẩn hiện diện khắp nơi: trong nhà, trường học, nơi làm việc…cĩ thể cao bằng lượng bụi ngồi đường. Mối quan tâm lớn nhất là thành phần chì trong bụi đường, ngồi ra cịn một số kim loại nặng khác cũng thường được thấy trong bụi đường. 5.2.LẤY MẪU VÀ XỬ LÝ MẪU: Phần này chủ yếu mơ tả về quá trình phân tích đất. Các loại bùn khơ, bùn lắng khơ, bùn đặc khơ cũng cĩ thể áp dụng phương pháp tương tự để phân tích. Kết quả của việc thực nghiệm đất được sử dụng rộng rãi trong nơng nghiệp, để người nơng dân quyết định số lượng và loại phân bĩn (N, P, K, Mg) hoặc bĩn vơi để đạt được mùa vụ cĩ sản lượng cao. Hầu hết các bài thực nghiệm thơng thường yêu cầu phải cĩ phép đo các yếu tố dinh dưỡng (N, P, K). Những dụng cụ thực nghiệm đất trong phịng thí nghiệm đều cĩ thể mua được ở ngồi thị trường. Theo mục đích trồng trọt, những số liệu kiểm tra về các cánh đồng phải được đưa ra 2 – 3 năm một lần. 5.2.1. LẤY MẪU: Số liệu của quá trình lấy mẫu khơng giống nhau vì giữa đất, bụi, bùn đặc và bùn lắng hiện nay cĩ nhiểu điểm khác nhau. Cơng đọan đi lấy mẫu phải được lên kế họach cẩn thận để thu được kết quả cĩ ý nghĩa và chính xác. Mục đích của việc kiểm định phải rõ ràng vì nĩ quyết định thời gian và địa điểm lấy mẫu, số lượng mẫu cần lấy, và phương pháp phân tích cần áp dụng. Độ sâu của mẫu đất phụ thuộc vào mục đích kiểm định. Theo lý thuyết thì ở những cánh đồng phì nhiêu, cao nhất thì lấy 20 – 25 cm là đủ. Phân tích ở các tầng cao thích hợp cho việc tìm hiểu tác động qua lại giữa đất và mơi trường xung quanh, và con đường gây ơ nhiễm giữa chúng. Ví dụ như một lượng bụi trong khơng khí, lượng phân bĩn, thuốc bảo vệ thực vật, bùn trong cống… tất cả đều lắng đọng trên bề mặt của đất trong khi nước làm xĩi mịn tầng trên. Tuy nhiên, mẫu đất ở tầng thấp hơn cũng được phân tích để đánh giá chuyển động của vật chất ở trong đất. Ngồi việc chú ý đến khơng gian, chiều sâu của đất, cịn phải chú ý đến thời gian lấy mẫu. Ví dụ như, sự thay đổi của chất dinh dưỡng: hàm lượng P tăng trong suốt mùa xuân và mùa hè và N vơ cơ cũng tăng vào mùa xuân. Cho nên tốt nhất là lấy mẫu của chất dinh dưỡng sau mùa thu họach hoặc trước khi bĩn phân nhưng ta cũng cĩ thể lấy mẫu đang trong vụ mùa. Đất cĩ thể được lấy mẫu theo chiều ngang và đứng. Ở trong khơng gian lớn, sự thay đổi của thành phần đất chỉ tồn tại trong diện tích nhỏ. Trong lúc thực hành, 3 -5 mẫu đất hoặc bụi cĩ trong bề mặt 10 – 20 cm2 được coi là lượng tối thiểu. Nếu muốn sự thay đổi cĩ thể ước lượng được chính xác thì cần khỏang 15 – 30 mẫu. Kích thước các phần tử đất được phân thành 3 loại: Cỡ rất nhỏ (0 – 0,05 mm) Cỡ vừa (0,05 – 2 mm) Cỡ lớn (>2 mm) Mỗi cánh đồng nên được lấy mẫu riêng biệt. Các cánh đồng khác nhau về bề mặt đất hoặc đá, hoặc ở việc bĩn phân trước kia hoặc bĩn vơi nên phải tách riêng ra để phân tích đất hoặc đá. Đất được phân thành đất ngẫu nhiên hoặc đất cĩ hệ thống. Và một số phương pháp phân tích thơng thường cũng cĩ thể chấp nhận được: Lấy mẫu tại một điểm ngẫu nhiên. Chia khu vực thành những ơ nhỏ và phân tích định kì, đều đặn các ơ. Dùng một khung zig-zag lấy mẫu và áp dụng cho các mẫu khác. Chọn một khu vực lấy mẫu nhỏ trong một cách đồng lớn và áp dụng các phương pháp thu mẫu ngẫu nhiên cho khu vực này. Khơng nên áp dụng phươngpháp lấy mẫu ngẫu nhiên trong tồn bộ cánh đồng. Kết quả của phương pháp cuối cùng được chấp nhận vì nĩ đặc trưng cho cả cánh đồng. Ở sự trích mẫu phân hĩa ngẫu nhiên, tồn khu vực được chia thành phần nhỏ hơn và việc trích mẫu ngẫu nhiên được làm cho mỗi phần đĩ. Cách này đưa ra độ chính xác cao hơn việc phân tích ngẫu nhiên đơn lẻ. Ở việc trích mẫu hỗn hợp thường áp dụng trên tổng quan của cánh đồng. Những mẫu đơn lẻ sẽ đưa trở về một mẫu. Phương pháp này để lấy giá trị trung bình. Tuy nhiên, nĩ sẽ khơng đánh giá được sự thay đổi về mặt khơng gian. Tính hợp lý của giá trị này phụ thuộc vào số liệu của những mẫu riêng biệt, tính chất của sản phẩm, và phải cĩ những chuẩn mực trong việc trích những mẫu cĩ kích thước bằng nhau từ độ sâu xác định. Nếu mẫu đất được lấy từ nơi ơ nhiễm nặng bởi sự mất cân bằng hoặc do thực vật chết, hoặc thấy được sự ngả màu do chất hĩa học thì lấy những khơng bị ơ nhiễm cĩ tính chất đất giống nhau để so sánh. Mẫu đất khơng nên lấy ở những nơi cĩ rễ cây, ở vỉa hè, nền mĩng của khu xây dựng hoặc của một số cơng trình khác. Khơng nên trích mẫu ở nơi cĩ phân bĩn, lá mục, vơi, hoặc đang trong mùa vụ. Trước khi lấy mẫu ta nên loại bỏ cỏ, lá và một số vật nằm bên ngồi. Bề mặt của mẫu cĩ thể lấy bằng những dụng cụ inox như muỗng, xẻng, và bảo quản chúng trong các tủ làm bằng plastic. Nếu muốn phân tích những mẫu vật ẩm ướt thì nên bảo quản trong hộp thủy tinh. Lõi đất được lấy bởi một ống hình trụ. Đĩ là một ống rỗng làm bằng kim loại hoặc nhựa PVC đường kính dài từ 2 – 12 cm, độ dài phụ thuộc vào chiều sâu lấy mẫu đất. Cái ống này được đĩng vào đất. Ta cĩ thể sử dụng máy khoan. Chúng cĩ một thanh kim loại được xốy vào đất. Máy khoan để thu mẫu. Các mẫu đất lấy lên được sơ chế bằng chảo và khay để làm cho chúng đều nhau trước khi cất chúng vào chai hoặc túi. Ta nên lau sạch những vết bẩn bám trên các mẫu vật để tránh nhiễm bẩn lẫn nhau. Máy khoan và ống lấy lõi đất chỉ làm được ở nơi đất khơ cịn nơi đất mềm chứa nhiều nước thì khơng được sử dụng. Khi lấy mẫu than bùn và bùn lắng thì nên giữ gìn trong mơi trường đặc biệt để giảm oxi hĩa tối thiểu. Ví dụ như Fe trong đất tồn tại ở dạng Fe2+ trong mơi trường hiếu khí và chuyển thành Fe3+ khi gặp khơng khí. Khi ở trong tủ, các mẫu đất nên được bịt kín bằng ống và giữ trong mơi trường khí trơ khi chuyển tới phịng thí nghiệm. Khơng thể lấy những mẫu đất quá cứng và nên lấy mẫu với số lượng lớn để chắc chắn là chúng mang những tính chất tiêu biểu nhất. Các mẫu đất khi được lấy đi và lưu trữ trong túi plastic kín thì phải ở nhiệt độ 4o C để giảm thiểu vi khuẩn hoạt động . Khi cầm các mẫu thì phải cĩ găng tay bằng nhựa Dụng cụ trích mẫu bùn lắng phụ thuộc địa điểm lấy và độ sâu của mực nước và kết cấu của bùn lắng. Để lấy bùn lắng ta phải sử dụng một cái gầu, chúng cĩ thể được gắn vào cây sào trên thuyền. Ống lấy lõi (corer) sử dụng với bùn lắng mềm hơn. Tương tự như đất, bùn lắng lấy từ ống ra thì phải xử lý sơ chế bằng khay để chúng đồng nhất với nhau. Đối với bụi thì ta phải quét và thu gom, bảo quản trong túi làm bằng polyethylene. Mẫu bụi phải lấy ít nhất là 5g. Điều quan trọng nhất là tránh làm nhiễm bẩn mẫu vật. 5.2.2.LÀM KHƠ: Các mẫu vật nên được sấy khơ bằng cách phơi hoặc sấy lị ở nhiệt độ 105oC. Các mẫu khơ cần được giữ trong tủ sấy. Những mẫu khác nhau cần cĩ những phương pháp xử lý khác nhau, vì thế trước khi áp đặt một phương pháp xử lý, ta cần phải xem xét cẩn thận các tính chất lý hố của nĩ. Ví dụ như một mẫu phân tích, đặc biệt là mẫu hữu cơ sẽ bay hơi hay ở nhiệt độ khơng ổn định sẽ mất đi trong quá trình phân tích và sự nhiễm bẩn cĩ thể xảy ra giữa chúng trong các giai đọan phân tích sản phẩm. 5.2.3. CHIA NHỎ: Đất bao gồm tổng thể các hạt nhỏ. Để cĩ được các mẫu cĩ kích thước đồng nhất thì ta phải sàng lọc chúng. Chúng ta chia nhỏ chúng ra bằng cách nghiền, xay, giã nát bằng máy hoặc bằng tay Để giảm nhỏ kích thước hơn nữa ta phải đãi chúng bằng cái rây. Mẫu khơ (đất, bụi, bùn lắng, bùn đặc) phải nghiền nhỏ trước khi đãi. Mẫu này sau khi đại thì phải thu được những hạt khơ kích thước 2mm. Kích thước này được dùng làm tiêu chuẩn quốc tế trong phân tích dất. 5.3. SỰ HỒ TAN VÀ SỰ CHIẾT TÁCH. Chất dinh dưỡng và chất gây ơ nhiễm cĩ thể tồn tại ở những dạng khác nhau trong đất, bùn lắng, bùn đặc. Những phương pháp được sử dụng để sơ chế mẫu và cải tạo quá trình phân tích trở thành dạng thích hợp cho thực hành. Quá trình phân tích phụ thuộc vào bản chất của phương pháp, kĩ thuật phân tích và những thơng tin đang tìm kiếm. Các thơng số sau cĩ thể được xác định: Tổng các nguyên tố. Tổng hữu cơ. Tổng vơ cơ. Ion hịa tan. Ion thay đổi. 5.3.1. NĨNG CHẢY. 5.3.1.1 Sự nĩng chảy của Na2CO3: A. Phương pháp Silicate nĩng chảy với Na2CO3 ở nhiệt độ là 1000-12000C ở trong nồi Platin. Cần sử dụng một lượng dư Na2CO3 để đảm bảo quá trình nung chảy xảy ra hồn tồn. đặc biệt là khi trong đất cĩ nhiều Al và oxit sắt chiếm ưu thế trong đất, bụi, bùn lắng. Một dịng oxy hĩa phải được duy trì bằng cách thêm vào Na2O2 hoặc KNO3, vì dưới điều kiện thiếu oxi Mn và Fe phản ứng với Pt. Bên cạnh đĩ, Na2O2 cũng phản ứng với Pt, vì thế cần sử dụng hạn chế. Kim loại hịa tan ở trong HCl đặc nĩng. B. Nguyên liệu Nồi Pt Bếp lửa Bồn nước Na2CO3 HCl đặc Na2O2 C. Quá trình thí nghiệm Cho khoảng 0,6g Na2CO3 và 0,05g Na2O2 vào trong nồi Pt sạch. Thêm 0,1g đất sấy khơ và trộn bằng que thủy tinh.Thêm vào 0,3g Na2CO3 phía trên hỗn hợp và đậy lại bằng nắp. Dùng một đế nung bằng silic hay Pt. Đun với ngọn lửa nhỏ và mở nắp. Gia tăng lửa từ từ cho đến khi nĩng chảy hồn tồn và sau đĩ đun thêm 15 – 20 phút. Di chuyển nồi xuống và xoay nhẹ để nguyên liệu nĩng chảy khơng bám lên thành