Nghiên cứu, đánh giá lắng đọng axit ở vùng đồng bằng sông Hồng Việt Nam Luận án TS. Môi trường trong phát triển bền vững

Ph ng pháp phân tích trong phòng thí nghi m ..... Tuy nhiên, các h có kh n ng đ m/trung hòa cao không bao gi r i vào tình tr ng chua hóa lâu dài... Các cây trong nh ng cánh r ng này khôn

Ng i h ng d n khoa h c:

1 PGS.TS Hoàng Xuân C

2 GS.TS Lê Tr ng Cúc

HÀ N I - N m 2014

L I CAM OAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tôi

Các s li u, k t qu nêu trong lu n án là trung th c và ch a t ng đ c ai công b trong b t k công trình nào khác

Nghiên c u sinh

Ph m Th Thu Hà

b o v Lu n án

Tôi xin chân thành c m n Trung tâm Khí t ng Th y v n và Môi tr ng, Trung tâm Quan Tr c và Mô hình hóa Môi tr ng, Trung tâm Môi tr ng - Vi n Khí t ng Th y V n, phòng Phân tích Trung Tâm, khoa Nông h c - i h c Nông nghi p I Hà N i và phòng thí nghi m Vi n KH & CNMT- i h c Bách Khoa Hà

N i, khoa Sinh h c tr ng i h c Khoa h c T nhiên và khoa Sinh h c tr ng HSP 1 Hà N i, gia đình bà Ph m Th Ng ng H i D ng đã t o m i đi u ki n thu n l i cho tôi trong quá trình thu th p s li u, làm th c nghi m đ hoàn thành

Lu n án

Cu i cùng, tôi xin g i l i c m n đ c bi t t i gia đình c a tôi, các đ ng nghi p,

b n bè đã giúp đ và c v tôi trong su t th i gian h c t p và th c hi n Lu n án

Hà N i, ngày 15 tháng 10 n m 2014

M C L C

L I CAM OAN

L I C M N

M C L C .i

DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH VI T T T iv

DANH M C CÁC B NG .v

DANH M C CÁC HÌNH vii

M U 1

CH NG 1 T NG QUAN TÀI LI U 6

1.1 M t s v n đ chung liên quan đ n l ng đ ng axít 6

1.1.1 Khái ni m l ng đ ng axít 6

1.1.2 Nguyên nhân và c ch gây l ng đ ng axít 7

1.1.3 Các quá trình v n chuy n, chuy n hóa và l ng đ ng axít 10

1.1.4 Cách nh n bi t l ng đ ng axít 13

1.2 T ng quan tình hình nghiên c u n c ngoài liên quan đ n l ng đ ng axít 13

1.2.1 Tình hình l ng đ ng axít trên th gi i 13

1.2.2 nh h ng c a l ng đ ng axít đ n các h sinh thái, các công trình ki n trúc và s c kh e con ng i 16

1.2.3 Nh ng n l c trong ho t đ ng ki m soát l ng đ ng axít 33

1.3 T ng quan tình hình nghiên c u trong n c liên quan đ n l ng đ ng axít 36

K t lu n ch ng 1 40

CH NG 2 I T NG VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U 43

2.1 i t ng nghiên c u 43

2.2 Ph m vi nghiên c u 43

2.3 Ph ng pháp nghiên c u 44

2.3.1 Ph ng pháp đi u tra kh o sát th c đ a và thu th p s li u 45

2.3.2 Ph ng pháp tính toán các đ c tr ng l ng đ ng axít 45

2.3.3 Ph ng pháp b trí thí nghi m 47

2.3.4 Ph ng pháp phân tích trong phòng thí nghi m 1

2.3.5 Ph ng pháp phân tích và x lý s li u 2

2.3.6 Ph ng pháp mô hình hóa môi tr ng 3

2.3.7 Ph ng pháp xây d ng ph n m m qu n lý c s d li u và đánh giá hi n tr ng l ng đ ng axít 5

K t lu n ch ng 2 6

CH NG 3 K T QU VÀ TH O LU N 7

3.1 ánh giá hi n tr ng và t i l ng l ng đ ng axít m t s khu v c đ ng b ng sông H ng (Hà N i, H i Phòng, H i D ng, Ninh Bình) 7

3.1.1 Hi n tr ng m a axít 7

3.1.2 T i l ng l ng đ ng axít 24

3.2 ánh giá nh h ng c a m a axít đ n m t s tính ch t đ t tr ng đ u Cô ve (Phaseolus vulgaris L.) 39

3.2.1 Ch t l ng đ t làm thí nghi m 39

3.2.2 nh h ng c a m a axít đ n đ chua c a đ t 39

3.2.3 nh h ng c a m a axít đ n hàm l ng ch t h u c c a đ t (OM) 41

3.2.4 nh h ng c a m a axít đ n hàm l ng N, P, K d tiêu trong đ t 42

3.2.5 nh h ng c a m a axít đ n CEC và hàm l ng các cation Ca2+, Mg2+trao đ i trong đ t 44

3.2.6 nh h ng c a m a axít đ n hàm l ng SO42- trong đ t 47

3.2.7 nh h ng c a m a axít đ n hàm l ng Al3+ , Fe3+, Mn2+ trong đ t 48

3.3 ánh giá nh h ng c a m a axít đ n s sinh tr ng và phát tri n c a

cây đ u Cô ve (Phaseolus vulgaris L.) 1

3.3.1 T l n y m m 1

3.3.2 Th i gian n y m m 3

3.3.3 Th i gian di p l c hóa lá m m (TGDLHLM) 4

3.3.4 Chi u cao thân 6

3.3.5 S nhánh/cây 7

3.3.6 C ng đ quang h p 2

3.3.7 C ng đ thoát h i n c 4

3.3.8 Hàm l ng di p l c 6

3.4 xu t m t s gi i pháp đóng góp cho vi c ki m soát l ng đ ng axít 9

3.4.1 Kh n ng ng d ng mô hình Rains -Asia 7.52.2 đ nghiên c u đánh giá, d báo m c đ phát th i khí SO2và l ng l ng đ ng S t i vùng đ ng b ng sông H ng Vi t Nam 10

3.4.2 Xây d ng ph n m m qu n lý c s d li u và đánh giá hi n tr ng l ng đ ng axít vùng đ ng b ng sông H ng Vi t Nam 23

3.4.3 xu t gi i pháp gi m thi u s phát th i các ch t khí gây l ng đ ng axít 34

K t lu n ch ng 3 40

K T LU N VÀ KI N NGH 41

DANH M C CÔNG TRÌNH KHOA H C C A TÁC GI

LIÊN QUAN N LU N ÁN 44

TÀI LI U THAM KH O 46

CÁC PH L C C A LU N ÁN 62

DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH VI T T T

Ca2+T Canxi trao đ i

CEC Dung tích trao đ i cation

CEETIA Trung tâm K thu t Môi tr ng đô th và Khu công nghi p

EANET M ng l i quan tr c l ng đ ng axít vùng ông Nam Á

EEC y ban kinh t Châu Âu

DANH M C CÁC B NG

B ng 1.1 Ng ng pH đ i v i s t n t i c a m t s loài sinh v t 18

B ng 2.1 Các công th c thí nghi m 50

B ng 2.2 S đ b trí thí nghi m 51

B ng 3.1 Giá tr pH n c m a trung bình n m c a 5 tr m thu c đ ng

b ng sông H ng giai đo n 2006 - 2012 10

B ng 3.10 T i l ng l ng đ ng S và N Cúc Ph ng - Ninh Bình

giai đo n 2006-2012 37

B ng 3.11 Các k ch b n cho tr c 11

B ng 3.12 M c tiêu th n ng l ng theo t ng lo i nhiên li u 12

B ng 3.13 Danh m c kí hi u các lo i nhiên li u 13

B ng 3.14 M c tiêu th n ng l ng theo t ng ngành 14

B ng 3.15 Danh m c kí hi u các l nh v c/lo i hình s d ng n ng l ng 14

B ng 3.16 N ng l ng tiêu th b i nhiên li u trong t ng ngành vào n m 2015 15

B ng 3.17 M c phát th i SO2 theo t ng lo i nhiên li u 16

B ng 3.18 M c phát th i SO2 t các lo i hình ho t đ ng s n xu t 17

B ng 3.19 M c phát th i SO2 t s d ng nhiên li u theo t ng ngành n m 2015 18

B ng 3.20 Chi phí gi m thi u phát th i SO2 t vi c s d ng nhiên li u 18

B ng 3.21 Các k ch b n cho tr c 19

B ng 3.22 L ng l ng đ ng S theo k ch b n bl_cle vào n m 2015 20

B ng 3.23 L ng l ng đ ng Stheo k ch b n bl_no_control vào n m 2015 21

B ng 3.24 T l ph n tr m h sinh thái b nh h ng 22

B ng 3.25 Các file c s d li u v l ng đ ng axít t i khu v c nghiên c u 26

B ng 3.26 Danh m c m t s b ng trong c s d li u s d ng trên ph n m m 28

B ng 3.27 B ng d li u c a l ng t NO3-trong n c m a trong CSDL 33

DANH M C CÁC HÌNH

Hình 1.1 Ngu n g c gây l ng đ ng axít 10

Hình 1.2 S suy gi m pH c a h Gårdsjön, Th y i n 21

Hình 1.3 S suy gi m s n l ng cá H i trong các con sông b axít hóa phía Nam c a Na Uy 21

