Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, một số ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội (luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, một số ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, một số ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, một số ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, một số ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, một số ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, một số ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, một số ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, một số ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, một số ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, một số ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, một số ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội (luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ảnh hưởng của pH, một số ion và chất hữu cơ hòa tan đến trạng thái keo sét trong đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội (luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN QUANG HUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA pH, MỘT SỐ ION VÀ CHẤT HỮU CƠ HÒA TAN ĐẾN TRẠNG THÁI KEO SÉT TRONG ĐẤT LÚA HUYỆN THANH TRÌ, HÀ NỘI Chun ngành: Khoa học Mơi trƣờng Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN NGỌC MINH Hà Nội - 2013 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí địa lý, điều kiện khí hậu – địa chất – thủy văn huyện Thanh Trì 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Điều kiện khí hậu – thủy văn 1.2 Keo đất khả hấp phụ đất 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Đặc tính keo đất 1.2.3 Phân loại keo đất 11 1.2.4 Các loại keo sét đất 17 1.3 Ảnh hƣởng số tính chất lý hóa đến đặc tính keo khống sét đất 22 CHƢƠNG II ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 25 2.2 Nội dung nghiên cứu 25 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 25 2.3.1 Tách cấp hạt sét 25 2.3.2 Xác định tính chất lý – hóa học đất 26 2.3.3 Tách chiết axit humic 26 2.3.4 Xác định thành phần khoáng sét 26 2.3.5 Thí nghiệm phân tán ống nghiệm 27 CHƢƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Một số đặc tính lý – hóa học đất nghiên cứu 29 3.2 Thành phần khoáng sét mẫu đất nghiên cứu 31 3.3 Ảnh hƣởng pH, ion chất hữu hòa tan đến trạng thái keo sét đất nghiên cứu 33 3.3.1 Ảnh hƣởng pH 33 3.3.2 Ảnh hƣởng cation 35 3.3.3 Ảnh hƣởng anion 38 3.3.4 Ảnh hƣởng axit humic 41 3.4 Ảnh hƣởng nƣớc tƣới tới trạng thái keo sét đất nghiên cứu 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined LỜI MỞ ĐẦU Sự tồn khống sét mơi trƣờng nƣớc hình thành hệ keo, hệ tán keo (phân tán) hay hệ tụ keo (keo tụ) Hệ tán keo tạo trạng thái bền vững nhiệt động cho dung dịch Trong đó, hệ tụ keo khơng bền vững mặt nhiệt động có xu hƣớng tạo đồn lạp liên kết lớn thơng qua trình tái liên kết hạt để làm giảm sức căng bề mặt Trạng thái tồn khoáng sét (tán keo, tụ keo) đất định độ bền học đất, khả giữ nƣớc, giữ dinh dƣỡng nhƣ khả tích lũy KLN đất Các yếu tố môi trƣờng nhƣ pH, ion, chất hữu hịa tan có khả tác động tới khống sét thơng qua nhƣng chế riêng biệt ảnh hƣởng tới dạng tồn khống sét Mơi trƣờng đất trồng lúa nƣớc dạng môi trƣờng đặc thù Việc dẫn nƣớc vào ruộng làm giảm mạnh trình trao đổi khí thơng thƣờng đất khí Do canh tác điều kiện ngập nƣớc, trạng thái khử chiếm ƣu đất làm cho tính chất đất diễn biến theo chiều hƣớng khác nhiều so với đất ban đầu chƣa trồng lúa, hình thành loại đất với đặc tính đặc trƣng Tác động nƣớc tƣới môi trƣờng đất lúa không dừng lại việc làm thay đổi trạng thái ngập nƣớc mà thành phần nƣớc tƣới, tính chất nƣớc tƣới gây ảnh hƣởng định Trên sở đề tài:”Nghiên cứu ảnh hƣởng pH, số ion chất hữu hòa tan đến trạng thái keo sét đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội” Đƣợc thực với mục đich xác định động thái, dạng tồn khoáng sét điều kiện môi trƣờng khác Nghiên cứu tiền đề cần thiết cho phân tích tích lũy đồng di chuyển KLN khoáng sét đất sau này, qua tìm giải pháp hạn chế ô nhiễm KLN nhƣ hạn