Ứng dụng mô hình hydrus – 1d để mô phỏng sự di chuyển của kim loại nặng (cu, pb, zn) trong đất lúa xã đại áng, huyện thanh trì, hà nội

ng dng mô hình Hydrus  1   ng s di chuyn ca kim loi nng (Cu, Pb, Zn) i Áng, huyn Thanh Trì,     ng i hc Khoa hc T nhiên LuChuyên ngành: Khoa hng; Mã s: 60 85 02 ng dn: TS. Nguyn Ngc Minh o v: 2012 Abstract: ng quan tài liu (KLN  kim loi nng trong môi  di chuyn ct, các yu t ng ti s di chuyn ct, mô hình mô phng s phân b và di chuyn cng nghiên cu (các mu c thu thp  khu vc canh tác lúa ti Áng, huyn Thanh Trì, Hà N         u. t qu nghiên cu và tho lun. Keywords: Khoa hng; Ô nhit; Ô nhim kim loi nng; Công ngh chng ô nhim; Thanh Trì; Hà Ni Content    ô nhim          . Nhng nghiên cu v t, làm ti cho vic tìm ra nhng x thích hn và gim thiu nh       a chúng       .               . Vì th, vic mô phng s di chuyn và bii cc bit này là m  i vi các nhà khoa hc. Khi nghiên cu v kh n ca các cht ô nhim nói chung và KLN t, mô hình hóa là mt công c c s dng ngày càng ph bin và dn chc hiu qu  i cái nhìn bao quát v ng thái ca các cht ô nhi  t.  tài c thc hin vi m n ca các KLN u sâu phu din và theo thi gian  i Áng, huyn Thanh Trì, Hà Ni. .       1.1.1. Nguồn gốc Bao gm: - Các ngun t t, lng khí quy - Các ngun nhân to: nông nghip, công nghip, hong sinh ho Cambell và cng s c to ra t các ngun t     o và ch ra rng các hong co ra mt         ,   15 li vi Cd, 100 li vi Pb, 13 li vi Cu và 21 li vi Zn. Chc chn rng s a các ngung s t         ng và HST. 1.1.2. Phân bố Trong t nhiên, KLN có trong thành phn     khoáng      . a mng KLN l    m tích.  t qua quá trình phong hóa. Các nguyên t          v tíng ln  tt gc; Các KLN khác thâm nht thông qua lng khí quyn hay các ngun nhân to khác tp trung ch yu  lt mt: Pb, Cd. t, KLN có th tn ti  trng thái sau: hòa tan trong dung dt; b gi li trong các khe h nh ct bi s chênh lc; liên kt vi keo t, cht h, cacbonat,    i ca sinh vt hay trong các th rt. 1.1.3. Sự chuyển hóa Các n kim soát s chuyn hóa ca KLN t bao gm các quá trình: vt lý, hóa hc và sinh hc. - Các quá trình lý hóa hc  S hòa tan và kt ta khoáng:  S phân b c        :  S to phc: - Các quá trình sinh hc - S c nh ti ch  di chuyn ct Khuếch tán và phân tán Dòng chảy ưu thế Di chuyển cùng với keo đâ ́ t Sự di chuyển của phức hữu cơ – kim loại hòa tan Rư ̉ a trôi va ̀ di chuyê ̉ n nhơ ̀ dòng chảy bề mặt Bay hơi  1.3.1. pH Kh  hong ca ion kim loi s gim khi pH .  c cDennett (1932) quan sát thy r    t tr             c khác     t  trng thái khô pH là 4,5  5,0    6,5  7,0 khi     . Khi cc s  c li. 1.3.2. Thế oxy hóa khử Khi dc vào rung, m thoáng khí ct lúa h thp, n oxy gim làm cho Eh ct lúa h th    .     ca cp ht sét   ,                 u kin oxy hóa kh ng ti các dng tn ti ct. Ví d  u kin oxy hóa thì Mn kt ti dm nh hoc kt h u kin kh Mn b hòa tan nhi 1.3.3. Chất hữu cơ của đất ng ca CHC lên s di chuyn c     chiS    u vào ln, hoc do s phân hy chu kin y            .   . Khi DOM di chuyn xung t nhng KLN liên kt vi chúng. 