Hình 1.4 Gi i pháp gi m s axít hóa trong các h Th y i n 21

Hình 1.5 M t khu r ng c n m 1970 24

Hình 1.6 S thi t h i r ng c do m a axít n m 1986 24

Hình 1.7 B c t ng đá trong lâu đài Herten, Qu n Ruhr, c - đ c kh c n m 1702 nh ch p n m 1908 32

Hình 1.8 B c t ng đá trong lâu đài Herten, Qu n Ruhr c nh ch p n m 1969 32

Hình 2.1 Các ph ng pháp nghiên c u chính đ c s d ng trong lu n án 44

Hình 3.1 (a, b, c, d, e) T l m a axít (%) m t s khu v c thu c đ ng b ng sông H ng - Vi t Nam giai đo n 2006 - 2012 9

Hình 3.2 (a, b, c, d, e) Bi n đ ng pH qua các tháng c a các tr m thu c khu v c đ ng b ng sông H ng giai đo n 2006 - 2012 12

Hình 3.3 N ng đ TB c a các ion chính trong n c m a t i m t s

khu v c thu c đ ng b ng sông H ng giai đo n 2006 - 2012 14

Hình 3.4 Giá tr pH và n ng đ các ion chính trong mùa m a và mùa khô (mg/l) t i các tr m c a m t s khu v c thu c đ ng b ng sông H ng giai đo n 2006 - 2012 17

Hình 3.5 T l xu t hi n m a axít (%) theo mùa t i m t s

tr m khu v c thu c đ ng b ng sông H ng giai đo n 2006 - 2012 18

Hình 3.6 (a, b, c, d, e) So sánh s bi n thiên c a giá tr pH và pAi t i các tr m thu c khu v c đ ng b ng sông H ng giai đo n 2006 - 2012 23

Hình 3.7 (a, b, c, d, e) T i l ng l ng t c a các ion t i 5 tr m thu c đ ng b ng sông H ng - Vi t Nam qua các n m giai đo n 2006 - 2012 26

Hình 3.8 S đ tính l ng t axít 30

Hình 3.9 T i l ng l ng S và N 35

Hà N i, H i D ng, H i Phòng, Ninh Bình giai đo n 2006-2012 35

Hình 3.10 T i l ng l ng đ ng S, N Hà N i, H i D ng, H i Phòng, Ninh Bình và Cúc Ph ng giai đo n 2006-2012 37

Hình 3.11 Giá tr pH c a đ t tr ng cây đ u Cô ve 39

Hình 3.12 Hàm l ng ch t h u c (OM) trong đ t tr ng cây đ u Cô ve 41

Hình 3.13 Hàm l ng N, P và K d tiêu trong đ t tr ng đ u Cô ve 43

Hình 3.14 Hàm l ng Ca2+ T , Mg2+T và CEC c a đ t tr ng đ u Cô ve 45

Hình 3.15 Tri u ch ng quan sát đ c c a cây đ u Cô ve thí nghi m 46

Hình 3.16 Hàm l ng SO42- trong đ t tr ng đ u Cô ve 48

Hình 3.17 Hàm l ng Al3+ , Fe3+, Mn2+ trong đ t tr ng đ u Cô ve 49

Hình 3.18 T l n y m m c a đ u Cô ve các công th c thí nghi m 1

Hình 3.19 Th i gian n y m m c a cây đ u Cô ve các công th c thí nghi m 3

Hình 3.20 Th i gian DLHLM c a cây đ u Cô ve các công th c thí nghi m 5

Hình 3.21 Chi u cao cây đ u Cô ve th i k khi cây có 5-7 lá, b t đ u ra hoa và ra qu 6

Hình 3.22 S nhánh/cây đ u Cô ve th i k b t đ u ra hoa 8

Hình 3.23 C ng đ quang h p c a cây đ u Cô ve th i k khi cây có 5-7 lá, b t đ u ra hoa và ra qu 2

Hình 3.24 C ng đ thoát h i n c c a cây đ u Cô ve th i k khi cây có 5-7 lá, b t đ u ra hoa và ra qu 4

Hình 3.25 M i quan h gi a c ng đ thoát h i n c và c ng đ quang h p c a cây đ u Cô ve 5

Hình 3.26 Ch s SPAD c a cây đ u Cô ve ve th i k khi cây có 5-7 lá, b t đ u ra hoa và ra qu 6

Hình 3.27 M i t ng quan gi a ch s SPAD và c ng đ quang h p c a cây đ u Cô ve 8

Hình 3.28 Bi u đ bi u di n m c tiêu th n ng l ng theo t ng lo i nhiên li u 12

Hình 3.29 M c phát th i SO2 theo t ng lo i nhiên li u 16

Hình 3.30 Chi phí gi m thi u s phát th i SO2 trong các ngành s n xu t 19

Hình 3.31 L ng l ng đ ng S theo k ch b n bl_cle vào n m 2015 Vi t Nam và m t s qu c gia trong khu v c 20

Hình 3.32 L ng l ng đ ng Stheo k ch b n bl_no_control vào n m 2015 Vi t Nam và m t s qu c gia trong khu v c 21

Hình 3.33 T l ph n tr m h sinh thái b nh h ng 22

theo các k ch b n khác nhau Vi t Nam n m 2015 22

Hình 3.34: Giao di n công c l p trình C#.NET 2010 24

Hình 3.35 Ph ng pháp truy nh p c s d li u c a MS Access

và SQL server 25

Hình 3.36 C a s chính c a ph n m m đ c thi t k 25

Hình 3.37: Ch c n ng l a ch n đ a bàn nghiên c u và đ c CSDL 29

b ng cách l a ch n trên b n đ 29

Hình 3.38 Danh m c các bi u đ /đ th trong ph n m m 30

Hình 3.39 T l m a axít Cúc Ph ng 30

Hình 3.40 M i quan h gi a pH và pAi Hà N i qua các n m 31

Hình 3.41 T i l ng l ng t NO3 -trong n c m a Hà N i 31

Hình 3.42 T i l ng l ng t các ion trong n c m a Hà N i 32

Hình 3.43 T i l ng l ng đ ng c a S t i Hà N i 32

Hình 3.44 S đ h th ng h p th SO2 b ng đá vôi 37

Hình 3.45 S đ x lý SO2 b ng amoniac 39

M U

1 Tính c p thi t c a đ tài

L ng đ ng axít (Acid deposition) hi n đang là m t trong nh ng v n đ nhi m

b n môi tr ng nghiêm tr ng nh t không ch vì m c đ nh h ng m nh m c a chúng t i cu c s ng c a con ng i và các h sinh thái mà còn vì quy mô tác đ ng

c a chúng đã v t ra kh i ph m vi ki m soát c a m i qu c gia và nhân lo i đang

ph i xem xét nh ng nh h ng c a chúng quy mô khu v c và toàn c u

L ng đ ng axít là m t hi n t ng đã đ c phát hi n t lâu song đ c chú ý nhi u nh t t kho ng nh ng n m 80 cho t i nay do tác h i c a chúng gây ra nhi u

qu c gia, khu v c trên th gi i L ng đ ng axít đ c t o thành trong đi u ki n khí quy n b ô nhi m do s phát th i quá m c các khí SO2, NOx t các ngu n th i công nghi p và các ngu n ô nhi m khác, có kh n ng lan xa t i hàng tr m, hàng ngàn kilomet B i v y, có th ngu n phát th i sinh ra t qu c gia này song l i có nh

h ng t i nhi u qu c gia khác do s chuy n đ ng quy mô l n trong khí quy n Thu t ng “L ng đ ng axít” bao g m c hai hình th c: l ng khô (dry deposition) và

l ng t (wet deposition) L ng t th hi n d i nhi u d ng nh m a, tuy t, s ng

mù, h i n c có tính axít, còn l ng khô bao g m các khí (gases), các h t b i (particulates) và các son khí (aerosols) có tính axít M a axít là m t d ng th hi n

c a l ng t [31, 44, 83] C ng c n nói thêm r ng, trong gi i chuyên môn đôi khi

ng i ta dùng thu t ng "L ng đ ng axít" (Acid deposition), thay vì m a axít (Acid

rain) Hai thu t ng này khác nhau ch "l ng đ ng axít" là s l ng đ ng c a axít trong khí quy n xu ng b m t trái đ t (k c d ng khô [các h t b i] hay d ng t [m a axít]), còn "m a axít" ch thu n túy nói v s l ng đ ng axít trong khí quy n

xu ng b m t trái đ t d ng t Theo đ nh ngh a c a U ban Kinh t Châu Âu (EEC) thì m a có ch a các axít H2SO4 và HNO3 v i pH ≤ 5,5 là m a axít [51, 62] Tuy v y, quy đ nh v giá tr gi i h n c a pH ng v i m a axít nh ng n c khác nhau có khác nhau, ví d M quy đ nh m a axít là n c m a có pH ≤ 5,0 còn

nhi u qu c gia trên th gi i nh n , Inđônêxia, Hàn Qu c, Thái Lan, Vi t Nam thì n c m a có pH < 5,6 là m a axít [42, 99]

