Nghiên cứu chế tạo phân bón đa nguyên tố sử dụng cho một số loại cây nông nghiệp

Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng đến một số quá trình chuyển hóa trong cây... Hầu hết các sản phẩm phân bón đang được lưu hành và sử dụng tại Việt Nam đều có rất ít những loại phân c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN BÁ NGỌC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO PHÂN BÓN ĐA NGUYÊN TỐ SỬ DỤNG CHO

MỘT SỐ LOẠI CÂY NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành : Kỹ thuật hóa học

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS LA THẾ VINH

HÀ NỘI _ NĂM 2015

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc đến PGS-TS La Thế Vinh Người thầy, Người hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo và đóng góp những ý kiến quý báu giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Viện Kỹ Thuật Hóa Học và bộ môn Công Nghệ Các Chất Vô Cơ – Trường Đại Bách Khoa Hà Nội và quý Thầy Cô kỹ thuật viên phụ trách phòng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình nghiên cứu

Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp kỹ thuật hóa học KTHH13B khóa 2013B và các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân luôn động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Hà Nội, tháng 09 năm 2015

1.5 Tình hình vi lượng và sử dụng phân vi lượng trên thế giới và Việt Nam 9

1.5.2 Tình hình vi lượng tại Châu Á và Việt Nam 12 1.6 Vai trò sinh lý của các nguyên tố vi lượng đối với cây trồng 14

1.6.1 Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng với quá trình hô hấp 14 1.6.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng với quá trình quang hợp 14 1.6.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng với quá trình sinh

trưởng, phát triển và khả năng chống chịu của cây 15 1.6.4 Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng đến một số quá trình

chuyển hóa trong cây

tương

1.7.2 Ảnh hưởng nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đến cây lúa 18 1.7.3 Ảnh hưởng nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đến cây cà chua 19 1.7.4 Ảnh hưởng nguyên tố vi lượng Cu, Zn,Mn, Fe đến cây ngô 20

2.2 Xác định thành phần các nguyên tố hóa học có trong phân bón gốc NPK 21

2.2.1 Xác định hàm lượng Nitơ bằng phương pháp kendan 21

2.2.4 Kết quả xác định thành phần hóa học của phân bón NPK 27

2.4 Sơ đồ lưu trình chế tạo phân bón đa nguyên tố 31

2.4.2 Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình chế tạo 33 2.5 Phân tích thành phần phân bón đa nguyên tố sau khi chế tạo 34

3.2 Xác định tổng lượng khoáng trong đất bằng phương pháp khối phổ cảm ứng ICP-MS

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ATP : Adenozin triphôtphat

DTPA : Diethylene trimine pentacetate

IZA : Hiệp hội kẽm quốc tế

IRRI : Viện lúa gạo quốc tế

Bảng 3.1 : Các mẫu đất nghiên cứu được chia nhóm

Bảng 3.2 : Các thông số chính của máy khi phân tích các kim loại

Bảng 3.3 : Hàm lượng các vi lượng ở dạng tổng số thu được bằng phương

pháp khối phổ ICP_MS Bảng 3.4 : So sánh giá trị trung bình hàm lượng các nguyên tố trong hai loại

đất Bảng 3.5 : Kết quả so sánh giống lúa bao thai lùn qua quá trình nghiên cứu Bảng 3.6 : So sánh giống đậu tương DT84 qua quá trình nghiên cứu

Bảng 3.7 : So sánh giống cây cà chua qua quá trình nghiên cứu

Bảng 3.8 : So sánh giống cây ngô CP989 qua quá trình nghiên cứu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 : Khu vực thiếu kẽm trên thế giới

Hình 1.2 : Khu vực thiếu bo trên thế giới

Hình 1.3 : Khu vực thiếu sắt trên thế giới

Hình 1.4 : Biểu đồ thị trường vi lượng thế giới

Hình 1.5 : Biểu đồ vi lượng tại Châu Á

Hình 3.2 : Giống lúa bao thai lùn (15 ngày tuổi)

Hình 3.3 : Giống lúa bao thai lùn (30 ngày tuổi)

Hình 3.4 : Giống lúa bao thai lùn (140 ngày tuổi)

Hình 3.5 : Giống cây đậu tương DT84 (10 ngày tuổi)

Hình 3.6 : Giống cây đậu tương DT84 (70 ngày tuổi) Hình 3.7 : Giống cây cà chua (20 ngày tuổi)

Hình 3.8 : Giống cây cà chua (40 ngày tuổi)

Hình 3.9 : Giống cây cà chua (70 ngày tuổi)

Hình 3.10 : Mẫu đất gieo và trồng ngô

Hình 3.11 : Giống ngô CP989 (20 ngày tuổi)

Hình 3.12 : Giống ngô CP989 (60 ngày tuổi)

Hình 3.13 : Giống lúa bao thai lùn (150 ngày tuổi)

Hình 3.14 : Giống cây đậu tương (70 ngày tuổi)

Hình 3.15 : Giống cây cà chua (50 ngày tuổi)

Hình 3.16 : Giống cây ngô CP989 (70 ngày tuổi)

Chương 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Là một nước nông nghiệp, nên nhu cầu về phân bón của Việt Nam là rất lớn và

đa dạng Phân hóa học đang lưu thông trên thị trường Việt Nam gồm hai nhóm chính Thứ nhất là nhóm phân hoá học đơn chất, nhóm thứ hai là nhóm phân hỗn hợp Hầu hết các sản phẩm phân bón đang được lưu hành và sử dụng tại Việt Nam đều có rất ít những loại phân có chứa các nguyên tố trung lượng, vi lượng hay còn gọi là phân bón

đa nguyên tố điều này gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng sản phẩm nông nghiệp

