Phương pháp phân tích đất

Xác định tính thấm nước của đất CMR Có nhiều phương pháp khác nhau tùy theo dõi mỗi phòng thí nghiệm và có thể tùy theo số lượng mẫu.. Lượng và chất của CEC là một chỉ tiêu quan trọng về

Phương pháp phân tích đất

Đất sau khi phơi khô, đập nhỏ rồi ray qua ray 2 mm Phần đá có kích thước lớn hơn 2 mm được cân khối lượng rồi đổ đi (không thể phân tích thành phần của đất) Lượng đất được nghiền nhỏ bằng chày và cối nghiền lớn rồi ray qua ray 1 mm sau đó cho vào các bịch đã chuẩn bị sẵn có ghi tên gián nhãn

1 Độ pH (độ chua của đất) ( pH H 2 O)

1.1 Nguyên lý và lý thuyết chung

pH = - lg aH, là đại lượng biểu thị hoạt động H+ trong môi trường đất Đây là chỉ tiêu đơn giản đầu tiên về độ chua thường được xác định nhất, nó có ý nghĩa rất lớn trong việc đánh giá tính chất của đất

Đa số đất Việt Nam là đất chua Độ pH phản ánh mức độ rửa trôi các cation kiềm và kiềm thổ cũng như mức độ tích tụ các cation sắt, nhôm trong đất

- Có 3 loại pH thường xác định:

pH nước là pH đo tác động của đất và nước

pH muối trung tính là pH đo tác động đất và muối trung tính Vd pH KCl

pH NaF là pH đo tác động của đất với NaF 1 M là một loại muối thuỷ phân có môi trường kiềm Đối với đất chua pH nước > pHKCl và tác động NaF do phản ứng tạo phức của Al3+ với F tạo thành OH do đó làm tăng mạnh độ pH Mức độ tăng pH khi tác động với NaF so với pHKCl phản ánh mức độ có mặt của Al3+

Phép đo thông dụng và tiêu chuẩn hiện nay là phép đo điện thế, sử dụng pH met điện cực thuỷ tinh

1.2 Thiết bị

pH mét điện cực thuỷ tinh

Máy lắc

Đồng hồ bấm giây

1.3 Thuốc thử

Các dung dịch đệm pH tiêu chuẩn : 4.01; 6.86; 9.18

Các dung dịch trao đổi : KCl 1 M

Nước cất có độ dẫn điện riêng không lớn hôn 0.2 ms/m và pH = 5.6-6.6 ở 250C

1.4 Thực hành

Xác định pH nước và pHKCl

- Cân 10g đất mịn khô không khí cho vào vào trong bình nhựa dung tích 100ml miệng rộng.

- Thêm 50ml H2O cất ( hoặc KCl nếu đo pH KCl)

Lắc bằng tay cho phân tán đất và tiếp tục lắc bằng máy 30 phút (vận tốc maximum) sau đó để yên trong khoảng 2 giờ (không quá 3 giờ)

Lắc xoáy lại 2-3 lần bằng tay cho phân tán huyền phù

Đo pH bằng pH mét điện cực thủy tinh Vị trí bầu điện cực ở vị trí trung tâm và trung điểm độ sâu của dung dịch trong huyền phù

Đọc kết quả đo sau khi kim chỉ ổn định 30 giây (mẫu được đo 2 lần lặp lại)

 Theo số liệu kết quả thí nghiệm pH của đất là: ………

2 Xác định tính thấm nước của đất (CMR)

Có nhiều phương pháp khác nhau tùy theo dõi mỗi phòng thí nghiệm và có thể tùy theo số lượng mẫu Sự sai số giữa các phương pháp không lớn

• Chuẩn bị dụng cụ bao gồm:

Cân toàn bộ dụng cụ, ghi lại kết quả cân lần 1

− Cân 50 g đất, cho vào phía trên tấm giấy lọc

− Thêm H2O vào ngập đất, đầy tấm giấy lọc

Dể lắng hơn 2 h hoặc qua đêm (giai đoạn này để kiểm tra mức độ hấp thu nước cao nhất của đất) Mở đầu kẹp để nước thoát xuống erlen