Hi n t ng l ng đ ng axít th ng x y ra các khu v c có m c đ công nghi p hoá cao nh Châu Âu, B c M và hi n nay ph m vi tác đ ng c a nó đã m r ng ra khu v c Châu Á [106] L ng đ ng axít gây ra nh ng h u qu nghiêm tr ng v

v i toàn th gi i c ng nh đ i v i m i m t qu c gia

Vi t Nam, m c dù quá trình công nghi p hoá và đô th hoá ch a m c cao

nh trên th gi i và khu v c, nh ng đang có ti m n ng l ng đ ng axít cao, m t m t

là do m c t ng tr ng m nh v kinh t c a đ t n c, m t khác các ch t axít đ c

v n chuy n đ n t các qu c gia lân c n c ng đang trên đà phát tri n kinh t do n c

ta có đ ng biên gi i đ t li n và bi n r t l n [14, 16, 17] M t s nghiên c u c a các tác gi trong n c đã kh ng đ nh r ng l ng đ ng axít th c t đã x y ra n c

ta, và tình hình l ng đ ng axít đang x y ra h u h t các t nh thành trong c n c,

ch y u t i nh ng thành ph đông dân và t p trung nhi u khu công nghi p [13, 17,

24, 133] Chính vì v y, hi n t ng l ng đ ng axít đã đ c đ c p trong các báo cáo

hi n tr ng môi tr ng toàn qu c c a các n m g n đây

ng b ng sông H ng là vùng kinh t tr ng đi m, giàu ti m n ng và là m t trong 5 vùng quan tr ng c a c n c bao g m 11 t nh, thành ph [8] ây là n i

di n ra nhi u ho t đ ng kinh t sôi n i, có nhi u khu công nghi p phát tri n m nh,

n i s d ng nhi u ph ng ti n giao thông và là n i tiêu th nhi u lo i nhiên li u hóa th ch Các ho t đ ng phát tri n kinh t - xã h i trong vùng gây gia t ng đáng k

s phát th i các khí gây l ng đ ng axít c ng nh nh ng v n đ v ô nhi m không

khí [8, 14, 36] Cùng v i đó l ng l ng đ ng axít s là r t l n, và m t cách tr c ti p hay gián ti p s nh h ng t i các h sinh thái, các công trình ki n trúc và cu c

s ng c a con ng i Do đó, vi c nghiên c u đánh giá l ng đ ng axít là r t quan

tr ng trong xây d ng l trình ki m soát s phát th i các khí gây l ng đ ng axít, góp

ph n c i thi n ch t l ng không khí không nh ng cho t i ch mà còn toàn c u, c ng

nh nh m làm gi m chi phí trong vi c x lý các thi t h i do l ng đ ng axít gây ra

đ i v i môi tr ng, các công trình ki n trúc và s c kh e c a con ng i, h ng t i phát tri n b n v ng đ t n c và khu v c trong quá trình phát tri n kinh t , xã h i

V i xu t phát đi m này, chúng tôi đã th c hi n đ tài: "Nghiên c u, đánh giá l ng

đ ng axít vùng đ ng b ng sông H ng Vi t Nam"

2 M c tiêu nghiên c u

- ánh giá hi n tr ng và t i l ng l ng đ ng axít khu v c nghiên c u

- Nghiên c u nh h ng c a m a axít đ n m t s tính ch t c a đ t, s sinh

tr ng và phát tri n c a cây đ u Cô ve (Phaseolus vulgaris L.)

- xu t m t s gi i pháp đóng góp cho vi c ki m soát l ng đ ng axít khu v c nghiên c u

3 N i dung nghiên c u

3.1 ánh giá hi n tr ng và t i l ng l ng đ ng axít khu v c nghiên c u bao

g m:

- ánh giá t n su t m a axít, giá tr pH và n ng đ các ion chính trong n c

m a, s bi n đ i ion theo mùa, các thành ph n chính làm thay đ i giá tr pH trong n c m a, bi n lu n s trung hòa tính axít trong n c m a thông qua

ch s pAi

- ánh giá t i l ng l ng đ ng axít (t i l ng l ng t c a các ion chính trong

n c m a, t i l ng l ng đ ng c a S và N) khu v c nghiên c u

3.2 Nghiên c u nh h ng c a m a axít đ n m t s tính ch t c a đ t, s sinh

tr ng và phát tri n c a cây đ u Cô ve bao g m:

- Nghiên c u, đánh giá nh h ng ph i h p c a 3 thành t m a axít (pH, t n

su t m a, l ng m a) đ n tính ch t c a đ t tr ng đ u Cô ve thông qua m t s

ch tiêu pHKCl, pHH2O, CEC, Ca2+, Mg2+ trao đ i (Ca2+

T , Mg2+T ), ch t h u c (OM), N, P, K d tiêu ( Ndt, Pdt, Kdt), Al3+, Fe3+, SO42-, Mn2+

- Nghiên c u, đánh giá nh h ng ph i h p c a 3 thành t m a axít (pH, t n

su t m a và l ng m a) đ n m t s ch tiêu sinh tr ng và phát tri n c a cây

đ u Cô ve (t l n y m m, th i gian n y m m, th i gian di p l c hóa lá m m, chi u cao cây, s nhánh/cây, c ng đ quang h p, hàm l ng di p l c thông qua

ch s SPAD và c ng đ thoát h i n c), trên c s đó xác đ nh đ c m i quan

h gi a các thành t c a m a axít v i các ch tiêu sinh tr ng và phát tri n c a cây đ u Cô ve

3.3 xu t m t s gi i pháp đóng góp cho vi c ki m soát l ng đ ng axít khu

- Hi n nay các nghiên c u v l ng đ ng axít, đ c bi t là v kh n ng nh h ng

c a l ng đ ng axít đ n các h sinh thái Vi t nam còn r t m i m tài nghiên c u có ý ngh a khoa h c và giá tr th c ti n, góp ph n b sung vào s

l ng các nghiên c u còn ít v l ng đ ng axít Vi t Nam

- K t qu nghiên c u c a lu n án đã đ a ra m t b c tranh t ng th v hi n

tr ng, t i l ng l ng đ ng axít khu v c nghiên c u và nghiên c u nh h ng

c a l ng t (m a axít) đ n cây tr ng khu v c nghiên c u Lu n án c ng xây d ng đ c ph n m m qu n lý c s d li u và đánh giá hi n tr ng l ng

đ ng axít cho khu v c nghiên c u

- K t qu nghiên c u s là tài li u tham kh o cho các c quan qu n lý v môi

tr ng, các nhà ho ch đ nh chính sách, các nhà khoa h c v môi tr ng, trong vi c ki m soát s phát th i các ch t khí gây l ng đ ng axít, ki m soát

kh n ng nh h ng c a l ng đ ng axít đ n các h sinh thái trong khu v c nghiên c u nh m làm gi m chi phí trong vi c x lý các thi t h i do l ng đ ng axít gây ra đ i v i môi tr ng, c ng nh đ xu t các gi i pháp thích h p đ

t ng n ng su t cây tr ng tài c ng là tài li u tham kh o cho các nghiên c u

ti p theo v l ng đ ng axít

5 Nh ng đóng góp m i c a Lu n án

- Phân tích, đánh giá m t cách có h th ng hi n tr ng và t i l ng l ng đ ng axít khu v c nghiên c u trong giai đo n 7 n m liên t c (t n m 2006-2012)

- ây là nghiên c u khoa h c đ u tiên trong n c đánh giá nh h ng c a m a axít đ i v i cây đ u Cô ve, góp ph n b sung c s lý lu n v m i quan h

gi a nh h ng c a m a axít đ n s sinh tr ng, phát tri n c a cây tr ng nông nghi p và s thay đ i m t s tính ch t hóa h c c a đ t tr n

- ng d ng ph n m m Rains-Asia 7.52.2 trong đánh giá hi n tr ng và ki m soát

l ng đ ng axít đã cho th y mô hình này là kh thi và có kh n ng s d ng phù

h p trong đánh giá phát th i, phân b l ng đ ng S và t l ph n tr m h sinh thái b nh h ng khu v c nghiên c u

- L n đ u tiên xây d ng đ c ph n m m qu n lý c s d li u và đánh giá hi n

tr ng l ng đ ng axít cho khu v c nghiên c u

ng i đ u tiên s d ng thu t ng "m a axít" trong cu n sách đ c xu t b n n m

1872 có tiêu đ “Không khí và m a: S kh i đ u c a ngành khí hóa h c khí h u”,

nh m mô t b n ch t c a m a có tính axít xung quanh thành ph công nghi p Manchester, V ng qu c Anh và ông c ng nêu các quan đi m c b n liên quan đ n

m a axít mà đ c xem là m t ph n các hi u bi t c a chúng ta ngày nay [16, 123, 139] B y n m sau, m t nghiên c u Châu Âu đã có nh ng b ng ch ng c ng c thêm s khám phá c a nhà nghiên c u ng i Anh Quá trình đ t cháy than, d u, khí

t nhiên, than bùn sinh ra khí SO2 và NO2, trong khí quy n các khí này có th chuy n thành axít H2SO4 và HNO3 Các axít này có th r i xu ng b m t trái đ t theo n c m a, tuy t, m a đá, s ng mù, s ng khói [51] Chính vì v y, c m t

“m a axít” trong th i gian đó đã đ c s d ng r ng rãi trên kh p th gi i đ mô t các ki u ô nhi m khác nhau do quá trình đ t cháy nhiên li u hoá th ch

