AN-NIR-133
2025-09
Phân tích đất bằng quang phổ cận hồng ngoại (NIRS)
Xác định đa chỉ tiêu trong đất chỉ trong vài giây
Tóm tắt
Đất là một nền mẫu phức tạp, bao gồm chất hữu cơ và khoáng chất vô cơ, nước và không khí. Vật chất hữu cơ có thể dao động từ mùn đã phân hủy và ổn định đến các phần dư lượng hữu cơ tươi từ nhiều nguồn khác nhau [1]. Thành phần cơ giới ảnh hưởng đến các đặc tính của đất (ví dụ: khả năng giữ nước, khả năng giữ và cung cấp dinh dưỡng, khả năng thoát nước và rửa trôi dinh dưỡng [2]) và phụ thuộc vào tỷ lệ theo khối lượng của cát, phù sa và đất sét có trong đất. Khả năng trao đổi cation (CEC), là chỉ số thể hiện khả năng giữ các ion mang điện tích dương, ảnh hưởng đến độ ổn định cấu trúc đất, khả năng cung cấp dinh dưỡng, độ pH và phản ứng của đất với phân bón cũng như các chất cải tạo đất khác. Các ion chính liên quan đến CEC trong đất là Ca2+, Mg2+, Na+ và K+ [3]. Độ pH của đất ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, hoạt động của vi sinh vật và sức khỏe tổng thể của đất, từ đó tác động đến sinh trưởng của cây, năng suất cây trồng và tính bền vững của các hoạt động nông nghiệp. Nghiên cứu này trình bày phương pháp xác định hàm lượng chất hữu cơ, giá trị pH, hàm lượng phù sa, đất sét và cát, canxi và magiê trao đổi, cũng như hàm lượng đá vôi trong đất chỉ trong vài giây bằng phương pháp quang phổ cận hồng ngoại (NIRS).
Thiết bị thí nghiệm
Các mẫu đất được làm khô trong không khí [4] được phân tích bằng Máy phân tích NIR của Metrohm. Tất cả các phép đo được thực hiện ở chế độ phản xạ (1000–2250 nm) bằng phụ kiện cốc chứa mẫu lớn. Các mẫu được xoay trong quá trình đo để thu thập dữ liệu phổ từ nhiều vị trí khác nhau. Việc lấy trung bình phổ từ tín hiệu tại nhiều vị trí giúp giảm ảnh hưởng của sự không đồng nhất của mẫu. Phần mềm Metrohm được sử dụng cho toàn bộ quá trình thu thập dữ liệu và xây dựng mô hình dự đoán.
Kết quả
Các phổ NIR thu được từ các mẫu đất (Hình 1) được sử dụng để xây dựng các mô hình dự đoán nhằm định lượng chất hữu cơ, pH, phù sa, cát, đá vôi, đất sét, canxi và magiê trao đổi. Chất lượng của các mô hình dự đoán được đánh giá bằng các biểu đồ tương quan (Hình 2–9), cho thấy mối tương quan cao giữa kết quả dự đoán bằng NIR và các giá trị tham chiếu được đo bằng các phương pháp tiêu chuẩn được mô tả trong Bảng 1. Các chỉ số đánh giá tương ứng (FOM) thể hiện độ chính xác dự kiến của phép dự đoán trong quá trình phân tích thường quy.