Để yên khoảng 30 phút để rút nước hoàn toàn và làm khô bề mặt giấy thấm

Sau đó cân lại khối lượng của toàn bộ hệ thống Dựa vào công thức tính ra %

 Tính thấm nước của đất là: ………

3.1 Nguyên lý và lý thuyết chung

Dung lượng cation trao đổi (CEC) là dung lượng hấp thụ cation của phức hệ keo đất Lượng và chất của CEC là một chỉ tiêu quan trọng về độ phì nhiêu của đất phản ánh khả năng chứa đựng và điều hoà dinh dưỡng có liên quan đến phương pháp bón phân hợp lý

Các bước tiến hành như sau:

- Bão hoà đất bằng một cation, cation này phải thay thế hết các cation đất đã hấp thu và chứa đấy khả năng hấp thu của đất ( hay gọi là cation bão hoà)

- Rửa sạch hết những cation ngoài tầng hấp thu của đất

2

- Đẩy toàn bộ cation bão hoà ra bằng một cation khác.

- Xác định số meq của cation bão hoà được đẩy ra và tử đó suy ra CEC của đất bằng số me/100

g đất ( hoặc Cmol/kg đất)

Để đảm bảo kết quả chính xác cần phải chú ý một số đặc điểm sau:

- Đảm bảo chiết liên tục, đúng tốc độ qui định

- Không được để khô mặt mẫu, không được gián đoạn giữa các bước (cụ thể: sau khi bão hoà cation lập tức phải rửa, sau khâu rửa lập tức phải đẩy cation bão hoà)

- Không được để lọt mẫu, khô mẫu Cân đồng nhất các yếu tố với tất cả các mẫu

Kĩ thuật chung của 3 bước CEC là rửa, trao đổi và thay thế cation bão hoà là như nhau chỉ cần thực hiện được 3 yêu cầu đã nêu là đảm bảo kết quả tốt

Nhưng cần phải biết với từng loại đất khác nhau khả năng hấp thu và trao đổi khác nhau nên tỉ lệ đất: dung dịch và thời gian trao đổi có thể khác nhau

3.2 Phương pháp amon acetate

Nguyên lý: amon acetate là phương pháp sử dụng dung dịch amon acetate 1M (pH = 7) là dung

dịch bão hoà cation Cation NH4+ sẽ đẩy hết các cation trong tầng cation hấp thu của đất và làm no cation toàn bộ khả năng hấp thụ của đất Xác định NH4+ - CEC bằng phương pháp Kjendhal

Ưu điểm của phương pháp

- Có độ đệm 2 chiều cao, pH của dịch hầu như không thay đổi trong quá trìh trao đổi cation và pha loãng

- Ion bão hoà NH4+ là ion biểu kiến được xác định dễ dàng và chính xác bằng phương pháp Kjendhal

Mặc dù vậy phương pháp cũng có những nhược điểm như:

- Đối với đất có chất hữu cơ cao, những đất có chứa kaolin đáng kể, halloysit hoặc những khoáng sét dạng 1:1 khác thì chiết rút bằng amon axetat đều đứa đến kết quả thấp hơn của dịch bari axetat hoặc bari clorua- trietanolamin

- Những loại đất có chứa vecmiculit thì các cation Ca2+, Mg2+, Na+ hay H+ không thể đẩy ra

- Đất canxit cũng cho kết quả thấp do một ít CaCO3 hoà tan sẽ cung cấp một lượng Ca2+ đồng bão hoà amon

Ngoài ra sử dụng NH4+ làm cation bão hoà và là cation biểu thị thì việc rửa bằng nước là không thể được do NH4+ bị thuỷ phân tạo thành NH4OH hoà tan làm giảm CEC Do đó cần rửa bằng etanol 95% hoắc 80 %( Nếu nồng độ thấp NH4 không rửa hết và làm tăng CEC)