Tuy nhiên, theo th i gian cùng v i s ti n b trong khoa h c, r t nhi u nghiên

c u c a các nhà khoa h c cho th y các v t ch t axít có th đ c l ng t t khí quy n vào các h th ng sinh thái n c và đ t b ng nhi u cách, đó là: s l ng t h i

m c a nh ng ch t tham gia trong m a, tuy t và s ng mù; s h p th các khí b i

th c v t, đ t và n c m t; s l ng t d i d ng khô c a nh ng h t [140] Do đó, khái ni m ch có m a axít gây axít hóa cho các thành ph n c a môi tr ng là ch a

đ y đ mà khái ni m v l ng đ ng axít (l ng khô và l ng t) theo đi u ki n th i

ti t đ c xem là khái ni m chu n trong nghiên c u hóa h c n c m a L ng khô

th ng x y ra g n các ngu n đi m phát th i, trong khi đó l ng t ch y u x y ra

t i nh ng khu v c n m theo h ng gió cách xa ngu n th i hàng nghìn km [62, 141]

L ng đ ng axít (Acid deposition) đ c đ nh ngh a là m t quá trình mà các ch t nhi m b n có tính axít trong khí quy n r i xu ng b m t trái đ t Các ch t nhi m

b n đó gây tác h i đ i v i con ng i, cây tr ng, v t nuôi, n mòn các công trình

ki n trúc và khi hòa tan trong n c s gây nh h ng l n đ n môi tr ng s ng c a các sinh v t trong n c [42, 44]

Con ng i t xa x a đã bi t s d ng các ngu n tài nguyên thiên nhiên nh m

ph c v cho l i ích c a mình thông qua vi c ch t o ra các công c s d ng ngu n tài nguyên n ng l ng trên Trái t Các ngu n n ng l ng chính đ c t o ra do quá trình đ t các nhiên li u hóa th ch có th k đ n nh than đá, d u và khí t nhiên M t m t, làm cho cu c s ng tr nên d dàng h n, m t khác gây ra ô nhi m

do gi i phóng các ch t đ c h i vào môi tr ng Vi c đ t nhiên li u hóa th ch trong công nghi p và giao thông, quá trình công nghi p hóa và đô th hóa đã t ng d n

n ng đ c a khí và h t b i ô nhi m trong không khí d n đ n ô nhi m khí quy n [5,

61, 97] Hi n nay, l ng đ ng axít đang đ c nhìn nh n nh m t trong nh ng v n đ

môi tr ng toàn c u nghiêm tr ng nh t do ô nhi m không khí

V n đ l ng đ ng axít xu t phát t vi c phát th i oxít l u hu nh, oxít nit và các thành ph n khác có m t trong khí quy n [112, 136] Các khí SO2 và NOx trong khí quy n đ c sinh ra có ngu n g c t nhiên và nhân t o Các ngu n t nhiên phát

th i khí SO2 là t đ i d ng và núi l a Các ngu n nhân t o phát th i khí SO2 là t

vi c đ t các lo i nhiên li u hóa th ch trong s n xu t n ng l ng nh than đá, d u

m ; quá trình luy n kim s t và các kim lo i khác nh Zn và Cu; s n xu t axít sunfuric; ho t đ ng t p trung axít trong công nghi p d u khí và m t vài quy trình công nghi p khác [15, 61] Các ngu n t nhiên chính c a NOx bao g m các quá trình sinh h c (đ c bi t là ho t đ ng c a vi sinh v t), s m sét, phun trào núi l a Trong quá trình phân h y các h p ch t ch a nit trong đ t, vi sinh v t đã chuy n hóa nit d i d ng h p ch t thành N2O ây là m t quá trình chính sinh ra NOx có ngu n g c thiên nhiên và chúng đ c chuy n hóa thành nitrat [15] S m - sét gây tia l a đi n giúp hình thành ph n ng gi a nit và oxy có trong khí quy n t o thành

NOx Ngu n nhân t o phát th i NOx là t ho t đ ng s n xu t trong các nhà máy nhi t đi n, các khu công nghi p và vi c s d ng ph ng ti n giao thông Ngoài ra,

m t s các ho t đ ng công nghi p và nông nghi p khác c ng th i ra h p ch t nit

nh s n xu t phân đ m; ho c bón phân đ m d n đ n N đ c gi i phóng ra d i

d ng NOx ho c NH3 bay vào không khí, ho c có th t ho t đ ng đ t sinh kh i, khí

th i máy bay, v v [18, 51] N ng đ c a NOx phát th i trong không khí nh h n

c a SO2, tuy nhiên nh ng đóng góp c a nó trong vi c hình thành m a axít đang gia

t ng [9, 15, 132] Các khí SO2 và NOx t n t i trong khí quy n, tr i qua nhi u ph n

ng hóa h c khác nhau, k t h p v i h i n c trong khí quy n t o thành axít sunfuric (H2SO4), axít nitric (HNO3), sau đó chúng tr l i b m t đ t theo nhi u cách khác nhau

Các axít sunfuric H2SO4 và axít nitric HNO3 là thành ph n ch y u trong các

d ng l ng đ ng axít (m a, s ng mù và tuy t axít ) Quá trình l ng đ ng axít di n

ra theo hai hình th c bao g m l ng t và l ng khô Ban đ u l ng đ ng axít th ng

x y ra xung quanh các khu công nghi p Nh ng v i s gia t ng s d ng các ng khói cao các nhà máy nhi t đi n và khu công nghi p, các ch t ô nhi m phát th i vào không khí lan truy n r ng rãi theo vùng và th m chí trên quy mô toàn c u [53, 79] ó là do có th ngu n phát th i sinh ra t qu c gia này song l i có nh h ng

t i nhi u qu c gia khác do s v n chuy n c a hoàn l u khí quy n, d n t i quy mô tác đ ng c a l ng đ ng axít di n ra trên di n r ng h n L ng khô toàn c u ít đ c

bi t đ n ch y u là do d li u không đ y đ Trái l i v i l ng t, l ng khô khó có

th đo tr c ti p nên do đó ph i đ c c tính thông qua n ng đ trong không khí và

t c đ l ng Các tính toán cho th y, t l ph n tr m c a l ng khô x y ra r t khác nhau trên th gi i t 10% đ n 100% L ng khô SO42- và NO3- l n nh t t i g n các ngu n đi m chính và vùng phát th i lan truy n r ng, th ng l n h n nhi u so v i

l ng t Cách xa ngu n th i theo chi u gió, đ c bi t là các v trí ngoài bi n kh i,

l ng t chi m u th h n l ng khô [83, 85, 132]

N n công nghi p phát tri n đang là m i đe d a cho môi tr ng s ng c a con

ng i Các n c công nghi p hàng n m th i ra m t kh i l ng kh ng l oxít l u

hu nh Trong đó, M đ c xem là m t trong s nh ng qu c gia có phát th i SO2

hàng đ u th gi i, do đó t nh ng n m 1950 n c M đã xu t hi n các tr n m a axít [127, 119] Ch trong n m 1977, n c M đã th i vào b u khí quy n 31 tri u

t n oxít l u hu nh và 22 tri u t n oxít nit 80% oxít l u hu nh là do ho t đ ng c a các thi t b t o n ng l ng, 15% là do ho t đ ng đ t cháy c a các ngành công nghi p khác nhau và 5% t các ngu n khác Còn đ i v i oxít nit , 1/3 là do ho t

đ ng c a các máy phát n ng l ng, 1/3 khác là do ho t đ ng đ t nhiên li u đ chuy n hóa thành n ng l ng và ph n còn l i c ng do các ngu n khác nhau S li u

t các nghiên c u cho th y trung bình m i n m n c M th i ra g n 18 tri u t n

SO2 [129] Trung Qu c và Nga c ng là nh ng c ng qu c có m c đ phát th i SO2

l n trên th gi i [51, 99] Hình 1.1 bi u di n ngu n g c gây l ng đ ng axít

Hình 1.1 Ngu n g c gây l ng đ ng axít [62]

1.1.3 Các quá trình v n chuy n, chuy n hóa và l ng đ ng axít

L ng khô và l ng t là nh ng quá trình làm gi m n ng đ m t s ch t có trong khí quy n khi chúng ti p xúc v i m t đ m do các quá trình khác nhau, ph thu c vào l ng ch t ô nhi m có m t trong khí quy n, đ c tr ng c a các ch t đó, các y u

t khí t ng và th i ti t c ng nh vào các đ c tính b m t t i n i x y ra các quá trình này [18]

S hình thành l ng đ ng axít (l ng axít khô và t) đ c bao g m các quá trình sau:

a) Quá trình th i

Các ch t khí nh l u hu nh đioxít (SO2), các nit oxít (NOx) b th i vào khí quy n khi chúng ta đ t cháy các nguyên li u hóa th ch (nh d u và than) trong các nhà máy ho c các ho t đ ng giao thông s d ng xe có đ ng c (ôtô, xe máy) và các quá trình công nghi p khác

b) Quá trình khu ch tán và lan truy n [15]

Các ch t khí, son khí sau khi vào khí quy n chu các tác đ ng c a đi u ki n khí quy n tuân th các quy lu t đ ng l c, nhi t đ ng l c khu ch tán, lan truy n trong không gian

c) Quá trình v n t i đi xa

Trong khí quy n ngoài s khu ch tán, các ch t th i còn ch u s v n t i đi xa theo chi u gió, đ ng th i d i tác đ ng c a s c hút trái đ t, các thành ph n h t nguyên g c ho c hình thành trong khí quy n, tùy theo kích th c đ h t c ng b t

