Xây dựng thư viện quang phổ đất phục vụ công tác giám sát nhiễm mặn đất khu vực ven biển

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Xây dựng thư viện quang phổ đất phục vụ công tác giám sát nhiễm mặn đất khu vực ven biển giới thiệu về thư viện quang phổ đất lưu trữ 280 mẫu phổ đất nhiễm mặn muối Na+ được đo bằng phương pháp FTIR được lưu trữ trên địa chỉ https://speclib.ga/ và minh họa sự thay đổi của quang phổ khi thay đổi loại muối, nồng độ muối và độ ẩm đất, cho thấy độ ẩm đất có ảnh hưởng lớn tới đặc điểm phổ đất.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Xây dựng thư viện quang phổ đất phục vụ công tác giám sát nhiễm mặn đất khu vực ven biển

KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC TRÁI ĐẤT, MỎ, MÔI TRƯỜNG BỀN VỮNG LẦN THỨ V Doi: 10.15625/vap.2022.0182 XÂY DỰNG THƯ VIỆN QUANG PHỔ ĐẤT PHỤC VỤ CÔNG TÁC GIÁM SÁT NHIỄM MẶN ĐẤT KHU VỰC VEN BIỂN Lê Thị Thu Hiền1,2 *, Dương Thị Lịm1, Phạm Hà Linh1, Nguyễn Ngọc Thắng1 0F 1 Viện Địa lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 18 Hoàng Quốc Việt, Nghĩa Đô, Cầu Giấy, Hà Nội 2 Học Viện Khoa học và Công nghệ- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 18, Hoàng Quốc Việt, Nghĩa Đô, Cầu Giấy, Hà Nội TÓM TẮT Bài viết này giới thiệu về thư viện quang phổ đất lưu trữ 280 mẫu phổ đất nhiễm mặn muối Na+ được đo bằng phương pháp FTIR được lưu trữ trên địa chỉ https://speclib.ga/ và minh họa sự thay đổi của quang phổ khi thay đổi loại muối, nồng độ muối và độ ẩm đất, cho thấy độ ẩm đất có ảnh hưởng lớn tới đặc điểm phổ đất. Tuy nhiên trong khoảng bước sóng từ 1500 - 1200cm-1, đất nhiễm Na2CO3 xuất hiện phụ thuộc theo nồng độ muối và ít chịu ảnh hưởng bởi độ ẩm có trong đất, đặc điểm này có thể sử dụng để ước tính và giám sát hàm lượng muối Na2CO3 trong đất từ các bộ cảm biến trong viễn thám. Từ khóa: Thư viện quang phổ, đất nhiễm mặn, quang phổ đất, FTIR. 1. MỞ ĐẦU Phổ đất hay quang phổ đất, phản ánh độ phản xạ (hoặc hấp thụ/truyền dẫn)/ độ phóng xạ một phần của bức xạ điện từ tương tác với các vấn đề đất trên vùng phổ VIS-NIR-SWIR-TIR- Far-IR phạm vi từ 0,35- 27 μm. Nhiều nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng quang phổ trong vùng hồng ngoại nhìn thấy và gần (vis-NIR) có thể đặc trưng cho thành phần hóa học, vật lý và khoáng vật học của đất [4, 21]. Trong những năm gần đây, các nhà khoa học tập trung khá nhiều vào việc sử dụng quang phổ hồng ngoại Fourier (FTIR) để hiểu rõ hơn về cấu trúc của phân tử và thành phần hóa học của hỗ hợp phân tử, nhiễm mặn đất, ảnh hưởng nhiễm mặn đất tới sinh lý của cây trồng và làm suy giảm cấu trúc đất [1, 13, 18]. Bởi vậy, quang phổ đất ngoài việc cung cấp thông tin về đặc điểm của các nhóm, loại đất… còn được sử dụng để phân loại đất, quan trắc và giám sát sự thay đổi của đặc tính hóa học và vật lý đất,… Trên thế giới đã có khá nhiều thư viện phổ của các loại đối tượng trên bền mặt đất, tuy nhiễn ở mỗi vùng địa lý khác nhau, đặc trưng phổ của các đối tượng cũng có những sự khác biệt, bởi vậy việc xây dựng thư viện phổ cần tới sự đóng góp của tất cả nhà khoa học ở các vùng và quốc gia trên thế giới. Xây dựng thư viện phổ của các đối tượng bề mặt đất đã được tiến hành trong suốt các thập niên 70, 80, nhất là sau khi vệ tinh thương mại đầu tiên trên thế giới Landsat-1 đi vào hoạt động năm 1972. Condit H.R. (1970) đề cập tới đồ thị phổ đất, ông và nhóm nghiên cứu đã thu thập 160 * Tác giả liên hệ, địa chỉ email: lethien@ig.vast.vn 283