nồi. Làm lạnh và sau đĩ ngâm chúng vào 50 mL nước trong Beaker 250mL và cộng thêm 3mL HCl, đậy bằng một ly trong suốt và đun nĩng 30 phút trong nước đang sơi. Chuyển dung dịch vào bình 100 mL, làm lạnh chúng. Chuẩn bị một mẫu trống với các tác chất tương tự nhưng khơng cĩ mẫu đất. 5.3.1.2. SỰ NUNG NĨNG NaOH: A. Phương pháp Silic nĩng chảy với NaOH ở nhiệt độ dưới 600oC thấp hơn Na2CO3. Al cĩ thể cũng được xác định bằng cách nĩng chảy với NaOH, nhưng sự nĩng chảy cacbonat bình thường được ưu tiên cho Al và một số nguyên tố khác trong đất và một số nguyên liệu rắn khác. Nồi Niken được sử dụng bởi vì hydroxides phản ứng với Pt. Sự hịa tan hồn tan hồn tồn trong nước trước khi chuyển thành dung dịch axít B. Nguyên liệu Nồi Niken Bếp lửa NaOH 25% HCl tỉ lệ 1:1 C. Quá trình thí nghiệm Dùng ống Pipette lấy 15 mL của dung dịch NaOH cho vào nồi Niken với thể tích khỏang 75 mL làm bay hơi cho đến khơ. Đậy nắp nồi và đun nĩng với ngọn lửa khỏang 600oC trong 10 phút. Chuyển nồi xuống và xoay nhẹ để dung dịch nĩng chảy khơng dính lên thành nồi. Làm lạnh và cho vào 50mL nước. Để lại qua đêm. Đổ dung dịch vào trong lọ Beaker làm bằng plastic và cho 30mL 1:1 HCl, làm lạnh và cho vào lọ cĩ thể tích bằng 100mL và lọ cĩ thể tích bằng 100mL và pha lỗng với nước. Làm thêm một mẫu rỗng. 5.3.2. ACID ĂN MỊN: Hầu hết các chất ăn mịn mạnh bao gồm: HF, HClO4. Một số acid khác (HNO3,HCl,H2SO4, nước nặng) cũng được sử dụng nhưng cĩ sự phù hợp trong tổng các nguyên tố phân tích. Sự hướng dẫn cho một số chất ăn mịn được làm để kiểm tra nơi thích hợp. 5.3.2.1. HF – HClO4 A. Phương pháp: Silic bị ăn mịn khi pha trộn HF và HClO4. Si bị hịa tan trước trong khi những chất màu vàng mới bị bẻ thành các hợp chất hữu cơ. Cĩ 2 axí là hỗn hợp chuẩn của đất đang nĩi đến và nguyên liệu rắn khác. Nồi Platin hoặc PTFE được sử dụng. Đun nĩng bồn cát đến nhiệt độ thích hợp. B. Nguyên liệu: Tấm kẽm nĩng hoặc bồn cát. Nồi bằng Pt hoặc PTFE. HClO4 60 %. HF 40 %. HNO3 đậm đặc. H2SO4 đậm đặc. C. Tiến hành: Cân 0.1 g mẫu đất sạch đã được sấy khơ và đặt vào trong nồi, làm ẩm bằng cách cho mơt tí nước. Thêm vào 1mL 60 % HClO4 và 7 mL HF 40 %. Đậy nắp nhưng khơng đậy chặt mà để hé mở và phân giải trong 2 giờ. Được làm lạnh và rửa sạch vung đậy nồi bằng nước trong chai đã được hút bụi. Tiếp tục đun nĩng và làm bay hơi cho đến khi HClO4 xuất hiện . Làm lạnh, cộng 1 mL H2SO4 và đun nĩng tiếp để làm bay hơi hết HClO4. Làm lạnh và pha lỗng với 1 L nước. Lọc chúng và cho vào bình định mức 100 mL, định mức bằng nước tới vạch 100. Chú ý: Nếu cĩ một ly chất thải lớn trong quá trình phân giải đầu tiên thì làm lại quá trình phân giải hoặc sử dụng mẫu đất cĩ khối lượng nhỏ hơn Chỉ sử dụng ống Pt hoặc PTFE khi dẫn lấy HF trong quá trình phân giải Khi PTFE bị mềm ở 300oC, bồn cát và tấm Zn nĩng được bố trí cuối cùng Khi HF ăn mịn tấm thủy tinh, cửa kính của tủ búp phê phải đậy lại bằng tấm nhựa trong suốt sơn phủ bằng một lớp vécni Nếu lượng chất hữu cơ cao thì thêm vào 3 mL HNO3 và 1 mL HClO4 vào trong nồi và đun nĩng tới khi HClO4 xuất hiện. Sau đĩ mới cho HF vào và tiếp tục cao hơn. 5.3.3. SỰ HỒ TAN CỦA CÁC NGUYÊN TỐ RIÊNG LẺ Các quy trình được khuyến cáo nên dùng được trình bày trong bảng dưới đây. Khối lượng đề nghị phải được chỉ dẫn rõ ràng và chúng cĩ thể thay đổi tùy theo nồng độ mẫu. Lượng thuốc thử cĩ thể bị đĩng vảy khi ta lấy mẫu cĩ khối lượng lớn. Độ mạnh của acid cuối cùng phải giống với 2 tiêu chuẩn của nguyên liệu và của mẫu. Bảng kết quả số liệu cuối phải được chuẩn bị và phân tích, đặc biệt khi tìm ra nồng độ thấp nhất. Tức là nĩ bao gồm tất cả các thuốc khử chứ khơng phải là mẫu. Nếu chất hữu cơ nhiều, thì chúng sẽ bị phân hủy ở 450oC trước khi qua quá trình nấu chảy. Việc làm này cĩ thể đưa ra sự phục hồi thấp của Cl, P và S. Việc xử lý ban đầu địi hỏi với sự pha trộn HClO4, HNO3 trước khi HCl, HClO4 phân hủy nếu lượng chất hữu cơ trong mẫu cao. Dưới đây là sự hịa tan và tiến trình phân tích được ghi rõ ràng trong bảng sau Một số quy trình đề nghị dùng cho các nguyên tố riêng lẽ. Pha lỗng dung dịch cuối thành 100mL. Các quy trình sau đây được dùng cho các nguyên tố trong nước. Nguyên tố Khối lượng mẫu thử Quy trình phân tích Ghi chú Al 0,1 g Hỗn hợp Na2CO3 hoặc NaOH _ Ca 0,1 g Khả năng đồng hĩa mỗi một hỗn hợp HF-HClO4 Lấy nhỏ hơn 0,1g của mẫu thử đá vơi nếu sử dụng phương pháp đồng hĩa Cl 0,1 g Hỗn hợp Na2CO3 Thêm vào một lượng nhỏ NaNO3 chiều phản ứng thay đổi. Loại bỏ mùi trong nước (khơng cĩ HCl) và điều chỉnh pH đến 8 với [H2SO4] = 0,1 M Mg 0,1 g Khả năng đồng hĩa mỗi một hỗn hợp HF-HClO4 _ P 0,1 g Hỗn hợp bất kì Sau khi chuyển hĩa H2SO4 thành P P 0,05 g Acid hĩa 2mL HNO3 + 1mL HClO4 + 0,5mL H2SO4 _ P 0,2 g Acid hĩa H2SO4 H2SO4 – H2O2 _ K 0,1 g Khả năng đồng hĩa mỗi một hỗn hợp HF-HClO4 Chuyển hĩa hịan tồn Si 0,1 g Hỗn hợp NaOH _ Na 0,1 g Đồng hĩa HF-HClO4 _ S 0,5 g Hỗn hợp bất kì Trộn đất với 2,5g Na2CO3, nung sơ ở 450oC trong 30 phút trước khichuyển hĩa . Thêm vào 0,2g NaNO3 hoặc 0,1g Na2O2 chiều thay đổi Zn 0,1 g Khả năng đồng hĩa mỗi một hỗn hợp HF-HClO4 _ Kim loại nặng 1g Hỗn hợp HF-HClO4 _ 5.4. NHỮNG THƠNG SỐ VẬT LÝ: Các thơng số vật lý cĩ vai trị quan trọng trong việc xác định thành phần cơ giới của đất, cấu trúc đất, tính bở rời và loại đất. Cấu trúc đất đặc trưng bởi sự kết dính của các phần tử đất, trong khi tính bở rời đặc trưng cho sự tách rời của các phân tử. Các đất tốt thì cĩ xu hướng kết dính thành khối, nhưng những khối đĩ cĩ thể tách nhau dễ dàng. Trong khi các đất nghèo dinh dưỡng (như đất cát) thì khơng dễ tạo khối, vì thế thiếu tính cấu trúc. Ngược lại với đất cát là đất sét, chúng tạo thành các khối khĩ vỡ. Tính chất vật lý của đất cĩ quan hệ chặt chẽ tới thành phần hố học của chúng, các tính chất này ảnh hưởng đến tính lưu động và các con đường vận chuyển chất dinh dưỡng trong đất. Cách các phân tử sắp xếp với nhau ảnh hưởng đến khả năng nhận và giữ nước, oxi của đất. Oxi và nước trong đất chiếm giữ khơng gian trống trong đất và tham gia vào một số quá trình sinh-hĩa trong đất. Khơng khí cung cấp oxi cho các vi sinh vật sống trong đất, cho rễ cây và cho các phản ứng oxi hố khử. Nước cung cấp chất dinh dưỡng cho cây và là mơi trường cho các phản ứng trong đất. Đất được canh tác tốt sẽ tơi xốp, tao điều kiện cho nước và oxi xâm nhập vào. Cĩ 5 thơng số vật lý thường được quan tâm, bao gồm: Mật độ. Trọng lượng riêng. Độ ẩm. Hao hụt trong quá trình nung. Kích thước phân tử. 5.4.1. MẬT ĐỘ: Mật độ là khối lượng khơ của một đơn vị thể tích đất tính bằng g/cm3. Mật độ tỉ lệ với lỗ trống trong đất. Nĩ ảnh hưởng đến sự thẩm thấu của rễ cây, cũng như cảnh hưởng đến khơng khí, nước, chất dinh dưỡng, chất độc hại trong đất. Thơng thường mật độ của đất từ 0,8 đến 1,7 g/cm3. Than bùn mật độ thấp 0,1 đến 0,3 g/cm3. Mật độ cĩ thể được sử dụng để xác định tính chất vật lý của đất. Đất cĩ mật độ cao thì lỗ trống ít, sự thẩm thấu chọn lọc và sự rị rỉ thấp. Đất với mật độ cao ức chế sự thẩm thấu của rễ cây. Những phương pháp khác nhau gần đây được sử dụng để xác định độ dày của đất, đĩ là phương pháp lấy mẫu đất bằng khối kim loại hình trụ. Thể tích của khối được tính từ đường kính và chiều dài của khối và khối trụ đã được cân nặng. 5.4.1.1. Quy trình thí nghiệm: Làm khơ 50g một mẫu đất trong lị ở 1050C đến khối lượng khơng đổi. Đổ mẫu đất vào khối trụ, gõ nhẹ nhàng đến khi nĩ kết lại thành khối. Mật độ được xác định như sau: Mật độ (g cm-3) = Khối lượng (g)/ Thể tích (cm3) 5.4.2. TRỌNG LƯỢNG RIÊNG: Trọng lượng riêng là tỉ số giưa khối lượng của một thể tích xác định với khối lượng của cùng một thể tích nước. Trọng lượng riêng quan hệ với mật độ và được sử dụng trong trong việc mơ tả đặc tính của đất. 5.4.2.1. Quy trình thí nghiệm: Làm khơ 50g một mẫu đất trong lị ở 1050C đến khối lượng khơng đổi. Đổ đất vào một lọ thủy tinh với thể tích phù hợp, đậy nắp lại. Cân khối luợng của lọ thủy tinh cĩ chứa đất. Đổ đất ra khỏi lọ và rửa thật sạch. Sau đĩ đổ đầy nước vào, đĩng nắp lại. Cân khối lượng của lọ chứa nước Trọng lượng riêng đựợc xác định như sau: Trọng lượng riệng = Trong đĩ: M1 là khối lượng của chai rỗng. M2 là khối lượng của chai cĩ đất. M3 là khối lượng của chai khi chứa nước. 5.4.4. ĐỘ ẨM: Việc đo lượng nước rất quan trọng trong việc phân tích mẫu chất thuộc mơi trường rắn. Đặc biệt là việc phân tích đất. Vì: Nước đĩng vai trị dung mơi và nhân tố vận chuyển của nhiều chất bao gồm cả chất dinh dưỡng và chất độc hại Nước cung cấp mơi trường cho nhiều phản ứng hĩa học và hoạt động của nhiều vi khuẩn. Nước duy trì tính chất và độ kết dính của đất trong những điều kiện thích hợp. Lượng nước mưa và lượng nước tưới là nguồn cung cấp nước chủ yếu cho đất. Đất mất nước làm cho quá trình thẩm thấu diễn ra chậm. 5.4.4.1. Quy trình thí nghiệm: Cân chính xác một mẫu đất được xử lí. Mẫu đất khơng được sàn lọc nhưng những mảnh vụn, cành cây, rễ cây… phải được bỏ đi Làm khơ trong lị ở nhiệt độ 105oC đến khối lượng khơng đơỉ. Ghi