Nghiên cứu sự linh động của khoáng sét trong đất dốc huyện sóc sơn dưới ảnh hưởng của một số yếu tố môi trường đất

i MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG .iii DANH MỤC HÌNH .iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3 1.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 3 1.1.1. Vị trí địa lý 3 1.1.2. Điều kiện khí hậu - thuỷ văn 3 a. Khí hậu 3 b. Thuỷ văn 4 1.1.3. Địa hình 4 1.1.4. Đặc điểm địa chất địa mạo 5 1.1.5. Tài nguyên khoáng sản 5 1.1.6. Đặc điểm lớp phủ thực vật 5 1.1.7. Diện tích, cơ cấu các loại đất 6 1.2. Một số đặc điểm của keo sét trong đất 7 1.2.1. Đặc điểm chính của keo đất 7 1.2.2. Phân loại keo đất 9 a. Dựa vào tính mang điện 9 b. Dựa vào thành phần hoá học 10 1.2.3. Keo sét trong đất 10 a. Ðặc điểm chung của keo sét 10 b. Ðặc điểm của các nhóm keo sét chính 12 c. Keo sét trong đất Việt Nam 16 1.3. Ảnh hƣởng của một số tính chất lý hóa đến đặc tính keo của khoáng sét trong đất . 16 CHƢƠNG II. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 20 ii 2.2. Nội dung nghiên cứu 20 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 21 2.3.1. Xác định các tính chất lý – hóa học cơ bản của đất 21 2.3.2. Chuẩn bị mẫu và các dung dịch làm việc 21 2.3.3. Xác định thành phần khoáng sét 22 2.3.4. Thí nghiệm phân tán trong ống nghiệm 23 a. Ảnh hưởng của cation 23 b. Ảnh hưởng của pH 23 c. Ảnh hưởng của humat 23 d. Ảnh hưởng của axit silicic 24 CHƢƠNG III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 25 3.1. Một số đặc tính lý – hóa học cơ bản của đất nghiên cứu 25 3.2. Thành phần khoáng sét trong mẫu đất nghiên cứu 27 3.3. Ảnh hƣởng của pH, các cation, humat và axit silicic đến trạng thái keo sét trong đất nghiên cứu 30 3.3.1. Ảnh hưởng của pH 30 3.3.2. Ảnh hưởng của cation 32 3.3.3. Ảnh hưởng của humat 36 3.3.4. Ảnh hưởng của axit silicic 38 3.4. Cơ sở khoa học cho một số giải pháp hạn chế xói mòn đất dựa trên đặc tính keo của khoáng sét trong đất nghiên cứu 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 1. Kết luận 44 2. Kiến nghị 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC 49 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Diện tích, cơ cấu các loại đất huyện Sóc Sơn 6 Bảng 2: Các chỉ tiêu cơ bản của đất 21 Bảng 3: Một số tính chất cơ ba ̉ n của mẫu đất nghiên cứu tại Sóc Sơn 25 Bảng 4: Thành phần cấp hạt của các tầng đất (USDA) 27 Bảng 5: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của pH 31 Bảng 6: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của Na + 33 Bảng 7: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của Ca 2+ 34 Bảng 8: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của Al 3+ 34 Bảng 9: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của humat 37 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1: Sơ đồ cấu tạo khối tứ diện oxit silic, phiến oxit silic và khối bát diện, phiến gipxit . 