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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG 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

-1-


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

-2-


MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

1

Lời cảm ơn

2

Mục lục

3

Danh mục các kí hiệu, các chữ viết tắt

6

Danh mục các bảng

6

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

7

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

8

1.1. Cơ sở khoa học, thực tiễn của đề tài

8

1.2. Mục đích, ý nghĩa của đề tài

8

1.2.1. Mục đích nghiên cứu

8

1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn

9

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

9

1.4. Phương pháp nghiên cứu

9

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

9

1.5.1. Tình hình vi lượng trên thế giới

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 16

chuyển hóa trong cây
1.7. Ảnh hưởng của nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đến bốn đối tượng 17
nghiên cứu
1.7.1. Ảnh hưởng của nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đến cây đỗ 17

-3-


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

Chương 2: CHẾ TẠO PHÂN BÓN ĐA NGUYÊN TỐ

21

2.1. Nguyên liệu chế tạo phân bón đa nguyên tố

21

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

2.2.2. Xác định hàm lượng P2O5

25

2.2.3. Xác định hàm lượng K2O

26

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

27

2.3. Quy trình chế tạo phân bón đa nguyên tố

27

2.3.1. Nghiền nguyên liệu

27

2.3.2. Phối trộn nguyên liệu

28

2.3.3. Ép đùn tạo hạt

29

2.3.4. Sấy sản phẩm

30

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

31

2.4.1. Thuyết minh sơ đồ

32

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

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

36

3.1. Qúa trình lấy mẫu đất

36

3.2. Xác định tổng lượng khoáng trong đất bằng phương pháp khối phổ cảm 37
ứng ICP-MS
3.2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất

37

3.2.2. Qúa trình phân tích

37

3.3. Phương pháp trồng, bón phân và chăm sóc các đối tượng cây nghiên cứu

-4-

39


3.3.1. Cây lúa

39

3.3.2. Cây đậu tương

43

3.3.3. Cây cà chua

45

3.3.4. Cây ngô

49

3.4. Kết quả việc chế tạo phân bón đa nguyên tố

53

3.5. Kết quả xác định hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong các mẫu đất 53
theo phương pháp ICP-MS
3.6. Kết quả việc sử dụng phân bón đa nguyên tố đã chế tạo với cây trồng

55

3.6.1. Cây lúa

55

3.6.2. Cây đậu tương

57

3.6.3. Cây cà chua

58

3.6.4. Cây ngô

59

Kết luận

61

Tài liệu tham khảo

62

-5-


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ATP

: Adenozin triphôtphat

DTPA

: Diethylene trimine pentacetate

ĐC

: Đối chứng

IZA

: Hiệp hội kẽm quốc tế

IRRI

: Viện lúa gạo quốc tế

NTVL

: Nguyên tố vi lượng

ppm/ppb

: Đơn vị đo mật độ
DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1

: Vai trò của các nguyên tố vi lượng đến quá trình sinh lý, sinh hóa
trong cây

Bảng 2.1

: Thành phần phân bón đa nguyên tố sau khi chế tạo

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

-6-


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3

Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 2.3
Hình 2.4
Hình 2.5
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14
Hình 3.15
Hình 3.16

: Khu vực thiếu kẽm trên thế giới
: Khu vực thiếu bo trên thế giới
: Khu vực thiếu sắt trên thế giới
: Biểu đồ thị trường vi lượng thế giới
: Biểu đồ vi lượng tại Châu Á
: Máy nghiền

: Máy trộn
: Máy sử dụng ép đùn nguyên liệu
: Tủ sấy sản phẩm
: Thành phẩm phân bón đa nguyên tố dạng viên
: Giống lúa bao thai lùn (5 ngày tuổi)
: Giống lúa bao thai lùn (15 ngày tuổi)
: Giống lúa bao thai lùn (30 ngày tuổi)
: Giống lúa bao thai lùn (140 ngày tuổi)
: Giống cây đậu tương DT84 (10 ngày tuổi)
: Giống cây đậu tương DT84 (70 ngày tuổi)
: Giống cây cà chua (20 ngày tuổi)
: Giống cây cà chua (40 ngày tuổi)
: Giống cây cà chua (70 ngày tuổi)
: Mẫu đất gieo và trồng ngô
: Giống ngô CP989 (20 ngày tuổi)
: Giống ngô CP989 (60 ngày tuổi)
: Giống lúa bao thai lùn (150 ngày tuổi)
: Giống cây đậu tương (70 ngày tuổi)
: Giống cây cà chua (50 ngày tuổi)
: Giống cây ngô CP989 (70 ngày tuổi)

-7-


Chƣơng 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
1.2.1. Mục đích nghiên cứu
- Mục đích của đề tài là: Chế tạo một dạng phân bón có chứa các nguyên tố vi
lượng sử dụng cho một số loại cây nông nghiệp.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng lên bốn loại cây nông
nghiệp ngắn ngày gồm cây lúa, cây ngô, cây đậu tương và cây cà chua.

