vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất và cây trồng

trình bày vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất và cây trồng

……™ & ˜……

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

VẤN ĐỀ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT VÀ CÂY TRỒNG TẠI MỘT SỐ KHU VỰC Ở VIỆT NAM VÀ

ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN MÔI TRƯỜNG

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

MÃ SỐ NGÀNH: C72

GVHD: TH.S VÕ HỒNG THI SVTH: NGUYỄN THỊ VÂN HIỀN

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2010

Khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học Ngành: Kỹ thuật môi trường

Họ và tên: Nguyễn Thị Vân Hiền MSSV: 207108014

Lớp: 07 CMT

1 Đầu đề đồ án tốt nghiệp:

“Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất và cây trồng tại một số khu vực ở Việt Nam và ảnh hưởng của nó đến môi trường”

2 Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):

- Tổng quan về một số kim loại nặng thường hiện diện trong đất

- Thu thập thông tin, đánh giá mức độ ô nhiễm đất nói chung hiện nay do các tác động từ sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp, đánh giá nguy cơ tích lũy kim loại nặng trong đất và trong cây trồng tại một số khu vực ở Việt Nam Ảnh hưởng của

sự tích lũy kim loại nặng đến môi trường và sức khỏe của con người Đề xuất một

số biện pháp khắc phục vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất và trong cây trồng

ở Việt Nam

3 Ngày giao đồ án tốt nghiệp:

4 Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

5 Họ tên người hướng dẫn Phần hướng dẫn

1/ Th.S Võ Hồng Thi

Nội dung và yêu cầu KLTN đã được thong qua Bộ môn

Ngày tháng năm 2010

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH

PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN

Người duyệt (chấm sơ bộ):

Ø Em xin chân thành gởi lời cảm ơn sâu sắc của mình đến quý thầy cô tại trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Thành Phố

Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Môi Trường

và Công Nghệ Sinh Học đã tận tâm truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm cho em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu

và thực hiện khoá luận tốt nghiệp

Ø Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc nhất của mình đến cô Võ Hồng Thi đã tận tình hướng dẫn, quan tâm, giúp đỡ cho em trong thời gian thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Ø Con xin cảm ơn công sinh thành và dưỡng dục của ba, mẹ

Ø Cuối cùng em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè và những người thân yêu đã tạo điều kiện, động viên, khích lệ giúp đỡ em trong suốt thời gian học tập tại trường

TP HCM, ngày….tháng….năm 2010

SVTH

Nguyễn Thị Vân Hiền

I.1 Lý do hình thành đề tài 1

I.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

I.3 Nội dung nghiên cứu 2

I.4 Phương pháp nghiên cứu 2

I.5 Gớii hạn của đề tài 3

CHƯƠNG II 4

II.1 Khái niệm về đất 4

II.2 Quá trình hình thành đất 4

II.2.1 Đá mẹ 5

II.2.2 Khí hậu 5

II.2.3 Yếu tố sinh học 5

II.2.4 Yếu tố địa hình 6

II.2.5 Yếu tố thời gian 6

II.3 Chức năng của đất 6

II.4 Tính chất vật lý của đất 7

II.4.1 Sa cấu đất (soil texture ) 7

II.4.2 Cơ cấu đất (soil structure ) 7

II.4.3 Màu sắc của đất 8

II.5 Tính chất hóa học của đất 8

II.6 Thành phần hữu cơ của đất 9

II.7.2 Khả năng hấp phụ của đất 10

II.7.2.1 Hấp phụ cơ học 10

II.7.2.2 Hấp phụ lý học (Hấp phụ phân tử) 10

II.7.2.3 Hấp phụ hóa học 11

II.7.2.4 Hấp phụ lý – hóa học (Hấp phụ trao đổi) 11

II.7.2.5 Hấp phụ sinh học 11

II.7.3 Khả năng trao đổi cation 11

II.8 Ô nhiễm môi trường đất 13

II.8.1: Ô nhiễm ở KCN và đô thị 14

II.8.1.1 Chất thải xây dựng 15

II.8.1.2: Chất thải kim loại 15

II.8.1.3: Chất thải khí 16

II.8.1.4: Chất thải hóa học và hữu cơ 16

II.8.2: Ô nhiễm đất do hoạt động nông nghiệp 17

II.8.2.1: Ô nhiễm do phân bón 17

II.8.2.2: Ô nhiễm do thuốc bảo vệ thực vật 18

CHƯƠNG III 20

III.1 Khái niệm về kim loại nặng 20

III.2 Nguồn gốc của một số kim loại nặng thường gặp trong đất và trong cây trồng 20

III.2.1 Từ các thuốc trừ sâu vô cơ, thuốc trừ bệnh và phân bón 22

III.2.2 Từ bùn cống rãnh 23

III.2.3 Từ quá trình khai thác và sản xuất kim loại 24

III.2.4 Các lò nấu kim loại 25

III.2.5 Rác thải và các chất thải bỏ công nghiệp 25

III.3 Hóa học kim loại nặng trong đất 26

III.3.1 Asen (As) 26

III.3.2 Cadimi (Cd) 26

III.3.3 Thủy ngân (Hg) 27

III.3.4 Chì (Pb) 27

III.3.5 Selen (Se) 28

III.4 Ảnh hưởng của kim loại nặng 29

III.4.1 Ảnh hưởng có lợi 29

III.4.2 Ảnh hưởng có hại 30

CHƯƠNG IV 37

IV.1 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất và cây trồng tại một số khu vực sản xuất rau quả trọng điểm miền Bắc Việt Nam 38

IV.2 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất và cây trồng tại một số khu vực sản xuất rau quả trọng điểm miền Nam Việt Nam 49

CHƯƠNG V 65

V.1 Xử lý kim loại nặng trong đất 65

V.2 Xử lý nước thải công nghiệp 67

V.3 Quy hoạch các khu công nghiệp thân thện với môi trường 68

V.4 Cải tạo hệ thống tiêu thoát nước 69

V.5 Tuyên truyền và giáo dục ý thức bảo vệ môi trường 70

CHƯƠNG VI 71

VI.1 Kết luận 71

VI.2 Đề xuất 72

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TTCN Tiểu thủ công nghiệp

ppm parts per million (phần triệu)

CHLB Cộng hòa liên bang

NXB Nhà xuất bản

Bảng III.2.1: Hàm lượng trung bình một số loại kim loại nặng trong đá và trong đất (ppm)

Bảng III.2.2: Hàm lượng một số kim loại nặng trong các sản phẩm dùng làm phân bón nông nghiệp

Bảng III.2.3 Hàm lượng các nguyên tố trong bùn – nước cống rãnh đô thị

Bảng III.3.1 Khả năng linh động của một số nguyên tố kim loại nặng trong đất Bảng III.4.1 Dư lượng thủy ngân trong gạo

Bảng III.4.2 : Ngưỡng độc hại trong đất và lượng kim loại bón vào để đạt đến ngưỡng độc hại (C10) (chiết rút bằng diethylen triamine pentaacetic acid (DTPA) hoặc acid nitric (HNO3) (Williams và Winkins)

Bảng III.4.3: Mức độ ô nhiễm kim loại nặng ở Anh (µg/g (Kelly, 1979)

Bảng III.4.4: Hàm lượng tối đa cho phép của một số kim loại nặng theo tiêu chuẩn của Bộ NN & PTNT quy định về chất lượng rau, quả, chè an toàn trong quyết định

số 99/2008/QĐ – BNN

Bảng III.4.5: Tính độc hại của các kim loại nặng đối với sinh vật

Bảng IV.1 Hàm lượng Pb trong một số đất và mẫu bùn ao tại Chỉ Đạo – Mỹ Văn – Hưng Yên

Bảng IV.2 Tình hình ô nhiễm kim loại nặng trongđất, nước và rau trên một số khu vực huyện Đông Anh, Hà Nội