lại khối lượng của mẫu trước khi làm khơ và sau khi làm khơ % nước trong đất được tính theo cơng thức sau: Nước chứa trong mẫu (%) = 100 x (M1 – M2)/M1 Trong đĩ: M1: Khối lượng mẫu chưa được làm khơ M2: Khối lượng mấu đã làm khơ 5.4.5. ĐỘ HAO HỤT DO ĐỐT CHÁY: Trong quá trình đốt cháy, các chất hữu cơ bị oxi hố nên cho kết quả khơng chính xác. 5.4.5.1. Quy trình thí nghiệm: Làm khơ mẫu đất trong lị ở 105oC đến khối lượng khơng đổi Cân chính xác 1g mẫu khơ và cho vào nồi kim loại. Nồi kim loại được cân khối lượng trước đĩ. Cho H2O2 vào nồi trong giai đoạn này để đẩy nhanh quá trình oxi hĩa Tăng dần nhiệt độ đến 500oC và giữ trong 4h. Làm lạnh mẫu ở nhiệt độ phịng và làm khơ Cân khối lượng mẫu trong 2 quá trình này. % hao hụt được tính như sau: Lượng hao hụt trong khi nung (%) = 100 x (M1 – M2)/M1 Trong đĩ: M1: Khối lượng mẫu ban đầu M2: Khối lượng mấu đã làm khơ 5.4.6. KÍCH THƯỚC PHÂN TỬ: Cơ cấu đất được xác định bởi kích thước phân tử. Phân tử sét nhỏ hơn 2µm và chúng khác biệt đáng kể với các phân tử khác lớn hơn (sỏi, bùn, đất và đá). Các phần tử lớn hơn này được tạo thành chủ yếu từ việc phá vỡ đá mẹ, vì thế chúng cĩ tích chất khơng khác mấy so với đá mẹ. Trong khi đĩ, sét được tạo thành bởi sự kết hợp của silic, nhơm và oxi, nên tính chất của chúng khơng giống như các vật liệu khác. Tính chất của đất rất quan trọng vì nĩ ảnh hưởng đến cấu trúc đất, hoạt động giữ nước, giữ chất dinh dưỡng, vận chuyển nước, CO2. Trong phương pháp sau đây, người ta loại bỏ các phân tử cĩ kích thước lớn bằng việc sàng, rây, giữ lại các hạt sét lắng trong dung dịch huyền phù. Sự sắp xếp của các phân tử đất dựa trên định luật Stoke, theo đĩ, vận tốc lắng của một phần tử trong dung dịch huyền phù thì phụ thuộc vào bán kính của nĩ. v = 2gr2 (ρs – ρl)/9ƞ Trong đĩ: v là vận tốc lắng (ms-1). g = 9.81 N kg-1. r là bán kính của phân tử chất rắn (m). ρs ,ρl lần lượt là mật độ cuả phân tử chất rắn và mật độ dung dịch (kg.m-3). ƞ là độ nhớt của dung dịch (N.s.m-2). 5.5. ĐO LƯỜNG ĐIỆN HĨA HỌC. Mặc dù việc đo đạc các chỉ tiêu này trong đất, trầm tích và bùn lắng là rất quan trọng nhưng hiện tại chưa cĩ một phương pháp nào được xem là chuẩn trên thế giới. Thí nghiệm tiến hành ngay tại nơi lấy mẫu thì cho kết quả chính xác nhất, cịn nếu như khơng cĩ điều kiện thì cĩ thể đưa vào phịng thí nghiệm để phân tích dung dịch huyền phù. Thơng thường, dung dịch huyền phù được lắc thật mạnh và sau đĩ được để lắng trong một khoảng thời gian. Tỉ số khối lượng đất so với thể tích nước (w/v) khác nhau thì cần thời gian lắng khác nhau (nhưng khơng quá 1h). Cĩ hai luồng ý kiến, một cho rằng nên phân tích mẫu khi cịn tươi, một cho rằng nên dùng mẫu đã được sấy khơ. Việc sấy khơ mẫu cĩ thể ảnh hưởng đến kết quả của việc phân tích do nĩ làm thay đổi độ pha lỗng của dung dịch. Tỉ lệ giữa khối lượng đất và thể tích nước 1:1 được sử dụng rộng rãi, tuy nhiên, ở đây, chúng ta dùng tỉ lệ 1:2 và thời gian lắng là 30 phút. Nên chú ý cho điện cửc tiếp xúc với phần dung dịch bên trên. Cĩ ý kiến cho rằng bạn nên để điện cực chạm vào đất bên dưới nhưng chú ý rằng làm như thế sẽ bị lỗi. 5.5.1. Tính dẫn Tính dẫn của đất cĩ thể được sử dụng như một đơn vị đo lường hồn tồn cĩ khả năng hịa tan những ion riêng lẻ. Tính dẫn của đất cĩ thể quyết định khả năng làm nước biển lấn vào đất hay khơng. Chúng được sử dụng vaị việc kiểm tra chung vào việc quyết định tưới cho tốt và cần hệ thống thốt nước. Nĩ thật là hữu dụng trong việc quyết định sự phì nhiêu của đất như đất trong nhà kính và rau trong vườn. Tính dẫn của đất cĩ liên quan đến sự phát triển của cây. Một số ví dụ minh họa: Tính dẫn của đất (mmho cm¯¹) Sự ảnh hưởng đến cây >1.00 0.71-1.00 0.46-0.70 0.26-0.45 0-0.25 Nguyên nhân gây hư hại mạnh cho hầu hết các cây Cĩ thể gây hư hại nhẹ cho hầu hết các cây Cĩ thể gây hư hại từ nhẹ đến mạnh cho hầu hết các cây Phù hợp với hầu hết các cây nếu sử dụng lượng phân bĩn Phù hợp với hầu hết các cây nếu sử dụng lượng phân bĩn Đơn vị đo lường tính dẫn khơng được ứng dụng rộng rãi trong phép phân tích như đơn vị đo lường pH 5.5.1.2. Cách tiến hành thí nghiệm Cân 20g đất ẩm hoặc những mẫu khác (chẳng hạn: chất cặn lắng xuống đáy) từ đá, cành cây con hoặc những vật liệu lớn khác, rồi cho vào một cái cốc hoặc chai cổ rộng. Thêm 40 mL nước thí nghiệm và khuấy mạnh bằng một thìa khuấy cĩ tính từ tự động hoặc điều khiển bằng tay. cho phép dừng trong 30p tính tốn độ dẫn như trong phần 2.4.4. Phải chắc chắn rằng pin điện cực nổi trên mặt phía trên đất lắng. 5.5.3. pH pH của đất, cũng như bùn đặc và các chất lắng cặn dưới đáy là một trong những thơng số đo lường thường được xác định do mức độ quan trọng của pH trong nhiều quá trình điều hịa. pH là chỉ số của acid hoặc kiềm và điều này cĩ giá trị trong việc mơ tả đất. Nhiều phản ứng hĩa học phụ thuộc vào pH và hiểu biết về pH cĩ thể làm cho chúng ta dự đốn được chiều hướng và tốc độ của phản ứng hĩa học. Ngồi ra, lợi ích của những chất dinh dưỡng khác nhau cũng phụ thuộc vào pH. Chẳng hạn: đất với pH khoảng 7 giàu Mg, Ca, K, N, S. Trong khi Fe, Zn, Cu khơng nhiều khi ở pH cao. pH của đất cĩ thể được sử dụng như cơng cụ dự đốn nhanh cho chúng ta biết về tính chất đất. pH đất phụ thuộc vào một số nhân tố như: vật liệu, khí hậu, thực vật, phân bĩn. pH của hầu hết khống đất là khoảng 5.5 – 7.5 . Đất với giá trị pH cao như 10.5 cĩ thể gặp đá vơi, khống đơlơmit từ những vùng khơ cằn. Đất cĩ thể trở nên cĩ tính acid nếu cĩ nước mưa lọc qua những cation cơ bản ( Mg2+ , Ca²+ , Na+ , K+ ). Đối với pH cĩ giá trị < 5.5 cĩ khả năng chứa Al trao đổi từ các khống séttừ những nơi cao hơn đến gây độc cho cây. Những đất acid cĩ khả năng chứa độc Mn. Nguồn gốc chính của H+ trong đất bao gồm : Sự phân ly của acid carbonic được hình thành khi CO2 khơng khí cĩ trong đất Acid hữu cơ được hinh thành từ sự phân ly của những chất hữu cơ Những acid mạnh như H2SO4 , HNO3 trong nước mưa bắt nguồn từ những khu cơng nghiệp làm ơ nhiễm khơng khí Sự oxi hĩa của muối amoni bị nitrat hĩa. Những cation cơ bản của kim loại kiềm (Na+ , K+ ) và kim loại kiềm thổ ( Mg2+ , Ca²+ ) cĩ thể tăng pH của đất bởi sản xuất ra những ion OH¯. Những cation này cĩ thể bắt nguồn từ sự vỡ vụn của đá và khống, giĩ thổi bụi, nước tưới, nước mưa và đá vơi. Những đất đá vơi cĩ pH khoảng 7.0 – 8.2 là kết quả của sự thủy phân calcium carbonate. Những đất mặn trung tính với giá trị pH mang tính kiềm thấp, những loại đất này được tìm thấy ở những vùng khơ cằn và chúng chứa các muối tan (chẳng hạn như : NaCl, CaCl2, KCl). Những muối này cĩ thể gây tổn thương cho cây. Những loại đất chứa Na, thường được tìm thấy ở những vùng khơ cằn, những nơi mà Na cĩ thể hình thành từ đá và khống, giá trị pH trong khoảng 8.5 – 10.5. Tưới nước cĩ thể tích lũy muối trong đất. Đất acid cĩ thể xem như vơi với nguyên liệu cĩ chứa Ca, hầu hết vơi cĩ từ đá vơi. pH đất cĩ thể thay đổi từ mùa này đến mùa khác và từ năm này sang năm khác, tăng lên trong suốt thời kì cĩ lượng mưa lớn và giảm khi lượng mưa thấp. Trong tất cả các mẫu, đặc biết là mẫu đất, bùn và trầm tích, việc xác định pH là khá khĩ khăn. Như đã nĩi ở trên, khơng cĩ một phương pháp chuẩn nào và kết quả ảnh hưởng đến đất: tỷ lệ nước và phương pháp đo lường. 5.5.3.1 Cách tiến hành thí nghiệm: Cân 20g đất ẩm, hoặc mẫu khác (chẳng hạn như: chất lắng cặn) từ đá, cành cây con, và những vật liệu lớn hơn, sau đĩ cho vào một cái cốc hoặc chai cổ rộng. Thêm 40 mL nước thí nghiệm, khuấy mạnh bằng thìa khuấy cĩ tính từ tự động hoặc điều khiển bằng tay. Để lắng trong 30p và tính tốn độ pH như trong phần 2.4.5, phải đảm bảo rằng điện cực nằm trong phần dung dịch và khơng tiếp xúc với mẫu đất lắng ở dưới. Tiếp xúc với mẫu rắn cĩ thể dẫn đến những sai số mà mức tối đa là một đơn vị pH. 5.5.4. THẾ OXI HĨA - KHỬ Thế oxi hĩa – khử quyết định tính biến đổi hĩa học của chất gây ơ nhiễm và chất dinh dưỡng (đặc biệt như : S, N, P, kim loại nặng ) trong những phần khác nhau của mơi trường và mức ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Phản ứng oxi hĩa và phản ứng khử quan trọng trong đất .Vi khuẩn hơ hấp trong đất cung cấp điện tử và làm giảm bớt những oxi sẵn cĩ. Tuy nhiên nếu tỷ lệ oxi được sử dụng trong hơ hấp vượt quá oxi cĩ sẵn, sẽ gây ra sự thiết hụt của những chất khác và điều này cĩ thể ảnh hưởng đặc biệt đến những chất dinh dưỡng khác ngay trực tiếp hoặc gián tiếp. Độ oxi hĩa- khử tương đối trong đất hoặc chất lắng cặn dưới đáy làm ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất của chúng, và phản ứng hĩa học của chúng, lượng vi khuẩn của chúng, hệ động vật chung của một vùng. Điều này được minh họa bởi sự tương phản rõ nét giữa điều kiện hiếu khí ở đất tơi xốp và điều kiện kỵ khí trong đất sét ngập nước. Quá trình oxi hĩa- khử được cho là thay đổi theo độ sâu của chất lắng cặn và đất vì chúng cĩ chứa những vi sinh vật tiêu thụ oxi. Trên bề mặt đất thơng khí, cĩ thể cĩ giá trị Eh cao, là dấu hiệu của sự oxi hĩa trong điều kiện cĩ nhiều oxi . Những tầng đất sâu cĩ thể hồn tồn khơng cĩ oxi, làm tăng điều kiện khử lên cao và bởi vậy hạ giá trị Eh xuống. Mặc dù thế oxi hĩa – khử tương đối dễ dàng để đo lường nhưng nĩ khơng phải luơn luơn đem lại những kết quả cĩ ý nghĩa. Thế điện cực cĩ thể thay đổi đáng kể từ thực nghiệm đến lý thuyết và để miêu tả kết quả thu được những phép đo nên làm từ thực nghiệm . Trong một vài nghiên cứu, mẫu được cất giữ và được phân tích trong điều kiện khí trơ để giảm đến mức thấp nhất sự thay đổi giữa thực nghiệm và lý thuyết. Đánh giá tồn bộ lượng oxi, đặc biệt là trong một hệ thống chất lắng cặn dưới đá, thường cĩ cho kết quả chính xác hơn dưới những điều kiện này. Hơn thế nữa bất kì những đánh giá của những giá trị oxi – khử cần phải kết hợp với pH . 