Phần 3. Phương pháp nghiên cứu
3.4. Phương pháp nghiên cứu
3.4.5. Phương pháp phân tích và tính toán số liệu
Tiến hành phân tích mẫu đất, cây ngô tại Phòng Kiểm nghiệm chất lượng (thuộc Chi cục Quản lý chất lượng nông, lâm sản và thủy sản, Sở Nông nghiệp và PTNT tỉnh Thanh Hóa).
a. Phương pháp phân tích đất
- Xác định pHKCl: Đo bằng pH meter trong huyền phù.
- Xác định chất hữu cơ tổng số trong đất (OM) theo phương pháp Walkley - Black (TCVN 8941-2011).
- Xác định hàm lượng N tổng số: Phương pháp Kjeldahl.
- Xác định lân tổng số: Theo phương pháp so mầu trên máy phổ quang kế (Spectrophotometer).
- Xác định lân dễ tiêu trong đất bằng phương pháp Oniani.
- Xác định kali tổng số: Xác định kali trong dung dịch bằng quang kế ngọn lửa (Flamphotometer).
- Xác định kali dễ tiêu trong đất (phương pháp Maslopva): Tiến hành chiết K trong đất bằng dung dịch axêtat amôn 1 M, xác định kali trong dung dịch bằng quang kế ngọn lửa (Flamphotometer).
- Xác định dung tích hấp thu của đất (CEC): Được tiến hành theo phương pháp axêtat amôn.
- Xác định thành phần cơ giới: Theo phương pháp ống hút Robinson.
- Dung trọng đất: Được xác định theo phương pháp ống trụ kim loại.
- Tỷ trọng đất: Được xác định theo phương pháp Picromet.
- Xác định các thông số vật lý nước (độ khuếch tán nước và độ thấm nước của đất) bằng sử dụng phần mềm máy tính UNSODA.
- Xác định độ dẫn nước của đất theo phương pháp Dirken-Klute.
b. Phương pháp phân tích mẫu cây (thân, lá, hạt ngô)
- Xác định hàm lượng N tổng số theo phương pháp Kjeldahl.
- Xác định lân tổng số: Theo phương pháp so màu trên máy quang phổ kế (Spectrophotometer).
- Xác định kali tổng số: Xác định kali trong dung dịch bằng quang kế ngọn lửa (Flamphotometer).
3.4.5.2. Phương pháp tính toán số liệu a. Các công thức tính toán số liệu
- Hiệu suất sử dụng đạm (NUE) được tính theo công thức:
- Hiệu suất sử dụng lân (PUE):
- Hiệu suất sử dụng kali (KUE):
Trong đó: NSTTN; NSTTP; NSTTK là năng suất hạt ngô trên một đơn vị diện tích (kg/ha) của công thức bón đạm, lân, kali; NSTT0N; NSTT0P; NSTT0K là năng suất hạt trên một đơn vị diện tích (kg/ha) của công thức không bón đạm, lân, kali và ΔN, ΔP, ΔK (kg/ha) là lượng đạm, lân (P2O5) kali (K2O) bón (Cassman et al., 2003; Ciampiti I. A and T. J. Vyn, 2011).
- Hệ số sử dụng phân đạm bón (NRE):
Trong đó: ΔLượng N cây hút là hiệu số giữa lượng đạm cây hút ở công thức bón phân N (kg N/ha) và lượng N cây hút ở công thức không bón phân (kg N/ha); N bón: là lượng đạm bón (kg N/ha) (Cassman et al., 2003; Ciampiti I. A and T. J. Vyn, 2012, 2013).
- Hiệu quả kinh tế:
Lãi (thu nhập thuần) = Tổng thu nhập - Tổng chi phí.
Trong đó: Tổng thu nhập/ha = Năng suất ngô thực thu (kg/ha) x giá 1 kg ngô hạt (đồng).
* Các chỉ tiêu liên quan đến khả năng di động đạm dạng viên nén trong đất
- Hệ số khuếch tán của N được tính theo công thức:
NSTTN- NSTT0N
NUE =
ΔN
NSTTP- NSTT0P
PUE =
ΔP
NSTTK- NSTT0K
KUE =
ΔK
Δ Lượng N cây hút
NRE = N bón
: Phương sai của sự phân bố nồng độ đầu ra có thể được tính như là phương sai của số lần đo.
Từ đó:
Trong đó:
: Tổng thời gian xác định nồng độ đạm tổng số trong đất.
: Nồng độ đạm trong đất ở mỗi khoảng thời gian.
X= v.t
X: khoảng cách
V: tốc độ thấm (cm/ngày)
(cm2)
- Hệ số phân bố của đạm được xác định bằng mối tương quan giữa nồng độ đạm trong đất và nồng độ đạm trong dung dịch.