Hiện nay những công trình nghiên cứu và nhà máy sản xuất phân bón vi lượng chưa nhiều Chúng ta đang phụ thuộc khá nhiều vào nguồn nguyên liệu nước ngoài với

giá thành đắt Do vậy việc “nghiên cứu chế tạo phân bón đa nguyên tố sử dụng cho một số loại cây nông nghiệp” là cần thiết và đó cũng là lý do tôi chọn đề tài này Vì

thời gian và kinh phí có hạn nên quá trình nghiên cứu, chế tạo còn bị bó hẹp chỉ thực hiện trên nhóm cây trồng ngắn ngày và sử dụng trộn hợp một số hóa chất vi lượng có bán trên thị trường Việt Nam

1.2 Mục đích, ý nghĩa của đề tài

1.3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: Bốn loại cây nông nghiệp ngắn ngày gồm cây

lúa, cây ngô, cây đậu tương và cây cà chua

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu ảnh hưởng và tác dụng của các nguyên tố vi

lượng: Cu, Zn, Mn, Fe có trong mẫu phân bón chế tạo đối với cây lúa, cây ngô, cây đậu tương và cây cà chua

1.4 Phương pháp nghiên cứu:

- Sử dụng dạng phân bón đã chế tạo để chăm bón bốn loại cây trong cùng điều kiện đất đai, khí hậu và nguồn nước sau khi chia nhóm

- Xác định sự có mặt và hàm lượng của các nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe có trong mẫu đất trồng bằng phương pháp ICP-MS

- So sánh và đánh giá hiệu quả mang lại khi sử dụng phân bón có chứa các nguyên tố

vi lượng so với phân bón không có nguyên tố vi lượng

1.5 Tình hình vi lượng và sử dụng phân vi lượng trên Thế Giới và Việt Nam

1.5.1 Tình hình vi lượng trên thế giới

Theo báo cáo của Hiệp hội kẽm quốc tế (IZA) thì những quốc gia có tình trạng đất thiếu kẽm đặc biệt phổ biến là Apganixtan, Bănglađét, Braxin, Trung Quốc, Ấn Độ, Iran, Irắc, Pakixtan, Xuđăng, Xyri, Thổ Nhĩ Kỳ, Ôxtrâylia, Philipin, các bang vùng bờ biển Thái Bình Dương của Mỹ và một phần châu Âu Viện Lúa gạo quốc tế (IRRI)

ước tính đến 50% đất trồng lúa nước trên thế giới, trong đó có 35 triệu ha đất tại châu

Á, đang bị ảnh hưởng bởi tình trạng thiếu kẽm.[19]

Hình 1.1: Khu vực thiếu kẽm trên thế giới

Tình trạng thiếu Bo cũng được thể hiện ở tại một số nước thuộc khu vực Tây Bắc Mỹ Atlantic và Thái Bình Dương, Bờ biển Atlantic Canada, Braxin, Chile, Nam

và trung Phi, Scadinavia, Bắc Âu, Ấn Độ, Đông và Nam Trung Quốc

Hình 1.2: Khu vực thiếu bo trên thế giới

Thiếu sắt tại một số nước Trung Mỹ, bang Texas, Arhentina, Chile, Bolivia, Brazil, Nam Âu, Bắc Phi, Trung Đông, Liên bang Nga và Tây Á, Ôstrâylia

Hình 1.3: Khu vực thiếu sắt trên thế giới

Tương tự, các vi lượng khác cũng được phân bố không đều trên bề mặt trái đất dẫn đến tình trạng thiếu vi lượng cục bộ tại một số vùng miền, làm ảnh hưởng không nhỏ đến năng suất, chất lượng nông sản

Để bù đắp sự mất cân đối trong dinh dưỡng cây trồng tại các vùng miền, thị trường phân vi lượng trên thế giới cũng được quan tâm từ rất sớm Tổng nhu cầu phân

vi lượng toàn cầu được tăng dần và ổn định từ năm 1996 con số trên 700.000 tấn/năm Đối với các nước châu Á, tỷ trọng sử dụng phân vi lượng tương đối lớn, khoảng 450.000 tấn/năm chiếm 60% tổng nhu cầu toàn thế giới, trong đó nhập khẩu chiếm từ 20-25%.[19]

Hình 1.4: Biểu đồ thị trường vi lượng trên thế giới

Các sản phẩm phân vi lượng trên thế giới bao gồm vi lượng vô cơ (các muối sunphat), vi lượng từ các khoáng chất (quặng), vi lượng công nghệ chelate, vi lượng công nghệ amino chelate, vi lượng công nghệ na nô,…

1.5.2 Tình hình vi lượng tại Châu Á và Việt Nam

Vì sự quan trọng của trung, vi lượng với nền sản xuất nông nghiệp, nên trên thị trường Việt Nam cũng đã xuất hiện các loại phân trung, vi lượng đơn và được sử dụng

đa phần từ các nguồn hợp chất của kim loại với gốc sunphat, clorua, nitrat… Tất cả các nguồn này đều ở dạng vô cơ, sản xuất đơn giản, với nhiều chủng loại nhưng chất lượng chưa được tiêu chuẩn hóa

Việc sử dụng chưa được đồng bộ và các vi lượng chủ yếu được dùng ở dạng hợp chất vô cơ nên hiệu quả thấp, cây trồng dễ bị ngộ độc vi lượng mà đôi khi sự ngộ độc vi lượng còn tác hại nghiêm trọng hơn là thiếu vi lượng

Nhiều sản phẩm NPK hiện đang được bày bán trên thị trường có ghi thành phần trên bao bì có chứa các nguyên tố trung, vi lượng (NPK + TE) gồm Ca, Mg, Cu, Zn, Fe… (dưới dạng định tính) Trên thực tế đa phần các doanh nghiệp cũng chỉ dừng lại ở

việc lợi dụng các vi lượng vô cơ có sẵn trong các nguyên liệu đa lượng (lân nung chảy, lân supe, phụ gia,…) chứ chưa được phân tích hàm lượng vi lượng một cách chính xác,

có những tính toán cần thiết và hợp lý để bổ sung một cách khoa học, đúng liều lượng cần có