Lê Thị Thu Hiền, Dương Thị Lịm, Phạm Hà Linh, Nguyễn Ngọc Thắng phổ đất từ các bang của Mỹ, từ các đồ thị này có thể phân biện là 3 nhóm đất chính theo chỉ thị đường cong phổ. Đã đánh dấu cho ứng dụng phổ để phân loại và mô tả đặc tính lý hóa của đất [6]. Beck R.H và các cộng sự (1976) đã cho thấy mối quan hệ giữa đặc điểm phổ và đặc trưng về độ ẩm, carbon đất, hàm lượng clay trong đất [3]. Tiếp theo đó là hàng loạt các công trình nghiên cứu tiến hành đo phản xạ phổ của các đối tượng đặc thù như vùng ngập nước, phổ phản xạ của các loại tán lá cây, khu dân cư… bằng sử dụng phổ kế. Những công trình nghiên cứu này làm cơ sở cho việc xây dựng bộ thư viện phổ của các đối tượng. Cục địa chất Mỹ (USGS) [22] công bố một thư viện phổ tương đối phong phú. Trong đó tập trung chủ yếu vào phổ phản xạ trong phòng thí nghiệm của các loại đá và khoáng vật khác nhau, và một vài phổ phản xạ của thảm thực vật. Cụ thể là, thư viện phổ phản xạ này có 498 phổ phản xạ của các mẫu khoáng vật khác nhau. Trong đó, hầu hết mỗi loại khoáng vật chỉ có một đại diện phổ phản xạ và có độ chính xác cao nhất. Đây cũng là cơ sở để các nhà địa chất Mỹ sử dụng thư viện phổ trong việc phân tích ảnh viễn thám để xác định, phân loại và thành lập các bản đồ về phân bố đất đá một cách nhanh chóng và chính xác. https://pubs.er.usgs.gov/publication/ds1035 Thư viện quang phổ ECOSTRESS của Phòng thí nghiệm phản lực (JPL-NASA) [14] là nơi tổng hợp hơn 3400 quang phổ của vật liệu tự nhiên và nhân tạo, trong đó có thư viện phổ bao gồm phổ phản xạ của 160 khoáng sản ở dạng kỹ thuật số (http://speclib.jpl.nasa.gov/documents/jpl_desc) SPECCHIO (Spectral Input/Output) cung cấp một cơ sở dữ liệu phổ phản xạ đang được phát triển tại RSL Đại học Zurich, Thụy sĩ nhằm cung cấp truy cập dữ liệu phổ phản xạ sẵn có và dữ liệu mô hình hóa [2]. Bên cạnh thư viện phổ của các cơ quan, trường đại học, còn có thư viện phổ được xây dựng bởi các nhóm nghiên cứu, như: phát triển thư viện đặc điểm phổ đất, trong đó giới thiệu thư viện của trên 1000 phổ phản xạ của lớp đất bề mặt ở miền đông và miền Nam châu Phi [19]; mẫu phổ hồng ngoại của các mẫu đất cho vùng trồng bông ở miền Đông Australia [23]. Công nghệ vũ trụ của Việt Nam được bắt đầu từ những năm 80s, khi đưa máy đo phổ MKF-6 lên máy bay AN-30 để chụp ảnh bề mặt Trái đất với mục đích điều tra tài nguyên và môi trường tự nhiên. MKF-6 có kênh phổ từ 460 đến 890 nm với 6 kênh phổ và kết hợp với các máy đo phổ cầm tay đo đạc các đối tượng ở mặt đất dựa trên kết quả phân tích đặc điểm phổ của 2000 đối tượng trên mặt đất để phân loại đối tượng lớp phủ. Cho đến nay cũng đã có một số nghiên cứu đo phổ và xây dựng cơ sở dữ liệu phổ cho nột số loại đất đá ở Việt Nam [17]; phổ đất phục vụ giám sát độ ẩm [8]; phổ phản xạ một một số đối tượng tiêu biểu trong phần mềm ENVI [15]. Nhìn chung thư viện phổ trong lĩnh vực địa chất như đất đá, khoáng vật,… ở Việt Nam còn hạn chế, mặc dù đây là nguồn thông tin cơ bản phục vụ cho công tác quan trắc, giám sát thông tin tài nguyên, môi trường từ viễn thám. Việc nghiên cứu và xây dựng thư viện phổ cho các đối tượng trên bề mặt đất ở Việt Nam là cần thiết. Bài viết này giới thiệu về thư viện quang phổ đất nhiễm mặn ở khu vực cửa sông ven biển vùng Đồng bằng Sông Hồng và minh họa sự thay đổi của quang phổ đất khi thay đổi loại muối, nồng độ các muối nhiễm mặn đất và độ ẩm đất. 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng Quang phổ đất dùng để chỉ độ phản xạ/độ phóng xạ một phần của bức xạ điện từ tương tác với các vấn đề đất trên VIS-NIR-SWIR-TIR phạm vi vùng phổ (0,35-14 μm). Trong bài viết này trình bày về quang phổ đất trong phòng thí nghiệm ở phạm vi vùng phổ TIR. 284