3.3 Thiết bị- dụng cụ

Semi micro Kjendhal và các thiết bị đo thể tích tương ứng

Bình 250 ml

Phễu thuỷ tinh

Cát acid

Bông thuỷ tinh

Giấy lọc

3.4 Hoá chất

Amon axetat NH4CH3COOH (pH=7): Cân 77.08 g NH4CH3COOH pha 400 ml nước rồi thêm đế gần 1 lít Kiểm tra độ pH và thêm NH4OHcho đúng pH=7.0rồiđịnh đến 1 lít

Etanol 80%: 800 ml etanol pha với 200 ml nước cất

KCl hay NaCl 10%: hoà tan 100 g KCl (hay NaCl) vào khoảng 1 lít nước cất

3.5 Thực hiện thí nghiệm

Để thực hiện phần này nên làm vào buổi sáng để có thời gian lọc Mẫu thực hiện 2 lần lặp lại cùng với 1 mẫu đối chứng

- Cân 3 g cát đã xử lý ( H2SO4, nung , rửa sạch), dùng tay lắc nhẹ để tạo thành lớp mịn trên bề mặt

- Cân 7g + 3 g đất trộn đều thành 1 dãy đồng nhất, đổ thật nhẹ để tạo thành 1 lớp thứ 2 phủ trên bề mặt lớp thứ nhất

- Cân tiếp 3 g cát đã xử lý, trải đều thật nhẹ, tạo thành 1 lớp phủ thứ 3

Cắt 1 mẫu giấy lọc nhỏ, vừa với đường kính của phểu, đặt lên trên bề mặt nhằm giảm áp lực nước và dung dịch cho vào Dung dịch cho vào:

- 50 ml cồn ở 80%, để lắng

- 200ml dung dịch NH4CH3COOH (pH=7), để lắng

- 100 ml cồn 80%, để lắng

Chú ý : Các dung dịch cho vào liên tiếp tránh để cho bề mặt giấy thấm bị khô

Chỗ dung dịch thứ 3 lọc qua thay thế bằng 1 bình nhựa V= 150-200 ml mới

- Thêm nhẹ nhàng 100ml KCl ( pH<2,5)

- Lọc và lấy dung dịch lọc đựng vào các bình nhựa 150 ml

4

H : Mẫu chạy máy Kjendahl

Sau đó các thao tác được thực hiện tương tự như làm với N tổng số là chạy máy Kjeldahl, với thể tích dịch trích khi chạy là 50 ml

Cuối cùng chuẩn độ bằng burette điện tử dùng HCl 0.01N

3.6 Tính kết quả

CEC me/100 g đất = (a – b) x N x V0 x 100 x K

V1 x m Trong đó :

a: số ml HCl 0.01N chuẩn độ mẫu cất

b: số ml HCl 0.01N chuẩn độ mẫu trắng

N: Nồng độ đương lượng dung dịch HCl

V0: Thể tích toàn bộ dung dịch rút (ml)

V1: Thể tích toàn bộ dung dịch trích ra để cất N (ml)

m: khối lượng mẫu đất cân phân tích (g)

K: hệ số chuyển đổi khối lượng mẫu khô kiệt

4 Chỉ tiêu N tổng số

4.1 Nguyên lý và lý thuyết chung

Nitơ (đạm) là một trong những nguyên tố dinh dưỡng quan trọng của thực vật Hầu hết các nitơ trong đất đều ở dạng hữu cơ (95-99%), chỉ một phần ở dạng vô cơ (1-5%) Đa số các đất, hàm lượng nitơ trong chất mùn chiếm khoảng 5% chất mùn Cây trồng chỉ sử dụng nitơ trong đất khi đã chuyển hoá thành dạng vô cơ (nitơ hữu cơ trong mùn -axit amin -amit -amoni nitrat) Mức độ phân giải phụ thuộc vào bản chất của dạng nitơ hữu cơ (nếu C/N càng cao, nitơ hữu cơ càng khó phân giải), vào nhiệt độ, độ ẩm, pH… của đất