chế nguy sét, dinh dƣỡng đất khu vực CHƢƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí địa lý, điều kiện khí hậu – địa chất – thủy văn huyện Thanh Trì 1.1.1 Vị trí địa lý Thanh Trì huyện nằm phía Đơng nam Hà Nội, với diện tích 63,17km2 Huyện có thị trấn 15 xã - Phía Bắc giáp quận Hồng Mai - Phía Tây Bắc giáp quận Thanh Xn - Phía Tây giáp Hà Đơng - Phía Đơng giáp huyện Gia Lâm - Phía Nam giáp Thanh Oai, Thƣờng Tín 1.1.2 Điều kiện khí hậu – thủy văn  Khí hậu Huyện Thanh Trì nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với mùa chủ yếu năm: Mùa nóng mùa lạnh Các tháng 4, 10 đƣợc coi nhƣ tháng chuyển tiếp tạo cho Thanh Trì có mùa Xn, Hạ, Thu, Đơng Nhiệt độ trung bình năm 23,90C Nắng trung bình năm 1640 Bức xạ trung bình 4272 Kcal/m2/tháng Lƣợng mƣa trung bình năm 1649 mm, lƣợng bốc trung bình năm 938 mm Độ ẩm khơng khí trung bình năm 83% Trong năm có hai mùa gió chính: Gió mùa Đơng nam gió mùa Đơng bắc Hàng năm chịu ảnh hƣởng trực tiếp khoảng – bão Bão mạnh lên tới cấp 9, cấp 10 Bão thƣờng trùng với thời kỳ nƣớc sông Hồng lên cao đe dọa không sản xuất nông nghiệp đời sống ngƣời dân Do chịu ảnh hƣởng mạnh gió mùa nên khí hậu biến động thất thƣờng, ảnh hƣởng sâu sắc tới mùa vụ sản xuất nông nghiệp trình sinh trƣởng loại trồng Thanh Trì có mùa đơng lạnh khơ nhƣng thời gian ngắn đầu mùa Đông, đầu mùa Xuân nhiệt độ khơng khí ẩm lên, có mƣa phùn lên độ ẩm cao phù hợp với loại rau, ôn đới phát triển Nếu đảm bảo đƣợc điều kiện vật tƣ, kỹ thuật phát triển vụ Đơng rải rộng diện tích đất canh tác huyện  Thủy văn Trên địa bàn huyện có sông lớn chảy qua nhƣ sông Hồng, sông Nhuệ, sông Tô Lịch, sông Ngừ, sông Sét, sông Kim Ngƣu… Bên cạnh cịn có diện tích lớn hồ đầm với hồ đầm nhƣ Yên Sở, Linh Đàm, Định Công, Pháp Vân Chế độ thủy văn sông huyện chịu ảnh hƣởng trực tiếp gián tiếp chế độ thủy văn sông Hồng đƣợc phân thành mùa rõ rệt: Mùa lũ từ tháng đến tháng 10, mùa cạn từ tháng năm sau  Địa chất – địa mạo: Toàn huyện có loại đất sau: - Đất phù sa khơng đƣợc bồi, glây yếu: Diện tích khoảng 2422 phân bố nơi có địa hình cao trung bình, tập trung xã Định Cơng, Đại Kim, Thanh Liệt, Hồng Liệt, Tam Hiệp… Đất có màu nâu tƣơi hay nâu xám, pH từ trung tính đến chua, thành phần giới từ cát pha đến thịt nặng, chất dinh dƣỡng tổng số từ đến giàu, chất dễ tiêu Đây loại đất thuận lợi cho phát triển thực phẩm, lƣơng thực loại hoa màu - Đất phù sa khơng đƣợc bồi có glây: Diện tích 1715 ha, phân bố tập trung xã Tả Thanh Oai, Đại Áng Tân Triều, nằm nơi có địa hình thấp Đất có glây màu xám xanh, dẻo, thành phần giới trung bình đến nặng, độ phì nhiêu tiềm tàng khá, nghèo lân dễ tiêu - Đất phù sa đƣợc bồi, trung tính, kiềm yếu: Diện tích 739 phân bố dải đất ngồi đê sông Hồng thuộc xã Lĩnh Nam, Trần Phú, Yên Mĩ, Duyên Hà Vạn Phúc Phần lớn loại đất có thành phần giới cát pha, khả giữ màu, giữ nƣớc không bị chua - Đất phù sa khơng đƣợc bồi, glây mạnh: Diện tích 60 nằm rải rác nơi trũng, lòng chảo thuộc xã Đại Kim, Thanh Liệp, Tứ Hiệp Ngũ Hiệp, hàng năm bị ngập nƣớc liên tục vào mùa hè, nên đất thƣờng tình trạng yếm khí, tỷ lệ mùn khá, độ chua pH từ 4,5 – ảnh hƣởng chất hữu chƣa phân giải - Đất phù sa đƣợc bồi hàng năm trung tính kiềm yếu: Diện tích 197 ha, phân bố thành dải đất dọc theo bờ sông Hồng xã Thanh Trì, Lĩnh Nam, Vạn Phúc, Yên Sở Dun Hà Nơi có địa hình cao, đất có thành phần giới nhẹ, nơi đất thấp có thành phần giới trung bình đến nặng Nhìn chung loại đất loại đất tốt, chủ yếu trồng màu công nghiệp ngắn ngày, có suất cao - Đất cồn cát, bãi ven sơng: Diện tích 99 nằm ngồi bãi sơng Hồng thuộc xã Vạn Phúc, Thanh Trì, Lĩnh Nam Hàng năm, nƣớc ngập bãi cát đƣợc bồi thêm bị đi, địa hình địa mạo ln bị thay đổi Cát có phản ứng trung tính, độ phì Hiện phần nhỏ diện tích đƣợc sử dụng khai thác cát phục vụ xây dựng, lại bỏ hoang - Khu vực đất lại gồm: Đất có mặt nƣớc, sơng suối, đất khu dân cƣ có tổng diện tích 4160 1.2 Keo đất khả hấp phụ đất [1] 1.2.1 Khái niệm Ðất hệ thống đa phân tán phức tạp bao gồm hạt có kích thƣớc khác Keo đất hạt tan nƣớc, có đƣờng kính nhỏ Về kích thƣớc hạt keo số tác