Bảng IV.3 Hàm lượng KLN trong các mẫu đất

Bảng IV.4 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong các mẫu rau trồng tại Bằng B

Bảng IV.5 Kết quả phân tích hàm lượng một số KLN trong các loại phân bón bán trên thị trường vùng Đồng bằng sông Cửu Long

địa phương ngoại thành TP.HCM

Bảng IV.9 Hàm lượng trung bình một số kim loại nặng trên đất trồng lúa tại các vùng ô nhiễm nước thải điển hình phía Tây Nam TPHCM

Bảng IV.10 Hàm lượng trung bình một số kim loại nặng trong đất ở Việt Nam Bảng IV.11 Kết quả phân tích KLN ở các nơi nghiên cứu

Bảng IV.13: Sự tích lũy của các kim loại nặng Cd và Pb trong bộ phận thực phẩm, cùng với Cu, Ni và Zn trong lá của một số thực vật

Bảng IV.14: Khả năng tích lũy kim loại nặng của một số thực vật

Bảng IV.15: Mức độ tích lũy kim loại nặng trong cây lúa (ppm)

Bảng V.1: Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao

Hình IV.2: Hình IV.2: Ô nhiễm kim loại nặng trong đất và sự tương tác giữa đất và cây

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 1 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU

I.1 LÝ DO HÌNH THÀNH ĐỀ TÀI:

Đất là tư liệu sản xuất đặc biệt, là đối tượng lao động độc đáo, là nền tảng của các hệ sinh thái Trái Đất Trên quan điểm sinh thái học thì đất là một tài nguyên tái tạo, là “vật mang” nhiều hệ sinh thái khác trên Trái Đất Con người tác động vào đất cũng chính là tác động vào các hệ sinh thái mà đất “mang” trên mình

nó Cho nên việc bảo vệ môi trường đất và các giải pháp khống chế và ô nhiễm đất, duy trì tính năng sản xuất lâu dài của đất là một chiến lược quan trọng của nước ta trong việc sử dụng hợp lý và lâu bền các nguồn tài nguyên thiên nhiên

Hiện nay Việt Nam đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Trong một thời gian ngắn, rất nhiều cơ sở sản xuất công nghiệp đã ra đời, góp phần quan trọng làm thay đổi bộ mặt kinh tế của đất nước Bên cạnh đó, nền sản xuất nông nghiệp của Việt Nam cũng có nhiều thay đổi to lớn nhờ áp dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật để cải thiện năng suất và chất lượng cấy trồng Tuy nhiên, song hành với những phát triển trên đây thì vấn đề môi trường của Việt Nam cũng đang có xu hướng ngày càng xấu đi, thể hiện trên nhiều thành phần môi trường như ô nhiễm nước, ô nhiễm không khí Trong ba thành phần môi trường đó thì dường như vấn đề ô nhiễm đất thường bị xem nhẹ hơn tầm quan trọng của nó, mặc dù các chất gây ô nhiễm đất có thể bị tích lũy trong cây trồng và tác động trực tiếp đến sức khỏe con người qua bữa ăn hang ngày Nhiều chất ô nhiễm trong đất

và cây trồng không nhìn thấy bằng mắt thường nhưng ảnh hưởng rất lớn Trong đó đối với môi trường đất nói riêng, sự ô nhiễm và tích lũy dần theo thời gian các kim loại nặng ảnh hưởng đến năng suất cũng như chất lượng nông sản, từ đó làm giảm tính cạnh tranh của sản phẩm Việt Nam trên thị trường thế giới Vì vậy để nâng cao chất lượng nông sản thì bên cạnh việc tạo ra các giống rau quả mới có năng suất cao, chất lượng tốy yhì cũng cần phải hạn chế sự tích lũy các kim loại nặng trong cây trồng

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 2 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

Trước thực tế trên đề tài nghiên cứu “Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong

đất và cây trồng tại một số khu vực ở Việt Nam và ảnh hưởng của nó đến môi trường” được đặt ra nhằm có được một cái nhìn tổng thể và khách quan về hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất và cây trồng ở nước ta thời gian gần đây, những nguyên nhân gây ra vấn đề trên để từ đó đề xuất giải pháp ngăn ngừa tình trạng tích lũy kim loại nặng trong đất và cây trồng

I.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:

- Tổng quan về tình hình ô nhiễm kim loại nặng trong đất và cây trồng tại một

số khu vực điển hình ở Việt Nam hiện nay và ảnh hưởng của nó đến môi trường

I.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:

Để đạt được các mục tiêu đã đề ra, đề tài đã thực hiện các nội dung sau đây:

- Tổng quan về một số kim loại nặng thường hiện diện trong đất

- Thu thập thông tin, đánh giá mức độ ô nhiễm đất nói chung hiện nay do các tác động từ sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp tại một số khu vực ở Việt Nam

- Thu thập thông tin, đánh giá nguy cơ tích lũy kim loại nặng trong đất và trong cây trồng tại một số khu vực ở Việt Nam

- Ảnh hưởng của sự tích lũy kim loại nặng đến môi trường và sức khỏe của con người

- Đề xuất một số biện pháp khắc phục vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất

và trong cây trồng ở Việt Nam

I.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

- Phương pháp thu thập: Tìm kiếm và thu thập các tài liệu liên quan phục vụ cho nghiên cứu đề tài qua các kênh thông tin như: sách, giáo trình, báo, các chuyên

đề, tài liệu điện tử…

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 3 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

- Phương pháp phân tích, tổng hợp và đánh giá: Từ các tài liệu đã thu thập được, tiến hành lựa chọn, biến đổi, sắp xếp các số liệu và tài liệu thành hệ thống để phản ánh được mục tiêu mà đề tài đề ra

I.5 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI:

- Hiện trạng vấn đề tích lũy các kim loại nặng trong đất và cây trồng thời gian gần đây tại một số khu vực sản xuất rau quả và lương thực trọng điểm tại miền Bắc

nà miền Nam Việt Nam

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 4 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ MÔI TRƯỜNG

ĐẤT VÀ TÌNH HÌNH Ô NHIỄM ĐẤT

II.1 KHÁI NIỆM VỀ ĐẤT:

Đất được hình thành và tiến hoá chậm hàng thế kỷ do sự phân huỷ xác thực vật dưới sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường Một số đất được hình thành do sự bồi lắng phù sa sóng biển hay gió Đất có bản chất chất khác cơ bản với đá là có độ phì nhiêu và tạo sản phẩm cây trồng

Đất được xem như sản phẩm hoạt động của khí hậu (Cl) trên đá mẹ (p) được làm thay đổi dưới ảnh hưởng của thực vật và các cơ thể sống khác (o), địa hình (r) và phụ thuộc vào thời gian (t)

Đất = f(p, Cl, t, r, o), bao gồm 5 biến số và người ta gọi là 5 yếu tố hình thành đất

II.2: QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT:

Quá trình hình thành đá rất phức tạp, bao gồm nhiều hoạt động: sinh học, hóa học, lý học, lý – hóa học tác động tương hổ lẫn nhau:

- Sự tổng hợp chất hữu cơ và phân giải chúng

- Sự tập trung tích lũy chất hữu cơ, vô cơ và sự rửa trôi chúng

- Sự phân hủy các khoáng chất và sự tổng hợp các hợp chất hóa hoc mới

- Sự xâm nhập của nước vào đất và mất nước từ đất

- Sự hấp thu năng lượng mặt trời của đất làm đất nóng lên và mất năng lượng từ đất, làm cho đất lạnh đi

Từ khi xuất hiện sự sống trên trái đất thì quá trình phong hóa xảy ra đồng thời với quá trình hình thành đất

Đất được hình thành do sự biến đổi liên tục và sâu sắc tầng mặt của đất dưới tác dụng của sinh vật và các yếu tố môi trường Các yếu tố tác động vào quá trình hình thành đất và làm cho đất được hình thành gọi là các yếu tố hình thành đất