11 Hình 2: Sơ đồ cấu trúc kaolinit 13 Hình 3: Sơ đồ cấu trúc montmorillonit 14 Hình 4: Sơ đồ cấu trúc của hydromica 15 Hình 5: Biểu đồ nhiễu xạ tia X của khoáng sét tách ra từ mẫu đất nghiên cứu (độ sâu 0 – 20 cm) 30 Hình 6: Ảnh hưởng của pH lên khả năng phân tán của khoáng sét 31 Hình 7: Ảnh hưởng của Na + lên khả năng phân tán của khoáng sét 33 Hình 8: Ảnh hưởng của Ca 2+ lên khả năng phân tán của khoáng sét 34 Hình 9: Ảnh hưởng của Al 3+ lên khả năng phân tán của khoáng sét 35 Hình 10: Ảnh hưởng của các cation đến sự tụ keo của sét trong dung dịch 36 Hình 11: Ảnh hưởng của humat lên khả năng phân tán của khoáng sét 37 Hình 13: Ảnh hưởng của axit silicic tới sự phân tán của khoáng sét (tại pH 4) 40 Hình 14: Ảnh hưởng của axit silicic tới sự phân tán của khoáng sét (tại pH 5) 41 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CEC Dung tích trao đổi cation SOM Chất hữu cơ KĐ Kinh độ Đông TPCG Thành phần cơ giới VB Vĩ độ Bắc 1 LỜI MỞ ĐẦU Xói mòn, rửa trôi và sạt lở đất là một trong những vấn đề gây suy thoái đất nghiêm trọng ở nước ta. Đặc biệt, Việt Nam với ¾ diện tích là đồi núi, tốc độ dòng chảy bề mặt lớn và thảm thực vật bị hủy hoại… càng làm bóc mòn lớp đất bề mặt, làm mất đất, mất chất dinh dưỡng, đất trở nên nghèo kiệt, khó có khả năng phục hồi. Các yếu tố như đặc điểm thổ nhưỡng, địa hình, lớp phủ thực vật… có vai trò cốt yếu đối với xói mòn đất và đã được nghiên cứu hết sức rộng rãi. Mặt khác, ở cấp độ vi mô, bản thân các hạt sét cũng đóng vai trò nhất định nhờ đặc tính hoạt động của mình. Khi bị tác động bởi các dòng chảy bề mặt, trạng thái tụ keo hay tán keo có thể quyết định phần nào đến sự vận chuyển của các hạt sét theo dòng nước. Việc mất sét có thể ảnh hưởng tiêu cực đến tính bền vững của cấu trúc đất, theo thời gian, cấu trúc đất yếu đi. Đặc biệt trên những vùng đất dốc sẽ là nguyên nhân góp phần dẫn đến hiện tượng xói mòn, rửa trôi và sạt lở đất khi có tác động bởi nước. Khoáng sét là thành phần vô cơ nhỏ bé của đất, có những tính chất đặc thù như: có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng hấp phụ, liên kết nhờ lực hút tĩnh điện. Trong môi trường nước, khoáng sét sẽ hình thành một hệ keo (tán keo, tụ keo). Khoáng sét ở trạng thái tụ keo sẽ ít linh động hơn, chúng gắn kết và giảm khả năng bị mất do xói mòn. Ngược lại nếu ở trạng thái tán keo, khoáng sét sẽ di chuyển linh hoạt hơn, nguy cơ xói mòn và rửa trôi khoáng sét trong đất sẽ cao hơn. Trạng thái tán keo hay tụ keo của khoáng sét trong đất dốc (sự linh động của khoáng sét) một mặt phụ thuộc vào đặc điểm nội tại của khoáng sét ví dụ như thành phần khoáng, kích thước tinh thể, khả năng co trương, điện tích bề mặt…, mặt khác phụ thuộc vào nhiều yếu tố bên ngoài như: pH, các ion, chất hữu cơ hòa tan trong đất, axit silicic… Do vậy, ngoài những giải pháp vĩ mô được áp dụng để bảo vệ đất như: áp dụng các phương thức canh tác bền vững, bón phân, vôi để cải tạo đồ phì đất…, ở cấp độ vi mô, “nghiên cứu sự linh động của khoáng sét trong đất dốc dưới tác động của một số yếu tố môi trường đất” sẽ cung cấp một giải pháp mới cho việc bảo vệ chống xói mòn đất, cải tạo môi trường đất dốc. 2 Trong nghiên cứu này, cấp hạt sét được tách ra từ mẫu đất đồi núi khu vực Sóc Sơn – Hà Nội. Để xác định sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đất như pH, các cation (Na + , Ca + , Al 3+ ), anion hữu cơ (humat), axit silicic đến sự linh động của khoáng sét trong dung dịch, các thí nghiệm về tán keo, tụ keo của khoáng sét được thực hiện trong ống nghiệm dưới ảnh hưởng của các chất ở các nồng độ khác nhau. Kết quả nghiên cứu nhằm đưa ra các giải pháp giảm thiểu sự mất sét và cải thiện tính bền vững của cấu