giả không thống Theo Garrison Sposito (1939) đƣờng kính hạt keo dao động từ 0,01 - 10 m (1 m = 10-6 m), nhỏ m theo Brian L McNeal (1966), nhỏ 0,2 m theo A.E Vozbutskaia (1968) bán kính nhỏ m theo Van Olphen (1977), Do kích thƣớc keo nhỏ nhƣ nên chúng thƣờng lơ lửng dung dịch, chui qua giấy lọc phổ thông quan sát đƣợc cấu tạo chúng kính hiển vi điện tử Số lƣợng keo đất khác tuỳ theo loại đất, từ – 2% (đất cát) đến 40 – 50% khối lƣợng đất (đất sét nặng) Ngay có hàm lƣợng nhỏ đất, keo đất đại diện chủ yếu cho khả hấp phụ đất Trong đất có keo vơ cơ, keo hữu keo phức tạp hữu – vô Những keo vô đƣợc tạo thành tác dụng phong hoá đá ngƣng tụ phân tử dung dịch, keo hữu tạo thành trình biến hố xác hữu đất Keo vơ kết hợp với keo hữu thành keo hữu – vô Cấu tạo chung keo đất (hình 1) nhƣ sau: Phần hạt keo (mixen keo) nhân keo, hợp chất phức tạp có cấu tạo vơ định hình tinh thể Thơng thƣờng keo vơ có nhân axit silisic, nhơm silicat, oxít sắt, oxít nhơm Keo vơ bền, bị phá huỷ sau thời gian dài Keo hữu có nhân axit humic, axit fulvic, protit xenlulo Keo hữu bền, bị phá huỷ lại tạo thành từ sản phẩm phân giải xác động, thực vật dÞch thÕ - + - - - + keo - quanh - Nh©n + ng Du keo Vi lạp + dịc h Ion quy ết h địn Hạt Ion khô ng yển chu keo khu ếch n tá ï nb ®iƯ p Líp kÐ iƯn p® Lí Mi xen Ion + + + + + Hình 1: Sơ đồ cấu tạo mixen keo (theo N.I Gorbunov) Theo Gorbunov keo đất có cấu tạo nhƣ sau: Trong nhân keo, mặt nhân keo có lớp điện kép, lớp nằm sát hạt nhân gọi lớp ion định thế, lớp ion mang điện trái dấu gọi lớp ion bù Ða số ion lớp ion bù nằm sát lớp ion định gọi tầng ion khơng di chuyển, ion cịn lại nằm xa cách tầng ion định làm thành tầng ion khuếch tán Ða số keo đất có lớp ion định mang điện âm Ðiều cần lƣu ý đất ion lớp điện bù trao đổi với ion dung dịch tiếp xúc với nên gọi "tầng ion trao đổi" Tổng số cation tầng ion trao đổi tính số ly đƣơng lƣợng gam (meq) 100 gam đất khơ gọi dung tích hấp phụ đất Keo đất giữ vai trị quan trọng chúng định nhiều tính chất đất mặt lý học, hố hoc, đặc biệt đặc tính hấp phụ đất Bởi lý luận keo đƣợc vận dụng rộng rãi lĩnh vực phân loại đất, cải tạo đất bón phân cho đất 1.2.2 Đặc tính keo đất Khi nghiên cứu keo đất ngƣời ta thấy có đặc tính định nhiều tính chất đất là: a Keo đất có tỷ diện lớn Tỷ diện tổng số diện tích bề mặt đơn khối lƣợng (g) đơn vị thể tích (cm3) Diện tích bề mặt hạt có kích thƣớc khác đƣợc thể bảng Keo đất có kích thƣớc bé nên tỷ diện lớn Theo số liệu bảng 1, số lƣợng keo đất 4% khối lƣợng pha rắn đất, nhƣng có diện tích bề mặt 80% tổng diện tích bề mặt đất Nhƣ đất sét có tỷ diện lớn đến đất thịt bé đất cát Bảng 1: Vai trị kích thước hạt hình thành diện tích bề mặt đất thịt trung bình Kích thƣớc hạt Hàm lƣợng Diện tích bề mặt (mm) (%) (m2/1g đất) 0,25 - 0,05 17 0,5 0,2 0,05 - 0,01 50 4,1 1,7 0,01 - 0,005 20 9,9 4,1 0,005 - 0,001 12,7 5,2 0,001 - 0,0001 18,8 7,8 0,0001 194,0 81,0 Tổng số 100 240,0 100,0 % bề mặt tổng số b Keo đất có lượng bề mặt Các phân tử hạt keo chịu lực tác động xung quanh nhƣ nên khơng có đặc biệt Phân tử bề măt hạt keo chịu lực tác động xung quanh khác tiếp xúc với thể lỏng thể khí bên ngồi Do lực cân lẫn đƣợc, từ sinh lƣợng tự do, sinh lƣợng bề mặt chỗ tiếp xúc hạt keo với môi trƣờng xung quanh Thành phần giới đất nặng tỷ diện lớn lƣợng bề mặt lớn, khả hấp phụ vật chất cao c Keo đất có mang điện Ðây đặc tính quan trọng keo đất mà hạt đất có kích thƣớc lớn khơng có Do hạt keo có kích thƣớc nhỏ nên hạt nhân keo hấp phụ lên bề mặt ion khác Sự hấp phụ phụ thuộc vào chất keo Tuỳ thuộc vào cấu trúc hạt keo mà keo đất mang điện âm điện dƣơng Trong đất có keo âm, keo dƣơng keo lƣỡng tính Phần lớn keo đất mang điện âm d Trạng thái tồn keo đất Keo đất tồn hai trạng thái khác nhau: Trạng thái keo tán (sol) trạng thái keo tụ (gel) Khi hạt keo phân bố thể tích nƣớc chúng nằm xa cách nhau, trạng thái sol (hay hydrosol) Trong trƣờng hợp môi trƣờng phân tán nƣớc, tƣớng phân tán hạt keo Nhƣ sol keo trạng thái lơ lửng chất lỏng Hiện tƣợng nguyên nhân: Do điện động (điện zeta) làm cho hạt keo đẩy không tiến lại gần đƣợc, màng