Hình 1.5: Biểu đồ thị trường vi lượng tại châu Á

Nhu cầu sử dụng phân vi lượng tại Việt Nam ước tính đến năm 2015 là 30.000 tấn/năm, bằng 4% tổng nhu cầu sử dụng vi lượng trên thế giới Khi các sản phẩm nông sản Việt Nam như cà phê, hồ tiêu, cacao, lúa,… Chiếm thị phần lớn trên thị trường thế giới thì cũng là lúc nhu cầu vi lượng được sử dụng vào nông nghiệp còn tăng nhiều hơn nữa, có thể lên tới con số 50.000 tấn/năm Hiện tại, Việt Nam chưa có nhiều các đơn vị sản xuất vi lượng mà chủ yếu là sản phẩm vi lượng được nhập khẩu từ các nước Đức,

Bỉ, Hà Lan, Ý, Trung Quốc, Như vậy chúng ta phải đang phải bỏ ra một số tiền rất lớn để nhập khẩu vi lượng về sử dụng Trong khi đó, Việt Nam với nguồn tài nguyên vi lượng hiện có và điều kiện công nghệ phù hợp, có thể hoàn toàn chủ động trong sản xuất vi lượng đáp ứng nhu cầu không nhỏ của các đơn vị sản xuất phân bón và nhu cầu

sử dụng trực tiếp của bà con nông dân

1.6 Vai trò sinh lý của các nguyên tố vi lƣợng đối với cây trồng

1.6.1 Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng đến quá trình hô hấp

Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy các nguyên tố vi lượng có ảnh hưởng mạnh

mẽ đối với quá trình trao đổi chất và năng lượng trung tâm ở tế bào là hô hấp Trước hết, các nguyên tố vi lượng tham gia tích cực trong chặng đường phân huỷ hiếu khí cũng như trong chặng đường phân huỷ yếm khí của các nguyên liệu hữu cơ Các nguyên tố vi lượng là thành phần bắt buộc trong cấu trúc của các hệ enzim oxi hoá khử tham gia trong chuỗi hô hấp (hệ xitocrom chứa sắt, ascorbinoxidse chứa đồng …) Nguyên tố vi lượng giúp quá trình photphoril hoá, oxi hoá tạo ATP trong quá trình hô hấp.[17]

Các nguyên tố vi lượng còn ảnh hưởng mạnh mẽ đến quá trình trao đổi nước (hút nước, thoát nước, vận chuyển nước) và do đó ảnh hưởng đến cân bằng nước trong cây Các nguyên tố Mn, Zn, Cu, Mo, … Có tác dụng làm tăng khả năng giữ nước, tăng hàm lượng nước liên kết keo của mô Điều đó có tác dụng liên quan với tác dụng của các nguyên tố này thúc đẩy quá trình tổng hợp các chất ưa nước như protein, axit nuclêic,… cũng như sự tăng độ ưa nước của chúng.[13]

1.6.2 Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng đến quá trình quang hợp

Cùng với sắt, các nguyên tố vi lượng như Mn, Cu, Mo, … có tác dụng thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp diệp lục, là tác nhân hoạt hoá hoặc là thành phần cấu trúc enzim tham gia trực tiếp trong pha sáng cũng như pha tối của quá trình quang hợp Các nguyên tố vi lượng cũng ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp carotenoit, đến số lượng và kích thích lục lạp[12] Điều đáng chú ý là trong một giới hạn nhất định người ta thường thấy có mối tương quan thuận giữa hàm lượng sắc tố và năng suất cây trồng

Ngoài ra, nhiều nguyên tố như Mn, Zn, Cu, Mo,Fe…không những tham gia tích cực trong các phản ứng pha sáng và việc hình thành các sản phẩm đầu tiên mà còn ảnh hưởng mạnh mẽ đến mọi khâu chuyển hoá về sau trong mọi quá trình tạo nên các sản phẩm quang hợp khác nhau Các nhà khoa học đã phát hiện nhiều nguyên tố vi lượng

như: Zn, Cu, Mn, Mo, Fe… có tác dụng thúc đẩy quá trình vận chuyển các sản phẩm đồng hoá từ lá xuống cơ quan dự trữ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình quang hợp tiếp tục cũng như hạn chế cường độ quang hợp khi gặp điều kiện bất lợi[18]

1.6.3 Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng đến quá trình sinh trưởng, phát triển, khả năng chống chịu của cây

Các nguyên tố vi lượng, có ảnh hưởng mạnh mẽ đến nhiều chỉ tiêu sinh trưởng của cây như tỉ lệ và tốc độ nảy mầm, chiều cao, trọng lượng tươi và khô của cây, bề mặt đồng hoá, hệ đẻ nhánh…Các nhà khoa học đã phát hiện chính xác rằng các nguyên

tố vi lượng có khả năng chống chịu mặn của cây trên đất ít mặn (ví dụ: Bo) hoặc mặn trung bình (ví dụ: đồng) Dưới tác dụng của nguyên tố vi lượng, tính thấm của tế bào đối với clo giảm xuống và tốc độ hấp thụ phốtpho, kali, canxi tăng lên, đồng thời quá trình tích lũy albumin, glôbulin, tinh bột, đường và những chất có tác dụng tự vệ cũng được xúc tiến thêm Nguyên nhân của tác dụng này có thể là sự tăng cường hoạt động của men oxi hoá - khử [10] [11] Các nghiên cứu cũng cho thấy các nguyên tố vi lượng

có tác dụng làm tăng độ nhớt, lượng chứa keo ưa nước, lượng nước liên kết và khả năng giữ nước của lá, tăng độ bền của liên kết diệp lục với protein trong lục lạp