1.3.4. Sự hình thành các hơ ̣ p chất hóa hc của KLN trong đất S hình thành các hp cht hóa hc là mt trong nhng yu s quan trng nh ng ti kh ng, hòa tan và d tiêu ca KLN. Ion KLN có th kt hp vi các cu t hp cht hoc trong vùng r. Các cu t  là các hydroxit, cacbonat, sunfat, nitrat, clorit, DOM hoc phi t chelat. 1.3.5. Sự phong hóa và biến đổi khoáng vật đất                               u kin kh mnh duy trì thi gian dài làm chk s phong hóa khoáng silicat  t nghèo st. Mi loi khoáng khác nhau có kh  hp ph i vi KLN. Vì th, s bii khoáng sét có liên quan trc tip ti s ng có CEC lu kin m c t trng lúa hình thành t        hình thành smectit (  , 2008). 1.3.6. Hoạt động canh tác     n s di chuyn ca KLN xung t Hong cày b    p làm i dng tn ti ca KLN  t  .         i các tt mt  do ving s d  , thuc tr sâu, bùn thi,     ,     .  Vu kin ngc, hin có mt s c xây dng chuyên bi mô phng s di chuyn ca các cht ô nhim t lc b mt, ví d  Hydrus  1D (   , 1998), RICEWQ (  , 1999), GLEAMS- PADDY (  , 2003). Mô hình Hydrus  c gii thiu b có kh ng quá trình thm thc và s di chuyn các cht hòa tan trong mt không gian mt chiu vi mt s u ki c xây dng d   c là n cht hòa tan trong dung dch  S ng cht hòa tan b hp ph   c,   (M L-3) là dung trng, D (L2 T-1) là h s phân tán ca pha lng, q (L T-1) m dòng, t (T) và X (L) biu din thi gian và phân b không gian.  ng nghiên cu c thu th         i Áng, huyn Thanh Trì, Hà N    10/2011.     (0 ÷ 25, 25 ÷ 50, 50 ÷ 75 75 ÷ 100 cm)                ,     , .                    ,           72    0 ÷ 25 cm,      .  * Một số đặc tính lý hóa hc cơ bản: Các ch tiêu lý hóa hnh theo các ng trong phòng thí nghim. Thành ph  c xác u x ng (oriented mount). * Xác đnh sự tch ly KLN trong tng mặt đất canh tác huyn Thanh Trì : Ly mu b mt  phá mng KLN tng s  Xây dng b    . * Xác đnh dạng tồn tại của KLN trong đất: nh dng liên kt ca KLN trong t bt liên tip. * Xác đnh khả năng hấp phụ của đất: bằng phương pháp hấp phụ. Mc trn vi các dung dch mui ca KLN (CuSO 4 .5H 2 O, ZnSO 4 , Pb(NO 3 ) 2 ) vi t l t : dung dng KLN trong dung dch lc bng AAS. * Phương pháp mô phỏng sự di chuyển của KLN theo chiều sâu phẫu din: S dng mô hình Hydrus   mô phng s di chuyn ca KLN theo chiu sâu phu din t nghiên cu.   3.1.                      Kí hiu mu  sâu (cm) pH KCl CEC (cmol/kg) CHC (% C) SiO 2 (%) Fe 2 O 3 (%) Al 2 O 3 (%)  0 - 25 6,88 22,95 3,16 59,00 7,51 17,05 25 - 50 7,00 23,56 2.42 60,08 5,43 14,50 50 - 75 6,92 19,38 2,60 62,26 5,59 18,00 75 - 100 6,94 17,50 2,60 59,86 5,43 17,05  0 - 25 6,34 18,10 3,40 58,36 6,39 16,41 25 - 50 6,66 15,31 3,34 60,06 6,55 15,93 50 - 75 7,00 14,20 2,61 63,80 6,39 15,85 75 - 100 6,87 13,26 2,97 62,84 6,55 16,81  0 - 25 6,51 20,20 2,72 51,98 5,91 17,05 25 - 50 6,47 19,89 2,62 59,06 6,55 17,05 50 - 75 7,05 17,99 2,38 58,00 5,27 21,19 75 - 100 6,92 16,75 2,18 47,62 4,31 21,67 t nghiên cu có phn ng trung tính, hàm  vai trò quan tri vi CEC ct. Kí hiu mu  sâu (cm) Thành phn cp ht (%) Dung trng (g/cm 3 ) TPCG Sét (<0,002mm) Limon (0,002-0,05mm) Cát (>0,05mm)  0 - 25 30 45 25 1,32 Tht sét 25 - 50 27 61 12 1,31 Tht sét pha limon 50 - 75 34 46 20 1,29 Tht sét 75 - 100 42 44 14 1,25 Sét pha limon  0 - 25 27 55 18 1,32 Tht sét pha limon 25 - 50 29 53 18 1,31 Tht sét pha limon 50 - 75 32 45 23 1,31 Tht sét 75 - 100 40 45 15 1,26 Sét pha limon  0 - 25 40 45 15 1,26 Sét pha limon 25 - 50 38 43 19 1,27 Tht sét pha limon 50 - 75 33 42 25 1,3 Tht sét 75 - 100 35 46 19 1,28 Tht sét pha limon t có TPCG nng. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X đối với cấp hạt sét tách ra từ mẫu đất tầng 0 ÷ 20 cm cho thấy khoáng sét trong đất khá phức tạp với thành phần chủ yếu gồm: illit, kaolinit, clorit 3.2.                                   . X Đi ng X Đi ng X Đi ng Hình 1.      , Pb,     . 3.3.      ,                    .    4 OAc, ,         ,            10 ÷ 16%      .                  .           .                       . Hu h       dng F5 (53 ÷ 73%     65 ÷ 81%   ). Phn F5 cm mt ph ( i vng hp ca Cu và Pb. S phân b ca  tuân theo th t sau: - : F5> F4 > F3 > F2 > F1. - Pb: F5 > F3 > F4 > F2 > F1. - : F3 > F5 > F2 , F4 > F1  Kt qu ca thí nghim hp ph cho thy: khi n KLN trong dung dch ban ng KLN b hp ph trên pha rng này có th quan sát thy  tt c các mu và  tt c các tng; và kh p ph Pb ca các mu t là cao nhi cùng nh nhi vi Zn. T thí nghim hp ph, xây dng nhit Freundlich  xác nh h s u vào cho mô hình HYDRUS   M Hng s Freundlich 0  25 cm 25  50 cm 50  75 cm 75  100 cm Cu K F 23,69 21,65 20,54 22,62 n 0,72 0,78 0,85 0,74 R 2 0,96 0,97 0,97 0,99 Pb K F 26,08 24,07 26,82 23,89 N 0,86 0,82 0,72 0,69 R 2 0,94 0,94 0,99 0,98 Zn K F 17,03 16,64 16,84 13,14 N 0,67 0,67 0,66 0,85 R 2 0.98 0,95 0,95 0,99 M Cu K F 22,80 20,32 17,26 17,69 N 0,55 0,55 0,70 0,80 R 2 0,94 0,97 0,98 0,98 Pb K F 23,83 21,29 20,79 20,10 n 0,71 0,70 0,64 0,78 R 2 0,98 0,99 0,92 0,99 Zn K F 14,44 14,78 13,86 14,19 N 0,60 0,61 0,76 0,59 R 2 0,97 0,99 0,95 0,99 M Cu K F 15,28 13,19 13,11 13,07 n 0,51 0,58 0,54 0,54 R 2 0,88 0,96 0,98 0,94 Pb K F 17,15 16,95 17,11 15,35 [...]... đất bên trên, Pb có khả năng gây ô nhiễm tầng đất mặt, trong khi Zn và Cu có khả năng gây ô nhiễm nước ngầm cao hơn 3.6 Những sai số có thể gặp trong quá trình mô phỏng sự di chuyển của KLN (Cu, Pb, Zn)  Sự thay đổi mực nước trên bề mặt;  Sự xuất hiện của các dòng chảy ưu thế trong phẫu di n đất;  Hoạt động của cây trồng;  Sự di chuyển của các keo đất (khoáng sét) trong phẫu di n;  Quá trình hình. .. dục, Hà Nội 7 Lê Văn Khoa, Trần Khắc Hiệp, Trịnh Thị Thanh (1996), Giáo trình: Hoá học nông nghiệp, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội 8 Nguyễn Ngọc Minh, Phạm Văn Quang (2010), Ứng dụng mô hình Hydrus- 1D để đánh giá sự di chuyển NO3 trong đất trồng lúa , Tạp chí Khoa học Đại học Quốc Gia Hà Nô ̣i, 26-5S, tr 82 3–8 30 9 Nguyễn Ngọc Minh, Phạm Thị Dinh, Lý Thị Hằng, Nguyễn Thị Thu Hương, Trương Thị... với các KLN (Cu, Pb, Zn) ̣ 2 Kiến nghị Mô hình Hydrus – 1D có thể đem lại một bức tranh tổng quát về sự di chuyển của các KLN Tuy nhiên, để đánh giá cu ̣ thể hơn về khả năng linh động của các KLN trong khu vực nghiên cứu, cần xem xét tới vai trò của các hợp phần đất tới sự hấp phụ các chất ô nhiễm này: vai trò của khoáng sét, CHC, Si sinh ho ̣c – phytolith, sự giải phóng KLN trong điề u... quả mô phỏng với mô hinh Hydrus – 1D cho thấ y ở các tầng đất > 50 cm, khả ̀ năng di chuyể n c ủa các KLN cao hơn so với các tầng đất bên trên; tố c đô ̣ di chuyể n của KLN trong đất tuân theo thứ tự: Zn > Cu > Pb Tính trung bình Pb sẽ mất khoảng 500 – 650 ngày, Cu sẽ mất khoảng 390 – 480 ngày và Zn sẽ mất khoảng 310 – 380 ngày để có thể di chuyển đến độ sâu 1m  Như vậy có thể thấy rằng, đất. .. 