trúc đất dưới tác động của xói mòn đất. 3 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 1.1.1. Vị trí địa lý Sóc Sơn là một huyện ngoại thành ở phía Bắc thủ đô Hà Nội, có trung tâm là thị trấn huyện lỵ Sóc Sơn cách trung tâm Hà Nội 35 km theo quốc lộ 3A Hà Nội - Thái Nguyên. bao gồm 26 đơn vị hành chính (25 xã và 01 thị trấn). - Phía Bắc giáp với huyện Phổ Yên - Thái Nguyên. - Phía Đông Bắc giáp với huyện Hiệp Hòa - Bắc Giang - Phía Đông giáp với huyện Yên Phong - Bắc Ninh - Phía Nam giáp với huyện Đông Anh - Hà Nội. - Phía Tây Nam giáp với huyện Mê Linh - Vĩnh Phúc. Huyện có vị trí cửa ngõ của Thủ đô Hà Nội, là địa bàn có vị trí thuận lợi với hệ thống giao thông đối ngoại phát triển, đặc biệt là cảng hàng không quốc tế Nội Bài, các trục quốc lộ lớn, vì vậy có nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển nhanh nền kinh tế - xã hội. 1.1.2. Điều kiện khí hậu - thuỷ văn a. Khí hậu Khí hậu vùng Sóc Sơn mang đặc điểm khí hậu vùng đồng bằng sông Hồng, chịu ảnh hưởng của chế độ nhiệt đới ẩm gió mùa nội chí tuyến, có hai mùa rõ rệt: mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3 và mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 10. Nhiệt độ không khí trung bình trong năm là 23 o C. Nhiệt độ không khí ngày cao nhất trong năm là 42 o C. Nhiệt độ không khí ngày thấp nhất trong năm là 5 o C. Chênh lệch nhiệt độ tháng nóng nhất (tháng 7) và tháng lạnh nhất (tháng 1) theo số liệu của trạm khí tượng Phúc Yên trung bình là 13,1 o C. Lượng mưa trung bình trong năm là 1480 mm, lượng mưa năm cao nhất là 1952 mm và lượng mưa năm thấp nhất là 915 mm. Lượng mưa chủ yếu tập trung vào tháng 5 đến tháng 9 chiếm 78% lượng mưa cả năm. Độ ẩm cao nhất trong năm là 95 - 100% tập trung vào các tháng 4, 9 và 12, thấp nhất vào các tháng 11, 12. 4 Hướng gió chủ đạo: mùa hè là hướng Đông Nam, mùa đông là hướng Đông Bắc. Tốc độ gió trung bình trong năm là 3 m/s. Các yếu tố khí hậu khác: sương muối có từ 2- 3 ngày/năm, mưa phùn có khoảng 40 ngày/năm, số giờ nắng trung bình 1620 giờ/năm và lượng bức xạ trung bình 8,5 kcal/cm 2 /tháng. b. Thuỷ văn Huyện Sóc Sơn có 3 tuyến sông chính chảy qua: - Sông Cà Lồ chảy qua phía nam của huyện với chiều dài 56km. Đê Cà Lồ có chiều dài 20,3 km từ xã Phủ Lỗ đến xã Lương Phúc. - Sông Cầu chảy qua phía Đông của huyện với chiều dài 13 km, từ xã Trung Giã đến xã Việt Long. - Sông Công chảy qua phía Bắc của huyện với chiều dài 11 km, là sông nhánh nhập với sông Cầu tại xã Trung Giã. 1.1.3. Địa hình Tổng diện tích đất tự nhiên của huyện Sóc Sơn là 30.651,30 ha, nằm trong vùng chuyển tiếp từ vùng núi Tam Đảo xuống đồng bằng sông Hồng. Địa hình đa dạng, phức tạp có độ dốc thoải dần từ đông bắc xuống đông nam, gồm 2 vùng địa hình đặc trưng: - Vùng bán sơn địa, đồi núi thấp: có cao độ chân đồi 15 m, cao độ đỉnh đồi 300 m, gồm một phần các xã Bắc Sơn, Nam Sơn, Minh Phù, Minh Trì, Phù Linh, Quảng Tiều. - Vùng đồng bằng chia làm 3 khu vực: + Khu vực có cao độ 10 - 15 m, địa hình bằng phẳng dốc thoải dần từ Tây Bắc đến Đông Nam, thuộc phần lớn các xã: Tiêu Dược, Mai Đình, Đức Hoà, Phủ Lỗ, Bắc Sơn, Nam Sơn, Hiền Ninh. + Khu vực có cao độ 5 – 10 m, địa hình chia cắt không bằng phẳng, thoát nước cần phải có trạm bơm, phần lớn diện tích thuộc các xã: Tân Minh, Đức Hòa, Thanh