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 5 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

Docuchaev người đầu tiên nêu ra 5 yếu tố hình thành đất và gọi đó là yếu tố phát sinh học

II.2.1 Đá mẹ:

- Nguồn cung cấp vật chất vô cơ cho đất, trước hết là khoáng chất, cho nên nó

là bộ xương và ảnh hưởng tới thành phần cơ giới, khoáng học và cơ học của đất

- Thành phần và tính chất đất chịu ảnh hưởng của đá mẹ thường được biểu hiện

rõ rệt ở giai đoạn đầu của quá trình hình thành đất, càng về sau sẽ bị biến đổi sâu sắc do các quá trình hóa học và sinh học xảy ra trong đất

II.2.2 Khí hậu:

- Khí hậu tham gia vào quá trình hình thành đất được thể hiện qua:

+ Nước mưa

+ Các chất trong khí quyển: O2, CO2, NO2

+ Hơi nước và năng lượng mặt trời

+ Sinh vật sống trên trái đất

- Khí hậu có ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến quá trình hình thành đất:

+ Trực tiếp: nước và nhiệt độ

Nước mưa quyết định độ ẩm, mức độ rửa trôi, pH của dung dịch đất và tham gia tích cực vào phong hóa hóa học

Nhiệt độ làm cho đất nóng hay lạnh, nó thúc đẩy quá trình hóa học, hòa tan và tích lũy chất hữu cơ

+ Gián tiếp: Biểu hiện qua thế giới sinh vật mà sinh vật là yếu tố chủ đạo cho quá trình hình thành đất: biểu hiện qua quy luật phân bố địa lý theo vĩ độ, độ cao và khu vực

II.2.3 Yếu tố sinh học:

- Cây xanh có vai trò quan trọng nhất vì nó tổng hợp nên chất hữu cơ từ những chất vô cơ của đất và của khí quyển – nguồn chất hữu cơ của đất

- Vi sinh vật phân hủy, tổng hợp và cố định nitơ (N)

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 6 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

- Các động vật có xương và không xương xới đảo đất làm cho đất tơi xốp, đất

có cấu trúc Xác sinh vật là nguồn chất hữu cơ cho đất , có thể nói vai trò của sinh vật trong quá trình hình thành đất là: tổng hợp, tập trung, tích lũy chất hữu cơ, phân giải và biến đổi chất hữu cơ

II.2.4 Yếu tố địa hình

- Địa hình khác nhau thì sự xâm nhập của nước, nhiệt các chất hòa tan sẽ khác nhau Nơi có địa hình cao, dốc, độ ẩm bé hơn nơi có địa hình thấp và trũng Địa hình cao thường bị rửa trôi, bào mòn

- Hướng dốc ảnh hưởng đến nhiệt độ của đất

- Địa hình ảnh hưởng tới hoạt động sống của thế giới sinh vật, tới chiều hướng

và cường độ của quá trình hình thành đất

II.2.5 Yếu tố thời gian

- Yếu tố này được coi là tuổi của đất Đó là thời gian diễn ra quá trình hình thành đất và một loại đất nhất định được tạo thành đó là tuổi

- Đất có tuổi càng cao, thời gian hình thành đất càng dài thì sự phát triển của đất càng rõ rệt

- Ngày nay hoạt động sản xuất của con người có tác động rất mạnh đối với quá trình hình thành đất Do vậy một số tác giả có xu hướng đưa vào yếu tố thứ 6 của quá trình hình thành đất

II.3 CHỨC NĂNG CỦA ĐẤT

Đất có 5 chức năng:

a Môi trường để các loại cây trồng sinh trưởng và phát triển

b Địa bàn cho các quá trình biến đổi và phân hủy các phế thải hữu cơ và khoáng

c Nơi cư trú cho các động vật đất

d Địa bàn cho các công trình xây dựng

e Địa bàn để cung cấp nước và lọc nước

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 7 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

II.4 TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA ĐẤT:

II.4.1 Sa cấu đất ( soil texture )

Còn được gọi là thành phần cơ giới đất ( hay chính là các thành phần các vật thể rắn vô cơ), sa cấu đất đề cập đến các tỷ lệ khác nhau của ba loại hạt: cát, thịt và sét trong một loại đất nào đó Thành phần hạt sẽ xác định kích thước và số lượng các

lỗ hổng giữa các hạt, mà sẽ là nơi được nước hoặc không khí chiếm giữ

Đất cát có tỷ lệ lỗ hổng vào khoảng 25%, trong khi ở đất sét khoảng 60% Trung bình đất canh tác có tỷ lệ # 35 – 45 %, đất tốt như nâu đỏ đạt đến 65%

Các hạt được phân định dựa theo đường kính (D) hạt như sau:

o Cát: 0.2 mm > D > 0.02mm

o Thịt: 0.02mm > D > 0.002mm

o Sét: 0.002 mm > D Ngoài ra, sa cấu đất còn được phân thành: (a) sa cấu thô, (b) sa cấu trung bình, (c) sa cấu mịn

Nhiều tính chất lý hóa học quan trọng của đất như cấu trúc, tính thấm nước, khả năng giữ nước, khả năng hấp phụ trao đổi ion, và dự trữ chất dinh dưỡng thuộc vào thành phần cơ giới

II.4.2 Cơ cấu đất ( soil structure )

Cơ cấu đất (cấu trúc đất) đề cập đến sự sắp xếp hoặc tập hợp các loại đất khác nhau Các hạt đất này được dính kết nhau nhờ các keo sét và hữu cơ, tạo thành các tập hợp đất có cơ cấu lớn, nhỏ khác nhau Đất có thể có các dạngcow cấu chính như sau:

- Không có cơ cấu: các hạt đơn rời rạc nhau như đất cát ven biển

- Có cơ cấu như: cụm (viên), hạt, phiến dẹp, khối

Cơ cấu đất ảnh hưởng đến một số tính chất quan trọng của đất:

- Việc thấm và thoát nước

- Việc cung cấp nước cho cây trồng

- Việc hút dưỡng chất của rễ cây

- Độ thoáng khí

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 8 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

II.4.3 Màu sắc của đất:

Là đặc điểm quan trọng phản ánh các tính chất của đất Nhiều loại đất được gọi tên theo màu: đất đen, đất đỏ, đất xám, đất màu hạt dẻ,…

Dựa vào màu sắc có thể đánh giá chất lượng và độ phì đất Màu sắc đất phụ thuộc vào hàm lượng mùn và thành phần khoáng học và hoá học của đất

Có 3 nhóm hợp chất: chất mùn (đen), chất chứa sắt (đỏ), oxytsilic canxicacbonat, canxisunfat (trắng) ảnh hưởng tới màu của đất Màu đen còn do hydroxyt hay oxyt Mn, FeS hay màu đen của đá hình thành đất,…

II.5 TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA ĐẤT:

Đất là một vật xốp, bao gồm 3 thành phần (hay còn gọi là pha): rắn, lỏng và khí Các thành phần rắn được kết dính lại với nhau hình thành các hạt, keo đất Giữa chúng là các lỗ hổng (còn gọi là các tế khổng – spore) chứa không khí và nước

- Thành phần rắn – bao gồm tất cả các vật liệu vô cơ (khoáng sét) và hữu cơ (mùn) Thành phần này thường chiếm 50% thể tích đất

- Thành phần lỏng – bao gồm nước trong đất hoặc dung dịch đất, trong một môi trường lý tưởng, thành phần nước sẽ chiếm 25% thể tích

- Thành phần hơi / khí - phần không khí trong đất sẽ chiếm khoảng 25% thể tích còn lại, bao gồm tất cả các loại khí chủ yếu như cacbonic (CO2), oxygen và nitơ (N2), trong các đất bùn có thêm khí metan và H2S (hyđro sulfit) Không khí trong đất chứa nhiều CO2 ( do sự phân giải các chất hữu cơ, sự hô hấp của rễ cây thải ra) và ít