5.5.4.1. Cách tiến hành thí nghiệm Nếu cĩ thể, tiến hành thí nghiệm ngay tại nơi thu mẫu. Chú ý ngăn khơng khí và bảo đảm điện cực tiếp xúc tốt. Cho nước và platin vào, xem xét điện cực. Nếu đất khơ thì thêm nước vào. Nếu mẫu được vận chuyển đến phịng thí nghiệm thực hiện phân tích như sau: Cân 20g đất ẩm hoặc mẫu khác (chẳng hạn như chất lắng cặn) từ đá, cành cây và những vật liệu lớn, rồi cho vào một cái cốc hoặc chai cổ rộng. Thêm 40 mL nước và khuấy mạnh bằng thìa khuấy cĩ tính từ tự động hoặc điều khiển bằng tay. Để lắng trong 30 phút và tính tốn thế điện cực như trong phần 4.3.3. Phải chắc chắn rằng điện cực nổi trên mặt và khơng tiếp xúc với mẫu đất. Làm sạch bề mặt platin bằng cách ngâm qua đêm trong dung dịch H2 SO4 50% hoặc HCl 5.6. ĐỘ KIỀM 5.6.1. Giới thiệu Độ kiềm được gây ra chủ yếu bởi sự hồ tan calcite (CaCO3) CaCO3 + H2O ↔ Ca2+ + HCO3- + OH- Đất vơi, đất đolomit và đất chứa natri là những đất cĩ tính kiềm vì chúng chứa CaCO3, CaCO3.MgCO3 và Na2CO3. Những đất trong khu vực khơ hạn và bán khơ hạn cĩ pH khoảng 9.9, trong khi đất cĩ natri cĩ pH khoảng 10.5. Lượng muối bicarbonate, carbonate và các hydroxide sẽ tăng khi độ kiềm tăng. Độ kiềm trong đất cĩ những ảnh hưởng nghiêm trọng đến các quá trình trong đất, và hệ quả là gây nên những tác hại nghiêm trọng đến cây trồng. Ví dụ như: Bệnh vàng lá ở những cây nhạy cảm. Do lượng muối bicarbonate cao sẽ ngăn cản sự hấp thu Mn và Fe vì thế làm giảm chất diệp lục trong lá. Làm giảm sản lượng nơng sản. Do muối bicarbonate ảnh hưởng đến các quá trình chuyển hĩa Mn và Fe trong cây. Sự thiết hụt muối phosphate. Do các muối bicarbonate ngăn cản sự hấp thu phosphate và do khả năng hồ tan của muối phosphate trong đất kiềm bị suy giảm. Ngồi ra, sự gia tăng các muối bicarbonate trong đất cũng cĩ thể do nước tưới mang lại. Nếu như trong nước tưới cĩ nồng độ calci, ion carbonate và bicarbonate cao thì CaCO3 sẽ kết tủa và xen vào các các hạt keo đất ngăn cản sự vận chuyển nước trong đất. 5.6.1. Cách tiến hành thí nghiệm Cân 20g đất ẩm, (hoặc mẫu rắn khác) từ đá, cành cây con, và những vật liệu lớn hơn, sau đĩ cho vào một cái cốc hoặc chai cổ rộng. Thêm 40 mL nước thí nghiệm, khuấy mạnh bằng thìa khuấy cĩ tính từ tự động hoặc điều khiển bằng tay. Để lắng trong 30p và lọc qua giấy lọc Whatman số 42 hoặc 44. Xác định tính kiềm của dung dịch sau lọc bằng việc chuẩn độ với H2SO4, HCl. Phép tính độ kiềm trong phần lọc theo mgCaCO3 L-1 . Biến đổi độ kiềm trong đất Độ kiềm (mgCaCO3 L-1) = A x V/ M Trong đĩ: A là độ kiềm của phần chiết (mgCaCO3 L-1 ) V là thể tích nước L (chẳng hạn 40mL = 0.04 L ) M là khối lượng của mẫu đất (g) . Tính nồng độ carbonate (nếu cĩ) và bicarbonate như trong phần 4.3. Chú ý: Cĩ thể sử dụng phần tách chiết được chuẩn bị theo sự đo lường pH để xác định độ kiềm Nếu độ kiềm của phần chiết quá cao thì ta cĩ thể pha lỗng nĩ trước khi phân tích 5.7. NHỮNG ION HỊA TAN 5.7.1. Giới thiệu Những ion hồ tan hay được biết đến như muối tan là những chất vơ cơ hồ tan chủ yếu trong đất. Chúng lien quan đến tính dẫn của đất. Mặc dù theo lý thuyết thì điều này là khả thi, nhưng phải cĩ những điều kiện hết sức nghiêm ngặt trong phịng thí nghệm, nên xem như chúng khơng cĩ tính thực tiễn. Vì vậy, người ta thường đo đạc tính dẫn của đất ngay tại nơi thu mẫu như một giải pháp thay thế, tuy nhiên, nếu như thế thì chỉ liên quan đến tổng lượng ion hồ tan. Nồng độ ion hồ tan thường được dùng nhiều khi xác định tính chất của đất mặn. Để tính tốn lượng ion hồ tan, người ta cĩ thể lấy mẫu nước của đất ngay tại nơi lấy mẫu hoặc đem mẫu đất về phịng thí nghiệm rồi tiến hành trích lấy nước, phương pháp thứ hai được dùng nhiều hơn. 5.7.2. Cách tiến hành thí nghiệm Cân 20g đất khơ và rây ( < 2mm ) cho vào chai cổ nhỏ. Thêm 40mL nước thí nghiệm, đậy nút chai lại và lắc trong 1h. Lọc qua giấy lọc Whatman số 42 hoặc 44 và phân tích 5.7.3. Phân tích Những ion cĩ thể hịa tan được mà thường dùng để phân tích : Mg2+, Ca2+, Na+, K+, Cl-, NO3 -, NH4 +, SO4 2- . Tiến hành phân tích nước lọc đã được tách chiết sử dụng phương pháp sau: Ion Phương pháp Mg2+, Ca2+, Na+, K+ Cl-, NO3 -, SO4 2- Cl- NH4 + SO42- AAS IC Chuẩn độ Thiết bị đo màu hoặc chuẩn độ Đo phổ Nếu một phép phân tích thành phần chất liệu (IC) ion sẵn cĩ thì nĩ cĩ thể sử dụng đồng thời Cl-, NO3 -, SO4 2-. Diễn đạt kết quả mgL-1 và meqL-1 của mẫu đất. Sau khi hịa tan hồn tồn : Mg2+, Ca2+, Na+, ta cĩ thể tính như sau: SAR = [Na+ ] / ( [Ca2+ ] + [Mg2+ ] ) ½ SAR cĩ thể được dùng để đánh giá độ mặn của đất. Đất cĩ SAR >13 thì được xem là mặn. 5.8. CHẤT HỮU CƠ 5.8.1. Phương pháp Cacbon hữu cơ được xác định bằng phương pháp chuẩn độ Kali Dicromate. Một lượng dư K2C207 được thêm vào mẫu cùng với H2SO4 để oxi hĩa cacbon hữu cơ thành CO2. 2Cr2O72- + 3CChất hữu cơ + 16H+ → 4 Cr3+ + 3CO2 + 8H2O Trong phản ứng này, 2 mol Cr2O72- oxi hĩa 3 mol cacbon. Lượng dư Cr2O72- cịn lại sau phản ứng được xác định bằng phương pháp chuẩn độ lại với sắt sulfat. Cr2O72- + 6Fe2+ + 14H+ → 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7 H2O Trong phản ứng chuẩn này, 1 mol Cr2O72- oxi hĩa 6 mol Fe2+. Cacbon hữu cơ được tính tốn qua sự chênh lệch. Ion Fe2+, nếu cĩ mặt sẽ làm sai khác kết quả do phản ứng với Cr2O72- như trong phản ứng đã chỉ ra trong phản ứng chuẩn độ trên. 5.8.2. Dụng cụ và vật liệu: Becher thể tích 500 mL, bình ngưng tụ, đĩa để đun nĩng. Dung dịch K2Cr2O7 chuẩn 0.083 M : Sấy khơ một lượng K2Cr2O7 trong lị ở 1050C trong 2 h. Hịa tan 24,518g trong nước và pha lỗng tới 1 L. Dung dịch chuẩn Fe(NH4)2(SO4)2 0.2 M: Hồn tan 78.39g Fe(NH4)2(SO4)2.6 H2O vào nước.Thêm 20mL H2SO4 đậm đặc, làm lạnh và pha lỗng tới 1 L. Dung dịch Chỉ thị Ferroin được mua sẵn hoặc tự pha bằng cách hịa tan 0.7g FeSO4.7H2O và 1.485g 1,10-C12H8N2. H2O vào nước và pha lỗng tới 10mL. Dung dịch sulfuric acid đậm đặc. 5.8.3. Cách tiến hành thí nghiệm Cân 0.5g chất đồng nhất đã được sấy khơ và lọc đất cặn hay bùn, đặt trong becher. Thêm 10mL dd chuẩn K2Cr2O7 và lắc đều. Thêm từ từ 15 mL H2SO4 đậm đặc. Nối bình với máy ngưng nước, làm mát. Một đầu hở của bình ngưng tụ cho vào một cốc nhỏ. Đặt trong đĩa nĩng và chảy ngược trong 1h tới khi nĩ phát ra hơi nĩng. Đậy kín đầu hở cịn lại của bình ngưng tụ bằng một cốc nhỏ khác cĩ một miếng kim loại, cho chảy ngược trong 1h. Làm lạnh và rửa bình ngưng tụ bằng nước cất. Tháo becher và thêm vào 100mL nước, thêm 5 giọt Ferrion. Chuẩn độ với Fe(NH4)2(SO4)2. 6 H2O đến điểm cuối, cĩ sự đổi màu từ xanh lục sang đỏ tím. Tiến hành tương tự với các chất như trên nhưng khơng cĩ mẫu đất. Tính tốn chất hữu cơ dựa vào cơng thức: Cacbon hữu cơ (mg g-1) = Trong đĩ: C : Nồng độ của dung dịch dicromat hịa tan (0.166 M). V : Thể tích của dichromate hịa tan được sử dụng (10mL). V1 : Thể tích dung dịch chuẩn độ trong mẫu (mL). V2 : Thể tích dung dịch chuẩn độ trong mẫu trống (mL). M : Khối lượng của mẫu (g). 5.9.2. NITƠ HỮU CƠ. Đa số nitơ trong đất, bùn và trầm tích tồn tại dưới dạng hữu cơ. Tổng lượng nitơ hữu cơ (TON-total organic nitrogen) là một trong những chỉ tiêu dinh dưỡng phổ biến nhất của đất. Phương pháp sau đây dựa trên những nguyên tắc của Kjeldahl bằng việc nung và chưng cất. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong phân tích đất. 5.9.2.1. Phương pháp: Nitơ hữu cơ được chuyển thành NH3-N bằng cách nung với sulfuric acid cĩ chứa kali sulfate để tăng nhiệt độ phản ứng. Quá trình nung cĩ thể được tiến hành trong bình nung Kjeldahl. Chất xúc tác như Cu, Hg hoặc Se cĩ thể được thêm vào. Sau đĩ, ammoniac được chưng cất và thu lại trong dung dịch acid. Quá trình phân tích được kết thúc bằng các phương pháp định lượng NH3 trong mẫu nước. Phương pháp này khơng cho ta TON một cách chính xác, nhưng cĩ thể tạm chấp nhận. Kết quả chính xác phải là tổng lượng nitơ hữu cơ và vơ cơ. Nhưng phần lớn nitrate-N và nitrite-N bị thất thốt trong quá trình nung. Tuy nhiên, do nồng độ nitơ vơ cơ trong đất ít hơn nhiều so với nồng độ nitơ hữu cơ nên kết quả này cĩ thể xem như là tổng của hai nồng độ. Một số người gọi đây là phương pháp Kjeldahl-N. 5.9.2.2. Nguyên vật liệu Những nguyên vật liệu dùng cho việc chưng cất và phân tích ammoniac (xem phần 4.10.2) Bình nung Kjeldahl 100mL Hệ thống nung Kjeldahl Đồng sulfate Kali sulfate Sulfuric acid đậm đặc. 5.9.2.3 Quy trình thí nghiệm Cho 5g mẫu chất đã làm khơ và đã sàn (< 2mm vào bình nung). Cho thêm 5 g K2SO4 và 1 g đồng sulfate. Thêm 10mL H2SO4 đậm đặc và khuấy nhẹ. Nung nhẹ trên đế, trong tủ hơi (fume-cupboard) cho đến khi khơng cịn sủi bọt. Tăng nhiệt độ lên đến 380 oC và tiếp tục nung cho đến khi dung dịch mất màu hoặc cĩ màu xanh nhạt. Nung nhẹ trong 3h. Sau khi làm lạnh, cho thêm 40mL nước và để yên cho đến khi tồn bộ chất lơ lửng lắng hết xuống đáy. Chuyển phần dung dịch vào một bình tam giác thể tích 100mL. Lặp lại quá trình rửa, làm lắng vài lần với lượng nước giảm dần. Cho nước đến đủ 100mL. Chưng cất dung dịch chưng cất được bằng quy trình phân tích ammoniac trong nước (xem phần 4.10.2) và phân tích dung dịch thu được sau khi chưng cất bằng một trong các phương pháp đã được chỉ rõ trong thí nghiệm ở phần 4.10.2. Hoặc ta cĩ thể phân tích dung dịch thu được bằng phương pháp phân tích quang phổ sẽ được mơ tả trong phần 5.9.3 sau đây. Tính tốn nồng độ NH3-N trong mẫu trích theo cơng thức sau: Nitơ hữu cơ (mg N kg-1) = C x V/M Trong đĩ: C: nồng độ NH3-N trong dung dịch chưng cất sau khi pha lỗng (mg L-1) V: thể tích dung dịch chưng cất sau khi pha lỗng (mL) M: khối lượng mẫu (g) Lặp lại quá trình nung và phân tích dùng các chất như trên nhưng khơng cĩ mẫu đất. Chú ý: Cĩ thể tăng/giảm lượng mẫu. Khi đĩ, tăng/giảm lượng chất tham gia phản ứng. Cĩ thể thêm hạt thủy tinh để giảm hiện tượng nổ trong khi nung. 5.9.3. AMMONI TRAO ĐỔI. Lượng ammoni trao đổi thường được xác định bởi vì chúng giúp đáng giá khả năng cung cấp N cho cây của đất. NH4+ trao đổi cĩ thể tách ra khỏi đất, bùn. Trầm tích bằng KCl 2M. Phần trích được lọc và dung dịch sau lọc được phân tích bằng phương pháp phân tích quang phổ, dùng indophenol xanh. 5.9.3.1 Nguyên vật liệu Máy phân tích quang phổ Hai dung dịch A và B dùng trong định lượng NH4+ trong phần 2.5.2 Dung dịch kali chloride 2M, tạo ra bằng cách hồ tan 150g KCl vào 800 mL nước và pha lỗng thành 1L Ethylenediaminetetraacetic (EDTA). Hồ tan 6g muối 2 Na của EDTA vào 80mL nước, điều chỉnh cho pH tới 7. Trộn đều và pha lỗng thành 100mL NH4+ dự trữ, 1000 mg L-1 hoặc 100mg L-1 Máy lắc 5.9.3.2. Quy trình chiết tách Cho 10g đất hay mẫu rắn khác vào chai 250mL và thêm 100mL dung dịch KCl 2M. Đậy nắp và lắc trong 1h. Sau đĩ, để dung dịch lắng trong 30 phút cho đến khi các chất lơ lửng lắng xuống hết và dung dịch trở nên trong suốt. Cĩ thể lọc qua giấy lọc Whatman số 42 nếu cần. Cĩ thể dùng quy trình như trên để tách NO3- và NO2- trao đổi. 5.9.3.3 Quy trình phân tích Cho 1mL dung dịch trong suốt ở trên vào ống nghiệm. Thêm 1mL dung dịch EDTA và trộn đều. Thêm 5mL dung dịch A, sau đĩ cho 5mL dung dịch B, đậy ống nghiệm bằng parafilm và lắc mạnh. Đặt ống nghiệm vào nước ấm ở 37 oC trong đúng 15 phút hoặc để ở nhiệt độ phịng trong 30 phút. Đo sự hấp thu trong ngăn 1cm ở 625 nm với nước trong ngăn tham khảo. Chuẩn bị một chuỗi thang chia độ chuẩn với nồng độ dao động từ 0.1 – 10 µg mL-1 bằng cách pha dung dịch NH4+ dự trữ. Cho 1mL mỗi dung dịch này và cho vào một dãy ống nghiệm. Thêm 1mL dung dịch EDTA vào mỗi ống nghiệm, sau đĩ thêm 5mL dung dịch A và 5mL dung dịch B và làm như với mẫu chất. Ta cũng phân tích thêm mẫu trống với 1mL nước + 1mL EDTA + 5mL dung dịch A + 5mL dung dịch B. Lấy tổng độ hấp thu của các nồng độ khác nhau của NH4+ trừ đi độ hấp thu của mẫu trống. Vẽ đồ thị theo độ hấp thu của các nồng độ NH4+ và suy ra nồng độ của mẫu trích. Tính nồng độ NH4+ trong mẫu theo cơng thức: NH4+ - N (mg N kg-1) = C x V/M Trong đĩ: C: nồng độ NH4+ trong mẫu trích (µg N mL-1) V: tổng thể tích mẫu trích (mL) M: khối lượng mẫu (g) Hoặc ta cĩ thể đổi đơn vị sang mg N (100g)-1 như khuyến cáo của USDA. Chú ý Ta cĩ thể thay đổi khối lượng của mẫu và tổng thể tích của mẫu trích. Nếu như khơng thể tiến hành phân tích ngay được thì lọc mẫu trích qua giấy lọc Whatman số 42 và trữ trong tủ lạnh. 5.9.4. NITRATE TRAO ĐỔI 5.9.4.1. Giới thiệu Cĩ các phương pháp trực tiếp và gián tiếp để xác định nitrite trong đất. Cĩ hai dạng phương pháp gián tiếp chính, đĩ là: Giảm lượng nitrate và nitrite bằng cách chuyển thành ammonium. Hợp kim Devarda được dùng để chuyển nitrate và nitrite thành ammonium. Ammonium sau đĩ được chưng cất và phân tích như với NH3. Hiện nay cũng đã cĩ một số bổ sung trong phương pháp này để giúp ta xác định được các gốc nitơ vơ cơ khác nhau. Như bảng sau: Loại Phương pháp NH3+ Chưng cất NO3- Loại bỏ NH3+ bằng chưng cất, loại NO3- bằng acid sunfamic, cuối cùng chưng cất với hợp kim Devarda NO3- và NO2- Loại bỏ NH3+ bằng chưng cất, sau đĩ chưng cất với hợp kim Devarda NH3+ + NO3- + NO2- Chưng cất với hợp kim Devarda Nồng độ ion riêng phần, tổng lượng nitơ hữu cơ hoặc kết hợp của cả 2 phần đều cĩ được xác định dễ dàng. Vì nồng độ của NO2- thường rất nhỏ trong mơi trường hiếu khí nên phản ứng với sulfamic acid thường khơng cần thiết. Tuy nhiên, trong trầm tích và bùn thì nồng độ NO2- cũng đáng kể. Giảm nồng độ nitrate bằng cách chuyển thành nitrite. Sau đĩ dùng phương pháp phân tích quang phổ để xác định nồng độ nitrite. Phương pháp trực tiếp bao gồm phương pháp phân tích quang phổ và phương pháp điện phân. 5.9.4.2 Nguyên vật liệu Như trong chưng cất và phân tích ammonium. Hợp kim Devarda được nghiền mịn. Dung dịch KCl 2M. Hịa tan 150g KCl vào 800 mL nước và pha lỗng đến 1L 5.9.4.3 Quy trình thí nghiệm Trích mẫu đất hay các mẫu rắn khác bằng KCl như với NH4+ trong phần 5.9.3. Cho 250mL dung dịch trích vào bình đáy trịn 250mL và chưng cất theo phương pháp trong phần 4.10.2. Nhờ vậy, ta sẽ loại bỏ được NH3 khỏi mẫu trích. Thay bình nhận dung dịch chưng cất bằng một bình khác chứa dung dịch sau chưng cất nguyên chất. Thêm 0.5g hợp kim Devarda và 50mL nước vào chất lắng trong bình chưng cất. Nối bình chưng cất vào hệ thống và nung cho đến khi sơi. Giảm nhiệt và chưng cất từ từ. Tiến hành như phần 4.10.2. Xác định NH4+ trong dung dịch nhận được sau chưng cất bằng một trong các phương pháp được đề cập trong phần 4.10.2 hoặc bằng phương pháp phân tích quang phổ đã nĩi ở trên cho NH4+. Đổi đơn vị thành mg N kg-1 như trong phần 5.9.3. Làm một mẫu trống theo quy trình tương tự. Hoặc cĩ thể đổi đơn vị về mg N (100g)-1 như khuyến cáo của USDA. Nếu như trong mẫu khơng cĩ nitrite thì kết quả này sẽ cho ta NO3-_N, nếu cĩ nitrite thì ta sẽ cĩ NO3- +NO2-. Nếu NO2- cĩ trong mẫu thì ta xác định nồng độ của nĩ bằng quy trình sẽ được trình bày trong phần 5.9.5 sau đây. Và nồng độ NO3- chính là chênh lệch giữa 2 nồng độ này. Trong mọi trường hợp, ta cĩ thể cộng nồng độ NO3- (hoặc NO3- + NO2- nếu NO2- cĩ trong mẫu) vào nồng độ NH4+ đã được xác định ở giai đoạn đầu của quá trình chưng cất để cĩ tổng lượng N vơ cơ. Chú ý: Ta cĩ thể xác định nitrate trực tiếp bằng cách phân tích mẫu trích, khơng cần chưng cất. Mà ta dùng phương pháp sắc ký như trong phần 2.4.6 hoặc bằng phương pháp phân tích quang phổ trong phần 2.5.2 5.9.5. NITRITE TRAO ĐỔI 5.9.5.1 Giới thiệu Lượng nitrite trong đất thường khơng được xác định vì nĩ thường rất nhỏ và khơng tồn tại lâu. Vì trong điều kiện hiếu khí, nitrite được chuyển thành nitrate rất nhanh. Tuy nhiên, việc xác định nitrite lại cần thiết cho bùn và trầm tích. Lượng nitrite cĩ thể được dùng như chất chỉ thị cho sự suy giảm chất lượng đất. Do nitrite khơng bền nên ta cần phải phân tích mẫu càng sớm càng tốt. Nếu như khơng thể thực hiện được thì phải giữ mẫu ở 5 oC và chỉ dùng được trong vài ngày. Mẫu đất phải được lấy trong nước, tuy nhiên, khơng thể loại trừ hồn tồn được sự oxi hố. 5.9.5.2 Nguyên vật liệu Như trong xác định NO2- trong phần 4.10.4 và trích NH4+ trong phần 5.9.3 ở trên. 5.9.5.3 Quy trình thí nghiệm Mẫu ướt dùng tốt hơn mẫu khơ và phải tiến hành phân tích sớm nhất cĩ thể. Lấy 10g đất, trầm tích hoặc bùn như làm với ammonium trong phần 5.9.3. Phân tích 40mL mẫu trích bằng cách tiến hành như xác định NO2- trong nước như trong phần 4.10.4 Tính nồng độ NO2- với đơn vị mg N kg-1. Cĩ thể dùng ít hơn 40mL mẫu trích nếu độ hấp thu bất thường. Ta cĩ thể đổi đơn vị sang mg N (100g)-1 như khuyến cáo của USDA. 5.9.6. NITƠ KHỐNG HỐ. 5.9.6.1 Giới thiệu Lượng nitơ hữu cơ bị khống hố và sức khống hố nitơ (NMC-nitrogen mineralising capacity) của đất, bùn và trầm tích phụ thuộc vào hoạt động của vi sinh vật. Sự khống hố của nitơ là một bước quang trọng trong chu trình N. Quá trình này chịu sự kiểm sốt của nhiệt độ, độ ẩm và nhiều nhân tố khác. Mức độ khống hố của N là một thuộc tính quan trọng của đất, nhưng khĩ cĩ thể xác định một cách chính xác. Để đánh giá lượng này, ngưới ta cĩ thể dùng phương pháp sinh học và phương pháp hố học. Đã cĩ nhiều quy trình được đề ra. NMC quan trọng để tính tốn lượng phân bĩn thích hợp để tránh cây hấp thu dư nitơ và tránh dư lượng nitơ lan truyền vào đất và nguồn nước. Trong quá trình phân tích lượng nitơ cĩ thể sử dụng được, mẫu đất, trầm tích hoặc bùn