nƣớc bao bọc ngồi keo ngăn cản khơng cho chúng dính liền Song thiên nhiên lại có trình ngƣng tụ, nghĩa trình biến sol thành gel Quá trình xảy keo bị trung hoà điện sức hút chúng lớn sức đẩy Sự ngƣng tụ keo nguyên nhân sau: + Keo ngƣng tụ tác dụng chất điện giải: Đây nguyên nhân chủ yếu Ion chất điện giải tiếp xúc với hạt keo, điện keo bị trung hoà ion mang điện trái dấu Ta biết, đa số keo đất mang điện âm nên nói chung chúng bị ngƣng tụ có cation dung dịch đất Do chất điện giải muối, ion muối hydrat hoá lấy nƣớc hạt keo, làm giảm bề dày màng nƣớc giúp cho chúng gần nhau; mặt khác ion muối ngăn cản khả điện phân cation trao đổi làm giảm điện zeta Cả nguyên nhân dẫn tới tƣợng keo đất liên kết với mà ngƣng tụ Hoá trị cation cao sức ngƣng tụ keo mạnh Nghiên cứu ngƣng tụ keo sét Gedroiz thấy sức ngƣng tụ cation hoá trị lớn gấp 25 lần cation hoá trị 1, cation hoá trị gấp 10 lần cation hoá trị (bảng 2) Các cation hoá trị nhƣ Na +, K+, H+ có tác dụng ngƣng tụ nhƣng khơng bền, chất điện giải dung dịch bị rửa trơi xảy tƣợng tán keo 10 Hình 13: Ảnh hưởng Ca2+ lên khả phân tán khoáng sét Tƣơng tự nhƣ với kết ảnh hƣởng Na+, tụ keo dƣới ảnh hƣởng Ca2+ chí biểu mạnh nồng độ Ca2+ gây ảnh hƣởng tƣơng đối thấp (từ 0,25 – mmolc.L-1) độ truyền qua T% tăng mạnh từ 0,71% - 79,8% Bƣớc nhảy chuyển trạng thái từ tán keo sang tụ keo rộng (1,28 – 76,38%) tƣơng ứng với nồng độ Ca2+ tăng từ 0,5 – 1,5 mmolc.L-1 Nhƣ có mặt của Ca2+ dung dịch thúc đẩy q trình tụ keo khống sét Nồng độ Ca2+ cao tụ keo mạnh + Ảnh hƣởng Al3+ Bảng 8: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng Al3+ Nồng độ (mmolc.L-1) T (%) 0,1 0,15 0,2 0,3 0,5 1,36 4,93 81,16 96,16 97,72 37 Hình 14: Ảnh hưởng Al3+ lên khả phân tán khoáng sét Độ truyền qua xác định đƣợc Al3+ 1,3 – 97,7% tƣơng ứng với nồng độ 0,1 – 0,5 mmolc.L-1 Bƣớc nhảy chuyển trạng thái từ tán keo sang tụ keo rõ rệt (4,93 – 96,16%) khoảng nồng độ Al3+ từ 0,15 – 0,3 mmolc.L-1 Kết ảnh hƣởng Na+, Ca2+ Al3+ chứng minh cation có hóa trị cao nồng độ cần thiết gây ảnh hƣởng tới khả phân tán khoáng sét nhỏ (0,15 mmolc.L-1 Al3+; 0,5 mmolc.L-1 với Ca2+ 20 mmolc.L-1 với Na+) hay nói cách khác có mặt cation hóa trị cao ảnh hƣởng đến khả tụ keo khoáng sét lớn ảnh hƣởng cation khác đến khả keo tụ khoáng sét giảm dần theo thứ tự sau: Al3+ > Ca2+ > Na+ Kết phù hợp với nghiên cứu Nguyễn Ngọc Minh nnk (2009) (mục 1.3) Kết nghiên cứu chứng tỏ độ truyền qua tỉ lệ thuận với tốc độ tụ keo khoáng sét tỉ lệ thuận với nồng độ cation đƣợc sử dụng dung dịch thí nghiệm: T lớn  Sự keo tụ mạnh  Nồng độ cation lớn 3.3.3 Ảnh hưởng anion Các anion đƣợc nhìn nhận nguyên nhân thúc đẩy tán keo Sự có mặt anion làm tăng điện tích âm bề mặt cạnh tranh hấp phụ 38 vào vị trí mang điện tích dƣơng “bề mặt rìa” điều làm cho trình tán keo đƣợc thúc đẩy Các anion hóa trị cao khả cạnh tranh hấp phụ vào bề mặt rìa lớn thúc đẩy trạng thái tán keo Thí nghiệm ảnh hƣởng anion đƣợc tiến hành với dung dịch muối NaCl, Na2SO4 Na3PO4 Dƣới đồ thị thể cân tán keo – tụ keo sau 3h anion Đƣờng cong biểu diễn tƣơng quan độ truyền qua nồng độ anion dung dịch cân + Ảnh hƣởng ClBảng 9: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng ClNồng độ (mmolc.L-1) T (%) 10 20 30 40 50 60 70 80 0,89 4,92 41,4 61,23 75,16 79,98 81,85 82,99 Hình 15: Ảnh hưởng Cl- lên khả phân tán khoáng sét + Ảnh hƣởng SO42Bảng 10: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng SO42Nồng độ (mmolc.L-1) T (%) 10 15 20 30 35 40 50 0,95 1,26 20 31,19 57,41 71,41 72,44 73,11 39 Hình 16: Ảnh hưởng SO42- lên khả phân tán khoáng sét + Ảnh hƣởng PO43Bảng 11: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng PO43Nồng độ (mmolc.L-1) T (%) 10 15 1,01 8,67 20 25 30 40 50 19,59 33,57 44,67 47,21 47,53 Hình 17: Ảnh hưởng PO43- lên khả phân tán khoáng sét Quan sát ba đồ thị ta thấy xu hƣớng tụ keo diễn ba thí nghiệm (do ảnh hƣởng Na+ dung dịch) Tuy nhiên, có mặt anion hạn chế khả tụ keo khoáng sét, anion cạnh tranh hấp phụ vào bề mặt rìa 40 khống sét với Na+, làm giảm tƣơng đối khả tụ keo khoáng sét Độ truyền qua tối đa dung dịch cân giảm dần (83% với Cl-; 73,11% với SO42- 47,53% với PO43-) theo chiều tăng hóa trị, điều đồng nghĩa với tốc độ keo tụ khoáng sét dung dịch giảm dần Kết cho thấy anion hóa trị cao khả cạnh tranh hấp phụ vào bề mặt rìa lớn thúc đẩy trình tán keo Khả thúc đẩy trạng thái tán keo dƣới ảnh hƣởng anion giảm theo thứ tự sau: PO43- > SO42- > Cl- 3.3.4 Ảnh hưởng axit humic Các anion hữu (humat) bị hấp phụ khoáng sét làm điện tích âm tổng thể khống sét tăng thêm Kết anion hữu có mặt nhiều tán keo đƣợc thúc đẩy Thí nghiệm ảnh hƣởng axit humic (axit humic đƣợc hòa tan dung dịch NaOH 0,01M) đƣợc tiến hành nồng độ axit humic khác dung dịch Kết ảnh hƣởng axit humic tới khả phân tán khống sét đƣợc trình bày rõ bảng dƣới đây: Bảng 12: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng axit humic Nồng độ (mg.L-1) T (%) 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,42 1,38 0,94 0,87 0,86 0,86 Sự ảnh hƣởng anion hữu đến đặc tính keo khống sét đƣợc thực với axit humic nồng độ khác dung dịch cân Sau 3h quan sát thí nghiệm tụ keo ống nghiệm với ảnh hƣởng AH, kết cho thấy tốc độ phân tán khoáng sét tỉ lệ thuận với tăng dần nồng độ AH, tƣơng ứng với khả keo tụ giảm dần Thí nghiệm đƣợc tiến hành pH = Độ truyền qua T% thấp tất nồng độ humat (T < 1,42%) Cụ thể nồng độ AH < 0,1 mg.L1- mức độ keo tụ khoáng sét lớn nhất, biểu thị độ truyền qua lớn (T = 1,42%) Ở nồng độ AH cao (> 0,2 mg.L-1) khả phân tán đƣợc gia tăng, biểu mức độ truyền qua thấp so với nồng độ thấp (T ~ 0,9%) 41 Bƣớc nhảy chuyển trạng thái keo sét khơng rõ rệt nhƣng nhận thấy mức nồng độ từ 0,1 – 0,2 mg.L-1 tƣơng ứng với độ truyền qua 1,38 – 0,93% Nhƣ có mặt AH thúc đẩy q trình phân tán khống sét Trong đất axit hữu (axit humic…) đƣợc biết đến keo âm đất, liên kết axit với khoáng sét trở lên âm điện dẫn đến hạt sét bị phân tán mạnh Bên cạnh liên kết thành phức với cation (vd: Na – axit humic) làm cho nồng độ ion dung dịch giảm Đây lý dẫn đến hạt sét phân tán nhiều làm cho cấu trúc bền chặt đất giảm Hình 18: Ảnh hưởng axit humic đến khả phân tán sét Sự tác động kép pH AH tới khoáng sét đƣợc thể rõ thí nghiệm Tại pH = khống sét có khả phân tán mạnh điện tích bề mặt rìa tích điện âm hơn, nhiên khơng có mặt AH sau 3h quan sát tốc độ keo tụ đƣợc diễn Khi có mặt AH tốc độ keo tụ lại diễn vừa phụ thuộc vào pH, đồng thời phụ thuộc vào nồng độ AH Nếu dung dịch pH = nhƣng có hàm lƣợng AH thấp tụ keo diễn (ở mức độ nhỏ), nhƣng nồng độ tăng lên lại thúc đẩy trình tán keo khống sét Ở pH cao, có mặt AH tạo liên kết hữu – sét, hạt sét tích điện âm nhiều dễ dàng đẩy tạo phân tán khoáng sét 42 dung dịch Hơn nồng độ AH cao lƣợng điện tích âm tạo nhiều đồng thời làm giảm pH làm tăng q trình thúc đẩy phân tán khoáng sét Ở pH thấp, axit hữu có ƣu hấp phụ vào vị trí mang điện tích dƣơng phần rìa khống sét tùy thuộc theo mức độ mạnh yếu, cấu tạo mạch cacbon, khối lƣợng phân tử… Sự hấp phụ lên phần rìa tinh thể khống sét annion cản trở hình thành cấu trúc “card house” (Van Olphen, 1977; Gu Doner, 1993; Penner Lagaly, 2001) mơi trƣờng có phản ứng axit thúc đẩy tán keo 3.4 Ảnh hƣởng nƣớc tƣới tới trạng thái keo sét đất nghiên cứu Trong trƣờng hợp nghiên cứu, nguồn nƣớc đƣợc dẫn vào ruộng lúa Thanh Trì nguồn nƣớc thải thị từ sông Nhuệ Sử dụng nƣớc thải làm nƣớc tƣới cho canh tác nông nghiệp việc làm phổ biến vùng ngoại ô đô thị Việt Nam Sử dụng nƣớc thải làm nƣớc tƣới tận dụng đƣợc nguồn dinh dƣỡng nƣớc thải, nhiên nguồn nƣớc thải có chứa nhiều yếu tố gây hại cho thể ngƣời Việc phân tích số tính chất nƣớc bao gồm: pH, hàm lƣợng ion… giúp đánh giá ảnh hƣởng nƣớc tƣới sử dụng tới trạng thái keo sét đất đƣợc xác Kết phân tích thành phần nƣớc đƣợc trình bày bảng sau: Bảng 13: Kết phân tích thành phần nước tưới từ sông Nhuệ SO42- PO43- Cl- Ca2+ Mẫu pH M1 7,05 3,13 < 0,001 1,52 M2 7,52 1,56 < 0,001 2,26 0,88 M3 7,00 1,04 < 0,001 1,34 1,16 (mmol.L-1) Từ kết phân tích thành phần nƣớc ta thấy nồng độ pH mẫu thí nghệm tƣơng đối cao, từ (mẫu M3) đến 7,52 (mẫu M2) Kết ảnh hƣởng pH (mục 3.3) với pH > khoáng sét chuyển trạng thái phân tán Tại mức pH cao trình cho proton vị