Nitơ tổng là một chỉ tiêu thường được phân tích để đánh giá độ phì nhiêu tiềm tàng của đất Để phân tích người ta thường phân huỷ chất hữu cơ chuyển nitơ thành dạng amoni Quá trình phân huỷ này có rất nhiều phương pháp khác nhau:

- Dùng H2SO4 đặc kết hợp với chất xúc tác Phương pháp Kenđan (Kjendahl,1883) dùng H2SO4 đặc đun sôi với chất xúc tác là selen hoặc CuSO4

- Dùng H2SO4 đặc kết hợp với chất oxi hoá mạnh Chiurin(1933) dùng H2SO4 đặc đun sôi với K2Cr2O7 hay CrO3 Hay có thể kết hợp với KClO4 và đun sôi (Ghinbuoc, Meseriacov, 1963)

Sau khi chuyển nitơ sang dạng amoni người ta dùng phương pháp chuẩn độ hoặc so màu để xác định lượng nitơ tổng số trong đất

4.2 Xác định nitơ tổng số theo phương pháp Kenđan(Kjeldahl)

Khi cho chất hữu cơ tác dụn với acid sunfuric đun sôi, cacbon và hidro của chất hữu cơ được oxi hoá đến CO2 và H2O, nitơ còn lại ở dạng khử và chuyển sang dạng amonium sunfat

2CH3CHNH2COOH + 13 H2SO4 (NH4)2SO4 + 6CO2 + 16H2O + 12SO2

Định lượng nitơ: Sau khi chuyển nitơ sang dạng amoni để xác định được nitơ dùng phương pháp chuẩn độ hay so màu

4.3 Thực hiện

Cân 10 g đất vào bình định mức 100ml

- Thêm 1 muỗng hỗn hợp CuSO4 : K2SO4 (1: 4), 50 g CuSO4 với 200 g K2SO4 nghiền trộn đều trong cối sứ rồi cho vào lọ dùng dần

- Thêm 10 ml H2SO4 , để yên cho xúc tác khoảng 15 phút

Thông thường dung dịch đang nóng sẽ có màu xanh (nếu nguội thì dung dịch sẽ chuyển sang không màu) Sau đó đem đun cho đến khi hỗn hợp chuyển sang màu đen (khoảng 30 phút) , tiếp tục

để nguội tự nhiên khoảng 15 phút

- Chuyển toàn bộ hỗn hợp vào trong bình chứa của máy xác định N2 (Kjendhal)

- Rửa nhiều lần bằng H2O cất Đưa bình vào trong hệ thống máy định lượng N2 Chuẩn dung dịch

từ xanh sang màu tím trở lại với dung dịch HCl 0,02 N Ghi lại thể tích HCl đã dùng Áp dụng công thức tính suy ra % N tổng (Đất vùng nhiệt đới thường có % N<0,2%)

H

6

H :Mẫu sau khi phá mẫu H : Chuẩn bị chuyển vào thiết bị

H : Chạy mẫu bằng máy Kjeldahl

H : Dung dịch acid Boric và

chỉ thị Nessler

H : Chuẩn độ bằng burette điện tử

Sơ lược về trình tự thực hiện khi làm N tổng

5 Xác định P tổng số

5.1 Nguyên lý và lý thuyết chung

Photpho có tác dụng rất quan trọng trong dinh dưỡng của thực vật, đặc biệt là đối với sự phát triển của rễ và hạt Hàm lượng photpho trong đất giao động trong khoảng 0.1 – 0.19 % (P2O5) Trong tất cả các loại đất, hàm lượng photpho ở các tầng dưới nhỏ hơn đáng kể so với tầng trên