đ u quá trình l ng k t khi r i ngu n th i Các h t son khí còn có vai trò làm h t nhân ng ng k t trong quá trình hình thành mây và v n chuy n cùng mây i v i các ch t khí, c ng x y ra hi n t ng t ng ng: h p th trong mây, chuy n hóa hóa

h c [17, 51, 68]

d) Quá trình chuy n hóa hóa h c trong đi u ki n khí quy n [97]

Trong khí quy n, d i tác đ ng c a ánh sáng m t tr i, đ m và s có m t c a các ch t son khí trong vai trò xúc tác, các ch t khí tham gia các quá trình chuy n hóa hóa h c làm thay đ i v thành ph n ch t c ng nh v l ng Nh ng ngu n ô nhi m khí nit đioxít (SO2), các nit oxít (NOx) s chuy n hóa thành axít sunfuric (H2SO4), axít nitric (HNO3) và r i xu ng m t đ t ó chính là quá trình

l ng đ ng axít

e) Quá trình l ng đ ng axít

Quá trình l ng đ ng axít có th di n ra d i hai hình th c:

* L ng t (wet deposition): L ng t là quá trình lo i b các ch t ô nhi m ra

kh i khí quy n và đ a xu ng m t đ t b ng m a, tuy t, h t s ng ng ng k t trên các

b m t, trên th c v t Axít sunfuric (H2SO4), axít nitric (HNO3) đ c ng ng t cùng

v i h i n c trong nh ng đám mây và r i xu ng m t đ t d i các hình th c nh

m a, tuy t, s ng mù [18] Khi trong n c m a có m t l ng l n axít, ta th ng

g i là m a axít M a axít là m t d ng th hi n c a l ng t

- Có th chia quá trình l ng t thành 2 giai đo n:

+ Quá trình hình thành mây, các son khí có vai trò là h t nhân ng ng k t, các

h t n c ng ng t t o thành mây h p th các ch t khí nh h ng t i tính axít c a giáng th y, quá trình này đ c g i là quá trình “ rainout” Các ch t này trong mây

có th đ c v n chuy n đi xa hàng tr m km [16]

+ Trong quá trình m a, các h t m a r a trôi các thành ph n khí, b i sol khí trong không khí, quá trình này đ c g i là “r a trôi - washout” [16] Các son khí

d i t ng đáy mây b m a gi l i b ng s đông t tr ng tr ng do t c đ r i khác nhau gi a h t và m a Các phân t khí thì đi vòng xung quanh còn các h t va ch m

v i h t m a và b kéo theo xu ng m t đ t[18]

-Các thông s nh h ng t i quá trình l ng t: [16, 83]

+ N ng đ các ch t gây ô nhi m trong không khí

+ L ng h t, kích th c h t c a tr ng thái l ng trong h hai thành ph n khí

+ C ng đ giáng th y và th i gian có giáng th y

* L ng khô (dry deposition): L ng khô là quá trình v n chuy n các ch t khí và

h t ra kh i không khí khí quy n xu ng m t đ t trong đi u ki n không có ng ng k t

h i n c l p khí quy n sát m t đ t, trên các b m t, trên l p ph th c v t và không

có m a [18, 106] Các axít trong không khí d i d ng khí ho c b i đ c gió th i đi

và r i xu ng cây c i, nhà c a, m t đ t, và đi vào trong c th sinh v t qua đ ng hô

h p Các oxít axít SO2 và NOx c ng xâm nh p vào ao, h , sông su i, sau đó chúng

s ph n ng v i n c đ t o ra các axít làm gi m pH c a n c trong ao h L ng khô x y ra trong nh ng ngày không m a [140] Quá trình l ng khô ph thu c vào kích th c đ h t, đi u ki n khí quy n, đi u ki n l p ph m t đ m và thay đ i theo mùa và thay đ i theo không gian trong quá trình v n chuy n [16, 63] i v i các

h t nh h n 10 µm thì s v n chuy n này nh vào khu ch tán r i V i nh ng h t

l n h n còn ch u nh h ng c a tr ng l c Các h t có kích th c nh h n 1 µm thì chuy n đ ng Brown là ch đ o i v i các ch t khí, s h p ph trên các b m t sau đó đ n các chuy n hóa hóa h c gi vai trò chính[18]

1.1.4 Cách nh n bi t l ng đ ng axít

xác đ nh tính axít c a m t ch t, ng i ta s d ng m t đ n v đo là đ pH Khi đ pH b ng 7, ta nói ch t đó là trung tính Khi đ pH l n h n 7, ta nói ch t đó mang tính ki m, còn khi đ pH nh h n 7 thì ta nói ch t đó mang tính axít

Tuy nhiên, do trong khí quy n luôn có m t khí cacbonic (CO2) nên giá tr trung tính c a n c m a trong khí quy n th ng đ c l y là pH = 5,6 ( nhi t đ 200

C) [1, 14]

nh n bi t đ c l ng t, sau khi thu m u n c m a, c n xác đ nh đ pH c a

n c m a b ng cách s d ng máy đo pH, ho c gi y th đ pH và thang so màu đ xác đ nh đ pH [42]

Thành ph n hóa h c c a n c m a đ c coi là nh ng ch tiêu đ đánh giá m c

đ ô nhi m c a không khí trong khí quy n Do hàm l ng các ch t hòa tan trong

n c m a th ng r t th p nên khi l y m u, x lý, b o qu n, g i và phân tích m u

ph i tuân th nghiêm ng t các quy trình k thu t

nh n bi t l ng khô, sau khi thu m u khí qua b l c chuyên d ng, c n xác

đ nh n ng đ các ch t l u hu nh đioxít (SO2) và các nit oxít (NOx) trong m u

b ng các ph ng pháp phân tích trong phòng thí nghi m [42]

1 2 T ng quan tình hình nghiên c u n c ngoài liên quan đ n l ng đ ng axít 1.2.1 Tình hình l ng đ ng axít trên th gi i

L ng đ ng axít t lâu đã đ c nghiên c u và quan tr c nhi u n c có n n công nghi p phát tri n Các nghiên c u trên th gi i v l ng đ ng axít th ng t p trung th o lu n xoay quanh các v n đ nh các khu v c b l ng đ ng axít, ngu n và

l ng phát th i khí gây l ng đ ng axít, quy mô tác đ ng và nh h ng c a s l ng

đ ng axít t i môi tr ng t nhiên và cu c s ng c a con ng i, c ng nh gi i pháp cho v n đ này

Nhi u nghiên c u đã ch ra r ng hi n t ng l ng đ ng axít th ng x y ra các

khu v c có m c đ công nghi p hoá cao nh Châu Âu và B c M mà đó s

l ng đ ng l u hu nh t i các vùng ô nhi m nh t có th g p 10 l n n ng đ n n t

nhiên [69, 119] Tuy nhiên, hi n nay l ng đ ng axít c ng đ c xác đ nh nh m t

v n đ môi tr ng nghiêm tr ng Châu Á, đ c bi t là vùng ông Á [38] Theo nghiên c u c a C quan b o v Môi tr ng M - EPA (2004) cho th y khu v c ông B c M có t n su t xu t hi n pH < 5,0 là nhi u nh t, ph m vi pH đo đ c t i các bang mi n ông t 4,3 - 4,7, đ c bi t t i bang New York giá tr pH < 4,3 ây

c ng là khu v c đo đ c n ng đ ion NO3- trong không khí và l ng l ng t NO3

-l n, t ng ng là 1,5 -1,8 mg/l và 14-20 kg/ha, còn n ng đ SO42- trong không khí

là 2-2,5 mg/l và l ng l ng t SO42- là 21-27 kg/ha [139, 140] M a có đ pH th p

b ng 1,5 đã đ c ghi nh n t i Wheeling, West Virginia, Hoa K vào n m 1979

L u v c Los Angeles th ng xuyên có s ng mù t o thành các gi t n c v i pH t 2,2 - 4,0 [21, 96, 128] Châu Âu, Th y i n là m t trong s các qu c gia b nh

h ng n ng n b i l ng đ ng axít Theo nghiên c u c a Sven Eric Jogensen n m

1998 trong Ch ng trình đa qu c gia v đánh giá và giám sát quá trình axít hóa trong n c sông h cho th y có kho ng 4000/85000 h b x p vào lo i b axít hóa nghiêm tr ng và 18000 h đang b axít hóa [66, 95, 123] i v i khu v c Châu Á,

t n xu t m a axít c ng t ng lên nhanh chóng trong m t s n m tr l i đây v i s

l ng đ ng axít đ c bi t cao đã xu t hi n Trung Qu c, Nh t B n, ông B c n , Thái Lan và Hàn Qu c [106, 107] Nh t B n là qu c gia Châu Á coi m a axít là

m t v n đ môi tr ng quan tr ng M t s nghiên c u đã cho th y vùng trung tâm

c a Nh t B n nh Tokyo có giá tr trung bình pH trong n c m a t n m 1990 -

2000 là 4,56; t l NO3-/nss-SO42- và NO3-/NH4+ trong n c m a đã t ng nhanh khu v c phía tây Nh t B n, đi u này ch ng t l ng t do NO3- và NH4+đã x y ra đây, đ c bi t vào th i đi m mùa đông, th i đi m b nh h ng m nh c a s ô nhi m

t l c đ a Châu Á [99, 119]