Xuân, Phú Cường, Tân Dân, Phù Minh. 5 + Khu vực có độ cao < 5 m, địa hình bằng phẳng, thấp trũng thuộc một phần diện tích của các xã: Việt Long, Bắc Phú, Tân Hưng, Xuân Giang, Kim Lũ, Xuân Thu. 1.1.4. Đặc điểm địa chất – địa mạo Huyện Sóc Sơn có 2/3 là đồi núi. Địa hình phức tạp và đa dạng, chia làm 3 vùng rõ rệt: vùng núi, vùng núi thấp và vùng đồng bằng ven sông. Địa hình có độ chênh lệch khá lớn: nơi cao nhất là 303 m, nơi thấp nhất là 3,2 m. Do địa hình như vậy nên nguy cơ đất bạc màu, rửa trôi là rất lớn, đặc biệt là các vùng có lớp phủ thực vật nghèo kiệt. Sóc Sơn là vùng rìa Đông Bắc Bắc Bộ, về mặt địa chất thuộc rìa cấu trúc vùng Bắc Bộ, các thành hệ địa chất thành tạo nên đất đá khu vực gồm có: - T 2 LuK 2 : hệ tầng Nà khuất gồm: cát bột kết, sét kết màu xám, phong hóa màu nâu đỏ, không chứa nước. - Qm 2 VP: Tầng phong hoá tuổi đệ tứ Pleixtoxen muộn gồm: các thành tạo aluvi tới nơi có tầng hồ (sét kaolin màu trắng) tầng đầm lầy. Phần lớn đất đá trên đồi bị laterit mạnh mẽ tạo thành các tầng đá ong dầy. Đối với vùng Đông Bắc theo tài liệu tham khảo có 4 lớp từ trên xuống: Lớp 1: đất hữu cơ có chiều dày 0,6 - 0,8 m. Lớp 2: Lớp sét nhẹ có độ sâu từ 0,6 đến 4 - 5 m. Lớp 3: Cát pha hạt mịn có lăng kính sét pha dẻo nằm ở độ sâu 4 - 5 m đến 25 m. Lớp 4: lớp cuội sỏi có mạch nước ngầm ở độ sâu từ 25 m trở lên. 1.1.5. Tài nguyên khoáng sản Ngoài nguồn tài nguyên về nước ngầm, Sóc Sơn còn có nguồn nước mặt của sông Công, sông Cầu và nguồn vật liệu xây dựng như cát, sỏi và kaolin. Khu vực đồi núi thấp có thế cảnh quan thiên nhiên có thể khai thác phát triển du lịch, lâm nghiệp. 1.1.6. Đặc điểm lớp phủ thực vật Với 2/3 diện tích là vùng đồi núi nên Sóc Sơn chủ yếu là đất rừng. Do khai thác không hợp lý và thiếu sự quản lý, toàn bộ rừng gỗ tự nhiên vùng đồi núi Sóc [...]... nnk, 2009) Độ chua của đất ảnh hưởng đến các quá trình xảy ra trong đất Đối với khoáng sét, pH ảnh hưởng đến sự chuyển hóa từ khoáng này sang dạng khoáng 17 khác, cho nên pH là nguyên nhân quan trọng trong sự tạo thành khoáng sét của đất cùng với sự kết hợp của các yếu tố khác như khí hậu, địa hình, nhiệt độ… Dưới tác động của điều kiện tự nhiên khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều, địa hình cao, dốc, đá mẹ dễ phong... huyện Sóc Sơn – Hà Nội (TPCG, CEC, SOM, nồng độ các ion hòa tan trong nước, hàm lượng sắt, nhôm tổng số )  Nghiên cứu sự ảnh hưởng của pH, các cation (Na+, Ca2+, Al3+), axit silicic và chất hữu cơ hòa tan (humat) đến trạng thái keo sét trong đất nghiên cứu 20  Đề xuất một số giải pháp giảm thiểu sự mất sét và cải thiện tính bền vững của cấu trúc đất dưới tác động của xói mòn đất 2.3 Phƣơng pháp nghiên. .. truyền qua của dung dịch tương tự như hai thí nghiệm trên d Ảnh hưởng của axit silicic Trong một loạt các nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố đối với sự phân tán của cấp hạt sét trong dung dịch được xác định theo phương pháp Lagaly Tuy nhiên, phương pháp này phù hợp cho việc đánh giá đối với các yếu tố có tác động mạnh đối với sự tán keo như pH, các cation Do ảnh hưởng của axit silicic đối với sự tán... lớn… làm ảnh hưởng đến sự sống của thực vật Còn nếu đất quá ướt và thời gian quá lâu thì sự trương nở sẽ phá vỡ cấu trúc đất, gây bí và thiếu oxy Ngoài ra sự có mặt của các ion