O2

Lượng CO2 trong đất phụ thuộc vào trạng thái của đất Đất chặt lượng CO2

nhiều hơn đất tơi xốp Càng xuống sâu lượng CO2 càng tăng lên Trong đất nhiều

CO2 và ít O2 thì bất lợi cho sự nảy mầm của hạt giống, cho sự hô hấp và sinh trưởng bình thường của cây trồng và các vi sinh vật

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 9 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

II.6 THÀNH PHẦN HỮU CƠ CỦA ĐẤT:

Nguồn gốc chất hữu cơ trong đất và trên bề mặt là xác thực vật, động vật, cơ thể vi sinh vật và xác một số động vật đất

Chất hữu cơ trong đất có thể tồn tại ở dạng còn nguyên hay bán phân huỷ

Chất mùn trong đất không đặc trưng, bao gồm các sản phẩm hữu cơ phân huỷ

từ các xác thực vật, động vật và vi sinh vật …, chiếm khoảng 10 – 20% chất hữu cơ tổng số trong đất

Chất mùn điển hình bao gồm acid mùn, hợp chất humin và ulmin

Chất mùn có vai trò quan trọng trong sự hình thành cấu trúc và duy trì độ bền cấu trúc đất Chất mùn kết gắn các phần tử cơ học với nhau tạo thành các đoàn lạp có

độ bền với xói mòn và các ngoại lực khác tác động vào đất

Mùn có vai trò rất to lớn trong quá trình tạo thành đất, hình thành phẫu diện đất

và tạo ra cấu trúc đất Nhờ tính chất tạo phức của mùn với các kim loại làm tăng cấu trúc đất ( humat Ca, Mg, Fe, Al), giảm độc hại của nhiều nguyên tố kim loại nặng Đất chua có nhiều Al trao đổi độc hại đối với cây trồng, chất mùn đã làm giảm rõ rệt

Al linh động do cơ chế tạo phức

Các đất có thành phần cơ giới nhẹ (đất cát, đất xám bạc màu) thì khả năng trao đổi cation từ 60 - 96% do chất mùn Do tính chất hấp phụ và trao đổi cation lớn của chất mùn, mà tính đệm của đất cũng lớn

Mùn có vai trò rất toàn diện đối với độ phì đất, ảnh hưởng đến mọi tính chất lý hóa và sinh học của đất

II.7 KEO ĐẤT VÀ KHẢ NĂNG HẤP PHỤ CỦA ĐẤT:

II.7.1 Keo đất

Keo đất là những hạt có kích thước 10-4 – 10-6mm tồn tại trong đất Chúng đóng vai trò quan trọng trong khả năng hấp phụ của đất Dựa vào nguồn gốc hình theo keo đất được chia làm 3 loại:

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 10 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

o Keo vô cơ: đó là các keo có nguồn gốc từ các loại khoán sét và hydroxit sắt, nhôm như: keo monmorilonit, keo illit, kaolinit, keo setquioxit

o Keo hữu cơ: các loại keo được hình thành từ các chất hữu cơ chủ yếu là keo của các acit mùn: axit humic, axit fuvic, hoặc các chất hữu cơ thông thường: xenluloza, protein, linhin Các keo hữu cơ vì có các nhóm định chức(-COOH; -OH; -NH2…) nên có khả năng phân ly ra H+, do đó nó mang điện tích âm

o Keo phức vô cơ – hữu cơ: dấu điện tích của keo của chúng phụ thuộc vào bản chất vô cơ và hữu cơ, tỷ lệ phối hợp của chúng và phản ứng môi trường

Keo đất có điện tích lớn và có năng lượng bề mặt, nên có khả năng hấp phụ rất lớn Keo đất mang điện tích nên có thể tham gia vào rất nhiều các phản ứng trao đổi

và các phản ứng khác

Tính ưa nước và kỵ nước: do keo đất mang điện tích nên chúng không chỉ hút các ion mà cả những phân tử có cực Nếu keo âm thì đầu của của cực dương( H+) tiếp xúc với keo và ngược lại

II.7.2 Khả năng hấp phụ của đất:

Do trong đất có chứa những keo mang điện tích, nên có khả năng hấp phụ Khả năng giữ lại những chất ở trạng thái hòa tan hoặc một phần khoáng chất phân tán ở dạng keo hay những hạt rất nhỏ, vi sinh vật và những thể huyền phù thô khác gọi là khả năng hấp phụ của đất

Khả năng hấp phụ của đất được chia ra 5 dạng sau:

II.7.2.1 Hấp phụ cơ học:

Là khả năng đất giữ lại những hạt tương đối thô trong các khe, lỗ hõng Đất

là một thể xốp, chứa nhiều lỗ hổng có kích thước khác nhau nên có khả năng giữ lại một cách cơ học những hạt có kích thước lớn hơn kích thước của lỗ hổng, hay các

chổ uốn cong của mao quản

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 11 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

II.7.2.2 Hấp phụ lý học (hấp phụ phân tử):

Là khả năng giữ lại những hạt có kích thước nhỏ, những phân tử, nguyên tử trên bề mặt keo đất Hấp phụ lý học phụ thuộc nhiều vào thành phần cơ giới, nếu đất nào có nhiều hạt sét (thành phần cơ giới nặng) thì có năng lượng bề mặt lớn do đó khả năng hấp phụ lý học càng lớn

II.7.2.3 Hấp phụ hóa học:

Là khả năng giữ lại trong đất các chất hòa tan ở dạng kết tủa, không tan, ít tan

do kết quả của những phản ứng hóa học xảy ra trong dung dịch đất

Na2SO4 + CaCl2 -> CaSO4 + 2NaCl

Al3+ + PO4

-> AlPO4

3Ca2+ + 2PO43- -> Ca3(PO4)2

Dạng hấp phụ này rất phổ biến trong đất và dẫn đến sự cố định nhiều nguyên tố dinh dưỡng trong đất

II.7.2.4 Hấp phụ lý – hóa học (hấp thụ trao đổi):

Là hấp phụ trao đổi giữa những ion trên bề mặt các keo đất và những ion cùng dấu trong dung dịch đất Thực chất là phản ứng lý – hóa giữa keo đất và ion trong dung dịch đất

II.7.2.5 Hấp phụ sinh học:

Là khả năng giữ lại các chất dinh dưỡng bởi vi sinh vật từ dung dịch đất, chủ yếu là cây xanh và vi sinh vật Đây là hình thức hấp phụ một chiều, đôi khi còn là trao đổi, vì rễ thực vật tiết ra ion H+ để trao đổi với chất dinh dưỡng ở dạng cation

II.7.3 Khả năng trao đổi cation: ( Cation Exchange Capacity – CEC)

Các nguyên tố hiện diện trong đất ở dạng ion hay dạng kết hợp với nguyên tố khác Các ion dinh dưỡng có điện tích âm hoặc dương Chúng có thể được các hạt keo đất (phần rắn) giữ lại và phóng thích từ từ cho cây sử dụng, hoặc bị rửa trôi đi

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 12 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

Các ion có điện tích âm được gọi là các “anion” Các anion không bị các hạt keo đất hấp thụ, do đó dễ dàng mất đi do nước rửa trôi

Các ion có điện tích dương được gọi là các “cation”: H+, Ca2+, Mg2+, K+, Na+

Đối với một cation nào đó, số mđlg cho 100g đất có thể được diễn tả bằng g như sau:

meq/100g đất x

Như vậy, 1 meq của H+ = 0,001 x 1/1 = 0.001 gram hay 1 miligam

Ca++ =0.001 x 40/2 =0.020 gram hay 20 miligram

Mg++ = 0.001 x 24/2 = 0.012 gram hay12 miligram

CEC diễn tả tổng số các cation mà một loại đất có thể hấp thụ và trao đổi ( với cây trồng) Một loạt đất giàu sét và chất hữu cơ sẽ có CEC cao, nói cách khác là “ giàu dinh dưỡng” , có độ phì tiềm năng cao (Bảng II.7.3.1) Nguyên nhân là do các loại đất giàu sét và chất hữu cơ sẽ có nhiều hạt keo sét có diện tích bề mặt lớn, nên khả năng hấp thu các cation lớn hơn

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 13 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

Bảng II.7.3.1 Giá trị khả năng trao đổi cation của một số loại đất

( theo J.Janick,1972).