Xây dựng thư viện quang phổ đất phục vụ công tác giám sát nhiễm mặn đất khu vực ven biển Thư viện quang phổ của 2 nhóm đất Fluvisol và Arenosol ở khu vực cửa sông ven biển nhiễm mặn các loai muối Na+, cụ thể nhiễm các muối Na2SO4; NaCl; Na2CO3 ở các mức độ nhiễm mặn, từ không nhiễm mặn đến nhiễm mặn nhiều và với các cấp độ ẩm từ khô cho đến rất ẩm. Khu vực nghiên cứu (Hình 1) vùng cửa sông ven biển Hải Phòng - Thái Bình, bao gồm: cửa Văn Úc, Thái Bình, Trà Lý và Ba Lạt. Các điểm lấy mẫu đất được thể hiện trong Hình 1. Theo các kết quả điều tra trước đây, khu vực này thường xuyên chịu tác động của thủy triều, nước mặn thâm nhập vào đất liền thông qua các cửa sông, cửa cống, làm cho đất bị nhiễm mặn, ở các xã ven biển nếu đào sâu xuống khoảng 1- 3 m, thường gặp nước hơi mặn (nước lợ). 2.2. Phương pháp nghiên cứu - Lấy mẫu đất ngoài hiện trường: các mẫu đất được thu thập theo TCVN 4046-85, từ khu vực nghiên cứu. Mẫu đất được lấy ở các khu vực canh tác nông nghiệp; trên 2 nhóm đất chính Fluvisol và Arenosol. - Phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm theo các chỉ tiêu lý hóa đất: Độ ẩm (được xác định theo TCVN 4080:2011); Độ pH: pH của đất được xác định theo tiêu chuẩn TCVN Hình 1. Sơ đồ khu vực nghiên cứu 5979:2007 (ISO 1039:2005); Độ dẫn điện: được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 6650:2000 (ISO 11265:1994); Thành phần cấp hạt (được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 8567:2010) - Tạo mẫu đất mặn với 4 mức độ mặn: không mặn (chứa 0,35 gr muối); mặn nhẹ (chứa 1,75 gr muối đơn NaCl/Na2SO4/Na2CO3 hoặc trộn nhiều loại muối theo tỷ lệ 1:1:1); mặn trung bình (chứa 3,5 gr muối); Mặn nhiều (7,0 gr muối). Mỗi loại đất nhiễm mặn nhân tạo này được kết hợp với 4 cấp độ ẩm khác nhau từ rất ẩm ở mức bão hòa cho đến rất khô. - Phương pháp phân tích và đo quang phổ hồng ngoại Fouries (FTIR) Mẫu đất nền và mẫu đất thí nghiệm được đo phổ bằng đầu đo mặt kim cương, ép mẫu trực tiếp trên máy Cary 630 FTIR của hãng Agilent Technologies, phần mềm đo phổ MicroLab PC, phần mềm ghép phổ Agilent Resolution. Cary 630 FTIR cho kết quả đồ thị phổ trong khoảng bước sóng: 6300 cm-1 -350 cm-1 với KBr, 5100 cm-1 - 600 cm-1 với ZnSe. Điều kiện đo: Nhiệt độ từ 15- 35 oC, độ ẩm từ 45- 80 %, ít bụi , không bị rung, không bị ánh sáng chiếu trực tiếp, không có thành phần khí ăn mòn hay khí hấp thụ tử ngoại, không bị ảnh hưởng của từ trường mạnh. Yêu cầu về điện áp cho thiết bị đo thay đổi không quá 10%, cần qua ổn áp, và có dây nối đất. - Theo dõi thí nghiệm và đo phổ Đo phổ của của đất nhiễm mặn kết hợp ẩm nhân tạo trong phòng thí nghiệm bằng máy phân tích quang phổ. Số lần đo lặp lại cho mỗi mẫu là 04 lần. Thời gian theo dõi thí nghiệm là 5 ngày, 285
Lê Thị Thu Hiền, Dương Thị Lịm, Phạm Hà Linh, Nguyễn Ngọc Thắng trong 4 ngày đầu để đất tự khô dần trong điều kiện thường, độ ẩm đều đạt được ở các cấp ẩm mong muốn từ bão hòa đến ẩm nhiều; ẩm trung bình; ẩm ít và ngày cuối để đất khô và sấy. Cụ thể như sau: Ngày 1: Mẫu đất được tạo độ ẩm bão hoà, xác định độ ẩm và đo phổ FTIR. Ngày 2: Mẫu đất thí nghiệm để khô khí, xác định độ ẩm và đo phổ FTIR. Ngày 3: Mẫu đất thí nghiệm tiếp tục để khô không khí, xác định độ ẩm và đo phổ FTIR. Ngày 4: Mẫu đất thí nghiệm tiếp tục để khô không khí, xác định độ ẩm và đo phổ FTIR. Ngày 5: Mẫu đất thí nghiệm được sấy ở 105 oC đến khối lượng không đổi, xác định độ ẩm, đo phổ FTIR và xác định độ dẫn điện. - Lập trình web để tạo và lưu trữ thư viện phổ. Các công cụ gồm có: xuất nhập dữ liệu; hiển thị, tạo trường dữ liệu, thống kê v.v. Chức năng của thư viện: là nơi lưu trữ dữ liệu và có thể tra cứu, hiển thị, cho phép người dùng tải và thống kê dữ liệu (Hình 2). Địa chỉ thư viện: https://speclib.ga/ [12] Hình 2. Mô hình chức năng của hệ thống web của thư viện quang phổ đất 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thư viện phổ đất nhiễm mặn các muối NaCl, Na2CO3 và Na2SO4 Thư viện phổ đất nhiễm mặn được xây dựng cho 2 nhóm đất: Fluvisol và