Một ảnh hưởng có ý nghĩa thực tiễn lớn của các nguyên tố vi lượng là tăng khả năng chống nhiều loại nấm bệnh (rỉ sắt, đạo ôn…) của cây trồng, điều này có thể do các nguyên tố vi lượng trong khi gây ra những biến đổi nào đó trong trao đổi chất, chúng tạo ra môi trường bất lợi cho nấm kí sinh hoặc do chúng xúc tiến việc hình thành sản phẩm polyphenol có tác dụng tự vệ cho cây chống lại nấm bệnh [10][11]

Rõ ràng, các nguyên tố vi lượng có tầm quan trọng đặc biệt đối với cây trồng,

do đó việc tiếp tục tìm hiểu sâu hơn nữa về vai trò sinh lí và nông hoá của chúng vừa

có ý nghĩa lý luận vừa có ý nghĩa thực tiễn

1.6.4 Ảnh hưởng của các nguyên tố vi luợng đến một số quá trình chuyển hoá trong cây

Các nhà khoa học đã nghiên cứu, thống kê và kết luận rằng các nguyên tố vi lượng có ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp và biến đổi mọi nhóm chất hữu cơ chủ yếu trong cây [8] Vì vậy việc hình thành nên phẩm chất đặc biệt của các sản phẩm đặc sản

ở các địa phương có liên quan với hàm lượng và tỉ lệ của các nguyên tố vi lượng và đặc

điểm thổ nhưỡng của vùng đó

Rất nhiều công trình nghiên cứu đã phát hiện ảnh hưởng mạnh mẽ của các nguyên tố vi lượng đối với quá trình trao đổi gluxit trong cây, phát hiện sự tham gia của chúng trong các men trao đổi gluxit

Các nguyên tố vi lượng như B, Zn, Cu, cũng có vai trò rất quan trọng trong quá trình trao đổi axit nuclêic, nhất là các nguyên tố như: Cu, Zn, Fe còn có tác dụng lớn trong việc duy trì cấu trúc không gian bền vững của phân tử axit nuclêic, trong truyền đạt thông tin di truyền cho quá trình sinh tổng hợp protein Ngoài ra, một số nguyên tố

vi lượng như V, Co, Mo có vai trò quan trọng trong quá trình cố định đạm của các nhóm sinh vật khác nhau, Mn và Mo cũng tham gia vào quá trình tổng hợp các axit amin Nhiều tài liệu tham khảo cho thấy mối tương quan thuận giữa lượng các nguyên

tố vi lượng nhất là Mn, Zn với các vitamin trong cơ thể và mô khác nhau Mn, Zn, Cu,

V, cũng có tác dụng làm tăng hàm lượng sinh tố nhóm B (B1, B2, B6, ) ở sinh vật

Tóm lại: Mỗi nguyên tố vi lượng có một vai trò riêng trong đời sống thực vật,

trong sự sinh trưởng, phát triển và khả năng cho năng suất cây trồng (Bảng 1.1) đưa ra vai trò của các yếu tố vi lượng đến quá trình sinh lý và sinh hoá trong cây

Bảng 1.1: Vai trò của các yếu tố vi lượng đến quá trình sinh lý và sinh hoá trong cây

- Hoạt hoá diệp lục

- Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Cl, V

- Zn, Cu, Co, B, Mo, Fe

- Mn, Zn, Co, Cu, Al, B

- Zn, Cu, Bo, Mo, Al

1.7 Ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đến bốn đối tượng nghiên cứu

1.7.1 Ảnh hưởng của nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đến cây đậu tương

Một số những nghiên cứu gần đây về ảnh hưởng của một số nguyên tố vi lượng đến năng suất và chất lượng của một số loại cây trồng cho thấy trên đất bạc mầu có bón

Ca2+ và Mg2+ có thể làm tăng năng suất cây đậu tương từ 17,2-27,3% đồng thời làm tăng tổng lượng protein và dầu trong hạt [3] Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới hiện nay có xu hướng tăng dần qua các năm, theo số liệu thống kê của FAO diện tích đậu tương trên thế giới năm 2005 là 91,29 triệu ha, tăng so với năm 1996 là 1,49 lần (61,09 triệu ha) về năng suất cũng có su hướng tăng trong giai đoạn 10 năm (1995-

2005) [4] Các nước sản xuất đậu tương lớn nhất trên thế giới là Mỹ, Brazil, Argentina

và trung quốc Cây đậu tương là cây trồng có nhu cầu khá cao về các nguyên tố vi lượng mà các chất này lại thường hay bị thiếu nên những loại đất có pH gần trung tính phù hợp với cây đậu tương

- Molipden (Mo): Là một nguyên tố vi lượng quan trọng với cây đậu tương thành phần của men nitrogenaza rất cần thiết cho quá trình cố định đạm của vi khuẩn Rhyzobium Japonicu sống cộng sinh trong nốt sần ở rễ cây đậu tương [6] Cây đậu tương thiếu molipden có biểu hiện vàng lá, đình trệ sinh trưởng

- Sắt (Fe): Đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển các electron trong các

hệ thống men thực hiện các phản ứng oxy hóa khử trong cây, với cây đậu tương mangan thúc đẩy quá trình hô hấp trong cây, xúc tiến quá trình hydratcacbon thành

CO2 và H2O

- Kẽm (Zn): Thiếu kẽm đậu tương bị rối loạn về trao đổi phytohormon dẫn đến

sự sinh trưởng bất thường của cây, là biến dạng, nhỏ và xoăn

1.7.2 Ảnh hưởng của nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đến cây lúa