S l ng đ ng axít liên quan ch t ch t i m c đ phát th i các khí SO2 và NO x vào khí quy n Nh ng khu v c có n ng đ SO42- và NO3- trong n c m a và m c

đ l ng đ ng SO42- và NO3- ph bi n và cao nh t c ng trùng v i nh ng khu v c phát th i các ch t ti n axít SO2 và NOx l n nh t B c Bán c u là khu v c tiêu th

l ng m t l ng l n nhiên li u hóa th ch, đ a đ n k t qu s phát th i S l n nh t

các v tuy n t 35 đ B c đ n 60 đ B c [140] B c M , M là n c th i SO2

hàng đ u th gi i trong nhi u th p k tr c, do đó các tr n m a axít đã xu t hi n

M t r t s m [129] M , Ohio River Valley là khu v c phát th i l ng SO2 l n

nh t Ng c l i, l ng khí th i oxít nit có m t đ ng đ u trên kh p c n c N ng

đ NOx l n nh t có Ohio River Valley và các bang lân c n Tuy nhiên, trong

nh ng n m tr l i đây, phát th i SO2 t i M đang gi m Theo s li u t C c Thông tin n ng l ng M (EIA) tháng 7 n m 2012, phát th i SO2 t i n c này đã gi m 24% trong th i gian t 2008 đ n 2009 Các nhà nghiên c u đã ch ra nguyên nhân

c a hi n t ng này là do giá khí thiên nhiên gi m, các công ty đi n l c đã đóng c a

nh ng nhà máy nhi t đi n than thi u thi t b ki m soát ô nhi m và đ u t vào các nhà máy m i s d ng khí thiên nhiên không ch a l u hu nh thay cho than có hàm

l ng l u hu nh t ng đ i cao B n thân s chuy n đ i này chi m 28% trong m c

gi m phát th i SO2 [127, 140] Châu Âu, các ngu n gây ô nhi m chính là các

n c Nga, c, Anh, Ba Lan, Tây Ban Nha và n m 1994 m i n c phát th i h n

m t tri u t n l u hu nh [123] Châu Á, Trung Qu c (đ c bi t các t nh phía Nam) và Nh t B n là các qu c gia có l ng phát th i SO2 và NOx r t đáng k Vào

n m 1979, Trung Qu c xu t hi n m a axít trên 20 t nh, t p trung phía nam sông

Tr ng Giang [51] Trong nh ng n m g n đây, Trung Qu c đã tr thành qu c gia

th i khí SO2 nhi u nh t th gi i, v i h n 1/2 l ng khí th i xu t phát t các nhà máy đi n s d ng than đá Theo báo cáo c a C c b o v Môi tr ng qu c gia Trung

Qu c (SEPA), l ng khí SO2 th i ra đã t ng 27% trong th i gian t n m 2000 đ n

2005 Báo cáo cho bi t m i t n khí th i làm thi t h i cho n n kinh t Trung Qu c 20.000 nhân dân t (2.500 USD) T ng thi t h i kinh t trong n m 2005 c a n c này lên h n 62 t USD khi l ng khí th i SO2 lên đ n 25 tri u t n [132] Nhìn chung, các khu v c đang phát tri n, ch y u vùng nhi t đ i, có t c đ t ng tr ng dân s nhanh h n các qu c gia công nghi p phát tri n, do đó phát th i c a S và N trong khí th i đ c d đoán là s t ng trong t ng lai và đ ng ngh a v i vi c t ng

m c đ l ng đ ng axít t i khu v c

Các ngu n phát th i ch t khí gây l ng đ ng axít ch y u đ n t các khu công

nghi p, các nhà máy nhi t đi n, lò n u kim lo i, các khu v c khai khoáng, v.v và

l ng khí phát th i này có kh n ng lan xa t i hàng tr m, hàng ngàn kilômét B i

v y, có th ngu n phát th i sinh ra t qu c gia này song l i có nh h ng t i nhi u

qu c gia khác do s v n chuy n c a hoàn l u khí quy n, d n t i quy mô tác đ ng

c a l ng đ ng axít di n ra trên di n r ng h n Trên toàn th gi i, c tính kho ng 50% l ng SO2 có ngu n g c t nhiên Châu Âu, ch có 15 % do t nhiên, n c Anh b nh h ng ít nh t 16% do l ng đ ng axít Na Uy, còn ô nhi m Na Uy thì trên 90% là do nh h ng t các n c khác [52, 61, 67] R ng và mùa màng Canada đã b tàn phá b i m a axít do ch t th i ô nhi m t công nghi p phía B c

n c M bay sang M a axít Th y i n là do gió đã mang không khí b ô nhi m

t n c Anh sang M a axít Nh t B n đã làm h h i kho ng 5000 km2

r ng cây tuy t tùng Kanto, n m phía B c th đô Tokyo, do ô nhi m không khí t Tokyo mang đ n [83, 101, 104]

nh h ng c a l ng đ ng axít đ n các h sinh thái, các công trình nhân t o và

cu c s ng c a con ng i là ch đ đã đ c r t nhi u qu c gia trên th gi i dày công

nghiên c u t nhi u n m qua, đ c bi t là các n c trong khu v c B c M , Châu Âu

và m t s n c khu v c Châu Á (Trung Qu c, Nh t B n, n ) K t qu t các nghiên c u nh m ch ng minh nh ng tác đ ng tiêu c c c a l ng đ ng axít, là c s

đ a ra các chính sách ki m soát l ng đ ng axít quy mô đ a ph ng, qu c gia, khu

th y v c L ng t axít có th r i tr c ti p vào m t n c c a th y v c H u h t các

h và su i có đ pH trong kho ng 6 - 8 (kho ng pH đ c xem là an toàn cho sinh

v t) [95] M t s h có tính axít t nhiên ngay c khi không ch u nh h ng c a

m a axít Trong ba th p k tr l i đây, các n c công nghi p phía B c bán c u, quá trình chua hóa các th y v c di n ra ngày m t nhanh h n Axít hóa các th y v c

di n ra m nh m nh t Hoa K , Canada, Na Uy và Th y i n [1, 79] Hoa K ,

t ch c Nghiên c u n c m t Qu c gia (National Surface Water Survery - NSWWS) xác đ nh nhi u h và su i b axít mãn tính khi mà n c đó có m c pH

th ng xuyên th p M t s vùng lãnh th c a M đ c xác đ nh là có nhi u th y

v c nh y c m v i axít hóa M t s h hi n nay có pH d i 5, h b chua nh t là h Little Echo Pond New York có pH b ng 4,2 Các su i ch y qua nh ng vùng đ t không có kh n ng đ m c ng d b chua hóa nh các h Kho ng 580 su i đ ng

b ng ven b Trung i Tây d ng b axít hóa 90% su i bang New Jersey b axít hóa, đây là n i có t l su i b chua hóa cao nh t n c M [1, 55] M t cu c kh o sát t i h Adirondack (New York, M ) trong giai đo n 1991 -1994 cho th y có 41%

di n tích h b axít hóa ho c d b axít hóa [1, 46] Canada, các nghiên c u c ng

c l ng kho ng 14.000 h phía ông Canada b chua do m a axít [96] Na

Uy, k t qu nghiên c u c a Brakke (1976) cho th y có 21 ngu n n c trung tâm

Na Uy có s gi m pH trung bình t 7,5 (1941) đ n còn 5,4 – 6,3 trong đ u th p niên

70 [52] Tây nam Th y i n, pH trung bình c a 14 ngu n n c m t gi m t 6,5 6,6 (1950) đ n còn 5,4-5,6 trong n m 1971 [46] Nova Scotia, pH trung bình c a

-7 con sông là 4,9 trong n m 1973, so sánh v i 5,7 trong n m 1954 – 1955 [138] Các h b axít hóa c ng đ c tìm th y m t s qu c gia khác nh B , an M ch, Tây c và Hà Lan [1, 46]

Quá trình chua hóa ph thu c vào kh n ng đ m/trung hòa c a n c và đ c xác đ nh b i hàm l ng các ion hydrocacbonat: [17, 51]

- Giai đo n đ u: Hydrocacbonat hòa tan có th trung hòa axít m nh Giai đo n này pH th ng > 6, n c mang tính ki m

H+ + HCO3- -> H2O + CO2

- Giai đo n 2 là giai đo n chuy n ti p hydrocacbonat b m t đi khi trung hòa axít gây nên dao đ ng l n c a pH

- Giai đo n 3 là giai đo n th y v c m t hoàn toàn tính ki m, pH th ng nh

h n 5, trong khi đó hàm l ng các kim lo i, đ c bi t là hàm l ng Al t ng gây đ c cho đ i s ng th y sinh v t Tuy nhiên, các h có kh n ng đ m/trung hòa cao không bao gi r i vào tình tr ng chua hóa lâu dài