- Sự di động theo không gian và thời gian của đạm bị chi phối bởi phương trình sau:
Trong đó:
C: Nồng độ dung dịch đất (M/m3).
S: nồng độ đạm bị hấp thụ.
qi: lưu lượng của dòng chảy nước trong đất.
: hằng số phân ly cấp 1 của đạm trong pha lỏng và trong chất rắn.
và : hằng số phân cấp 0 của đạm trong pha lỏng (M/m3.ngày).
: dung trọng đất.
Dij: hệ số phân tán (m2/ngày).
Mô hình Hydrus 2 cho rằng có mối tương tác qua lại cân bằng giữa nồng độ dung dịch (c) và nồng độ đạm bị hấp phụ trong đất (s).
Quá trình hấp phụ đẳng nhiệt có liên quan đến s và c được mô tả bằng phương trình tuyến tính sau:
S = K.c (2)
Trong đó K: hằng số kinh nghiệm (m3/kg)
Phương trình mô tả dòng chảy nước trong đất theo Darcy như sau:
Thay thế phương trình (2) và (3) vào phương trình (1) ta có
Trong đó:
Để giải phương trình (4) cần biết hàm lượng nước ( và lưu lượng nước qi. Cả hai biến số này được tính từ phương trình Richards
Để giải phương trình (4) yêu cầu phải biết được điều kiện biên và điều kiện ban đầu có nghĩa là nồng độ ban đầu vùng dòng chảy Ω được biểu diễn như sau:
c(x, z, o) = ci (x, z) (7)
Trong đó ci là hàm số của x và z
Hai loại điều kiện bien thứ nhất (Dirichlet) mô tả nồng độ dọc đường biên C (x, z, t) = Co (x, z, t) với (x, z) phụ thuộc vào (8)
Trong khi đó điều kiện biên thứ 2 (Cauchy) được sử dụng để mô tả dòng chảy của đạm theo đường biên như sau:
(9) với (x, z) phụ thuộc vào
Trong đó biểu thị cho dòng nước đi lên phía trên.
Co: là nồng độ dung dịch đạm bón vào đất.
Để giải được phương trình (4) cần phải xác định được hệ số phân tán Dij
Trong đó Dd là hệ số khuếch tán ion trong nước cất (m2/ngày) là yếu tố phụ thuộc vào cấu trúc và khe hở của đất
|q|: giá trị tuyệt đối của dòng chảy nước theo quy luật Darcy (m/ngày) : hàm Kronecker ( = 1 nếu i = j, và = 0 nếu i ≠ j, và DL và DT là hệ số khuếch tán theo chiều thẳng đứng và theo chiều ngang (m). Các phương trình xác định các yếu tố trên như sau:
(12)
được xác định theo phương trình:
(14)
b. Các phần mềm thống kê xử lý số liệu
Các số liệu thí nghiệm được xử lý theo phương pháp thống kê sinh học (với các tham số như: Trung bình mẫu, phương sai mẫu, hệ số biến động…) bằng phần mềm Excel và phần mềm IRRISTART 5.0.
Số liệu nghiên cứu về sự di động của phân đạm trong đất (Thí nghiệm 4) được xử lý bằng phần mềm Hydrus 2.0 trên máy vi tính: Phần mềm Hydrus phiên bản 2.0 nhằm chuẩn đoán dòng chảy nước bão hoà, sự di chuyển nhiệt và di động chất tan theo không gian ba chiều và hai chiều. Phần mềm Hydrus dựa trên phương pháp số theo phương trình Rechard về dòng chảy nước trong điều kiện bão hòa - không bão hòa và phương trình khuếch tán đối lưu về sự di động của nhiệt và chất tan. Các phương trình di động chất tan cũng được lồng ghép với
các phương trình phản ứng bậc nhất, phương trình phân hủy bậc nhất độc lập với các chất tan khác, và các phản ứng phân hủy bậc nhất yêu cầu kết nối các chất tan trong chuỗi phản ứng bậc nhất liên tục (Langergraber and Šimůnek, 2005, 2009; Tamás et al., 2015).
Phần mềm Hudrus 2.0 đã được sử dụng nhiều ở các nước để chuẩn đoán sự di chuyển của các chất tan, các chất ô nhiễm, các chất hóa học nông nghiệp khi bón vào đất và được đánh giá cao về độ chính xác và tính hữu ích cũng như dễ sử dụng của nó (Langergraber and Šimůnek, 2006). Mô hình này được sử dụng để chuẩn đoán, mô phỏng sự di chuyển của đạm trong đất nghiên cứu.