trí bề mặt rìa khống sét làm cho lƣới điện tích bề mặt có xu hƣớng âm điện điều làm gia tăng khả phân tán khoáng sét 43 Nồng độ Ca2+ nƣớc cao (0,88 mmol.L-1 – 1,52 mmol.L-1), nồng độ cation cao ảnh hƣởng tới khả keo tụ khoáng sét Kết phân tích ảnh hƣởng Ca2+ (mục 3.3.2) khoảng nồng độ chuyển trạng thái Ca2+ 0,5 – 1,5 mmolc.L-1 Sự có mặt anion (Cl-, SO42-, PO43-) gia tăng khả phân tán khoáng sét dung dịch Tuy nhiên với nồng độ dung dịch thấp (dƣới 2,26 mmol.L-1 với Cl-; dƣới 3,13 mmol.L-1 với SO42và nhỏ 0,001 mmol.L-1 với PO43-) ảnh hƣởng khơng rõ rệt Kết thí nghiệm phân tán ống nghiệm mẫu nƣớc dƣới cho thấy ảnh hƣởng thực tế nƣớc tƣới tới trạng thái keo sét đất lúa khu vực nghiên cứu Bảng 14: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng mẫu nước tưới Mẫu M1 M2 M3 T (%) 14,8 1,13 2,65 Nhìn chung mẫu, khoáng sét tồn chủ yếu trạng thái tán keo, biểu độ truyền qua thấp (T% < 15%) Trong mẫu M1 có độ truyền qua lớn (14,8%) điều cho thấy có ảnh hƣởng keo tụ (tốc độ chậm) Các mẫu M2 M3 tán keo gần nhƣ hoàn toàn (T% < 3%), độ truyền qua giảm dần theo trình tự M1 > M3 > M2 tƣơng đồng với chiều giảm nồng độ Ca2+ mẫu Kết lần khẳng định lại ảnh hƣởng nồng độ cation tới trạng thái keo tụ khoáng sét dung dịch đất Nồng độ cation cao thúc đẩy keo tụ khoáng sét Nhƣ vậy, nƣớc tƣới từ sông Nhuệ thúc đẩy trạng thái phân tán hạt keo đất lúa xã Đại Áng, huyện Thanh Trì, điều ảnh hƣởng tới cấu trúc bền chặt đất, đất dễ bị dinh dƣỡng, độ phì nhƣ sét 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đất nghiên cứu có phản ứng trung tính (pHKCl = 6,34 ÷ 7,00); hàm lƣợng CHC cao (%C = 1,3 ÷ 1,7%) Đây điều kiện thuận lợi cho phân tán khoáng sét Hàm lƣợng sét chiếm tỷ lệ cao đất nghiên cứu (27 ÷ 40%) Tuy nhiên, thành phần sét đất chủ yếu loại khống có khả hấp phụ bao gồm: illit, kaolinit clorit Đây khống có khả trƣơng nở trữ nƣớc kém, chúng thuộc nhóm có CEC thấp, có điện tích cấu trúc cao, khả hydrat hóa hạn chế, kích thƣớc cấp hạt lớn bề mặt âm điện… nên khả phân tán Nồng độ cation dung dịch có ảnh hƣởng mạnh tới đặc tính keo sét đất Nồng độ cation cao khả tụ keo khống sét tăng Sự ảnh hƣởng cation hóa trị khác đến khả keo tụ khoáng sét giảm dần theo thứ tự: Al3+ > Ca2+ > Na+ Ngƣợc lại, nồng độ anion dung dịch lại thúc phân tán khoáng sét dung dịch đất, hóa trị anion ảnh hƣởng tới trạng thái phân tán khoáng sét giảm dần theo thứ tự: PO43- > SO42- > Cl- Chất hữu hòa tan (axit humic) pH ảnh hƣởng tới trạng thái kéo sét đất Ở pH thấp (1 – 3) thúc đẩy trạng thái keo tụ, ngƣợc lại pH cao (4 – 10) trạng thái keo tán lại đƣợc gia tăng Tƣơng tự có mặt axit humic thúc đẩy tán keo dung dịch đất Kết nghiên cứu thực tế nƣớc tƣới lấy từ sông Nhuệ (khu vực nghiên cứu) cho kết pH cao (7 – 7,5), nồng độ ion nƣớc thấp (0,01 mmol.L-1 – mmol.L-1) Vì sử dụng nƣớc tƣới cho khu vực keo sét chủ yếu tồn trạng thái tán keo, tốc độ tụ keo chậm Kiến nghị Dựa đặc tính keo khống sét dƣới ảnh hƣởng yếu tố môi trƣờng nhƣ pH, ion CHC… khéo léo lựa chọn phƣơng pháp cải tạo vào bảo vệ đất cách hợp lý sau vụ canh tác, tránh tƣợng rửa trôi làm dinh dƣỡng nhƣ độ phì đất Việc bón phân làm pH đất tăng lên dẫn đến thúc đẩy trình phân tán cấp hạt sét Bổ sung CHC cho đất khu 45 vực (nếu có) dẫn đến nguy sét khỏi đất có chứa lƣợng lớn ion anion hữu (đặc biệt axit humic) Do bổ sung CHC cần kết hợp biện pháp che phủ tốt để giảm tác động dòng chảy Nghiên cứu trạng thái tồn keo sét môi trƣờng đất lúa cịn tiền đề cần thiết cho phân tích tích lũy đồng di chuyển KLN khống sét đất sau này, qua tìm giải pháp hạn chế ô nhiễm KLN nhƣ hạn chế nguy rửa trơi khống sét đất khu vực ruộng lúa xã Đại Áng, huyện Thanh Trì, Hà Nội 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: Trần Văn Chính (2000), Giáo trình thổ nhưỡng học, NXB Bộ Giáo dục & Đào tạo, Hà Nội Dƣơng Văn Đảm (2004), Nguyên tố vi lượng phân vi lượng, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lê Đức (2004), Giáo tr nh Nguyên tố vi lượng, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Trịnh Quang Huy (2006), Giáo tr nh Tồn dư hố chất nơng nghiệp, Trƣờng ĐH Nông