Tuy v y, nh h ng c a l ng axít t i các th y v c ph thu c nhi u vào c u t o

đ a ch t và tính ch t th nh ng (kh n ng làm trung hòa axít) c a vùng l u v c Các vùng có n n đ a ch t canxi (calcareous) không nh y c m v i m a axít và th m chí v i l ng nh n n đá vôi trong vùng l u v c c ng s làm gi m đáng k nh

h ng c a m a axít Axít hóa th ng x y ra t i các vùng có n n đá h c là granit

ho c gneiss v i l p đ t b m t m ng c đi m này c n đ c l u ý b i nhi u vùng núi phía B c Vi t Nam ch y u là núi đá vôi có ngu n g c karst cho nên có nhi u

kh n ng gi m tính axít trong các th y v c n c ng t [17]

b) H th y sinh v t trong các th y v c n c ng t

Các c th sinh v t và môi tr ng luôn có m i t ng tác qua l i v i nhau trong

h sinh thái T t c các thành ph n c a h sinh thái n c m t b nh h ng b i l ng

đ ng axít, bao g m c các loài th c v t phù du, đ ng v t l ng c , đ ng v t không

x ng s ng hay đ ng v t có x ng s ng Các loài khác nhau có ng ng pH đ i v i hàm l ng axít khác nhau Ng ng pH thích h p đ i v i s s ng c a m t s loài sinh v t đ c th hi n B ng 1.1

Theo các d n li u nghiên c u th c nghi m, các nhóm th y sinh v t trong th y

v c có th duy trì t t khi giá tr pH n m trong kho ng t 6 t i 9 Nhìn chung, s chua hóa làm gi m đa d ng th c v t n i: các h b chua hóa ch có 10 - 20 loài,

trong khi đó các h nghèo dinh d ng nh ng pH trung tính có 30 - 80 loài [17, 69] Tuy v y, v n có các loài t n t i, th m chí phát tri n trong đi u ki n chua hóa b i vì chúng có kh n ng ch u đ ng đ c chua trong đi u ki n chuy n hóa ph t phát Thí

d nh các loài t o thu c Dinoflagellate có chi m u th nhi u h b chua hóa,

m c d u chúng có gi m s loài nh ng ít khi gi m sinh kh i (Biomass) n u ngu n

dinh d ng ph t phát v n đ c duy trì T o bám đáy (Peryphytonn) l i có nh ng

ph n ng khác nhau T o bám đáy b t đ u phát tri n khi pH gi m xu ng < 6 và ti p

t c gia t ng n a khi pH < 5,5 T i các su i Welsh, t o l c Mugeotia, Ulothrix và

Stigeoclonium có t n s b t g p l n nh t t i môi tr ng n c pH th p [1, 17] Rong

n c (Sphagnum) c ng ch u đ ng đ c môi tr ng axít hóa [46, 72]

Th c v t th y sinh b c cao (Macrophyta) kém phát tri n các h có đ pH

th p S bi n đ i rong trong h b chua hóa bao g m s suy gi m loài v n u th

nh Lobella t i pH b ng 4 ho c th p h n n a đ ng th i gia t ng loài u th - rong

n c (Sphagnum) [1, 17] Ormerod và c ng s (1987) khi nghiên c u nhóm th c

v t (Macroflora) c a các su i b chua hóa x Wale đã cho r ng có th s d ng

m t s nhóm th c v t này nh là các loài ch th cho su i b chua hóa [125]

Trong các nghiên c u c a Stoner và c ng s (1984) đ i v i các su i đ u ngu n

c a sông Tywi phía Tây x Wale cho th y r ng khi pH cao h n 5,5 và đ c ng cao h n 8 mg/l thì qu n xã đ ng v t không x ng s ng có t i 60 - 80 loài Khi pH

d i 5,5 và đ c ng d i 10 mg/l ch có 23 - 27 loài ng v t không x ng s ng

n c ng t c n các ion Na, Cl, K và Ca ho t tính đ duy trì s s ng i u đó ph thu c vào hàm l ng các ion bên ngoài Trong th y v c b axít, làm l ng các ion này quá th p, trong khi đó các ion H +

và Al tr nên u th trong n c Chúng xâm

nh p vào bên trong c th s ng gây r i lo n các cân b ng, d n t i làm m t đi các ion s ng còn trong mô và máu [1] Nh ng loài l ng c c ng b nh h ng b i quá trình axít hóa trong các th y v c [77] đ pH th p, nhi u loài l ng c nh ch, cóc, và k nhông đ c bi t nh y c m [53, 95] S l ng c gi m pH d i 5,5 và khi pH nh h n 5,2 thì c không th t n M a axít c ng d n đ n r a trôi Ca, làm

nh h ng đ n quá trình hình thành v c a các loài đ ng v t thân m m Các đ ng

v t thân m m nh y c m h n v i quá trình axít hóa và t i các h Ontario (M ) có

pH b ng ho c th p h n 5,0 đã không tìm th y s có m t c a các đ ng v t thân m m [108]

Trong các nghiên c u nh h ng c a l ng đ ng axít t i th y sinh v t thì ngu n

l i cá h đ c đ c bi t quan tâm M a axít đã làm t ng m nh t l ch t c a các loài

cá, làm gi m s c sinh s n và gi m t c đ t ng tr ng c a x ng và kèm theo đó là gia t ng kh n ng h p th kim lo i n ng c a cá [138] Khi pH < 4,0 thì s l ng các loài cá gi m nhanh chóng do phôi cá không có kh n ng phát tri n trong môi tr ng

có tính axít cao [44, 55] Các nghiên c u t i các h c a bán đ o Scandinavia cho

th y m t s qu n th cá m t d n t đ u nh ng n m 1920 do các h b m a axít làm chua hóa d n Trong nh ng n m 70, trong 7 sông phía Nam Na Uy b m a axít thì

cá h i b suy gi m s l ng, trong khi 68 sông khác không b m a axít thì s n l ng

cá h i không gi m [143] Nh ng thi t h i v các qu n th cá c ng x y ra các h

và dòng sông b axít hóa Canada Các nghiên c u Hoa K cho th y m a axít gây nhi u h u qu làm ch t cá, làm gi m s l ng qu n th cá, th m chí h y di t các loài cá c a th y v c và làm gi m đ đa d ng sinh h c c a th y v c Do m a axít ch y qua đ t vùng l u v c, nhôm (Al) đ c gi i phóng ra t đ t vào h ho c

su i đó nên pH trong h ho c su i gi m, n ng đ Al t ng lên C pH th p l n

n ng đ Al t ng cao đã tr c ti p gây đ c cho cá, có th không gi t cá nh ng làm cho kích th c và kh i l ng cá nh h n bình th ng và cá m t kh n ng c nh tranh th c n c ng nh n i c trú T i các th y v c b m a axít, tác đ ng c a m a axít đ n qu n th cá theo hai ki u: làm ch t cá ngay khi b m a axít, và làm gi m

d n qu n th trong th y v c b axít hóa [130]

Hình 1.2 S suy gi m pH c a h

Gårdsjön, Th y i n [132] Hình 1.3 S suy gi m s H i trong các con sông b axít n l ng cá

hóa phía Nam c a Na Uy

[52]

Hình 1.4 Gi i pháp gi m s axít hóa trong các h Th y i n [132]

( Vào nh ng n m 1970, trên 10.000 h Th y i n b axít hóa và qu n th cá b ch t hàng lo t Vôi b t đ c r c xu ng h đ duy trì s s ng c a qu n th cá trong h )

đ i gi a các ion H+ và các cation dinh d ng nh Kali (K), Magie (Mg) và Canxi (Ca); làm t ng đ đ c c a nh ng d ng kim lo i n ng nh Al, Fe, Mn, Pb, Ni trong

đ t; làm bão hòa kh n ng h p thu SO42- d n đ n s hòa tan sunfat, kèm theo nh ng cation baz và tính đ c Al3+

và H+ [11, 89, 91, 120] Các cation dinh d ng đ c

gi i phóng vào đ t và có th b r a trôi trong dung d ch đ t có ch a SO42- do l ng

đ ng axít [130] Axít hóa gây r a trôi các cation dinh d ng d n đ n làm đ t m t dinh d ng, làm gi m s màu m c a đ t và gi m s sinh tr ng c a cây Axít hóa

đ t đã x y ra Châu Âu [83], phía đông B c M [96] và Trung Qu c [64]

Theo nghiên c u c a Tamm và Hallbacken (1988) v tính axít trong đ t các cánh r ng g d gai (Fagus sylvatica) Châu Âu trong giai đo n 1982 - 1983 và so sánh v i n m 1927 cho th y đ pH c a đ t n m 1927 và giai đo n 1982 -1983

t ng ng là 4,5 và 3,8 cho t ng đ t mùn, pH= 4,5 và 4,2 cho l p A2, pH = 4,9 và 4,6 cho l p B, và pH = 5,3 và 4,7 cho t ng C S thay đ i tính axít l n nh t đ c quan sát th y trong t ng đ t mùn M t trong nh ng nguyên nhân chính gây ra axít hóa các t ng đ t sâu h n chính là do các ch t axít hóa xâm nh p vào đ t t khí quy n [46, 120].Tuy nhiên, do m t s y u t khác có th gây axít hóa đ t trong đó bao g m nh ng thay đ i v th m th c v t, nên có th r t khó xác đ nh s đóng góp

t l ng đ ng axít H n n a, s không ch c ch n v kho ng th i gian mà nh ng nh

h ng c a l ng đ ng axít t i đ t có th x y ra c ng là m t b t l i trong vi c xác

đ nh s đóng góp c a nó đ i v i s axít hóa trong đ t

Ti p theo có th k t i nghiên c u c a Gregory B Lawrence và c ng s (2004)

v “S ph thu c c a s t ng tr ng cây vào khí h u b h n ch b i nh h ng c a

l ng đ ng axít trên các lo i đ t Tây B c Nga” Nghiên c u đã ti n hành phân tích các m u đ t mà l u tr nh ng thay đ i hoá h c trong đ t, nh ng thay đ i này đ c theo dõi cùng v i quá trình sinh tr ng c a cây th k th 20 Các m u đ t đã