Arenosol, bị nhiễm mặn bởi 3 loại muối: Na2CO3; Na2SO4; NaCl; NaCl:Na2SO4:Na2CO3=1:1:1; NaCl:Na2SO4=1:1, với 4 mức nhiễm mặn: Không mặn: EC8 dS/m; được kết hợp với 4 cấp độ ẩm: Khô; Ẩm ít; Ẩm trung bình; Ẩm cao Thư viện phổ được tổ chức hiển thị theo định dạng website. Được tổ chức theo 2 nhóm mẫu phổ. Nhóm 79 mẫu phổ đất được đo ngoài thực địa, kèm theo các thông tin mô tả về thời gian đo, vị trí địa lý, thời tiết, đặc điểm mô tả thực địa, trạng thái canh tác, người do đạc, ảnh chụp thực địa và đồ thị phổ. Nhóm 2: 280 mẫu phổ đất Fluvisol và Arenosol nhiễm mặn được đo trong phòng thí nghiệm, kèm theo các thông tin về loại đất, loại muối nhiễm mặn, hàm lượng muối có trong đất; độ ẩm đất; độ dẫn điện; phương pháp đo. 286
Xây dựng thư viện quang phổ đất phục vụ công tác giám sát nhiễm mặn đất khu vực ven biển Cấu trúc tổ chức thông tin cho mỗi mẫu phổ đo trong phòng thí nghiệm như sau: Mã: Được ký hiệu gồm: tên nhóm và mã hóa đo phổ. Ví dụ: II-4 (tức là mẫu thuộc nhóm 2; và mã hóa khi đo phổ là 4 – lượng muối được thêm vào đất theo tỷ lệ 100 gr đất + 0,36 g muối Tên mẫu: Đầy đủ thông tin về nhóm, loại đất, vị trí lấy mẫu, loại muối nhiễm mặn. Ví dụ: II TL2-NaCl:Na2SO4(1:1) 4, ý nghĩa như sau: Nhóm phổ đo đất cát trong phòng thí nghiệm, mẫu lấy ở Tiên Lãng (TP. Hải Phòng), nhiễm mặn muối NaCl và Na2SO4 tỷ lệ 1:1; 4: mã hóa đo phổ (100 gr đất + 0,36 g muối) Mô tả: File mô tả đặc điểm khu vực lấy mẫu; đặc điểm đất; phương pháp đo mẫu Đồ thị phổ: đồ thị của phổ đo được File dữ liệu: Toàn bộ số liệu, hình ảnh phổ, hình ảnh mẫu, bản mô tả của mẫu được liên kết trong zip file. Mỗi mẫu phổ được kèm theo các thông tin: - Hình ảnh (đồ thị phổ *.pdf) có dải sóng từ 600- 3600cm-1 được đo trong 5 ngày theo dõi (Hình 3a,b,c,d,e) - Dữ liệu phổ dạng *.exel Bảng 1. Bản mô tả đất nhiễm mặn nuối NaCl dạng *.docx Tên mẫu: Non saline soil 1 NaCl TL2 Loại đất: Fluvisol Vị trí lấy mẫu: Tien Lang, Hai Phong, Vietnam Ký hiệu Hàm lượng Ký hiệu Loại muối Ngày quan Độ ẩm mẫu thí Tên mẫu muối trong mẫu đất) nhiễm mặn trắc đất (%) nghiệm 100 gr đất Non saline soil 1 Ngày 1: mau1-1 TL2 NaCl 0.35 34,27 NaCl TL2 - 1 12/06/2017 Non saline soil 1 Ngày 2: mau1-2 TL2 NaCl 0.35 32,18 NaCl TL2 - 2 12/07/2017 Non saline soil 1 Ngày 3: mau1-3 TL2 NaCl 0.35 21,52 NaCl TL2 - 3 12/08/2017 Non saline soil 1 Ngày 4: mau1-4 TL2 NaCl 0.35 3,94 NaCl TL2 - 4 12/09/2017 Non saline soil 1 Ngày 5: mau1-5 TL2 NaCl 0.35 0 NaCl TL2 - 5 12/11/2017 Hình 3a. Phổ đất nhiễm muối NaCl (ngày 1) Hình 3d. Phổ đất nhiễm muối NaCl (ngày 4) 287
Lê Thị Thu Hiền, Dương Thị Lịm, Phạm Hà Linh, Nguyễn Ngọc Thắng Hình 3b. Phổ đất nhiễm muối NaCl (ngày 2) Hình 3e. Phổ đất nhiễm muối NaCl (ngày 5) Hình 3c. Phổ đất nhiễm muối NaCl (ngày 3) Hình 3. Đồ thị phổ quảng đất Fluvisol nhiễm mặn muối NaCl đo trong phòng thí nghiệm Việc sử dụng các mẫu phổ trong thư viện có thể giúp cho người xem hiểu rõ hơn về đặc tính vật lý và hóa học của 2 nhóm đất Fluvisol và Arenosol ở khu vực cửa sông ven biển vùng Đồng bằng Sông Hồng (Việt Nam). Cụ thể hơn là về độ ẩm và thành phần và hàm lượng muối Na+ có mặt trong đất. Bên cạnh đó, thư viện cũng đóng góp vào việc bổ sung số lượng phổ đất, phổ đất nhiễm mặn của Việt Nam. 3.2. Sự thay đổi của quang phổ đất đối với các loại muối, nồng độ muối và độ ẩm đất 3.2.1. Đặc điểm phổ đất Fluvisol và Arenosol nhiễm muối NaCl Theo các nghiên cứu trước đây, phân tích phổ của tinh thể halit tinh khiết (NaCl) không hấp thụ trong vùng hồng ngoại nhìn thấy, NIR, và nhiệt [11]. Một số tác giả tìm thấy dải hấp thụ của nó ở gần quang phổ 1400, 1900, và 2250 nm được cho là do độ ẩm và chất lỏng có trong muối [7, 9, 11, 16]. Dải quang phổ liên tục của halit và xinvit (KCl) cho thấy tính năng