Có nhiều công trình nghiên cứu và đề tài khoa học đề cập đến việc nâng cao năng xuất, chất lượng các cây lương thực trên thế giới cũng như ở Việt Nam về cây lúa tuy nhiên việc nghiên cứu vai trò và tác dụng của các nguyên tố vi lượng vẫn còn rất ít

- Vai trò của sắt (Fe) với cây lúa vận chuyển electron, tham gia các phản ứng oxy hóa khử trong tế bào, hoạt hóa enzime như catalase, suxinic dehydrogenase và aconitase Biểu hiện thiếu sắt ở cây lúa có đốm rỉ màu nâu đỏ từ chóp lá và lan dần theo gân lá xuống các phần bên dưới làm cả lá bị đỏ, khóm lúa còi cọc, rể không phát triển màu vàng nâu

- Vai trò của Mangan (Mn) đối với cây lúa hình thành và ổn định lục lạp, tổng hợp protein, khử nitrat thành NH4 trong tế bào hiện tượng thiếu hay thừa sẽ bắt đầu biểu hiện từ những lá non, màu vàng giữa gân lá và đôi khi xuất hiện nhiều đốm nâu đen trên thân ây lúa

- Vai trò của kẽm (Zn) với cây lúa, kẽm cần thiết cho nhiều chức năng sinh hóa trong cây như tổng hợp xytocrom và nucleotid, trao đổi auxin, tạo diệp lục Thiếu kẽm ở lúa làm cây kém phát triển đâm ít trồi, lá nhoe, xoăn và có màu đồng

- Vai trò của đồng (Cu) với cây lúa tổng hợp linhin bảo vệ màng tế bào, chống

đổ ngã, kích hoạt các men oxit hóa axit ascorbic, các men oxidase Hàm lượng trong đất chiếm khoảng 0,002%, trong tự nhiên có tới 155 loại khoáng chất có chữa đồng, thiếu hay dư đồng làm giảm hình thành hạt, năng suất kém

1.7.3 Ảnh hưởng của nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đến cây cà chua

Cà chua chỉ có thể to quả khi chứa nhiều vitamin, màu sắc đẹp, quả có mùi vị đặc trưng với điề kiện cung cấp đủ và cân đối dinh dưỡng Cũng như các cây trồng khác cà chua cần 16 nguyên tố đa lượng và vi lượng trong đó nhũng nguyên tố quan

trọng với cây cà chua là Sắt, Mangan, kẽm

- Sắt (Fe): Thiếu hụt sắt là vấn đề dinh dưỡng các cây trồng gặp phải thường xuyên khi pH trong vùng rễ quá cao Tuy nhiên cà chua gần như không mẫn cảm với

sự thiếu hụt này, ở điều kiện pH đất tương đối cao (6-7) việc bón một phần N-NH4 có thể giảm triệu trứng vàng lá ở cà chua Triệu chứng thiếu sắt (mép lá chuyển màu xanh nhạt hoặc vàng) chỉ xảy ra khi quả thiếu nước, giai đoạn cây sinh trưởng mạnh hoặc thay đổi chế độ chiếu sáng

- Kẽm (Zn): Kẽm tham gia hoạt hóa khoảng 70 men của nhiều hoạt động sinh

lý, sinh hóa của cây Thiếu kẽm sẽ gây rối loạn trao đổi auxi nên ức chế sinh trưởng, lá cây bị biến dạng, ngắn nhỏ và xoăn, đốt ngắn và biến dạng Triệu chứng thiếu kẽm còn làm cho các vết đốm vàng phân bố không đều trên lá già Sự thiếu hụt kẽm đôi khi không có triệu chứng nhìn thấy, nhưng kết quả là cây sinh trưởng chậm và giảm tỷ lệ đậu quả Đất nhiễm độc kẽm có thể được cải thiện bằng việc phun phân có chứa photpho và sắt

- Mangan (Mn): Tại vùng rễ hàm lượng mangan cao quá hoặc thấp quá đều hnj chế sinh trưởng của cà chua Bình thường, hàm lượng mangan cao ở rễ làm giảm hút

sắt Đối với các chất vi lượng việc bổ sung qua phân bón cần pahir dựa vào kết quả phân tích đất vì quá thừa sẽ gây ngộ độc còn thiếu thì làm ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển của cây cà chua

1.7.4 Ảnh hưởng của nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đến cây ngô

Đối với cây ngô vai trò các nguyên tố vi lượng không gây tác dụng rõ như các nguyên tố đa lượng N,P,K Do lượng hút ít và trong đất còn nhiều nên các nguyên tố này còn đủ cung cấp cho cây Tuy nhiên trong nhiều trường hợp thiếu hụt chúng gây tác dụng lớn đến sinh trưởng và phát triển của cây, làm giảm năng xuất hạt

- Canxi (Ca): Tăng cường vững chắc của thành tế bào, hình thành lông hút ở rễ lưu thông tinh bột canxi còn đóng vai trò trong trao đổi hydrat cacbon và protit Nó đối kháng với sắt, hạn chế độc của sắt khi dư thừa, ổn định quá trình dinh dưỡng trong cây

- Magie (Mg): Là nhân tố quan trọng trong diệp lục Mg có vai trò đồng hóa và vận chuyển photpho

- Sắt (Fe): Có vai trò quan trọng trong trao đổi chất, tham gia hình thành diệp lục và quá trình oxi hóa khử Ngoài ra cây ngô cũng cần đến mangan (Mn) và đồng (Cu) hầu hết các nguyên tố này tham gia vào hình thành các coenzyme hoặc tham gia hoạt hóa các enzyme trong thực vật