-8-


1.2.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Xác định được các nguyên tố vi lượng cần thiết cho một số loại cây nông
nghiệp, tạo cơ sở khoa học cho việc nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng.
- Tìm hiểu về vai trò của các nguyên tố vi lượng Cu, Zn, Mn, Fe đối với năng
suất và chất lượng của bốn loại cây trồng là cây lúa, ngô, đậu tương và cây cà chua.
1.3. Đối tƣợng, 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. Phƣơng 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 lƣợng và sử dụng phân vi lƣợng 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)

-9-


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

- 10 -

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]

- 11 -


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

- 12 -


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.

- 13 -

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

- 14 -

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.

- 15 -


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.

- 16 -


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

- Quang hợp

- Sinh trưởng và
phát triển

- Chống chịu
điều kiện không
thuận lợi

Hoạt động chính

Yếu tố

- Oxy hoá

- Mn, Zn, Mo

- Chu trình Kreb

- Mn, Zn, K, Ca, Mg, Al

- Quá trình phân giải

- Zn, Co, Cu

- Khử CO2

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

- Hoạt hoá diệp lục

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

- Nảy mầm

- Mn, Sc

- Tạo bộ mới

- Cu, Zn, Mo, B

- Tạo thân

- Cu, Mn, Ni, Mo

- Tạo rễ

- Cu, Mo, B, S, Sr

- Ra hoa, kết quả

- Cu, Mn, Bo

- Chịu hạn

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

- Chịu lạnh và chịu nóng

- Zn, Cu, Bo, Mo, Al

1.7. Ảnh hƣởng của các nguyên tố vi lƣợng Cu, Zn, Mn, Fe đến bốn đối tƣợng
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-

- 17 -


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.

- 18 -


- 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

- 19 -


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.

- 20 -


Chƣơng 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.
a, Nguyên tắc :
Chuyển hoá hoàn toàn lượng Nitơ trong phân NPK về dạng NH4+, bằng cách
phân hủy mẫu hoàn toàn với H2SO4 đậm đặc, có mặt của chất xúc tác CuSO4, ở nhiệt

độ 350-400oc. Quá trình này được thực hiện trong bình kendan.
(NH2)2CO + H2SO4 đđ + H2O  (NH4)2SO4 + CO2  .
Phân giải gốc đạm NH4+ bằng kiềm đặc, dung dịch nóng để tách Nitơ hoàn
toàn tạo thành NH3  bay ra .
NH4+ + NaOH  Na+ + NH3  + H2O

- 21 -


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 :
% N  mDgN 

Trong đó: mDgN =

[( NV ) H 2 SO4  ( NV ) NaOH ]
G

 100 

Vdm
Vxd

14
= 0,014
1000

- ( NV ) H SO : Số đương lượng axít H2SO4 tiêu chuẩn tiêu tốn .
2

4

- ( 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 350400oc 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

- 22 -


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

- 23 -


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.
- Tiến hành xác định
Chuẩn bị thiết bị chưng cất, kiểm tra độ kín của thiết bị, kiểm tra hệ thống điện
nước cung cấp cho thiết bị.
Chuẩn bị bình hấp thụ: cho 25ml dung dịch H2SO4 0,1N tiêu chuẩn và 4  5 giọt
hỗn hợp chỉ thị Tashiro vào bình tam giác 100ml, cho đầu ra của hệ thống chưng cất
ngập trong bình hấp thụ .
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.
- Hoá chất
- CuSO4.5H2O (dạng rắn ).
- Hỗn hợp xúc tác CuSO4 và K2SO4 theo tỉ lệ 1/10

- Axít H2SO4đậm đặc 98%,d=1,84 .
- H2SO4 0,1N tiêu chuẩn .
- NaOH 0,1N tiêu chuẩn .
- NaOH 40%.
- Hỗn hợp chỉ thị pH

- 24 -


2.2.2. Xác định hàm lượng P2O5 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 KNO 3 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 H2SO4
0,3N tiêu chuẩn. Tại điểm tương đương dung dịch mất màu hồng, ghi thể tích H 2SO4
0,3N tiêu tốn. Kết quả được tính theo công thức đã nêu trên. Thể tích của H 2SO4 0,3N
tiêu tốn là: 2,95ml.

- 25 -