hấp thụ xảy ra ở 1440 và 1933 nm; trong khi các mẫu đất được xử lý bằng dung dịch MgCl2 (Bischofite) tính năng hấp thụ tại bước sóng 1190 và 1824 nm [9]. Một số nghiên cho thấy một xu hướng tăng chiều sâu hấp thụ với nồng độ muối tăng lên [9, 10]. Còn canxi clorua hiếm khi có mặt trong đất bởi vì xu hướng phản ứng của nó với sunfat natri và natri cacbonat. Trong nghiên cứu này, phổ đất nhiễm muối NaCl được phân tích trong dải phổ hồng ngoại (từ 4000 – 650 cm- tương đương khoảng 2500.00 nm (cận hồng ngoại) đến 15625 nm (hồng ngoại xa) cho thấy: - Khoảng bước sóng nhạy cảm/dao động mạnh ở từ 3600-2900, đây là do ảnh hưởng bởi độ ẩm có trong đất, độ ẩm càng lớn thì đáy hấp thụ càng sâu và hình tù. Khi đất khô thì của đất khô không thấy rõ sự dao động của đồ thị - Khoảng bước sóng từ 1700 đến 1500 cũng có sự dao động, đáy hấp thụ ở đây nhọn và đường cong dốc, độ sâu của đáy phụ phuộc vào độ ẩm có trong đất. 288
Xây dựng thư viện quang phổ đất phục vụ công tác giám sát nhiễm mặn đất khu vực ven biển - Khoảng bước sóng từ 1200 đến 650, sự dao động mạnh và xuất hiện nhiều đỉnh, có thể là do đặc điểm của đất và độ ẩm bởi vì ở các đo đạc khác cho thấy hình dạng phổ cũng tương tự và các đỉnh hấp thụ khá giống nhau. Nhìn chung, đồ thị phổ đất nhiễm muối NaCl cho thấy mức độ dao động của đồ thị/nhạy cảm phụ thuộc vào mức độ ẩm, độ ẩm càng lớn thì các đáy hấp thụ càng sâu. Khi mẫu phổ đất khô với các cấp độ mặn khác nhau, hình dạng phổ giống nhau, không xuất hiện các đỉnh hấp thụ 3600-2900 và 1700 đến 1500. Điều này cho thấy khả năng phát hiện muối NaCl có trong đất trong khoảng phổ hồng ngoại là rất khó khăn. Điều này cũng đúng với nghiên cứu trước đây của Hunt và các cộng sự đã kết luận khi phân tích phổ của tinh thể halit tinh khiết (NaCl) không hấp thụ trong vùng hồng ngoại nhìn thấy, NIR, và nhiệt [11]. NaCl là loại muối có nhiều trong nước biển, cũng là loại muối gây mặn đất nhiều ở khu vực cửa sông ven biển. Bởi vậy sử dụng phổ đất để xác định nhiễm mặn do NaCl là rất khó khăn. 3.2.2. Đặc điểm phổ đất Fluvisol và Arenosol nhiễm muối Na2CO3 Muối cacbonat và bicacbonat: Cacbonat có tính năng hấp thụ trong phạm vi hồng ngoại nhiệt (11,000-12,000 nm) do dao động nội bộ của nhóm CO3-1. tính năng hấp thụ Carbonate cũng đã được tìm thấy tại 2340 nm [20]. Đất đá vôi có nhiều dải hấp thụ trong SWIR tại 2250, 2350, 2380, và 2465 nm do sự dao động của các ion cacbonat trong canxit (Ca2CO3) [9], cũng có khi hấp thụ canxi ở 1052, 1479 và 2100 nm [10]. Trong đất với hỗn hợp các tính năng phổ nathcolite và canxit (NaHCO3-Ca2CO3), nathcolite (dải hấp thụ ở 1334, 1472 và 1997 nm) chiếm ưu thế vì canxit ít hòa tan, vì thế các muối hòa tan chiếm ưu thế trong sự đóng góp quang phổ [10]. Trong nghiên cứu này, phân tích phổ đất nhiễm muối Na2CO3 cũng trong dải phổ hồng ngoại cho thấy: - Tương tự như phổ đất nhiễm muối NaCl, phổ đất nhiễm muối Na2CO3 cũng có khoảng bước sóng nhạy cảm/dao động mạnh ở từ 3600 - 2900; đáy hấp phụ hình tù và khoảng bước sóng từ 1700 đến 1500 cũng có sự dao động, đáy hấp thụ ở đây nhọn và đường cong dốc, độ sâu của đáy phụ phuộc vào độ ẩm có trong đất, đây là do ảnh hưởng bởi độ ẩm có trong đất, độ ẩm càng lớn thì đáy hấp thụ càng sâu và hình tù. Khi đất khô thì của đất khô không thấy rõ sự dao động của đồ thị - Khoảng bước sóng từ 1200 đến 650, sự dao động mạnh và xuất hiện nhiều đỉnh, có thể là do đặc điểm của đất và độ ẩm bởi vì ở các đo đạc khác cho thấy hình dạng phổ cũng tương tự và các đỉnh hấp thụ khá giống nhau. - Đồ thị phổ đất (gồm cả đất phù sa và đất cát) nhiễm muối Na2CO3 thấy xuất hiện thêm đỉnh hấp thụ trong khoảng bước sóng từ 1500 - 1200. Khoảng sóng này có đáy hấp thụ nông sâu phụ thuộc theo nồng độ muối và ít chịu ảnh hưởng bởi độ ẩm có trong đất, ngay cả khi đất khô vẫn xuất hiện các đáy hấp thụ này. Tính năng hấp thụ này được cho ra bởi sự dao động của nhóm CO3- [20]. Bởi vậy có thể sử dụng khoảng sóng này để xác định đất nhiễm muối có gốc CO3-. 