Đất cát Đất thịt pha cát Đất thịt Đất sét và Thịt pha sét

Đất sét Kaolinite Đất giàu mùn

- Sự phân giải của acid carbonic, được hình thành từ sự phân rã các xác bã hữu

cơ (điều này giải thích đất than bùn rất giàu hữu cơ, thì độ phì cao nhưng rất chua)

- Sự tích luỹ ion H+ như là kết quả của việc sử dụng liên tục phân đạm dạng ammonium ( NH4+) Một phần của lượng ammonium không được cây hấp thụ sẽ bị oxid hoá, tạo thành nitrate (NO3-) và ion H+ Hậu quả là làm chua đất canh tác

2 NH4+ + 3O2 à 2NO3

+ 8H+

II.8 Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT:

Ô nhiễm môi trường đất được xem là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất bởi các chất gây ô nhiễm (pollutant) Người ta có thể phân loại đất bị ô nhiễm theo nguồn gốc phát sinh, hoặc theo các tác nhân gây ra ô nhiễm

Nếu theo nguồn gốc phát sinh có:

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 14 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

- Ô nhiễm đất do các chất thải sinh hoạt

- Ô nhiễm đất do chất thải công nghiệp

- Ô nhiễm đất do hoạt động nông nghiệp

Môi trường đất có những đặt thù riêng và một số tác nhân gây ô nhiễm có thể có cùng nguồn gốc nhưng lại gây tác động rẩ bất lợi rất khác nhau Do đó, phân loại theo các tác nhân gây ô nhiễm sẽ phù hợp hơn đối với môi trường đất:

- Ô nhiễm do tác nhân hóa học

- Ô nhiễm do tác nhân sinh học

- Ô nhiễm do tác nhân vật lý

II.8.1: Ô nhiễm ở khu công nghiệp và đô thị:

Quá trình phát triển công nghiệp và đô thị cũng ảnh hưởng đến tính chất lý và hóa học đất

- Những tác động về vật lý đất như: gây xói mòn, nén chặt đất và phá hủy cấu trúc đất do kết quả của các hoạt động xây dựng, sản xuất khai thác mỏ

- Những tác động về hóa học như: các chất thải rắn, lỏng và khí tác động đến đất

Tác động của công nghiệp và đô thị đến đất xảy ra rất mạnh từ cuộc cách mạng công nghiệp thế kỷ XVIII – XIX, đặc biệt là trong những thập niên gần đây Các chất thải công nghiệp ngày càng nhiều và có độc tính ngày càng cao, nhiều loại rất khó bị phân hủy sinh học Các chất thảiđộc hại có thể được tích lũy trong đất trong thời gian dài gây ra nguy cơ tiềm năng đối với môi trường Có thể phân chia các chất thải ra 4 nhóm chính:

- Chất thải xây dựng

- Chất thải kim loại

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 15 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

- Chất thải khí

- Chất thải hóa học và hữu cơ

II.8.1.1 Chất thải xây dựng:

Chất thải xây dựng như gạch ngói, thủy tinh, gỗ, ống nhựa, dây cáp, bêtông, nhựa…trong đất các chất này bị biến đổi theo nhiều con đường khác nhau, nhiều chất rất khó bị phân hủy…

II.8.1.2: Chất thải kim loại

Các chất thải kim loại, đặc biệt là các kim loại nặng (Pb, Zn, Cd, Cu và Ni) thường có nhiều ở các khu vực khai thác mỏ, các khu công nghiệp và đô thị

Kết quả điều tra đất vườn ở 53 thành phố, thị xã ở nước Anh cho thấy hầu hết có lượng chì tổng số vượt trên 200 mg/kg, ở nhiều vùng công nghiệp đã vượt quá

500 mg/kg, các giá trị này cao hơn đất bình thường không bị nhiễm bẩn (<100 mg/kg)

Nguồn gốc chính của kim loại nặng trong chất thải:

- Các loại bình điện (pin, ac quy) có mức chất thải kim loại nặng cao nhất: 93% tổng số lượng thủy ngân, khoảng 45% số lượng Cadmium (Cd)

- Sắt phế liệu chứa khoảng 40% số lượng chì (Pb), 30% đồng (Cu), 10% crôm (Cr)

- Các chất thải mịn (<20 mm) chứa 43% Cu thải, 20% Pb và 12% nickel (Ni)

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 16 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

Khả năng bị hấp thụ của chúng đối với thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu

tố như: pH, khả năng trao đổi cation (CEC) và sự phụ thuộc lẫn nhau vào các kim loại khác Ở các loại đất có CEC cao, chúng bị giữ lại nhiều trên các phức hệ hấp phụ

Các kim loại nặng có độ linh động lớn ở đất chua (pH < 5,5) và có thể tích luỹ trong các cơ thể sinh vật theo các chuỗi thức ăn và nước uống

II.8.1.3: Chất thải khí:

- CO là sản phẩm đốt cháy không hoàn toàn carbon (C), 80% CO là từ động cơ

xe hơi, xe máy, hoạt động của các máy nổ khác, khói lò gạch, lò bếp, núi lửa phun…CO vào cơ thể động vật, người gây nguy hiểm do CO kết hợp với Hemoglobin làm máu không hấp thu oxy, cản trở sự hô hấp

- CO2, SO2, NO2 trong không khí bị ô nhiễm là nguyên nhân gây ra mưa axít, làm tăng quá trình chua hoá đất

II.8.1.4: Chất thải hoá học và hữu cơ:

- Các chất thải có khả năng gây ô nhiễm đất ở mức độ lớn như: chất tẩy rửa, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc nhuộm, màu vẽ, công nghiệp sản xuất pin, thuộc da, công nghiệp sản xuất hoá chất

- Nhiều loại chất thải hữu cơ cũng dẫn đến ô nhiễm đất Nhiều loại nước từ cống rãnh thành phố thường được sử dụng như nguồn nước tưới trong sản xuất nông nghiệp Trong các loại nước thải này thường bao gồm cả nước thải sinh hoạt và công nghiệp nên thường chứa nhiều các kim loại nặng

Những chất tẩy rửa của những chất thải bỏ công nghiệp rắn có thể chứa những sản phẩm hoá học độc hại ở dạng dung dịch Trong thiên nhiên những chất này có thể tích luỹ lại bằng nhiều cơ chế khác nhau Đa số các chất này được phóng ra mặt đất

Ở TP Hồ Chí Minh, với dân số gần 7 triệu người, nên hàng ngày thải ra một lượng rác vô cung lớn, và có thành phần hết sức phức tạp, nguồn gốc khác nhau từ bùn cống, rừ nước thải, phế thải của nhà máy, trong đó có chứa các chất như mảnh

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 17 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

vụn, kim loại linh tinh, mảnh vỏ đồ hộp, sành sứ, chai lọ Các chất thải này thông qua chế biến và đựơc nông dân sử dụng trực tiếp để bón cho cây trồng

Ngoài ra các cơ sở sản xuất xi mạ, pin acquy,… cũng đã thải ra một lượng lớn kim loại nặng vào cống và chính những độc tố này đi vào môi trường nông nghiệp qua việc tưới nước cho cây trồng