0,98 0,99 0,99  Hằng số KF của: Pb > Cu > Zn  đất nghiên cứu có khả năng hấp phụ Pb > Cu > Zn Tấ t cả các mẫu đất nghiên cứu đều có hệ số n cao đối với cả ba KLN  tốc độ bão hòa các vị trí trao đổi lớn 3.5 Mô phỏng sƣ̣ di chuyể n của KLN trong phẫu di n đấ t nghiên cƣu ̣ ́ * Mẫu ĐA1: Cu Pb Zn * Mẫu ĐA2: Cu Pb Zn * Mẫu ĐA3: Cu Pb Zn Sự di chuyển của Cu, Pb, Zn trong đất nghiên cứu theo thời... sâu phẫu di n đất Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng, trong số ba KLN thì Zn là nguyên tố được “ưu tiên” lọc ra khỏi cột đất thí nghiệm giả định nhanh hơn so với Cu và Pb tính trung bình Pb, Cu, Zn sẽ mất khoảng 500 ÷ 650 ngày (đối với Pb), 390 ÷ 480 ngày (đối với Cu), 310 ÷ 380 ngày (đối với Zn) thì mới di chuyển đến được chiều sâu 1m Điều này cho thấy, khả năng di chuyển xuống các tầng sâu của Cu và... học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 4 Trịnh Quang Huy (2006), Giáo trình: Tồn dư hoá chất nông nghiệp, Trường ĐH Nông Nghiệp Hà Nội, Tr 1, 2, 28 5 Lê Văn Khoa (2000), Giáo trình: Đất và Môi trường, NXB Giáo dục, Hà Nội 6 Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Cự, Bùi Thị Ngọc Dung, Lê Đức, Trần Khắc Hiệp, Cái Văn Tranh (2000), Phương pháp phân tích đất nước phân bón cây trồng, NXB Giáo dục, Hà Nội 7 Lê Văn Khoa,... đấ t … ; KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Kết luận Đất nghiên cứu có phản ứng trung tính (pHKCl = 6,34 ÷ 7,05); hàm lượng CHC cao (%C = 2,18 ÷ 3,40%); hàm lượng sét chiếm tỷ lệ khá cao trong đất nghiên cứu (23 ÷ 42%) Tuy nhiên, thành phần sét trong đất chủ yếu là các loại khoáng có khả năng hấp phụ kém bao gồm: illit, kaolinit và clorit Các dạng tồn tại của KLN trong đất :  Đối với Cu: F5> F4 > F3 > F2 > F1... của mô hình Sự thay đổi chế độ nước trong đất lúa cũng cần được xem xét đến vì sự thay đổ i đó có thể kéo theo những thay đổi về thành phần hóa học, tính chất cơ lý của đất và làm cho động thái của các KLN trở nên “khó lường” hơn Những yếu tố này sẽ được tìm hiểu kỹ hơn trong những nghiên cứ tiế p theo u References Tài liệu tiếng Việt: 1 Trầ n Thi ̣Lê ̣ Chi (2010), Phân tich da ̣ng kim loa... mine waters by zeolites”, Environ Sci Technol, 39, pp 460 6–4 613 184 Wilding L P (1967), “Radiocarbon dating of biogenetic opal”, Sci, 156, pp 6 6–6 7 185 Wilding L P., Brown R E., Holowaychuk N (1967), “Accessibility and properties of occluded carbon in biogenic opal”, Soil Sci, 103, pp 5 6–6 1 186 Williams, M.W., Ritter, A.M., Cheplick, M.J., Zdinak, C.E (1999), RICEWQ: pesticide runoff model for rice . KLN trong dung dch lc bng AAS. * Phương pháp mô phỏng sự di chuyển của KLN theo chiều sâu phẫu di n: S dng mô hình Hydrus   mô phng s di. ng dng mô hình Hydrus  1   ng s di chuyn ca kim loi nng (Cu, Pb, Zn) i Áng, huyn Thanh Trì,    