Nghiệp Hà Nội, Tr 1, 2, 28 Lê Văn Khoa (2000), Giáo tr nh Đất Môi trường, NXB Giáo dục, Hà Nội Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Cự, Bùi Thị Ngọc Dung, Lê Đức, Trần Khắc Hiệp, Cái Văn Tranh (2000), Phương pháp phân tích đất nước phân bón trồng, NXB Giáo dục, Hà Nội Lê Văn Khoa, Trần Khắc Hiệp, Trịnh Thị Thanh (1996), Giáo tr nh Hố học nơng nghiệp, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Vũ Thị Mộng Mến (2011), Thành phần khoáng sét đặc tính keo cấp hạt sét đất đồi khu vực Sóc Sơn – Hà Nội, Khóa luận tốt nghiệp, Trƣờng Đại học KHTN – Đại học QGHN, Hà Nội Nguyễn Ngọc Minh, Đào Châu Thu (2012), Khoáng sét đất khả ứng dụng lĩnh vực môi trường, NXB Giáo dục, Hà Nội 10 Nguyễn Ngọc Minh, Phạm Thị Dinh, Lý Thị Hằng, Nguyễn Thị Thu Hƣơng, Trƣơng Thị Huyền, Lê Thị Liên, Đào Thị Khánh Ly, Nguyễn Thị Mai Phƣơng, Phạm Văn Quang, Nguyễn Thị Thúy (2011), Nghiên cứu tách chiết Phytolith từ lúa để làm vật liệu xử lý ô nhiễm, Hội nghị khoa học sinh viên, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia, Hà Nội 11 Nguyễn Ngọc Minh, Nguyễn Phƣớc Cẩm Liên, Nguyễn Xuân Hƣng, Hoàng thị Thanh Hiếu (2010), Ảnh hưởng pH axit humic đến khả phân 47 tán sét dung dịch: ứng dụng tách cấp hạt sét khỏi mẫu bentonic Cổ Định – Thanh Hóa, Tạp chí khoa học đất 12 Khƣơng Minh Phƣợng (2012), Ứng dụng mơ hình Hydrus – 1D để mô di chuyển kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) đất lúa xã Đại Áng, huyện Thanh Trì, Hà Nội, Luận văn thạc sỹ khoa học môi trƣờng, Trƣờng Đại học KHTN - Đại học QGHN, Hà Nội 13 Trần Kông Tấu (2005), Vật lý thổ nhưỡng môi trường, NXB ĐHQG Hà Nội 14 Đào Châu Thu (1986), Kết nghiên cứu thành phần khoáng sét số loại đất Việt Nam phương pháp tia Rowntgen, Tạp chí KHTH Nơng nghiệp 15 Lê Văn Tiềm, Trần Kơng Tấu (1983), Phân tích đất trồng, NXB Nông nghiệp Hà Nội Tài liệu tiếng Anh: Berti, W R., and Ryan, J A (2003), “Inplace inactivation and natural ecological restoration technologies (IINERT)”, Bioavailability, Toxicity and Risk Relationships in Ecosys-tems (R Naidu, W S R Gupta, S Rogers, R S Kookana, N S Bolan, and D C Adriano, Eds.), pp 253–269, Science Publishers, Inc, En field, NH, USA Boekhold, A E., TemminghoV , E J M , and Vanderzee, S E A T M (1993), “Influence of electrolyte composition and pH on cadmium sorption by an acid sandy soil”, J Soil Sci, 44, pp 85 – 96 Brian L McNeal.(1966), “Clay Mineral Variability in Some Punjab Soils”, Williams & Wilkins Chan K Y., Mead J A (1988), “Surface physical properties of a sandy loam soil under diffirent tillage practices”, Australian Journal of Soil Research, 26, 549 – 559 Chorom M., Rengasamy P., Murray R S (1995), “Clay dispersion as influenced by pH and Net Particle Charge of Sodic Soil”, Australian Journal of Soil Research, 32, 1243 – 1252 48 Coote J H., Lovick T A (1998), “Effects of volume loading on paraventriculo – spinal neurons in the rat”, Journal of the Autonomic Nervous System, 25, 135 – 140 Chung, S.O., Kim, H.S., Kim, J.S (2003), “Model development for nutrient loading from paddy rice fields”, Agric Water Manage, 62, pp 1–17 Conner, S D (1918), “Soil acidity as affected by moisture conditions of the soil”, Jour Agric Res, 15, pp 321–329 D Penner and G Lagaly, Appl Clay Sci., 2001 10 Frankenberger, W T., and Losi, M E (1995), “Applications of bioremediation in the cleanup of heavy metals and metalloids”, Bioremediation: Science and Applications, (H D Skipper and R F Turco, Eds.), pp 173–210, Soil Sci Soc Am Spec Publ no 43, Madison, WI 11 Frenkel H., Frey M V., Levy G J (1992), “Critical flocculation concentration of reference and soil clays in the absence or presence of organic and inorganic anions”, Clays and Clay minerals, 5, 515 – 521 12 Fergusson, J E (1990), “The heavy elements: Chemitry, Environmental Impact and Health Effects”, Pergamon Press, London 13 Garrison Sposito (1939), “The chemistry of soils”, Oxford University Press, New York 14 Gedroiz, K K (1924), “Soils unsaturated with bases Method for determining in soils the hydrogen present in an absorbed condition