Chương 2 CHẾ TẠO PHÂN BÓN ĐA NGUYÊN TỐ

Như đã đề cập ở các phần trên, vấn đề vi lượng và phân bón chứa các nguyên tố

vi lượng là rất cần thiết cho sự phát triển của cây trồng Trong phân bón ngoài thành phần các chất dinh dưỡng chính như đạm (N), lân (P) và kali (K) thì sự có mặt của các nguyên tố vi lượng sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển toàn diện cho cây trồng, giúp cây

có khả năng chống chịu những điều kiện thời tiết không thuận lợi, tăng năng suất và chất lượng nông sản Chương này sẽ đề cập đến kỹ thuật chế tạo phân bón có chứa một

số nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe

2.1 Nguyên liệu chế tạo phân bón đa nguyên tố

Phân gốc được sử dụng để chế tạo phân đa nguyên tố là phân bón đầu trâu NPK khối lượng sử dụng 01kg, sản phẩm được sản xuất tại nhà máy phân bón Bình Điền Long An Thành phần chính gồm: Đạm (N) 20%, Lân hữu hiệu (P2O5) 20%, Kali (K2O) 15% Phân gốc NPK sẽ được bổ sung thêm các nguyên tố vi lượng dưới dạng muối CuSO4, ZnSO4, MnSO4, Fe2(SO4)3 Bằng phương pháp trộn hợp, việc chế tạo phân bón đa nguyên tố này còn sử dụng thêm phụ gia như: Sét vô cơ dạng cao lanh, than bùn, dolomit, giúp cho hạt phân không bị hút ẩm và bảo đảm liên kết các phân tử

2.2 Xác định thành phần các nguyên tố hóa học có trong phân bón gốc NPK

2.2.1 Xác định hàm lượng Nitơ bằng phương pháp kendan

Rồi hấp thụ khí NH3vào dung dịch H2SO4 tiêu chuẩn có dư chính xác

2NH4OH + H2SO4  (NH4 )2SO4 + 2H2O

Chuẩn phần dư của axít H2SO4 tiêu chuẩn bằng dung dịch NaOH tiêu chuẩn Nhận biết điểm tương đương bằng hỗn hợp chỉ thị Tashiro (Mêtyl đỏ + Mêtylen xanh) Tại điểm tương đương dung dịch chuyển từ màu đỏ tím sang xanh lục

H2SO4 + 2NaOH  Na2SO4 + 2H2O

Ghi thể tích NaOH tiêu tốn, tính kết quả

Kết quả được tính theo công thức như sau :

xd

dm NaOH

SO H

V

V G

NV NV

- (NV ) NaOH: Số đương lượng của NaOH tiêu chuẩn tiêu tốn

- G(g) : Khối lượng mẫu cân

- Vdm : Thể tích định mức mẫu cân G(g)

- Vxd : Thể tích mẫu đem xác định

b, Điều kiện xác định

+ Điều kiện phân giải mẫu

Phá mẫu phân NPK bằng axít H2SO4 đđ có CuSO4 làm xúc tác, ở nhiệt độ

350-400oc trong bình kendan tới khi dung dịch trong, để chuyển hoàn toàn lượng nitơ về dạng muối (NH4)2SO4 theo phản ứng :

(NH2)2CO + H2SO4đđ + H2O  (NH4)2SO4 + CO2

Sau đó tiến hành phân giải đạm amoni bằng kiềm đặc(NaOH40%), trong thiết

bị chưng cất kín Thời gian phân giải mẫu khoảng 40 phút Để kiểm tra sự phân giải mẫu hoàn toàn hay chưa, ta dùng giấy pH để nhận biết

+ Điều kiện hấp thụ

Hấp thụ NH3 bay ra bằng axít H2SO4 tiêu chuẩn có dư chính xác, để kiểm tra lượng dư axít trong bình hấp thụ ta dùng hỗn hợp chỉ thị (Mêtyl đỏ + Mêtylen xanh) thêm vào dung dịch, nếu trong suốt quá trình hấp thụ dung dịch luôn có màu hồng tím

là được, nếu dung dịch có hiện tượng chuyển màu từ hồng tím sang xanh lơ thì chứng

tỏ bình hấp thụ thiếu axít, ta cần bổ sung thêm một lượng axít H2SO4 tiêu chuẩn nữa (cho dư chính xác)

Quá trình chưng cất khí NH3 bay lên kéo theo hơi nước tạo thành dịch hơi

NH4OH được hấp thụ hoàn toàn vào dung dịch Để bảo dảm không thoát NH3 ra ngoài thì hệ thống chưng cất phải hoàn toàn toàn kín

+ Điều kiện chuẩn độ

Chuẩn lượng dư axít H2SO4 tiêu chuẩn bằng dung dịch NaOH tiêu chuẩn Nhận biết điểm tương đương bằng chỉ thị mêtyl đỏ là thích hợp, vì tại điểm tương đương tồn tại muối axít yếu ((NH4)2SO4) ứng với dung dịch có pH=45

Đôi khi để nhận biết điểm tương đương dễ dàng hơn ta dùng hỗn hợp chỉ thị Tashiro (Mêtyl đỏ + Mêtylen xanh), tại điểm tương đương dung dịch đổi từ màu hồng tím sang màu xanh lơ, sự đổi màu này chủ yếu do mêtyl đỏ còn mêtylen xanh chỉ làm nền cho điểm tương đương

c, Qui trình xách định

- Phá mẫu

Cân chính xác 0,2-0,3g mẫu phân NPK (loại 20.20.15) đã được nghiền mịn sấy

khô trên một mảnh giấy lọc không tro Gói mảnh giấy lọc lại rồi chuyển vào bình kendan dung tích 500ml sao cho mẫu không dính vào thành bình, thêm 5g hỗn hợp xúc tác hoặc 0,5(g) CuSO4.5H2O và 20ml axít H2SO4 đặc (d=1,84) Dùng một phễu thủy tinh nhỏ đậy bình kendal để nghiêng bình 400C trên bếp điện trong tủ hút Ðun sôi nhẹ