được ủ trong mơi trường thích hợp cho hoạt động của vi sinh vật. Nhiệt độ dao động từ 25 đến 40 oC và giai đoạn ủ kéo dài từ 6 đến 210 ngày, hoặc từ 2 đến 4 tuần là thơng dụng nhất. Để kiểm sốt độ ẩm trong quá trình ủ, ta dùng túi polyethylene được đĩng kín. Cĩ thể xử lý mẫu trước khi phân tích và thêm vào các chất phụ gia. Nĩi chung, trong tất cả các phương pháp ủ, sự gia tăng lượng nitơ khống là một số đo của lượng nitơ khả khống hố. Sau đây, xin trình bày một số quy trình hiếu khí và kị khí. 5.9.6.2 Phương pháp luận Trong quy trình này, đất được sấy khơ (40 oC) và sàng (< 2mm) như trong phần 5.2. Cát được dùnh như một chất phụ gia và độ ẩm được giữ ở mức thích hợp cho sự khống hố hiếu khí. Dung dịch KCl 2M được trích lấy và chưng cất như đã trình bày ở trên, được dùng để khơi phục lại lương NH4-N và (NO3- + NO2-) -N trướcvà sau khi chưng cất. 5.9.6.3 Nguyên vật liệu Như trong phần 5.9.3, 5.9.4 và 5.9.5 Cát được rửa bằng acid Tấm film xốp 5.9.6.4 Quy trình thí nghiệm Cho 5 g đất khơng cịn khơng khí bên trong và đã được sàng và bình thuỷ tinh A 250mL và 5g tương tự vào chai B. Cho thêm 15g cát vào mỗi bình và khuấy. Sau đĩ, thêm 6mL nước vào mỗi bình và khuấy nhẹ. Trích bình B ngay lập tức với 100mL KCl 2M bằng cách lắc trong 1h bằng máy lắc. Lọc qua giấy lọc Whatman số 44. Ủ bình A trong 14 ngày ở 30 oC và đậy lại bằng tấm film xốp. Sau 14 ngày, trích mẫu A tương tự như mẫu B. Tiến hành tương tự với mẫu trống chỉ gồm nước và cát. Xác định tổng lượng N vơ cơ (NH4+ + NO2- + NO3-) như trong phần 5.9.4. Hoặc cĩ thể đánh giá các ion riêng phần một cách riêng rẽ (bằng các phương pháp trong phần 5.9.4, 5.9.5) và cộng với lượng N vơ cơ thu được từ mẫu trích. Tích tốn lượng N khả khống hố Nitơ khả khống hố [mg N (100g)-1] = A [mg N (100g)-1] - B [mg N (100g)-1] Trong đĩ: A là lượng N vơ cơ sau khi ủ B là lượng N vơ cơ trước khi ủ. 5.9.7. SỨC CHỨA NITƠ KHỐNG HỐ Trong quy trình này, đất hoặc các mẫu chất rắn khác được trộn trong túi polyethylene và tăng dần lượng phân đạm ở điều kiệm nhiệt độ và độ ẩm thích hợp. 5.9.7.1 Nguyên vật liệu Như trong phần 5.9.3, 5.9.4, 5.9.4 Dung dịch ammonium nitrate (1mL ≡ 1 mg N) Túi polyethylene Tủ điều nhiệt 5.9.7.2 Quy trình thí nghiệm Lấy 5 lượng, mỗi lượng 50g từ 5 loại đất (bùn hoặc trầm tích) và đặt mỗi mẫu vào túi polyethylene. Mẫu phải được lẫy hết khơng khí và sàng (< 2mm), hoặc để ở độ ẩm tự nhiên. Trong trường hợp này, phải xác định lượng nước trong mẫu (xem phần 5.4.4). Thêm vào các mẫu phân đạm hồ tan (muối nitrate ammonium hoặc các dạng thường dùng khác) theo những lượng khác nhau, tùy theo từng loại cây. Cây lấy hạt: 0, 0.5, 1.0, 2.0 và 2.5 mL dung dịch với nồng độ nitơ 1 mg mL-1. Đối với khoai tây, bắp, gạo và các cây cơng nghiệp khác: 0, 1.0, 3.0, 4.0 và 5.0 mL, đối với rau xanh: 0, 1.0, 3.0, 4.0 và 5.0. Điều chỉnh độ ẩm trong đất vào khoảng 60% đến 80% tổng độ ẩm (FFMC - full field moisture content) bằng cách thêm nước. Trộn đều. Đĩng túi chặt và cho vào tủ điều nhiệt trong 4 tuần 18-28 oC. Sau khi ủ, xác định tổng lượng nitơ vơ cơ trong mẫu ướt hoặc trong mẫu khơ đã được nghiền và sàng bằng các phương pháp đã trình bày (trong phần 5.9.4, 5.9.5). Kết quả xác định N khống (NO3- - N + NH4+ - N) trong mg (100g)-1 mẫu đất là y và x là lượng phân đạm bổ sung trong mg(100g)-1 trong phương trình bậc hai sau: y = a+bx+cx2 Các hệ số a, b, c thu được khi giải phương trình trên. Sức khống hĩa nitơ được xác định bằng cách giải phương trình bậc hai và cơng thức: NMC = Trong đĩ, f(0.1x) là kết quả của phương trình bậc hai theo y với 0.1 của lượng phân đạm x được sử dụng [chẳng hạn như 0.1 mg N (100g)-1 đất cho tất cả loại cây và 0.2 mg N (100g)-1 đất cho tất cả các loại rau]. Các kết quả tính được ra đơn vị mg (100g)-1 5.9.8 AMMONIAC-N TRONG MẪU BÙN VÀ TRẦM TÍCH TƯƠI Ammoniac-N (NH3 + NH4+) cĩ thể được xác định trong mẫu bùn và trầm tích ướt bằng chưng cất trực tiếp mà khơng cần xử lý. Cho một lượng mẫu ướt tương đương với 1g mẫu khơ vào bình cân. Chuyển vào bình đáy trịn 250mL và thêm vào 100mL nước. Chưng cất như với mẫu nước trong phần 4.10.2, thu được 60mL dung dịch. Pha lỗng thành 100mL và phân tích bằng phương pháp chuẩn độ hoặc bằng phương pháp phân tích quang phổ (phần 4.10.2). Đối với phương pháp chuẩn độ, nồng độ ammonia-N trong mẫu theo phương trình mg NH3-N/ kg = 140 x V/M Trong đĩ: V: thể tích dung dịch chuẩn (0.01M HCl hoặc 0.005M H2SO4) đã dung M: khối lượng mẫu (g). 5.10. PHOSPHORUS 5.10.1 Giới thiệu Phosphorus là một nguyên tố đa lượng cĩ vai trị quang trọng trong cơ thể sống. Nĩ là thành phần của các hợp chất hữu cơ quan trọng trong cấu trúc và hoạt động trao đổi chất của tế bào. Phản ứng giữa glucose và adenosine triphosphate (ATP) để tạo thành phosphate ester là một trong các phản ứng quan trọng trong cơ thể người. Phosphate cũng là thành phần cấu tạo của nucleic acids và một số lipids. Phosphate vơ cơ đĩng vai trị quan trọng trong trao đổi năng lượng. Và phosphate vơ cơ cũng là chất cấu tạo chủ yếu trong xương động vật. Sau đây là bảng thể hiện nồng độ P trong các mơi trường Mẫu Nồng độ P Đất khống 0.02-0.15% Đất hữu cơ 0.01-0.02% Đất trích 3-80 mg kg-1 Bùn 0.8-11% Thực vật 0.05-0.3% Mơ động vật 0.3-4% Nước nguyên chất 0.005-0.5 mg L-1 Phosphorus trong tự nhiên tồn tại ở cả dạng hữu cơ và vơ cơ cĩ vai trị quan trọng trong mối tương tác cây - đất - nước và trong chu trình sinh hố của P. Đa số các đất canh tác khơng cung cấp đủ nhu cầu P của cây, vì vậy, người ta thường dùng thêm phân bĩn. Tuy nhiên, hiệu quả của chúng thường cao vì bị hút bám với các chất khống khác và bị chuyển thành dạng hữu cơ. Các dạng P cĩ thể được phân tích: tổng lượng phosphorus, phosphorus hữu cơ, phosphorus vơ cơ. Phosphate - P trong mẫu đất gần như chỉ cĩ thể được xác định bằng phương pháp phân tích quang phổ, với phương pháp dùng cho phosphate trong nước. Khi tiến hành thí nghiệm, phải xác định độ ẩm của mẫu. 5.10.2. TỔNG PHOSPHORUS, TỔNG PHOSPHORUS VƠ CƠ VÀ TỔNG PHOSPHORUS HỮU CƠ 5.10.2.1 Phương pháp luận Một mẫu được nung ở 550 oC để oxi hố các chất hữu cơ trước khi được trích vào H2SO4 và phân tích. Ta sẽ cĩ được tổng phosphorus. Một mẫu khơng nung cũng được trích vào H2SO4 và phân tích. Sau đĩ, ta sẽ cĩ được lượng phosphorus vơ cơ. Chênh lệch giữa hai lượng là lượng phosphorus hữu cơ. P hữu cơ = P trong mẫu nung - P trong mẫu khơng nung 5.10.2.2 Nguyên vật liệu Lị nung Nồi nung bằng sứ Sulfuric acid 0.5M Hệ thống lọc và giấy lọc khơng thấm acid 5.10.2.3 Quy trình thí nghiệm Cân hai lượng 1.0 g của mẫu chất. Cho 1.0g vào nồi nung và để vào lị nung. Tăng dần nhiệt độ trong 1h cho đến khi được 550 oC. Để trong lị nung thêm 1h nữa. Sau đĩ, lấy ra, làm lạnh và cho đất đã nung vào chai polyethylene 100mL. Trong một chai khác, cho vào đĩ 1.0g mẫu cịn lại. Cho 50mL H2SO4 0.5M vào mỗi chai, đậy lại và lắc trong 16h. Lọc qua giấy lọc khơng thấm acid. Đong 10mL dung dịch sau lọc cho vào bình tam giác thể tích 50mL và tiến hành như phần 5.10.7 sau đây. Tính nồng độ P như phần 5.10.7. Nồng độ trong mẫu nung tương ứng với tổng lượng P, nồng độ trong mẫu khơng nung tương ứng với lượng P vơ cơ, và chênh lệch giữa chúng là lượng P hữu cơ. 5.10.3 CHIẾT SUẤT TRUOG Được dùng cho hầu hết các loại đất, trừ đất vơi. 5.10.3.1 Dung dịch chiết xuất Chất thử Truog: 0.001M H2SO4 ở pH 3. Tạo ra bằng cách pha 200mL H2SO4 với nước thành 10L và thêm 30g (NH4)2SO4. Trộn đều. 5.10.3.2 Quy trình Cho 2.5g đất đã lấyhết khơng khí và được sàng < 2mm vào chai polyethylene. Thêm vào đĩ 500mL chất thử Truog. Đậy lại và lắc trong 30 phút. Lọc qua giấy lọc Whatman số 44. Tiến hành tương tự cho mẫu trồng. Làm như phần 5.10.7 sau đây. 5.10.4. CHIẾT SUẤT OLSEN Chiết suất này thích hợp cho phấn và đá vơi vì pH (8.5). Nĩ cũng tách ra một số chất hữu cơ, nhưng phosphorus hữu cơ sẽ khơng đánh giá được bằng phương pháp phân tích quang phổ. Nhiệt độ cần được giữ cố định khi dùng chiết suất Olsen. 5.10.4.1 Dung dịch chiết xuất Chất thử Olsen: NaHCO3 pH 8.5. Hồ tan 210g NaHCO3 vào nước và thêm 100mL NaOH. Pha lỗng thành 5L và trộn đều. Kiểm tra cho pH vào khoảng 8.5 ± 0.05. 5.10.4.2 Quy trình Cho 5g mẫu khơng cịn khơng khí và được sàng vào chai polyethylene và thêm vào đĩ 100mL chất thử Olsen. Đậy chai và lắc trong 30 phút. Lọc qua giấy lọc Whatman số 40 hoặc 44. Tiến hành tương tự với mẫu trống. Phân tích dung dịch trích và mẫu trống. 5.10.5. CHIẾT SUẤT ACETIC ACID Chiết xuất này ít được dùng cho P hơn là các chiết suất khác, tuy nhiên, đơi khi, nĩ cũng cho ta dữ liệu cĩ ích, đặc biệt là cho đấtt cát. 5.10.5.1 Dung dịch chiết xuất Acetic acid 2.5% v/v, tạo ra bằng cách pha 250mL acetic acid dạng băng thành 10L và khuấy lên. 5.10.5.2 Quy trình Cho 5g đất đã được lấy hết khơng khí vào chai và thêm vào 200mL chiết xuất. Lắc trong vịng 1h. Tạo một mẫu trống. Lọc qua giấy lọc Whatman số 40 vào chai polyethylene và loại ra 5-10mL đầu. Tiến hành như 5.10.7 để phân tích mẫu. 5.10.6. CHIẾT SUẤT NƯỚC Phương pháp này xác định lượng phosphate trong nước trích của đất mà cây cĩ thể sử dụng được. 5.10.6.1. Quy trình Cho 5g đất khơng cịn khơng khí vào chai polyethylene và thêm vào 50mL nước. Lắc liên tục trong 5 phút. Lọc qua giấy lọc Whatman nhiều lần cho đến khi thấy dung dịch trong suốt. Phân tích như phần 5.10.7 nhưng khơng bổ sung chất chỉ thị và khơng trung hịa dung dịch trích. 