II.8.2: Ô nhiễm đất do hoạt động nông nghiệp

Bao gồm các loại chất thải như: phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, tàn tích sản phẩm và cây trồng nông nghiệp, chất thải gia súc và tàn tích rừng

II.8.2.1: Ô nhiễm do phân bón

– Phân vô cơ:

Để tăng năng suất cây trồng, người ta thường sử dụng các loại phân hoá học như: đạm (N), lân (P2O5), kali (K2O) Nhưng trong các loại phân vô cơ, đáng chú ý nhất là phân đạm, một loại phân mang lại hiệu quả quan trọng nhất cho năng suất cây trồng, tuy nhiên nó cũng rất dễ gây ô nhiễm cho môi trường đất do tồn dư của nó từ việc sử dụng với liều lượng cao Khi bón đạm, cây chỉ sử dụng tối đa 30% lượng phân bón vào đất Còn lại, phần thì bị rửa trôi làm mất đi,phần còn lại trong đất sẽ gây ô nhiễm đất

Khi bón đạm vào đất thường tồn tại 2 dạng trong đất: NH4 và NO3-, cây trồng hấp thu cả 2 dạng này

Lượng đạm tồn dư trong đất dạng NO3

dễ bị rửa trôi xuống sông, suối hoặc trực tiếp đi xuống nước ngầm gây ô nhiễm nước ngầm Theo mức cho phép của WHO, nước ngầm chứa > 45 mg/l NO3

không thể dùng làm nước uống

Quá trình nitrat hoá biến đổi đạm từ dạng NH4+ về dạng NO3- làm tăng tính chua của môi trường đất do trong đất tồn tại HNO3

Một số phân bón hoá học khác gây ô nhiễm môi trường đất như phân lân Phân super lân thường có 5% axít tự do (H2SO4), làm cho môi trường đất chua Trong các loại phân lân cũng còn chứa một lượng các kim loại nặng khác như As,

Cd, Pb cũng là nguyên nhân làm tích luỹ các kim loại này trong đất

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 18 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

Các phân hoá học khác hầu hết là các dạng muối (NH4SO4, KCL, K2SO4, KNO3…) của các axít, do đó khi bón vào đất làm cho đất chua

– Phân hữu cơ:

Thông thường phân hữu cơ gồm: phân chuồng, phân xanh, phân ủ Thành phần của phân tuỳ thuộc vào nguồn chế biến Nguồn phân hữu cơ gây ô nhiễm đất có thể do cách sử dụng, nguồn sử dụng để chế biến

Phân chuồng nếu không được ủ đúng kỹ thuật, như nông dân sử dụng phân tươi (phân chuồng, phân bắc) ngâm ủ, nông dân sử dụng tưới trên cây trồng chứa rất

nhiều các vi sinh (Coliform, E.coli, Clostridium perfingens, Streptococcus, Salmonella, Vibrio cholera), ký sinh trùng (giun đũa) trong sản xuất nông nghiệp,

đặc biệt là trên rau làm cho rau không an toàn, gây độc cho người sử dụng

Các loại phân hữu cơ hiện nay, như phân chuồng (heo, gà,…) được nuôi từ thức ăn tổng hợp không còn an toàn cho nông sản như trước, vì trong thành phần của

nó có nhiều khoáng vi lượng (Cu, Zn, Fe, Mn, Co,…) Hàm lượng kim loại nặng chứa trong phân có thể là nguồn xâm nhập vào đất trồng và tồn lưu trong các loại nông sản phẩm, đặc biệt là các loại rau ăn lá

Sử dụng nhiều phân hữu cơ trong điều kiện yếm khí, quá trình khử chiếm

ưu thế, sẽ tạo ra nhiều axít hữu cơ làm đất chua, đồng thời tạo ra nhiều chất độc H2S,

CH4, CO2

II.8.2.2: Ô nhiễm do thuốc bảo vệ thực vật:

Thuốc bảo vệ thực vật bao gồm: thuốc trừ sâu, bệnh (nấm, tuyến trùng…), thuốc diệt cỏ, chất kích thích sinh trưởng đều là các chất hoá học hữu cơ hay vô cơ, rất cần thiết để diệt sâu, bệnh, cỏ dại và bảo vệ cây trồng, Nhưng vì bản chất của các chất này là diệt sinh học nên ít nhiều đều ảnh hưởng đến môi trường đất

Các hoá chất này gây ô nhiễm môi trường đất và hoạt tính của chúng sẽ là chất độc cho các động vật và con người Nó có thể tồn tại lâu trong đất, xâm nhập vào thành phần cây, nhất là tích luỹ ở các bộ phận của cây, con người sử dụng các sản phẩm này sẽ gây ngộ độc

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 19 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

Đặc tính của thuốc trừ sâu bệnh là tính bền trong môi trường sinh thái Sau khi xâm nhập vào môi trường và tồn tại một thời gian dài trong các dạng cấu trúc sinh hoá khác nhau hoặc tạo các dạng hợp chất liên kết trong môi trường đất Các hợp chất mới này thường có độc tính cao hơn bản thân nó Ví dụ như DDT sau một thời gian sử dụng có tạo ra DDE, độc hơn DDT gấp 2-3 lần Thuốc trừ sâu Aldrin tồn tại lâu dài trong đất bị phân thành Dieldrin, mà tính chất của nó độc nhiều lần so với Aldrin

Các thuốc bảo vệ thực vật thường chứa nhiều kim loại nặng như: As, Pb, Hg Một số loại thuốc bệnh như: CuSO4, Zineb, Macozeb… chứa các kim loại nặng như

Zn, Cu, Mn sử dụng nhiều và lâu dài sẽ tồn lưu các kim loại trong đất

Tác hại khác của thuốc trừ sâu bệnh là sự xâm nhập của nó vào môi trường đất làm cho cơ lý hoá tính đất giảm sút, mức độ gây hại tương tự như phân bón hoá học Nhưng khả năng diệt khuẩn cao nên thuốc trừ sâu bệnh cũng đồng thời tiêu diệt nhiều vi sinh vật có ích làm các hoạt tính sinh học của đất bị giảm

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 20 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

CHƯƠNG III:

TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG

THƯỜNG GẶP TRONG ĐẤT VÀ TRONG CÂY

TRỒNG

III 1 KHÁI NIỆM VỀ KIM LOẠI NẶNG:

- Thuật ngữ “Kim loại nặng” (heavy metals) đã được công nhận và sử dụng rộng rãi mặc dù không dễ dàng định nghĩa Thuật ngữ này được dùng để chỉ tên nhóm của các kim loại và á kim, gắn liền với sự ô nhiễm và tính độc, nhưng cũng có một số nguyên tố cần thiết cho cơ thể VSV khi ở nồng độ thấp

- Kim loại nặng là những kim loại có tỷ trọng < 5 và có mặt trong tự nhiên, Ngày nay do tác động của con người mà hàm lượng kim loại nặng trong đất, trong nước ở một số vùng gia tăng đã khiến cho cây trồng tại đó có thể hấp thu nhiều hơn ở những nơi bình thường

III.2 NGUỒN GỐC CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG THƯỜNG GẶP TRONG ĐẤT VÀ TRONG CÂY TRỒNG:

Đá mẹ là nguồn cung cấp đầu tiên các yếu tố khoáng và có vai trò trong việc tích lũy các kim loại nặng trong đất Trong những điều kiện xác định, phụ thuộc vào các loại đá mẹ khác nhau mà các chất được hình thành có chứa hàm lượng khác nhau các kim loại nặng

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 21 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