Kết quả hàm lượng chất hữu cơ trong đất
| R2 | SEC (%) | SECV (%) | SEP (%) |
|---|---|---|---|
| 0.994 | 0.14 | 0.21 | 0.87 |
Kết quả pH trong đất
| R2 | SEC | SECV | SEP |
|---|---|---|---|
| 0.887 | 0.30 | 0.34 | 0.29 |
Kết quả hàm lượng đá vôi trong đất
| R2 | SEC (%) | SECV (%) | SEP (%) |
|---|---|---|---|
| 0.843 | 1.08 | 1.14 | 1.11 |
Kết quả hàm lượng đất sét trong đất
| R2 | SEC (%) | SECV (%) | SEP (%) |
|---|---|---|---|
| 0.724 | 6.97 | 7.45 | 7.58 |
Kết quả hàm lượng phù sa trong đất
| R2 | SEC (%) | SECV (%) | SEP (%) |
|---|---|---|---|
| 0.663 | 5.01 | 5.13 | 5.20 |
Kết quả hàm lượng cát trong đất
| R2 | SEC (%) | SECV (%) | SEP (%) |
|---|---|---|---|
| 0.732 | 7.44 | 7.57 | 7.64 |
Kết quả hàm lượng canxi trao đổi trong đất
| R2 | SEC (‰) | SECV (‰) | SEP (‰) |
|---|---|---|---|
| 0.783 | 2.09 | 2.24 | 2.36 |
Kết quả hàm lượng magiê trao đổi trong đất
| R2 | SEC (‰) | SECV (‰) | SEP (‰) |
|---|---|---|---|
| 0.804 | 0.57 | 0.60 | 0.63 |
Kết luận
Tài liệu Ứng dụng này cho thấy những lợi ích của việc sử dụng quang phổ NIR trong phân tích đất. Tất cả các chỉ tiêu chất lượng đất được trình bày có thể được đo đồng thời chỉ trong vài giây. So với các phương pháp truyền thống khác (Bảng 1), phân tích đất bằng quang phổ cận hồng ngoại không cần chuẩn bị mẫu cũng như sử dụng dung môi. Điều này giúp giảm khối lượng công việc và các chi phí liên quan, đồng thời đảm bảo an toàn hơn cho nhân viên phòng thí nghiệm.
Bảng 1. Tổng quan các phương pháp tiêu chuẩn khác nhau được sử dụng để xác định các giá trị tham chiếu cho các chỉ tiêu chất lượng đất.
| Chỉ tiêu | Tiêu chuẩn / Phương pháp | Phương pháp xác định |
|---|---|---|
| Giá trị pH | ISO 10390:2021 Đất, chất thải hữu cơ đã qua xử lý và bùn – Xác định pH | Đo pH |
| Chất hữu cơ | ISO 23400:2021 Hướng dẫn xác định hàm lượng carbon hữu cơ và nitơ cũng như sự biến động của chúng trong đất khoáng ở quy mô đồng ruộng | Chuẩn độ |
| Đất sét, phù sa, cát | ISO 11277:2020 Chất lượng đất – Xác định sự phân bố kích thước hạt trong vật liệu đất khoáng – Phương pháp rây và lắng | Rây và lắng |
| Natri và magiê trao đổi | ISO 11260:2018 Chất lượng đất - Xác định khả năng trao đổi cation hiệu dụng và độ bão hòa bazơ bằng dung dịch bari | ICP-AES |
| Đá vôi | ISO 10693:1995 Chất lượng đất – Xác định hàm lượng carbonate – Phương pháp thể tích | Chuẩn độ |
Tài liệu tham khảo
- Stenberg, B.; Viscarra Rossel, R. A.; Mouazen, A. M.; et al. Chapter Five - Visible and Near Infrared Spectroscopy in Soil Science. In Advances in Agronomy; Sparks, D. L., Ed.; Academic Press, 2010; Vol. 107, pp 163–215. DOI:10.1016/S0065-2113(10)07005-7
- Soil Management. https://www.ctahr.hawaii.edu/mauisoil/a_factor_ts.aspx (accessed 2025-05-15).
- Cations and Cation Exchange Capacity | Fact Sheets | soilquality.org.au. https://www.soilquality.org.au/factsheets/cation-exchange-capacity (accessed 2025-05-15).
- ISO 11464:2006. ISO. https://www.iso.org/standard/37718.html (accessed 2025-05-23).
Chia sẻ ứng dụng
Tải về bản PDF