5.10.7. PHÂN TÍCH 5.10.7.1 Nguyên vật liệu Như trong phần 4.11.3 nhưng cĩ thêm Hydrochloric acid 5M Natri hydroxide 5M Nitrocresol 0.25% w/v 5.10.7.2 Quy trình thí nghiệm Đong 10mL mẫu trích vào bình tam giác cĩ thể tích 50mL. Thêm 5 giọt nitrocresol và trung hồ dung dịch với 5M HCl hoặc với NaOH. Pha lỗng đến gần 40mL, thêm 8mL chất thử màu. Thêm nước cho đầy thể tích và xác định nồng độ bằng các phương pháp dùng cho orthophosphate trong phần 4.11.3. Thực hiện chính xác như phần 4.11.3 và chú ý thêm một số bổ sung. Chuẩn bị một chuẩn chia độ bằng cách pha dung dịch phosphate chuẩn nhưng thêm vào 10mL chất thử. Trung hồ dung dịch trước khi thêm chất thử màu. Phân tích và tính tốn nồng độ phosphate - P trong mẫu trích và đổi đơn vị thành mg P kg-1 theo phương trình PO4-P (mg kg-1) = C x V/M Trong đĩ: C: nồng độ của PO4-P trong mẫu trích (µg P mL-1) V: trổng thể tích của mẫu trích (100mL) M: khối lượng của mẫu (5g). 5.12. CÁC CATION TRAO ĐỔI (Ca2+ , Mg2+ , K+ , Na+ ) VÀ DUNG TÍCH CATION TRAO ĐỔI (CEC) 5.12.2. Nguyên vật liệu: Bình cổ hẹp, đáy tròn, thể tích 250mL với đầu chắn tia phun và bình ngưng tụ. Cho 77,1 dung dịch Amoni acetate (CH3COOCH4), pH 7.0 vào Beacher 1L và thêm 800mL nước, khuấy cho đến khi tan hoàn toàn. Điều chỉnh pH đến 7.0 bằng cách nhỏ từng giọt CH3 COOH trong lúc khuấy. Đổ dung dịch vào bình cổ hẹp thể tích 1L, đổ nước đến đầy bình. Cho 100g KCl, pH 2.5 vào bình cổ hẹp 1L và thêm 800mL nước. Lắc đều cho đến khi hòa tan hoàn toàn. Thêm 3 mL HCl 1M và đổ thêm nước đến đầy bình. NaOH 40% Hòa tan 20g H3 BO3 trong 20g nước và pha loãng đến 1L. CH3 OH 95% HCl 0.01M Trộn chất chỉ thị: Hòa tan 0.1g metyl đỏ và 0.1g bromocresol xanh vào 250mL etanol, chứa trong bình hổ phách có màu. Hòa tan 9.5g dung dịch đệm borat Na2 B4 O7 .10H2 O vào nước và hòa tan đến 1L. Đổ 500mL dung dịch này vào bình cổ hẹp 1L. Thêm 88mL dung dịch NaOH và đổ đầy nước vào bình. Máy đo quang phổ hút nguyên tử và máy quang kế. Máy lắc Giấy lọc Phễu lọc 5.12.3. Các cation trao đổi (Ca2+ ,M2+ ,K+ ,Na+ ) Những cation này là những cation trao đổi, được lấy từ 1 mẫu đất và đo nồng độ của chúng. 5.12.3.1. Các thao tác thí nghiệm: Lấy 5g đất cho vào chai đựng 100mL dung dịch polyetilen. Thêm 25mL dung dịch amoni acetate và lắc đều hỗn hợp trong 1 giờ. Đổ hỗn hợp vào bình cổ hẹp thể tích 100mL qua giấy lọc,lọc lớp trên bề mặt ngay lập tức bằng giấy lọc đặt trong cái phễu để trên cổ bình, để lại đất trong chai. Sử dụng pipet để loại bỏ lớp bề mặt nếu can. Thêm 20mL etanol 95% vào chai và lắc. Cho phép chờ lắng xuống và lọc hết lớp bề mặt trước khi đổ vào bình cổ hẹp 100mL. Lặp lại các thao tác tẩy sạch,lắc,và lọc ít nhất 2 lần,giữ cho đất vẫn còn lại trong bình. Sử dụng phần chiết này với nước dùng để làm thí nghiệm và xác định nồng độ của các cation trao đổi này bằng AAS. Biến đổi sự cô cạn của 100g đất như sau: mg Ca g-1 đất = 0.1 x CCa/5 CCa là nồng độ của Ca trong đất chiết trong mgL-1 mg Ca (100g)-1đất = 100 x 0.1 x CCa/5 =20 x 0.1 x CCa Và Meq Ca(100g)-1đất =2 x CCa/20.0 Tương tự: Meq Mg (100g)-1đất = 2 x CMg/12.2 Meq Na (100g)-1đất = 2 x CN/23.0 Meq K (100g)-1đất = 2 x CK/39.1 5.12.4. DUNG TÍCH CATION TRAO ĐỔI (CEC) : CEC được xác định bằng việc đo lượng NH4+ được giữ trong đất. 5.12.4.1. Các thao tác thí nghiệm: Trộn phần đất chiết được từ các thao tác trên (5.12.3), với 25mL dung dịch KCl, pH 2.5. Lắc trong vòng 30 phút và lọc vào bình cổ hẹp thể tích 100mL. Lọc đất trong máy lọc,đổ lần lượt từng phần nhỏ KCl vào bình cổ hẹp và đổ đầy nước để đạt mức tiêu chuẩn. Đổ 50mL phần lọc được vào bình cổ hẹp đáy tròn 250mL, pha loãng với 50mL nước. Thêm chất đệm Borat và tiến hành chưng cất theo các thao tác đối với Amoniac trong nước (4.10.2). Phân tích sản phẩm chưng cất bằng phương pháp kính quang phổ đã giới thiệu ở phần 4.10.2. Hoặc có cách tính NH4+ trong đất như sau: Mg NH4+-N kg-1 = 140 x F x V/M Trong đó V là thể tích đã được chuẩn độ( HCl 0.01 hay H2SO4 0.005M ) đơn vị mL, M là khối lượng của mẫu (g), F là nghịch đảo của phần được chiết từ chưng cất ( ví dụ,trong trường hợp này F = 1/0.5 =2). Điều này có thể được diễn tả là meq kg-1 bằng cách chia cho khối lượng nguyên tử N. Biến đổi để tính meq (100g) -1 ta tính được CEC: CEC [meq (100g)-1] = NH4+- N [ meq (100g)-1 ] = F x V/M CEC =∑ Các cation trao đổi [trong meq (100g)-1] Ta có thể tính được ion H+ trao đổi như sau: Ion H+ trao đổi = CEC - ∑(Ca2+ ,Mg2+ ,K+ ,Na+ ) Sử dụng nồng độ của các Baz trao đổi đã được xác định ở thao tác đầu tiên. Ta cũng có thể tính % baz bão hòa: % Bazơ bão hòa = Chú ý: Ta nên chiết nhiều thể tích KCl khác nhau để chưng cất, phụ thuộc vào lượng NH4+ trong mẫu thí nghiệm. Trong trường hợp này điều chỉnh cách tính toán bằng cách thay đổi F trong biểu thức trên. 5.13. KIM LOẠI NẶNG: 5.13.2. Nhơm Nhôm là nguyên tố nhiều thứ 3 trong vỏ trái đất và là thành phần quan trọng trong nhiều khoáng vật phổ biến. Nó cũng là một trong số các kim loại được phân tích thường xuyên trong đất, cặn, bùn, đá và mô của động vật và thực vật. Silicat Nhôm ( cao linh, fenspat, mica…) chứa đựng một khối lượng nhôm đáng kể, nhưng nhôm cũng được tìm thấy trong các khoáng phi silicat ( ví dụ như gibbsie). Khoáng đất chứa đựng khoảng từ 1-12% Al, trong khi đất hữu cơ chứa khoảng 0.05-0.5 % Al. Mặc dù Al có rất nhiều trong đất, nhưng chỉ một phần nhỏ là biến đổi. Tuy nhiên, một lượng lớn Al bị thoát ra trong đất acid. Nhôm biến đổi ảnh hưởng quan trọng đến pH của đất. Al hiện diện trong nhiều hình thái khác nhau, phu thuộc vào pH của dung dịch. Tại pH < 5, Al+ là những hình thái có ưu thế, và nó thủy phân để giải phóng ion hidro: Al3+ + H2O ↔ AlOH2+ + H+ AlOH2+ + H2O ↔ Al(OH)2+ + H+ Nồng độ Al3+ giảm, pH tăng với các ion phức tạp Hidroxyl nhôm được hình thành.Tại pH >5, một vài kết tủa nhôm như Al(OH)3 trung tính phức tạp và khi pH tăng cao thì Al(OH)4- trở thành dạng chiếm ưu thế nhất. Nhôm có thể được giữ bởi lực hút tĩnh điện để chống lại sự tích điện của các phân tử sét và nó có thể góp phần vào dung tích các cation trao đổi (CEC) của đất. Nhôm trong các hợp chất hữu cơ có thể ít độc hơn Nhôm trong các hợp chất vô cơ dễ hòa tan hơn. Nhôm không cần thiết cho sự phát triển của thực vật, mặc dù nó cũng có lợi cho một số loại thực vật có nhu cầu. Độ độc tiềm tàng của các Al biến đổi ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật trong đất acid càng được chú ý. Lượng nhôm trong đất acid có thể lên cao đủ để gây độc cho thực vật và khắc phục bằng cách bón vôi cho đất. Nhôm còn ảnh hưởng đến sự hấp thụ Nito, và ngược lại các Nito vô cơ trong đất có thể ảnh hưởng đến sự hấp thụ của Nhôm bởi một loài thực vật đặc biệt. Nguyên nhân chính của sự acid hóa đất trong đất trồng trọt đã đem lại hiệu quả là tăng cường Nito. Sự lọc Nhôm từ đất và nước trên bề mặt có thể là một lợi ích tiềm ẩn. Như sự liên quan giữa Nhôm và bệnh mất trí nhớ đã được chứng minh. Dù thế nào, Nhôm cũng là tác nhân được tranh luận sôi nổi. 5.13.3 ASEN: Asen được tìm thấy khoảng từ 1-20 mg kg-1 trong đá và từ 0.2-40 mg kg-1 trong đất. Đất chứa As trước kia, có nồng độ lớn hơn 500 mgkg-1, trong khi đất phủ lên trầm tích lưu huỳnh có thể đạt một lượng cao khoảng 10000 mg kg-1 As. Mặc dù hợp chất As có thể cực độc đối với thực vật,động vật,và con người, lượng có sẵn trong tự nhiên của As trong đất nói chung dường như không nguy hiểm. Độ độc của As phụ thuộc vào loại hóa chất. Trước năm 1970, các hợp chất As vô cơ được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp để làm thuốc trừ sâu, thuốc làm rụng lá và thêm vào trong thức ăn của động vật. 5.13.4. CACMI: Cd được sử dụng trong sản xuất sơn, chất dẻo, acqui và mạ kim loại. Cd là thành phần chủ yếu cần được xử lý trong , chất thải, bùn đặc chứa một lượng lớn Cd, vì thế không được dùng để làm đất màu mỡ bởi vì Cd có thể tích lũy trong thực vật, dẫn đến kết quả : lượng Cd trong mô thực vật có thể làm nguy hại đến thực vật và con người sử dụng thực vật làm thức ăn. Một lượng lớn Cd được tìm thấy trong đất có nguồn gốc từ đá phiến sét,trong phân lân và mỏ kẽm. Nồng độ của Cd được đo trong đất gần các mỏ và các lò nấu chảy kim loại, cao khoảng 500 mg kg-1. Cd có thể là nguyên nhân gây nên áp suất trong máu cao, làm nguy hại đến quả cật, và vô sinh ở các giới, về lâu dài có thể làm xương giòn, dễ gãy. Ở Nhật Bản năm 1950, khoảng 100 người chết do ngộ độc Cd do ăn phải gạo được trồng trên đất bị nhiễm Cd. Đây là căn bệnh “itai itai” do người mắc phải căn bệnh này phải chịu đựng sự đau đớn. 5.13.5. CROM: Nguồn công nghiệp chủ yếu của Crom trong môi trường là các thiết bị kim loại không chứa sắt, xưởng luyện thép, hóa hữu cơ và chất hóa dầu, giấy và công nghiệp sản xuất bột giấy (nhà máy giấy, bột giấy, bìa cứng), tinh chế dầu mỏ, nhà máy dệt, thuộc da, mạ điện, xe có động cơ, ximăng, khoáng chất amiang, sơn, thuốc nhuộm, thuốc diệt nấm, chất chống ăn mòn hoặc thép rắn, chất xúc tác…Nó phóng thích vào môi trường trong suốt các quá trình sản xuất và xử lý hoặc trong các sản phẩm chứa Cr. Cr được tìm thấy trong tự nhiên chủ yếu là trong đất và thảm thực vật, mặc dù nồng độ của chúng thường rất thấp, loại trừ trầm tích dạng rắn. Lượng Crom trong đất có nguồn gốc từ các vật liệu giàu Cromic có thể là tương đối cao. Nồng độ Cr trung bình trong bùn đặc khoảng 100-1000 mg kg-1, nhưng trong nhiều trường hợp nồng độ Cr lên tới 100000 mg kg-1. Nồng độ của Cr trong đất thường < 1 đến 1000 mg kg-1, mặc dù ở một số nơi nồng độ lên tới 10000 mg kg-1 .Cr độc đối với động vật và con người, nhưng ít độc hơn so với thực vật. Hexavalent Cr (VI) bị nghi ngờ là chất gây ung thư ở người. Con đường ăn uống và hơ hấp là 2 con đường chính để Cr đi vào cơ thể con người, gây ảnh hưởng đến phổi và cật. Làm cho nhiều enzyme không hoạt động và rối loạn da.Hít phải khí crom oxit và bụi của muối Cr (VI) có thể gây các bệnh về phổi (ví dụ: viêm phế quản, phù phổi). 