Bảng III.2.1: Hàm lượng trung bình một số loại kim loại nặng trong đá và trong

Đá trầm tích

Vỏ phong hóa

Dao động trong đất

Trung bình trong đất

3 0,2 0,05

- 0,08

1,5 0,065 0,09 0,08 0,04

24 0,2 0,05

- 1,1

7,7 0,4 0,17 0,19 0,044

19 1,2 0,42

<0,1 0,95

1,5 0,048 0,11 0,05 0,049

14 0,2 0,05 0,005 0,6

0,1 – 40 0,1 – 0,4 0,01 – 2 0,01 – 0,5 0,2 – 0,5

2 – 300 0,2 – 10 0,01 – 1,2

- 0,1 – 0,8

6 0,2 0,35 0,06 0,2

19

1 0,4

- 0,2

(Nguồn: Tack E Fergusson)

Đã có nhiều bằng chứng cho thấy khả năng gây độc của kim loại nặng trong môi trường đất đối với thực vật, động vật ăn thực vật và con người Nguồn gốc ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu gây ra bởi các hoạt động của con người, như tập quán sản xuất nông nghiệp, khai thác mỏ, sản xuất công nghiệp, các hoạt động giao thông vận tải

Trong quá trình sản xuất, con người đã làm tăng đáng kể hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng trong đất Các loại thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) thường

có chứa các kim loại nặng như As, Pb, Hg Các loại phân bón hóa học, đặc biệt là phân lân thường chứa nhiều các kim loại nặng khác nhau như As, Pb, Cd, Bi, Hg,

Sn

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 22 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

Bảng III.2.2: Hàm lượng một số kim loại nặng trong các sản phẩm dùng làm

phân bón nông nghiệp

Bùn cống thải

Phân chuồng

Nước tưới

Thuốc bảo vệ thực vật

<0,1 – 0,5 0,2 – 2,4 0,2

III.2.1 Từ các thuốc trừ sâu vô cơ, thuốc trừ bệnh và phân bón:

Thuốc trừ sâu vô cơ là rất cần thiết cho cây trồng Các hóa chất như asenate, canxi asenate, và đồng sunfat được sử dụng để trừ các nấm gây bệnh và các loại động vật chân đốt hơn một thế kỷ nay (ngày nay chúng đã được thay thế bởi các thuốc trừ sâu hữu cơ tổng hợp) Lượng thuốc phun thông thường lớn, đến 8,7 kg/ha/năm; 2,7 với asenic; 7,5 với kẽm và 3,5 với đồng; tùy vào loại hạt giống, vào bệnh gây hại và vào công thức thuốc Tùy thuộc vào chất nền của thuốc trừ sâu sử dụng mà tất cả nguyên tố này có thể tích tụ lại trên ruộng đồng, trong cây và trong

hệ sinh thái

Trên thế giới đã sử dụng trên 40 loài thuốc trừ nấm khác nhau trong công tác bảo vệ thực vật, những loại thuốc này được dùng để chống lại các loại bệnh hại cây trồng bằng cách phun lên cây, xử lý giống, xử lý đất Một số loại thuốc được sử dụng rộng rãi trong nông dân bao gồm:

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 23 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

III.2.1.1 Thuốc trừ nấm chứa đồng:

- Đồng sunfat (CuSO4.5H2O): có dạng là những tinh thể màu xanh

- Nước Boocdo: là hỗn hợp của đồng sunfat với nước vôi đục

III.2.1.2 Các thuốc trừ nấm chứa thủy ngân:

Nhóm thuốc này bao gồm các hợp chất thủy ngân vô cơ và hữu cơ Loại thuốc này được sử dụng rộng rãi la HgCl2, etyl thủy phân clorua, etyl thủy phân photphat, phenyl thủy phân brommua, phenyl thủy phân acetat… Đa số các thuốc này để xử lý hạt giống, một số thuốc còn dùng để xử lý đất, để bảo vệ mầm cây khỏi bị sâu trong đất phá hoại

Phân bón được dùng với những mục đích canh tác làm tăng thu hoạch mùa màng, nhưng mặt trái của có là làm ô nhiễm đất Nhiều tài liệu chỉ ra rằng: Phân bón ít nhiều cũng chứa hàm lượng một số kim loại nặng ngay cả trong phân chuồng, tro củi và một vài loại khác

III.2.2 Từ bùn cống, rãnh:

Việc sử dụng bùn cống rãnh có chứa kim loại có thể gây ra sự cố đất nông nghiệp Bùn cống rãnh là một sản phẩm phụ của xử lý nước thải đô thị Bùn cống rãnh có chứa rất nhiều các chất hữu cơ nhưng nó cũng chứa hàm lượng nhất định của một số kim loại nặng

Hiện nay, các loại bùn nước thành phố cũng là nguồn chứa nhiều các kim loại nặng khác nhau như As, Pb, Cd, Bi, Hg, Sn… Một số nồng độ của các kim loại nặng trong bùn cống rãnh các đô thị điển hình được trình bày ở bảng III.2.3 Như vậy, muốn sử dụng bùn cống rãnh để phụ vụ cho nhu cầu bón thì phải nghiên cứu khả năng gây ô nhiễm kim loại nặng lên trên đất canh tác, lên cây trồng

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 24 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

Bảng III.2.3 Hàm lượng các nguyên tố trong bùn – nước cống rãnh đô thị

(Nguồn: Logan, 1900)

III.2.3 Từ quá trình khai thác và sản xuất kim loại:

Sự ô nhiễm bởi các nguyên tố độc hại kết hợp với nhiều mặt khác nhau của các nền công nghiệp khai thác và sản xuất kim loại Trong quá trình này đã tạo ra những chế phẩm và được đổ trực tiếp vào hệ thống xả nước theo dòng chảy đến đất Nó còn có khả năng phát tán vào không khí dưới dạng bụi rồi theo mưa lắng tụ lại trong đất

Sự ô nhiễm quanh các khu vực mỏ là do các đống chất thải trong quá trình khai mỏ, các rác tập trung thành phố… Do hàm lượng độc chất kim loại nặng cao,

mg/mg chất khô Nguyên tố Khoảng dao động Trung bình

84 – 17000

10 – 99000

80 – 33500

1000 – 154000 0,6 – 56

32 – 9870 0,1 – 214

2 – 5300

13 – 26000 2,6 – 329 1,7 – 17,2

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 25 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

sự phát triển của thực vật trên các chất thải có thể bị hạn chế và chuyển thành một lớp cỏ chuyển tiếp

III.2.4 Các lò nấu kim loại:

Một số nghiên cứu cho thấy môi trường xung quanh lò nấu kim loại thường

bị ô nhiễm Kết quả khảo sát tháng 11/1997 tại xã Chỉ Đạo – Mỹ Văn – Hưng Yên của bộ môn thổ nhưỡng – Môi Trường đất, Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội cho thấy ở đây trước kia có nghề phụ là đúc đồng, từ năm 1985 đến nay đã chuyển sang nghề nấu tái chế chì Nghề nấu chì đã phát triển mạnh mẽ vào những năm

1986 và vẫn còn duy trì cho đến nay Vào những năm 1989, 1990 mỗi tháng trung bình tái chế được 300 tấm chì thành phẩm, hiện nay mỗi tháng tái chế trung bình

100 – 120 tấn Đất và nước tại địa phương đã có những biểu hiện nhiễm chì

III.2.5 Rác thải và các chất thải bỏ công nghiệp:

Sự bùng nổ dân số kết hợp với thành tựu của khoa học kỹ thuật đã tạo nên một khối lượng lớn các chất thải độc hại từ rác Để phục vụ cho nhu cầu sống, con người đã đổ ra môi trường không biết bao nhiêu đồ gia dụng lỗi thời Các đồ điện

tử này đều có nguồn gốc từ kim loại nặng ,dưới tác dụng của oxy ngoài không khí

sẽ bị oxy hóa rồi bị mưa rửa trôi thấm vào đất gây ô nhiễm Nước rỉ từ các bãi rác rất hôi thối có màu đen do trộn lẫn rất nhiều chất chảy thành dòng thấm vào đất làm nguy hại cho vi sinh vật sống trong đất và mạch nước ngầm