trong đất cũng làm ảnh hưởng tới khả năng hấp phụ của khoáng sét Khoáng sét hấp phụ cation hay anion tùy thuộc vào bản chất mang điện Nếu lượng ion để hấp phụ quá lớn thì bản thân khoáng sét có sự chọn lọc các yếu tố mang điện... học đất và khoáng sét trong đất có mối liên hệ hết sức mật thiết Tương tác qua lại giữa khoáng sét và các thành phần khác nhau trong đất cùng với những tác động đến đặc tính keo của cấp hạt sét sẽ được tìm hiểu kỹ trong nghiên cứu này 19 CHƢƠNG II ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu Mẫu đất: Mẫu đất được lấy tại khu vực đồi núi có độ dốc 10 – 20o thuộc xã Phù Linh, huyện. .. Frenkel và nnk, 1992) Tejada và Gonzalez (2007) đã chứng minh các anion hữu cơ làm giảm tính ổn định của cấu trúc đất Trong đất giàu hữu cơ, khoáng sét bị rửa trôi với tốc độ nhanh hơn Hiện tượng này là do sự tán keo của khoáng sét trong dung dịch đất dưới sự ảnh hưởng của chất hữu cơ hòa tan trong đất Trong môi trường có phản ứng axit, các anion vô cơ thường bị hấp phụ trên “bề mặt rìa”, nơi có các vị trí... bọt, đất ferralit mùn trên philit) + Ðối với đất đồng bằng: Keo sét chủ yếu của các loại đất vùng đồng bằng là kaolinit và hydromica Vermiculit gặp ở các đất phù sa trung tính ít chua, đất mặn trung tính, đất phèn, đất cát biển Ngoài ra có thể gặp gipxit (đất phù sa chua, đất bạc màu, đất cát biển) và gơtít (đất bạc màu) 1.3 Ảnh hƣởng của một số tính chất lý hóa đến đặc tính keo của khoáng sét trong đất. .. khoáng sét còn ít được biết đến trong các nghiên cứu gần đây mặc dù silic là một nguyên tố cơ bản và quan trọng trong môi trường đất Ảnh hưởng của độ ẩm lên khoáng sét thể hiện rõ nhất khi trong đất tồn tại khoảng trương nở 2:1 (montmorillonit) Cấu trúc đất khi đủ ẩm rất tốt, do các khoáng này kết hợp với mùn dạng humatcanxi nên cũng khá bền vững Nếu đất quá 18 khô montmorillonit sẽ co lại mạnh làm đất. .. ion này được giữ chặt trong cấu trúc đất nhờ cơ chế hấp phụ của keo đất và nhờ vào khả năng tích điện của các cấp hạt đất Vì vậy lượng ion hòa tan trong nước là không đáng kể Trong đất nghiên cứu hàm lượng sắt tổng số dao động không đáng kể từ 3,2 – 3,9% trong khi hàm lượng nhôm tổng số từ 20,7 – 20,8% Điều này có thể giải thích do đất nghiên cứu ở vùng đồi núi, chịu ảnh hưởng của quá trình ferralit... dụng đất đến năm 2020, kế hoạch sử dụng đất 5 năm kỳ đầu (2011-2015) huyện Sóc Sơn 6 1.2 Một số đặc điểm của keo sét trong đất 1.2.1 Đặc điểm chính của keo đất Keo đất là một hệ thống đa phân tán phức tạp bao gồm các hạt có kích thước khác nhau, ít tan trong nước, có đường kính rất nhỏ Về kích thước của hạt keo giữa một số tác giả không thống nhất Theo Garrison Sposito (1939) đường kính hạt keo dao động . mô, nghiên cứu sự linh động của khoáng sét trong đất dốc dưới tác động của một số yếu tố môi trường đất sẽ cung cấp một giải pháp mới cho việc bảo vệ chống xói mòn đất, cải tạo môi trường đất. keo, khoáng sét sẽ di chuyển linh hoạt hơn, nguy cơ xói mòn và rửa trôi khoáng sét trong đất sẽ cao hơn. Trạng thái tán keo hay tụ keo của khoáng sét trong đất dốc (sự linh động của khoáng sét) . keo sét trong đất nghiên cứu 30 3.3.1. Ảnh hưởng của pH 30 3.3.2. Ảnh hưởng của cation 32 3.3.3. Ảnh hưởng của humat 36 3.3.4. Ảnh hưởng của axit silicic 38 3.4. Cơ sở khoa học cho một số