3.2.3. Đặc điểm phổ đất Fluvisol và Arenosol nhiễn muối Na2SO4 Gypsum (CaSO4.2H2O): Quang phổ của thạch cao hiển thị nổi bật ở khu vực cận hồng ngoại, bắt đầu từ 1400 nm và tiếp tục ra đến 2500 nm. Sulphate có thể được chia thành năm nhóm liên quan đến quang phổ của chúng: i) hydroxylated, ii) hydrated, iii) hydrated, ngậm nước, iv) hydroxylated và hydrated) không hydroxylated và không hydrated [5, 11, 16]. Trong khoảng bước sóng giữa 1000 nm và 2500 nm, đặc biệt là ở 1450 nm, 1550 nm, 1750 nm và 2300 nm có thể được 289
Lê Thị Thu Hiền, Dương Thị Lịm, Phạm Hà Linh, Nguyễn Ngọc Thắng nhìn thấy trong quang phổ của thạch cao. Tuy nhiên trong nghiên cứu không nói rõ có phải do ảnh hưởng của nước không. Trong nghiên cứu này, phân tích phổ đất nhiễm muối Na2SO4 cũng trong dải phổ hồng ngoại. Phổ đất phù sa nhiễm mặn muối Na2SO4 cho thấy: - Tương tự như phổ đất nhiễm muối NaCl, phổ đất nhiễm muối Na2SO4 cũng có khoảng bước sóng nhạy cảm/dao động mạnh ở từ 3600-2900; đáy hấp phụ hình tù và khoảng bước sóng từ 1700 đến 1500 cũng có sự dao động, đáy hấp thụ ở đây nhọn và đường cong dốc, độ sâu của đáy phụ phuộc vào độ ẩm có trong đất, đây là do ảnh hưởng bởi độ ẩm có trong đất, độ ẩm càng lớn thì đáy hấp thụ càng sâu và hình tù. Khi đất khô thì của đất khô không thấy rõ sự dao động của đồ thị - Khoảng bước sóng từ 1200 đến 650, sự dao động mạnh và xuất hiện nhiều đỉnh, có thể là do đặc điểm của đất và độ ẩm bởi vì ở các đo đạc khác cho thấy hình dạng phổ cũng tương tự và các đỉnh hấp thụ khá giống nhau. Tương tự đồ thị đất nhiễm muối NaCl, đồ thị phổ đất nhiễm muối Na2SO4 có các khoảng dao động phụ thuộc vào mức độ ẩm, độ ẩm càng lớn thì các đáy hấp thụ càng sâu ở các khoảng bước sóng 3600-2900 và 1700 đến 1500. Khi mẫu phổ đất khô không xuất hiện các đỉnh hấp thụ nữa. Điều này cho thấy khả năng phát hiện muối Na2SO4 có trong đất trong khoảng phổ hồng ngoại là rất khó khăn. 100 mau 43-5 90 80 %Transmittance 70 60 50 40 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 Wavenumber Hình 4a. Mẫu chồng phổ đất Fluvisol nhiễm muối NaCl (đất khô, khác độ mặn) 100 mau 45-5 90 %Transmittance 80 70 60 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 Wavenumber Hình 4b. Mẫu phổ chồng đất Fluvisol nhiễm muối Na2CO3 (đất khô, khác độ mặn) 290
Xây dựng thư viện quang phổ đất phục vụ công tác giám sát nhiễm mặn đất khu vực ven biển 100 mau 44-5 90 %Transmittance 80 70 60 50 3800 3600 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 Wavenumber Hình 4c. Mẫu chồng phổ đất Fluvisol nhiễm muối Na2SO4 (đất khô, khác độ mặn) Đất không mặn: 100 g đất chứa 0,35gr muối Đất có độ mặn nhẹ: 100 gr đất chứa 1,75 gr muối Đất có độ mặn trung bình: 100 gr đất chứa 3,5 gr muối Đất mặn: 100 gr đất chứa 35gr muối Chú giải các Hình 4a, b, c 4. KẾT LUẬN Thư viện phổ của nhóm đất Fluvisol và Arenosol khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng – Thái Bình nhiễm mặn muối NaCl, Na2SO2; Na2CO3 được lưu trữ gồm 2 nhóm: 1) 280 mẫu phổ đo trong phòng thí nghiệm, được thiết kế cho các mẫu đất nhiễm mặn 3 loại muối (NaCl, Na2SO2; Na2CO3) đơn hoặc pha lẫn, với 4 cấp nhiễm mặn (không mặn, mặn ít, mặn trung bình và mặn nhiều) kết hợp với 5 cấp ẩm (khô; ẩm ít, ẩm trung bình và ẩm nhiều và bão hòa); 2) 79 mẫu phổ đất đo đạc thực địa trên các loại hình sử dụng đất/lớp phủ cây trồng khác nhau (trên đất nông nghiệp), kèm theo các thông tin mô tả về điều kiện tự nhiên, canh tác và thành phần cơ giới đất. Địa