Ngoài ra các cơ sở sản xuất xi, mạ, pin, acqui… cũng đã thải ra một lượng lớn kim loại nặng vào cống và chính những độc tố này sẽ đi vào môi trường nông nghiệp qua việc tưới cho cây trồng

Tóm lại, KLN đi vào môi trường qua nhiều nguồn khác nhau: đá mẹ, sự lắng động khí quyển, phân bón, thuốc trừ sâu, hóa chất nông nghiệp, các chất thải hữu cơ

và vô cơ… Có thể diển tả bằng công thức sau:

Mtổng số = (Mp + Ma + Mf + Mac + Mow + Mip) – (Mcr + Ml)

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 26 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

Trong đó:

M: kim loại nặng p: vật liệu mẹ a: sự lắng đọng khí quyển f: phân bón

ac: hóa chất nông nghiệp ow: các chất thải hữu cơ ip: các chất ô nhiễm vô cơ khác cr: sự dịch chuyển kim loại của cây trồng l: mất do rửa trôi và bốc hơi

III.3 HÓA HỌC KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT:

III.3.1 Asen (As):

As tồn tại trong đất dưới dạng các hợp chất chủ yếu như acsenat (AsO43-) trong điều kiện oxy hóa Chúng bị hấp thu mạnh bởi các khoáng sét, sắt, mangan oxyt hoặc hydroxyt và các chất hữu cơ Trong các đất axit, As có nhiều ở dạng arsenat với sắt và nhôm (AlAsO4, FeAsO4), trong khi ở các đất kiềm và đất cacbonat lại có nhiều ở dạng Ca3(AsO4)2

Khả năng linh động của As trong đất tăng khi đất ở dạng khử vì nó tạo thành các acsenit (As III) có khả năng hòa tan lớn gấp 5 – 10 lần các acsenat Tuy nhiên acsenit (As III) cũng có tính độc hại cao hơn so với dạng acsenat (As V) Khi bón vôi cho đất cũng làm tăng khả năng linh động của As do chuyển từ Fe, Al – acsenat sang dạng Ca – acsenat linh động hơn

III.3.2 Cadimi (Cd):

Cd ở dạng các hợp chất rắn như CdO, CdCO3, Cd3(PO4)2 trong các điều kiện oxy hóa Trong các điều kiện khử (Eh ≤ - 0,2V), Cd tồn tại nhiều ở dạng CdS Độ chua của đất có ảnh hưởng rất lớn đối với khả năng linh động của Cd trong đất trong các đất chua Cd tồn tại ở dạng linh động hơn (Cd2+) Tuy nhiên nếu đất có nhiều Fe, Al,Mn, chất hữu cơ thì Cd lại bị chúng liên kết làm giảm khả năng linh

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 27 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

động của Cd Trong các đất trung tính hoặc kiềm do bón vôi Cd bị kết tủa dưới dạng CdCO3

Khả năng hấp phụ Cd của các chất trong đất giảm dần theo thứ tự: hydroxyt

và oxyt sắt nhôm, halloysit > allophane > kaolinit, axit humic > montmorillonit Quá trình hấp phụ Cd trong đất xảy ra khá nhanh, 95% Cd đưa vào đất hấp phụ trong vòng 10 phút và 100% trong vòng 1 giờ Thông thường Cd tồn tại trong đất ở dạng hấp phụ trao đổi chiếm 20 – 40%, dạng các hợp chất cacbonat là 20%, hydoxyt và oxyt là 20% Phần liên kết với các hợp chất hữu cơ chiếm tỷ lệ nhỏ III.3.3 Thủy ngân (Hg):

Thủy ngân có thể tồn tại ở dạng linh động, không tan hoặc bay hơi (CH3)2Hg Trong đất kiềm (pH ≥ 7) Hg bị kết tủa ở dạng Hg(OH)2 Các dạng hợp chất thường gặp như: Hg – photphat, Hg – chất hữu cơ (R HgOH) Trong điều kiện khử Hg có thể gặp ở dạng HgS Sự liên kết giữa Hg với S và các chất hữu cơ trong đất cũng xảy ra khá mạnh hình thành các hợp chất như humic – Hg

Sự hấp phụ Hg trong đất phụ thuộc rất lớn vào các dạng thủy ngân và các tính chất đất như pH, thành phần cation và thế oxy hóa khử, các khoáng sét, oxyt Fe/Mn và chất hữu cơ Trong khoáng sét, illit hấp phụ Hg nhiều hơn so với kaolinit Thủy ngân dễ tiêu trong đất có thể ở nhiều dạng khác nhau, thông thường

Hg hòa tan trong CaCl2 0,1M được đánh giá là thích hợp đối với cây trồng

III.3.4 Chì (Pb):

Chì là nguyên tố kim loại nặng có khả năng linh động kém, có thời gian bán hủy trong đất từ 800 – 6000 năm Trong tự nhiên chì có nhiều dưới dạng PbS và bị chuyển hóa thành PbSO4 do quá trình phong hóa Pb2+ sau khi được giải phóng sẽ tham gia vào nhiều quá trình khác nhau như bị hấp phụ bởi các khoáng sét, chất hữu cơ hoặc oxyt kim loại Hoặc bị cố định trở lại dưới các hợp chất Pb(OH)2, PbCO3, PbS, PbO, Pb(PO4)2, Pb5(PO4)3OH Chì bị hấp phụ trao đổi chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ (< 5%) hàm lượng chì có trong đất Các chất hữu cơ có vai trò lớn trong việc

GVHD: Th.S Võ Hồng Thi 28 SVTH: Nguyễn Thị Vân Hiền

tích lũy Pb trong đất do hình thành các phức hệ với chì Đồng thời chúng cũng làm tăng tính linh động của Pb khi các chất hữu cơ này có tính linh động cao

Chì cũng có khả năng kết hợp với các chất hữu cơ hình thành các chất bay hơi như (CH3)4Pb Trong đất chì có tính độc cao, nó hạn chế hoạt động của các vi sinh vật và tồn tại khá bền vững dưới dạng các phức hệ với chất hữu cơ

Pb2+ trong đất có khả năng thay thế ion K+ trong các phức hệ hấp phụ có nguồn gốc hữu cơ hoặc khoáng sét Khả năng hấp thu chì tăng dần theo thứ tự sau: montmorillonit < humic < kaolinit < allophan < oxyt sắt Khả năng hấp phụ Pb tăng dần đến pH mà tại đó hình thành kết tủa Pb(OH)2

III.3.5 Selen (Se):

Se là nguyên tố dinh dưỡng rất quan trọng đối với động vật, nhưng ở nồng

độ cao nó sẽ gây độc hại Se có nhiều hóa trị khác nhau như Se (II), selenide HSe-, Se(O), Se(IV), Selenit HseO3- và SeO32-, Se(VI), selenat SeO42- Các dạng selen và selen – hữu cơ thường có nhiều ở đất gley và đất có chứa nhiều chất hữu cơ Trong đất thoát nước tốt và đất axit Se thường ở các dạng selenit, còn trong đất kiềm sẽ là dạng selenat Các dạng selen rất khó hòa tan như Fe2(SeO3)3 và Fe2(OH)4SeO3 Trong các đất axit, Se có khả năng linh động kém hơn so với các đất kiềm

Các dạng selenit và selenat thường kết hợp với sắt, mangan thành các oxyt bền vững ít hòa tan Đất có chứa nhiều axit fulvic cũng làm tăng khả năng hòa tan của Se trong nước nhưng đây không phải là dạng dễ tiêu cho thực vật vì Se ở dạng liên kết Se – fulvic

Quá trình metyl hóa selen cũng xuất hiện ở trong đất với sự tham gia của các

vi sinh vật hình thành (CH3)2Se Quá trình này xảy ra mạnh khi đất có nhiều chất hữu cơ Khả năng linh động của các kim loại nặng phụ thuộc rất lớn vào độ axit, điện thế oxy hóa – khử của đất