Nguyên tắc phương pháp: Trong môi trường acid các dạng photphat sẽ được chuyển về dnạg

ortophotphat và sẽ phản ứng tạo phức amoniummolybdate có màu xanh và được đo ở bức sóng 882

nm hoặc 670 nm

Phương trình phản ứng

PO43- + 12(NH4)2M0O4 + 24H+ (NH4)3PO4.12M0O3 + 21 NH4++ 12 H2O

(NH4)3PO4.12M0O3 + ne+ = Molybdenum (xanh dương)

5.2 Dụng cụ - hoá chất

5.2.1 Dụng cụ - thiết bị

Spectrophotometer

Beaker

Ống đong

Pipette

Bếp điện

Tủ hút

Bình định mức 50 ml,100 ml

5.2.2 Hoá chất

Acid H2SO42.5 M: cho từ từ 138 ml acid H2SO4 đậm đặc vào trong 500 ml nước cất rồi định mức thành 1 lít,(a)

Dung dịch acid ascorbic 0.1 M: cân 1.76 g acid ascorbic hoà tan trong 100 ml nước cất, (b) Dung dịch amoniummolybdate 4%: hoà tan 40g trong 1 lít nước cất,(c)

Dung dịch kaliumantimoniumtartrate KSbOC4H4O4.1/2H2O cân 0.2728 g hoà tan trong 100 ml nước cất,(d)

Dung dịch thuốc thử trộn theo tỉ lệ: (a):(b):(c):(d) = 50: 30: 15: 5 thành 100 ml

Hay thuốc thử có thể pha như sau:

- 12 g amoniummolybdate

- 0.2669 g KSbOC4H4O4

- 140 ml H2SO4 đậm đặc

3 thành phần trộn chung lại định mức 1 lít Sau khi chuẩn pH các mẫu xong thì mới bổ sung thêm a ascorbic vào hỗn hợp thuốc thử với lượng là 1.056 g/ 100ml dung dịch

Có nghĩa là một mẫu cần 4 ml thì : 4 * tổng số mẫu = V thuốc thử cần dùng

Tam suất tính lượng a.ascorbic cần dùng, cân lên dạng bột trộn vào hỗn hợp dung dịch đã pha ở trên

Ví dụ 1.056 g : 100 ml

? g : 56 ml (cho 14 mẫu * 4 ml)

 Lượng a.ascobic là : 56 x 1.056 / 100 = 0.59 g

Có được hỗn hợp 4 thành phần cho vào mẫu (màu thuốc thử vàng nhạt) Chú ý hỗn hợp này chỉ

sử dụng trong vòng 3 h nên cần phải tính toán phù hợp

Dung dịch NaOH 1N: Cân 40 g NaOH pha với 1lít nước cất

Dung dịch photphat chuẩn gốc: hoà tan 439 mg KH2PO4 khan (đã sấy ở 1050C trong một giờ) trong 1 lít nước cất Dung dịch chuẩn có nồng độ 100 ppm

Dung dịch làm việc: pha trước lúc dùng Lấy 5 ml dung dịch chuẩn gốc pha loãng bằng nước cất tới 50 ml, dung dịch có nồng độ 10 ppm

5.3 Thực hành

Phương pháp phá huỷ mẫu: Sử dụng hỗn hợp axit và chất oxi hoá mạnh hay nung chảy kiềm với hỗn hợp Na2CO3 và K2CO3 (có thể từng chất riêng biệt)

Phá huỷ mẫu bằng hỗn hợp H2SO4 và HClO4: Cân 1g đất đã ray chuẩn bị vào trong bình KenĐan dung tích 50 ml Thêm vào bình 8 ml dung dịch H2SO4 đậm đặc, để yên khoảng 15 phút để mẫu thấm hóa chất

Đun khoảng 15-20 phút thấy xuất hiện khói trắng Chuyển ra ngoài để nguội rồi cho 2-3 giọt HClO4 70% (cần chú ý phải thực hiện trong tủ hút) Đốt tiếp dung dịch cho tới khi mẫu xuất hiện

8

màu trắng thì đem ra để nguội Dùng nước cất rửa và chuyển dung dịch vào bình định mức 100 ml, định mức đến 100 ml