chỉ thư viện: https://speclib.ga/ [12]. Minh họa sự thay đổi của quang phổ của nhóm đất Fluvisol và Arenosol đối với các loại muối và nồng độ muối qua các mẫu phổ của đất nhiễm mặn cho thấy: Đối với đất nhiễm muối NaCl và Na2SO4, các đáy hấp thụ phổ phụ thuộc vào mức độ ẩm, độ ẩm càng lớn thì các đáy hấp thụ càng sâu ở các bước sóng: 3400-3200; 1700-1600; 1100-900 cm-1. Mẫu phổ đất khô với các cấp độ mặn khác nhau, khó phân biệt được gần như là giống nhau; hoặc mẫu đất với độ ẩm tương tự nhau nhưng nồng độ muối thay đổi thì các đáy hấp thụ trong các dải sóng 3400-3200; 1700-1600 cm-1 cũng vẫn khá giống nhau, khó phân biệt được, còn trong dải sóng 1100-900 Cm- đáy phổ thay đổi không rõ quy luật. Đối với đất nhiễm muối Na2CO3 ngoài các dải phổ dao động phụ thuộc vào độ ẩm đất ở trên, còn xuất hiện dao động ở bước sóng từ 1500 - 1200, có đỉnh hấp thụ ở khoảng 1400. Khoảng sóng này có đáy hấp thụ nông sâu phụ thuộc theo nồng độ muối và ít chịu ảnh hưởng bởi độ ẩm có trong đất, ngay cả khi đất khô vẫn xuất hiện các đáy hấp thụ này. Lời cảm ơn Đây là một trong các kết quả thuộc đề tài khoa học công nghệ “Xác định mức độ nhiễm mặn tầng đất mặt canh tác nông nghiệp ở một số vùng gần cửa sông ven biển Hải Phòng - Thái bình bằng ảnh viễn thám siêu phổ” - mã số: VAST01.02/17-18. Kinh phí được tài trợ bởi Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 291
Lê Thị Thu Hiền, Dương Thị Lịm, Phạm Hà Linh, Nguyễn Ngọc Thắng TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Ahmed Afifi, Refat Y. Husseiny M.H. (2013). Fourier transform infared spectometry study on early stage of salt stress in jujube plant. Life science Journal 10 (4): 1973-1981. 2. Andreas Hueni, Laurie A. Chisholm, Cindy Ong; Tim J. Malthus, Mathew Wyatt, Simon A. Trim; Michael E. Schaepman, Medhavy (2020). The SPECCHIO Spectral Information System. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, Volume: 13, Page(s): 5789 - 5799, Print ISSN: 1939-1404, Electronic ISSN: 2151-1535. https://doi.org/10.1109/JSTARS.2020.3025117. 3. Beck, R.H., B. Robinson, W.W. Mcfee, and J.B. Peterson (1976). Spectral characteristics of soils related to the interaction of soils moisture, organic carbon, and clay content. LARS info. Note 081176. Purdue Univ., West Lafeyette, In. 4. Ben-Dor, E., J.R. Irons, and G.F. Epena. 1999. Soil reflectance. p 111-188. In A.N. Rences (ed.) Remote sensing for earth sciences Manual of remote sensing. 3rd ed. Vol. 3. John Wiley & Sons, New York. 5. Clark, R. N. (1999). Spectroscopy of rocks and minerals and principles of spectroscopy. Remote Sensing for Earth Sciences: Manual of Remote Sensing, 3 ed., Vol. 3, (Andrew N. Rences, editor). John Wiley and Sons, USA, pp. 111- 188. 6. Condit, H. R. (1970). The Spectral reflectance of American soils. Photogramm. Eng. Vol. 36, pp. 955-966. 7. Crowley, J. (1991). Visible and near-infrared (0.4-2.5 mm) reflectance spectra of playa evaporate minerals. Journal of Geochemical Research 96 (B10): 16231-16240. 8. Doãn Minh Chung và nnk. (2013). Nghiên cứu ứng dụng viễn thám tích cực, thụ động giám sát độ ẩm đất vùng đồng bằng trung du bắc bộ theo chương trình chuẩn hóa kiểm định dữ liệu độ ẩm đất toàn cầu. Đề tài độc lập cấp Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam. 9. Farifteh, J. (2007). Imaging spectroscopy of salt-affected soils: Model-based integrated method. ITC dissertation, 143, Enschede, the Netherlands. 10. Howari, F., Goodell, P., and Miyamoto, S. (2002). Spectral properties of salt crusts formed on saline soils. Journal of Environmental Quality, 31: 1453-1461. 11. Hunt, G. and Salisbury, J. (1971). Visible and near-infrared spectra of minerals and rocks. II. Carbonates. Modern Geology 2: 23-30. 