5.13.6. LEAD Nồng độ trung bình của Pb trong đất biến thiên từ 15-25mg/kg. Trạng thái tự nhiên của Pb là PbS. Đất do khống Galena phong hĩa chứa hàm lượng Pb cao. Nguồn Pb chính bao gồm chất phụ gia, xăng dầu, khai thác mỏ, cơng nghiệp in, rỉ rác và việc sử dụng thuốc trừ sâu chứa hợp chất của Pb như arsenate. Hơi Pb lơ lửng trong khơng khí và lắng xuống bề mặt trái đất, tồn tại trong lớp khơng khí cách mặt đất 2-5cm. Đất ở lân cận khu khai thác mỏ và luyện kim nồng độ Pb cĩ thể lên đến 1000mg/kg. Rất nhiều sự nghiên cứu đã chỉ rõ sự ảnh hưởng của giao thơng vận tải lên lượng Pb trong mơi trường. Càng gần đường giao thơng thì nồng độ Pb trong đất và cây trồng càng lớn. Ngồi ra nĩ cịn phụ thuộc vào mật độ xe cộ ở vùng đơ thị. Pb cĩ thể di chuyển trong đất khi đất bị rửa trơi. Những hợp chất nhẹ của Pb cĩ thể bị thổi bay trong khơng khí khi gặp giĩ. Nĩi chung sự di chuyển lắng xuống của Pb trong đất bởi quá trình rửa lũa rất thấp. Qúa trình rửa lũy cĩ thể tăng khi pH của đất tăng do mưa Acid, khi đĩ những phức chất tan của Pb cĩ thể được hình thành. Hợp chất của Pb rất bền vững, ơ nhiễm Pb cĩ thể tồn tại quanh ta trong hàng ngàn thế kỷ. Một lượng Pb lớn đến vài ngàn mg/kg cĩ thể được tìm thấy trong đất sử dụng thuốc trừ sâu. Gần đây, việc tái chế pin Pb-acid gây ra nhiều vấn đề về mơi trường quanh các khu tái chế. Hầu hết những khu này được đặt ở những nước đang phát triển của châu Á và Mỹ Latinh, những nước này nhận xử lí pin từ các nước cơng nghiệp. Nồng độ Pb lên tới 60000-70000 mg/kg được đo ở những vùng lân cận những khu tái chế pin ở Philippines, Thái Lan, Indonexia và người ta đã thấy được những ảnh hưởng đến sức khỏe. Pb rất độc cho sức khỏe. Đã cĩ những bằng chứng về độ độc của Pb, đặt biệt là đối với trẻ em. Đất, bụi bị nhiễm Pb cĩ thể dính vào tay trẻ em và vơ tình đi vào đường tiêu hĩa. Xấp xỉ 1/2 lượng Pb hít vào được hấp thụ, một phần nhỏ hơn được đưa vào qua đường tiêu hĩa trong thức ăn và nước uống. Liều lượng hấp thụ thấp cĩ thể gây ra rối loạn hệ thần kinh, căng thẳng. Mặc dù lượng Pb trong khơng khí ở một số nước đã giảm trong 10 năm qua khi người ta khơng dùng xăng pha chì nữa, nhưng lượng Pb vẫn tồn tại trong mơi trường đơ thị, thường ở dạng bụi đất. Những đe dọa về ơ nhiễm Pb ở những nước phát triển rất khĩ cĩ thể giảm xuống. Giới hạn cho phép của Pb trong đất và bụi được các chuyên gia đưa ra là 100-1000mg/kg. Tiêu chuẩn <100mg/kg được đưa ra để bảo vệ trẻ em. Đồ thị thể hiện sự thay đổi lượng Pb trong đất và cỏ theo khoảng cách từ đường. 5.13.7. MANGANESE Nồng độ Mg trong đất biến thiên rất lớn: 20-3000mg/kg. Nhưng chỉ một lượng nhỏ cĩ giá trị cho cây trồng. Ion Mg2+ cĩ giá trị cho đất nhất. Sự thiếu hụt và dư thừa Mg đều cĩ thể gây độc. Sự thối hĩa và acid hĩa đất làm tăng nồng độ ion Mg2+, gây ra những ảnh hưởng độc hại. Nồng độ Mn2+ chịu ảnh hưởng mạnh bởi pH và Eh. Mơi trường acid sẽ làm gia tăng nồng độ Mn2+ và cĩ thể gây độc cho cây trồng. Sự thiếu hụt Mn2+ cĩ thể xảy ra trong điều kiện hiếu khí và pH cao. 5.13.8. THỦY NGÂN Nồng độ thủy ngân trong đất rất thấp. Tuy nhiên cĩ rất nhiều nguồn thủy ngân trong mơi trường. Cơng nghiệp và nơng nghiệp sử dụng rất nhiều Hg và những hợp chất của nĩ, chúng đã gây ra những vấn đề ơ nhiễm nghiêm trọng. Nhiều ngành cơng nghiệp sử dụng Hg, và chất thải chứa Hg được thải thẳng ra mơi trường, đây là nguồn ơ nhiễm Hg chính. Nguồn ơ nhiễm Hg nhân tạo bao gồm các hoạt động khai thác mỏ, nhà máy bột giấy, lị nấu kim loại, quá trình đốt than và các chất dẻo, việc sử dụng thuốc trừ sâu, khai thác vàng, pin acqui…Việc sử dụng Hg trong các thuốc trừ sâu và diệt nấm đang được hạn chế. Cĩ rất nhiều hồ sơ ghi nhận lại những vụ ơ nhiễm Hg nghiêm trọng cĩ thể làm chết người. Một ví dụ điển hình là ở Hinamata ( Nhật Bản) trong những năm 50 của thế kỷ trước và ở nhiều nơi khác nữa. 5.13.9. NIKEL Sự phân tán Ni trong khí quyển hầu hết là do con người, trong đĩ cơng nghiệp chiếm 80%. Thơng thường hàm lượng Ni trong đất là 50-100mg/kg. Tuy nhiên ở một số nơi hàm lượng Ni cao hơn nhiều mức trung bình, cĩ nơi cĩ thể lên đến 5000mg/kg. Cả thực vật và động vật đều bị ơ nhiễm bởi Ni, tuy nhên thực vật chịu ảnh hưởng nhiều hơn. Nikel cacbonyl Ni(Co)4 rất độc hại và bất kì sự phát tán nào của nĩ đều gây hại cho động vật cĩ vú và con người. Ơ nhiễm kim loại từ các lị luyện kim được ghi nhận ở Canada, Cuba, Australia và một số nước khác. Ni được đưa vào mơi trường dưới dạng chất thải rắn, chủ yếu là từ cơng nghiệp luyện kim. Nguồn ơ nhiễm Ni khác là từ mùn lắng. Do sự tích lũy Ni trong đất mà cây khơng hấp thụ đủ các chất dinh dưỡng.Việc bĩn phân lân như một nguồn Ni đưa vào trong đất và điều này đã làm tăng hàm lượng Ni khi mà nĩ kết hợp với một số kim loại nặng khác. Ni được tìm thấy trong các khống Phosphate với nồng độ khác nhau. Than đá chứa một lượng lớn Ni và việc đốt than đá trong các nhà máy điện cũng là một nguồn phát tán Ni. Đặt biệt Ni cĩ mặt với hàm lượng lớn trong tro bụi sau những đám cháy lớn. 5.13.10. SILICON Sau oxi, Si là nguyên tố phổ biến nhất của vỏ trái đất. Si được phân bố rộng rãi trong tự nhiên dưới những dạng khác nhau. Si cĩ mặt trong thạch anh, fesldpar, một lượng lớn trong khống sét, đây là kết quả của quá trình phong hĩa đá. Si thường kết hợp với Fe, Mg, Al và một số kim loại khác trong cấu trúc hợp chất silicate. Khống sét chứa Si mang điện tích (-) của vật mang, vì vậy chúng ảnh hưởng lớn đến khả năng trao đổi cation của đất. Nồng độ Si trong đất biến thiên từ 1-40mg/L. 5.13.11. Zn Zn là nguyên tố vết tích quan trọng của thực vật, động vật và con người khi nĩ được liên kết với nhiều enzyme và protein. Nồng độ của Zn trong đất cao hơn so với các kim loại khác. Tuy nhiên cĩ rất ít khống chứa Zn, chỉ cĩ một vài khống thơng thường như sulfide(ZnS) là chứa Zn. Khống sét trong đất cĩ thể hút ion Zn2+. Zn trong mơi trường cĩ thể được thải ra từ các nguồn như cơng nghiệp làm sơn, phân bĩn, pin, acqui, mùn lắng, phân chuồng, thuốc trừ sâu chứa Zn ( vd: Zineb, Mancozeb, Ziram), việc đốt than. Nồng độ Zn trong đất biến thiên từ 1-2000mg/kg, ở một số nơi nồng độ cĩ thể lên đến 10000mg/kg. Nồng độ Zn trong đất cao hơn Cu, tuy nhiên trong than mùn, cát, đá phấn cĩ rất ít Zn. Nhu cầu Zn của cây xanh và một số vi sinh vật khá cao, nồng độ Zn cao ít ảnh hưởng đến cây xanh. Nồng độ Zn trong nước tự nhiên thường thấp, nhưng trong nước thải lại khá cao, đây là một nguồn gây ơ nhiễm Zn. 5.13.12. MỘT SỐ KIM LOẠI KHÁC Fe, Co, Cu, Se được coi như những nguyên tố thiết yếu trong tự nhiên. Fe là nguyên tố nhiều thứ tư trong vỏ trái đất, là một trong những thành phần chính trong nhiều loại đất. Cây trồng khơng thể hấp thụ được Fe dưới dạng chưa hịa tan. Nhưng nếu nồng độ hịa tan của Fe trong đất quá cao thì cũng gây độc cho cây xanh. Các vi khuẩn nốt sần rễ cây họ đậu cần Co để cố định đạm trong khơng khí. Nếu hàm lượng Co trong thức ăn quá thấp thì động vật nhai lại cĩ thể thiếu Co. Hàm lượng Co trong đất biến thiên từ 0.2-30mg/kg. Co cĩ thể được xem là thiếu nếu hàm lượng 1mg/kg. Ở nồng độ thấp Se là một nguyên tố thiết yếu. Khi hàm lượng Se 4mg/kg), Se rất độc, nĩ cĩ thể kìm hãm sự phát triển của xương đọng vật. Hàm lượng Se trong đất biến thiên từ 0.1-100mg/kg. Se cĩ thể tích lũy trong cây xanh và trong đất trồng, tới một lượng nhất định nào đĩ nĩ cĩ thể gây hại cho con người cũng như động vật. Sự ơ nhiễm Se là kết quả của quá trình cơng nghiệp: sản xuất cao su, nhựa, kính… Cu là một trong những nguyên tố phổ biến và thiết yếu nhất trong các hợp chất sống. Hàm lượng Cu trong đất thường <100mg/kg, trong khi trong mùn lắng hàm lượng này lên đến 17000mg/kg.