đ c thu th p vào n m 1926, 1964 và n m 2001 g n St Petersburg (Nga) cho th y

l ng đ ng axít có xu h ng làm gi m n ng đ Ca có s n trong r (m t y u t c n thi t) và t ng n ng đ Al(m t ch t c ch s h p th Ca) S thay đ i trong đ t x y

ra đ ng th i v i s gi m t ng tr ng đ ng kính c a cây Vân Sam Na Uy Theo

k t qu nghiên c u thì n ng đ c a Ca trao đ i gi m đ n 10 l n trong t ng đ t 0 -

30 cm t n m 1926 -1964, nh ng s thay đ i này là nh trong giai đo n t n m

1964 -2001 đ sâu b t k N ng đ Mg trao đ i c ng có s thay đ i t ng t nh

Ca S suy thoái đ t đ c th hi n thông qua gi m kh n ng trao đ i cation (CEC),

c ng nh gi m n ng đ Ca s n có và t ng n ng đ Al3+ trong đ t Quá trình sinh

tr ng c a r ng có th làm chua hóa đ t, nh ng l ng đ ng axít là l i gi i thích chính đáng nh t cho s thay đ i này c a đ t [59, 64, 82]

Nghiên c u c a Mossion (1989) v nh h ng c a m a axít đ n hàm l ng

SO42- trong hai lo i đ t cát đ c l y t Jack Pine (Poxic Banksiana) Ontaria Thí

nghi m đã dùng m a axít nhân t o v i pH đ c đi u ch nh đ n giá tr 5,7, 4,3 và

2,0 đ phun vào đ t K t qu nghiên c u cho th y s thay đ i n ng đ SO42-x y ra

m nh pH = 2,0, còn pH = 5,7 thì không có tác đ ng Trong thí nghi m x lý pH

= 2,0 thì n ng đ SO42- đ t 20 µeq/l trong 100 – 150 tu n đ u, sau đó n ng đ t ng lên nhanh chóng sau 400 tu n là 150 µeq/l i u này cho th y s h p th SO42-

trong đ t đã b bão hòa, sau khi thêm SO42- ch y u làm chúng b đ y ra kh i keo

đ t, làm gia t ng anion trong dung d ch đ t [1, 132]

Quá trình axít hóa trong đ t c ng nh h ng t i chu k dinh d ng và t c đ phân h y trong đ t Theo nghiên c u c a Lawrence và c ng s (1995); Boudot và

c ng s (1989); Klemmedson và Blaser (1988) cho th y l ng đ ng axít khí quy n

có th d n đ n làm gi m hàm l ng canxi và t ng hàm l ng nhôm trong t ng ch t

h u c c a đ t r ng, nhôm g n k t ch t v i ch t h u c thành m t kh i gây ra s suy gi m t c đ phân hu và di chuy n c a các v t ch t h u c trong đ t [118] Các nghiên c u khác v v n đ này ch ra r ng quá trình axít hóa m nh làm ch m quá trình phân h y xác c a cây vân sam, thông, cây phong và các v t li u giàu cenllulo khác [75, 91]

d) H sinh thái r ng

nh h ng c a l ng đ ng axít đ n th c v t b c cao x y ra theo hai cách là nh

h ng t i lá ho c nh h ng t i r Các tri u ch ng bao g m thi t h i tr c ti p t i các mô th c v t (đ c bi t là r và lá), gi m đ che ph , ch t ch i ho c toàn b cây [124] Trong quá kh , các nhà lâm h c và nhi u ng i khác đã quan sát th y m t s

v t r ng sinh tr ng ch m mà không bi t vì sao Các cây trong nh ng cánh r ng này không sinh tr ng nhanh ngay c khi kh e Lá b úa vàng r ng khi chúng v n

còn xanh và kh e M t s tr ng h p, m t s cá th cây ho c c m t di n tích r ng

b ch t mà không rõ nguyên nhân V sau, các nhà nghiên c u m i bi t r ng l ng

đ ng axít là nguyên nhân gây ch m sinh tr ng, t n th ng cây ho c làm c v t

r ng b ch t [17] Tuy nhiên, l ng đ ng axít không ch gây ra nh ng hi n t ng nh

v y Nó còn gây ra v n đ nghiêm tr ng khác nh t o ra các ch t gây ô nhi m không khí, côn trùng gây h i, b nh t t, h n hán ho c th i ti t r t l nh c ng đe d a

ch pH = 3,8 và 5,4 [1] Ngoài ra, l ng đ ng axít còn làm gi m n ng đ protein

c a các cây b ch d ng (Betula alleghaniensis) và cây vân sam tr ng [111]

Nghiên c u c a Crossley và c ng s (2001) v nh h ng c a s ng mù axít có

ch a S và N đ i v i s sinh tr ng c a các cây vân sam đã đ c ti n hành ngoài

hi n tr ng Cây vân sam đ c tr ng trên đ t giàu dinh d ng và s ng mù axít

pH = 2,5 (H2SO4+NH4NO3 1,6 mol/m3) đ c phun lên tán cây S ng mù axít cung

c p 48 kg N và 50kg S trên 1 ha trong 3 n m K t qu cho th y cây thân g sinh

tr ng nhanh chóng và sau đó gi m liên t c do nh h ng c a m a axít S ng mù axít làm r a trôi Ca2+ và h p th proton quá m c gây ra s thay đ i màng có Ca2+

,

d n đ n m t n đ nh trong màng t bào và gây t n th ng lá cây vân sam đ [60]

M t nghiên c u khác c a Sant Anna-Santos và c ng s (2006) v nh h ng

c a m a axít đ n s thay đ i trong c u trúc lá các loài cây vùng nhi t đ i bao

g m cây Tahiti Spondias dulcis Forst F, cây Mimosa artemisiana Heinger và Paula

và Gallesia integrifolia Khi ti p xúc v i n c m a axít nhân t o pH=3,0, các

đi m ho i t trên bi u bì lá xu t hi n và c nh ng ch n m trong l p th ng bì

c a t t c các loài Cây S dulcis b phá h y l p sáp và làm v các bi u bì Trên b

m t lá c a cây M artemisiana xu t hi n n m và màng ngoài khí kh ng b v M t

s t bào c a G integrifolia cho th y s xu t hi n các tri u ch ng t ng t Các cây tích l y các h p ch t phenolic trong vùng ho i t Sau đó, lá b t n th ng và b phá

h y hoàn toàn [110]

e) H sinh thái nông nghi p

Các loài cây tr ng trong h sinh thái nông nghi p đ c xem là nh y c m h n nhi u lo i cây t nhiên khác khi tr c ti p b m a axít phá ho i tán lá M t s nghiên

c u chi ti t th a nh n r ng m a axít c ng có th gây tác h i ngay c trong h th ng nông nghi p v i đ t tr ng có kh n ng đ m t t [1, 46]

Trong m t nghiên c u do Lee và Neely th c hi n (1980) trên 27 lo i cây tr ng trong các ch u đ t vào đi u ki n m a axít nhân t o, trong kho ng pH t 2,5 đ n 5,7

ng là 2,6; 6,5 và 11,4 % so v i nh ng cây đ t vào môi tr ng c a m a bình

th ng [1]

Cohen C.J và c ng s (1982) t i Vi n thí nghi m nông nghi p, tr ng đ i h c Oregon State, Corvallis, M đã ti n hành nghiên c u v “ nh h ng m a axít

sunfuric và sunfuric – nitric nhân t o đ n cây tr ng” M t lo t thí nghi m đã đ c

th c hi n đ xác đ nh s nh y c m c a m t s cây tr ng đ i v i m a axít sunfuric (H2SO4) và axít sunfuric – nitric (H2SO4 – HNO3) nhân t o Các công th c thí nghi m đ c phun m a axít nhân t o hàng tu n v i 0,5 gi m a/l n, 3 l n/tu n

pH = 5,6 (đ i ch ng), và pH= 3,0; 3,5; 4,0 Sáu cây tr ng đ c tr ng trên các lô đ t

h i chua ngoài đ ng ru ng, và 13 cây đ c tr ng đ t trung tính đ n h i ki m trong các ch u đ c đ t trong khoang thí nghi m K t qu nghiên c u cho th y s n

l ng c a 7 trong 15 gi ng cây tr ng không b nh h ng c a vi c x lý b ng m a

H2SO4 và H2SO4 – HNO3 c trên đ ng ru ng và khoang thí nghi m Các gi ng cây còn l i đ u cho ph n ng kích thích ho c b gi m s n l ng khi phun m a axít Trên cánh đ ng x lý v i m a H2SO4 thì không nh n th y có nh ng nh h ng rõ nét đ i v i cây c c i, mù t t, rau bina, nh ng đ i v i c linh l ng và c đuôi trâu

đã b nh h ng th hi n gi m n ng su t i v i cánh đ ng x lý v i m a H2SO4– HNO3 thì n ng su t c a c linh l ng, c đuôi trâu, cây c c i, rau bina không có

nh ng nh h ng đáng k , tuy nhiên s n l ng c a ngô và mù t t gi m Ngoài ra,

s n l ng c a cây ngô gi m khi x lý pH = 4,0 do gi m s l ng bông /cây

nh ng l i không nh h ng pH = 3,0 và 3,5 Riêng đ i v i cây có c (c c i, c