700C đến khi dung dịch đến khi hết sủi phồng thì tăng nhiệt độ, đun đến khi dung dịch trong bình có màu xanh trong suốt Nếu dung dịch khô cạn mà mẫu vẫn còn đen thì thêm tiếp 0,1g xúc tác và 3ml H2SO4 đặc rồi tiến hành đun tiếp

Để nguội dung dịch rồi chuyển vào bình định mức 100ml, thêm nước định mức tới vạch, xốc trộn đều dung dịch, lọc qua giấy lọc khô Dùng 10ml nước lọc đầu tiên tráng rửa bình chứa và pipet

Hút chính xác 5ml dung dịch 1 cho vào bình chưng cất (rót qua phễu), dùng bình tia tráng rửa phễu, thêm 25ml nước cất và 5 giọt chỉ thị pH

Dùng NaOH 40% trung hoà lượng axít trong mẫu, đến khi dung dịch trong bình

có màu tím đỏ, cho dư 5ml NaOH nữa

Tiến hành chưng cất trong thời gian khoảng 30 phút, kiểm tra mẫu đã phân giải hoàn toàn hay chưa bằng cách dùng giấy quỳ kiểm tra dịch cất

Chuẩn độ dung dịch thu được bằng NaOH tiêu chuẩn 0,1N đến khi dung dịch chuyển từ màu đỏ tím sang xanh lục Ghi thể tích NaOH đã tiêu tốn

2.2.2 Xác định hàm lượng P 2 O 5 hữu hiệu

- Phá mẫu

Cân chính xác 0,2-0,3g mẫu phân NPK (loại 20.20.15) trên cân phân tích trong cốc thủy tinh chịu nhiệt loại 50ml đã làm khô và biết trước khối lượng Chuyển toàn bộ lượng mẫu vào bình nón 500ml (khô), thêm chính xác 100ml dung dịch Axít citíc 2%, lắc đều dung dịch trong 30 phút (chú ý cần đậy kín nút ) Khi mẫu đã chuyển hoá hoàn toàn đem lọc qua giấy lọc khô, phần dung dịch thu được ta dược dung dịch (1)

- Tiến hành xác định

Hút chính xác 10ml dung dich(1), cho vào cốc thuỷ tinh chịu nhiệt loại 250ml, thêm vào 5ml HNO3 đđ (d=1.4) , đun sôi nhẹ 5 phút sau đó lấy xuống để nguội (nếu cần thiết có thể đun nhẹ tiếp với H3BO3 5%)

Khi dung dịch mẫu nguội ta nhỏ từng giọt NH4OH 6N đến khi xuất hiện kết tủa, tiếp đến dùng HNO3 6N nhỏ từng giọt để hoà tan kết tủa và cho dư thêm 5ml nữa, cân 1g NH4NO3 thêm vào

Sau đó ta dùng 30ml nước cất thêm vào, đem đun mẫu trên bếp điện tới khi sôi nhẹ ta cho vào khoảng 50ml thuốc thử Amoni molipdát 3%, khấy nhẹ để lắng kết tủa

từ 12 giờ, kiểm tra kết tủa có hoàn toàn Lọc kết tủa qua giấy lọc dày băng xanh sau đó ta rửa kết tủa bằng dung dịch KNO3 3%(hoặc NaNO3 3%), kiểm tra độ sạch axít

Chuyển giấy lọc chứa kết tủa vào cốc thủy tinh vừa làm kết tủa, dùng burét nhỏ

từ từ dung dịch NaOH 0,3N tiêu chuẩn đến khi kết tủa tan hoàn toàn ta cho dư thêm 5ml nữa Sau đó ta dùng nước cất rửa quanh thành cốc, thêm 12 giọt chỉ thị Phenol phtalein 0,1%, đem chuẩn lượng dư NaOH 0,3Ntiêu chuẩn bằng dung dịch Axít H2SO40,3N tiêu chuẩn Tại điểm tương đương dung dịch mất màu hồng, ghi thể tích H2SO40,3N tiêu tốn Kết quả được tính theo công thức đã nêu trên Thể tích của H2SO4 0,3N tiêu tốn là: 2,95ml

- Tiến hành, phá mẫu

Cân chính xác 0,2-0,3g mẫu phân NPK (loại 20.20.15) trên cân phân tích Thêm

H2O hòa tan trong bình định mức 500ml, lấy 10ml cho vào bình định mức 150ml sau cho thêm 20ml foocmalin 40% và 10ml trilonB (Muối đinatri etyllen đi amin tetrax ctat) và 2 đến 3 giọt phenolphtalein, hỗn hợp dung dịch chuyển sang màu hồng dùng đũa khuấy, thêm 10ml dung dịch Natri tetraphenyl borat, thấy có kết tủa trắng sau đó

để lắng lọc và sấy đem cân, tính toán

- Tính toán: Hàm lượng kali trong mẫu quy về K2O (ký hiệu %K2O), được tính bằng

% theo công thức

K2O m 0,1314 100

M 10

- Trong đó:

+ m là: Khối lượng kali tetraphenyl borat đã kết tủa (gam)

+ M là: Khối lượng mẫu cân (gam)

+ 0,1314 hệ số quy đổi từ kali tetraphenyl borat ra K2O

- Kết quả của phép thử là trung bình số học các kết quả các lần thử tiến hành song song sai số cho phép giữa chúng không vượt quá 5% giá trị tương đối

- Hóa chất:

+ Cốc lọc xốp

+ Natri hiđroxit 0,2 N và 1N

+ Foomalin (anđehit foocmic)