Soil requirements of lime as a neutralizing agent”, Zur Opit Agron 15 Goldberg S., Forster H S (1990), “Effect of saturating cation, pH, and aluminum and iron oxide on the flocculation of kaolinite and montmorillonite”, Clays and Clay minerals 35, 220 – 227 16 Gong, Z T (1986), “Origin, evolution and classification of paddy soils in China”, Adv Soil Sci, 5, pp 174 – 200 17 Gong, Z T., Xu, Q (1990), “Paddy soils, Soils of China”, Science Press, Beijing, pp 233–260 18 Gong, Z T., Chen, H Z., Yuan, D.G, Zhao Y G., Wu, Y J., Zhang, G L (2007), “The temporal and spatial distribution of ancient rice in China and its implications”, Chin Sci Bull, 52, pp 1071 – 1079 49 19 Hall, J L (2002), “Cellular mechanism for metal detoxi fication and tolerance”, J Exp Bot, 53, pp – 11 20 Hassannezhad, H., Pashaee, A., Khormali, F., Mohammadian, M (2008), “Effect of soil moisture regime and rice cultivation on mineralogical characteristics of paddy soils of Mazandarran Province, Northern Iran”, Amol Int J Soil Sci, 3, pp.138 – 148 21 Hees P A W V., Jonesb D L., Jentschkeb G., Godboldb D L (2005), “Oranic acid concentrations in soil solution: effects of young coniferous trees and ectomycorrhizal fungi”, Soil Biology and Biochemistry, 37, 771 – 776 Jackson, M L 1968, “Weathering of primary and secondary minerals 22 in soils”, Trans 9th Int Congr Soil Sci 23 Jones A J., Lai R., Huggins D R (1997), “Soil erosion and productivity rearch: A regional approach”, American Journal of Alternative Agriculture 12 185 – 192 24 Kukier, U., and Chaney, R L (2001), “Amelioration of nickel phytotoxicity in much and mineral soils”, J Environ Qual, 30, pp 1949 – 1960 25 Kurek, E (2002), “Microbial mobilization of metals from soil minerals under aerobic conditions”, Interactions Between Soil Particles and Microorganisms (P M Huang, J ‐M Bollag, and N Senesi, Eds.), Wiley and Sons, Chichester, UK 26 Lal R (1990), “Soil erosion in the tropics: principle and management”, 550pp 27 Lapayrie F., Chhilves G A., Bhem C A (1987), “Oxalic acid synthesis by the mycorrhizal fungus paxillus involutus”, New Phytologis, 106, 193 – 146 28 Le, D., Pham, V K., Le, B V B., Duong, T.O (2000), “Preliminary study on adsorption capacity and diffusion rate of heavy metals in Red River alluvial soil at Trungvan commune, Tuliem district, Hanoi”; Proceedings of the Second Scientific Conference, University of Science on EnvironmentalScience, Vietnam National University Publishing House2000, p.152 50 29 Lee, S Z., Allen, H E., Huang, C P., Sparks, D L., Sanders, P F., and Peijnenburg, W J G M (1996), “Predicting soil‐water partition coefficients for cadmium”, Environ Sci Technol, 30, pp 3418 – 3424 30 Ling W., Ren L., Gao Y., Zhu X., Sun B (2009), “Impact of low – molecular – weight organic acids on the availability of phenanthrene and pyrene in soil”, Soil Biology and Biochemistry, 41, 2187 – 2195 31 Ma, Q Y., Traina, S J., Logan, T J., and Ryan, J A (1993), “In situ lead immobilization by apatite”, Environ Sci Technol, 27, pp.1803 – 1810 32 Martin, M H., Coughtrey, P J and Ward, P (1979), “Historical aspects of heavy metal pollution in the Gordano Valley”, Proceedings of the Bristol Natural History Society, 37, pp 91 – 97 33 Maskall, J E., and Thornton, I (1998), “Chemical partitioning of heavy metals in soils, clays and rocks at historical lead smelting sites”, Water, Air Soil Pollut., 108, pp 391 – 409 51 ... NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Một số đặc tính lý – hóa học đất nghiên cứu 29 3.2 Thành phần khoáng sét mẫu đất nghiên cứu 31 3.3 Ảnh hƣởng pH, ion chất hữu hòa tan đến trạng thái. .. PO43-) chất hữu hòa tan (axit humic) đến trạng thái keo sét đất nghiên cứu Đánh giá thực tế trạng thái keo sét đất lúa huyện Thanh Trì dƣới ảnh hƣởng nƣớc tƣới từ sơng Nhuệ 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu. .. phần hố học chia keo đất thành loại: Keo hữu cơ, keo vô keo hữu – vô + Keo hữu Keo hữu tạo thành biến hố xác sinh vật đất Nói chung lớp đất mặt chứa nhiều keo hữu lớp dƣới Các keo hữu thƣờng gặp