Sau đó dùng phương pháp so màu: Cho 2 ml mẫu vào các bình định mức 50 ml cho thêm 2-3 giọt phenolphtalein chuẩn độ pH bằng cách dùng NaOH 1N cho vào bình định mức, hỗn hợp có màu hồng nhạt Tiếp tục cho H2SO4 0.1N vào chuẩn lại cho dung dịch mất màu hồng nhạt.(Các bình định mức dựng đường chuẩn cũng chuẩn pH tương tự như vậy) Tất cả các bình cho vào 4 ml dung dịch thuốc thử, định mức bằng nước cất đến 50 ml Trộn đều hỗn hợp, để yên 10 phút để màu được lên hoàn toàn Đem đi đo màu trên máy spectrophotometer tại bức sóng 882 nm

Chuẩn bị đường chuẩn

5.4 Tính toán kết quả

Sau khi đo độ hấp thu loạt chuẩn Vẽ đồ thị A = f(x) Sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu để lập phương trình tuyến tính y = ax + b Dựa vào đường chuẩn để tính toán kết quả

Thang đánh giá:

H : Mẫu sau khi chuẩn NaOH 1N H : Máy spectrophotometer

H : Dãy mẫu dựng đường chuẩn H : Các mẫu thực hiện

P2O5 (%) Đất nghèo P <0.06 Trung bình 0.06-0.1

6 Chất mùn (MO)

6.1 Nguyên lý và lý thuyết chung

Sự tích luỹ chất hữu cơ ở dạng mùn trong đất là do hoạt động vi sinh vật, thực vật cũng như bón phân hữu cơ Hàm lượng, thành phần mùn quyết định hình thái và tính chất lí, hoá học, độ phì của đất Trong tầng mùn chứa gần 90% nitơ ở dạng dự trữ và phần lớn các nguyên tố dinh dưỡng như P,

S, nguyên tố vi lượng, là kho dự trữ chất dinh dưỡng cho cây trồng

Hiện có nhiều phương pháp xác định chất hữu cơ của đất: phương pháp đốt khô, phương pháp đốt ướt (Chiurin, Walkley & Black), phương pháp đốt mùn trong tủ sấy 1500C, thời gian 20 phút (Nikitin) và phương pháp oxi hoá mùn 24 giờ ở nhiệt độ 200C (P Anthnova) Sau đây trình bày một

số phương pháp phổ biến ở Việt Nam

Xác định chất hữu cơ theo phương pháp Chiurin

Nguyên lí phương pháp: Chất hữu cơ của đất, dưới tác dụng của nhiệt độ, bị dung dịch

K2Cr2O7 + H2SO4 (1: 1) oxi hoá

3C + 2 K2Cr2O7 + 8H2SO4 3CO2 + 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O

Lượng K2Cr2O7 còn dư được dùng dung dịch muối khử là FeSO4 hay muối Morh (FeSO4 (NH4)2SO4.6H2O) để chuẩn:

K2Cr2O7 +6FeSO4 +7H2SO4 Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 +K2SO4 + 7H2O

Chất chỉ thị cho quá trình chuẩn độ này thường dùng là axit phenylanthranilic (C13H11O2N), màu chuyển từ đỏ mận sang xanh lá cây hoặc điphenylamin (C12H11N), màu sẽ chuyển từ màu lam tím sang xanh lá cây

Trong quá trình chuẩn độ, Fe3+ tạo thành có thể ảnh hưởng đến quá trình chuyển hoá màu cũa chất chỉ thị, vì vậy trước khi chuẩn độ có thể cho thêm một lượng nhỏ H3PO4 hoặc muối chứa ion F-

để tạo phức không màu với Fe3+

6.2 Hoá chất

K2Cr2O7 0.4N trong H2SO4 (1:1): cân 40g tinh khiết K2Cr2O7 nghiền bằng chày trong cối sứ, hoà tan trong 500 ml nước cho vào bình định mức 2 lít Cần phải để bình trong chậu nước đá lạnh rồi

10