+ Dung dịch phenolphtalein 1% trong rượu etyllic

+ TrilonB (Muối đinatri etyllen đi amin tetrax ctat) dung dịch 2N

+ Natri tetraphenyl borat 3,5%

+ Nước rửa dung dịch Natri tetraphenyl borat 0,05%

2.2.4 Kết quả xác định thành phần hóa học của phân bón NPK đầu trâu

Xác định thành phần dinh dưỡng có trong phân bón NPK đầu trâu (20-20-15) gồm: Đạm (N) 18,7%; hàm lượng của P trong P2O5 là 19,5%; hàm lượng của nguyên tố

K trong loại phân bón này là 15,6%; còn lại là CaO 0,25%; MgO 0,35%; S 0,05%; CaCO3; cát cao lanh và một số tạp chất khác

2.3 Quy trình chế tạo phân bón đa nguyên tố

Việc chế tạo phân bón đa nguyên tố phải đạt được những yêu cầu như tạo ra hạt đều, không gây thất thoát nồng độ đạm trong quá trình sấy, không bị đóng cục, đảm bảo độ cứng, hạn chế bị biến dạng, vỡ nát, hạt khô rời và thân thiện với môi trường

Quy trình chế tạo được chia thành 05 công đoạn chính là nghiền nguyên liệu, phối trộn nguyên liệu, ép đùn tạo hạt, sấy nóng, làm nguội

2.3.1 Nghiền nguyên liệu

Nguyên liệu ban đầu cho chế tạo phân bón đa nguyên tố là 01kg phân bón NPK đầu trâu dạng hạt Các nguyên tố vi lượng dạng muối sunfat CuSO4.5H2O, ZnSO4, MnSO4, Fe2(SO4)3 với lượng nhỏ mỗi loại muối là 0,5g, được trộn đều cùng nhau trong máy nghiền

Mục đích của quá trình nghiền nguyên liệu nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về

độ mịn (<2mm) tạo thuận lợi cho quá trình tạo hạt, tăng độ cứng cũng như bảo đảm đồng đều các thành phần trong hạt phân và đảm bảo chất lượng phân

Nguyên liệu được nghiền bằng máy nghiền bột gạo mini, sau đó được cho vào thùng chứa để trung hoà lượng axit dư và cải thiện những tính chất lí học, khi chế tạo phân bón đa nguyên tố cần thêm vào các chất phụ gia như: Đá vôi, sét vô cơ dạng cao lanh, than bùn, đôlômit

Hình 2.1: Máy nghiền

2.3.2 Phối trộn nguyên liệu

Nguyên liệu được cho vào máy nghiền, sau khi nghiền mịn được cân qua cân định lượng rồi cho vào máy trộn Mục đích của quá trình này là trộn đều các nguyên liệu trước khi đưa sang công đoạn đùn ép tạo hạt nhằm bảo đảm tỷ lệ giữa các thành phần dinh dưỡng trong hạt phân Các loại nguyên liệu NPK 01kg hợp chất khô, muối khoáng vi lượng CuSO4.5H2O (0,5g), ZnSO4 (0,5g), MnSO4 (0,5g), Fe2(SO4)3 (0,5g)

và phụ gia đá vôi (300g), sét vô cơ dạng cao lanh (500g), than bùn (500g), đôlômit

(200g) Các loại nguyên liệu được dùng cân điện tử để xác định khối lượng từng loại sau đó được đưa vào trộn

Hình 2.2: Máy trộn

Để thu được phân hỗn hợp tốt thì các cấu tử ban đầu phải khô và tơi trước khi trộn hỗn hợp Khi chế tạo phân hỗn hợp dạng hạt có bổ sung nước, Thời gian trộn của vật liệu trong thiết bị khoảng 10-15 phút, đảm bảo nguyên liệu được trộn đều với nhau trước khi được chuyển sang công đoạn ép đùn tạo hạt Tổng khối lượng phân chế tạo sau khi trộn là khoảng sấp sỉ 2kg

Hỗn hợp nguyên liệu sau khi trộn đều được ép đùn tạo viên Nước được bổ sung vào thiết bị này bằng vòi phun nhằm tạo độ ẩm thích hợp cho nguyên liệu Tại đây, nhờ

trọng lực của nguyên liệu và độ ẩm do nước các hạt phân bón đa nguyên tố dần dần được hình thành

Hình 2.3: Máy sử dụng ép đùn nguyên liệu

Sản phẩm phân bón tạo thành có độ ẩm khoảng 5–6% sẽ được đưa sang công đoạn sấy nhằm tăng cơ tính và tránh hiện tượng kết dính giữa các hạt phân bón Quá trình sấy được thực hiện trong tủ sấy tại phòng thí nghiệm

Hình 2.5: Thành phẩm phân bón đa nguyên tố dạng viên 2.4.1 Thuyết minh sơ đồ lưu trình sơ đồ chế tạo phân bón đa nguyên tố

Máy nghiền

Để thu được hỗn hợp tốt thì các cấu tử ban đầu phải khô và tơi Nếu không khô

và tơi cần phải phơi và nghiền chúng trước khi trộn Mục đích của việc nghiền nguyên liệu nhằm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về độ mịn <2mm tạo thuận lợi cho quá trình tạo hạt

Thùng trộn

Sau khi nghiền mịn các phối liệu được đưa vào trộn, khi trộn hợp các cấu tử và hạt sẽ xảy ra các phảm ứng hóa học Trong quá trình trộn cần bổ sung thêm nước, các dung dịch muối, axit hoặc amon hóa, kết hợp trong cùng một thiết bị trộn Thời gian trộn khoảng 10 đến 15 phút Do sự tỏa nhiệt của các phản ứng mà nhiệt độ trong quá trình trộn nâng lên 70 – 800C làm bốc hơi ẩm Tuy nhiên vẫn cẩn phải sấy khô thêm phần hỗn hợp sau ép đùn tạo hạt bằng khí lò sấy đến độ ẩm khoảng 3%

NGHIỀN

PHỐI TRỘN