12. Hien L.T.T. et. al. Speclibrary. https://speclib.ga/ [truy cập ngày 01/11/2022]. 13. Hien, L.T.T.; Gobin, A.; Lim, D.T.; Quan, D.T.; Hue, N.T.; Thang, N.N.; Binh, N.T.; Dung, V.T.K.; Linh, P.H. (2022). Soil Moisture Influence on the FTIR Spectrum of Salt-Affected Soils. Remote Sens.14, 2380. https://doi.org/10.3390/rs14102380. 14. Jet Propulsion Laboratory. Ecostress: Spectral library. https://speclib.jpl.nasa.gov/documents/jpl_desc. 15. Lại Anh Khôi, Nguyễn Việt Lương, Phan Thị Kim Thanh, Tô Trọng Tú (2016). Xây dựng tự viện phổ phản xạ của các đối tượng tự nhiên, tích hợp trong ENVI. Tạp chí Tài nguyên và Môi trượng, số 12 tr.24-27. Xây dựng thư viện phổ phản xạ của các đối tượng tự hiên tiêu biểu của Việt Nam (đo đạc trong điều kiện tự nhiên), tích hợp trong phần mềm ENVI, phục vụ xử lý, phân tích ảnh viễn thám. 16. Mougenot, B., Epema G. F., and Pouget M. (1993). Remote sensing of salt affected soils, Remote Sensing Review, Vol. 7, pp. 241-259. 292
Xây dựng thư viện quang phổ đất phục vụ công tác giám sát nhiễm mặn đất khu vực ven biển 17. Nguyễn Thành Long (2013). Ứng dụng công nghệ phân tích phổ phản xạ và xây dựng thư viện phổ cho một số loại đất đá ở Việt Nam nhằm hỗ trợ công tác phân tích và giải đoán ảnh viễn thám phục vụ nghiên cứu và điều tra địa chất. Đề tài nghiên cứu khoa học. Viện Khoa học Địa chất và Khoáng sản. 18. Saori Westworth, Nanjappa Ashwath and Danial Cozzolino (2019). Application of FTIR-ATR spectroscopy to detect salinity response in beauty leaf tree (Calophyllum inophyllum L). Enery Procedia, Volume 160, February 2019, pp 761-768. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.02.182. 19. Shepherd, Keith D.; Walsh, Markus G. (2002). Development of Reflectance Spectral Libraries for Characterization of Soil Properties. Soil Science Society of America Journal, 66(3), 988– . doi:10.2136/sssaj2002.9880. 20. Siegal, B. and Gillespie, A.R. 1980. Remote Sensing in Geology. John Wiley & Sons, New York 21. Stoner E.R and Baumgardner M.F (1981). Characteristic variations in reflectance of surface soils. Soil science society of America Journal Vol. 45, Issue 6, pp 1161-1165. 22. USGS Crustal Geophysics and Geochemistry Science Center USGS Spectral Library Version 7. https://pubs.er.usgs.gov/publication/ds1035. 23. Viscarra Rossel R.A., Jeon Y.S, Odeh O.A, and McBratney A.B (2008). Using a legacy soil sample to develop a mid-IR spectral library. Australian Journal of Soil research, No.46, 1-16. ESTABLISHMENT A SOIL SPECTRAL LIBRARY FOR MONITORING SOIL SALINITY IN THE COASTAL AREA Le Thi Thu Hien1,2*, Duong Thi Lim1, Pham Ha Linh1, Nguyen Ngoc Thang1 1 1F 1 Institute of Geography, Vietnam Academy of Science and Technology, 18 Hoang Quoc Viet, Nghia Do, Cau Giay, Hanoi. 2 Graduate University of Science and Technology, Vietnam Academy of Science and Technology, 18 Hoang Quoc Viet, Nghia Do, Cau Giay, Hanoi. ABSTRACT This article introduces the soil spectroscopic library storing 280 samples of Na+ saline soil samples measured by FTIR method, that is hosted on the website https://speclib.ga/, and illustrates the change of the spectrum when changing salt type, salt concentration and soil moisture, shows that soil moisture had a great influence on soil spectral characteristics. However, in the wavelength range of 1500 - 1200cm-1, soil contaminated with Na2CO3 appeared to be dependent on salt concentration and less affected by soil moisture, this feature can be used to monitor and monitor the concentration. Amount of Na2CO3 can be extracted and monitored from remote sensing sensors. Keywords: Spectral library, salinity soil, soil spectral, FTIR. * Corresponding author: lethien@ig.vast.vn 293