Tóm tắt dự thảo Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ phụ phẩm cây lúa để cải tạo môi trường đất xám bạc màu

Luận án Nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ phụ phẩm cây lúa để cải tạo môi trường đất xám bạc màu với mục tiêu nghiên cứu để đánh giá được khả năng cố định kim loại nặng trong môi trường đất bạc màu của than sinh học, đánh giá được khả năng ứng dụng than sinh học từ phế phụ phẩm cây lúa để cải tạo tính chất đất xám bạc. Mời các bạn cùng tham khảo.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trần Viết Cường NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THAN SINH HỌC TỪ PHỤ PHẨM CÂY LÚA ĐỂ CẢI TẠO MÔI TRƯỜNG ĐẤT XÁM BẠC MÀU Chuyên ngành: Môi trường đất nước Mã số: 62440303 TÓM TẮT DỰ THẢO LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MƠI TRƯỜNG Hà Nội – 2015 Cơng trình hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Người dướng dẫn khoa học PGS.TS PHẠM QUANG HÀ PGS.TS NGUYỄN MẠNH KHẢI Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án Tiến sĩ cấp Đại học Quốc gia tại: …………………………………………………… Vào hồi …… …… ngày …… tháng …… năm 2015 Có thể tìm hiểu Luận án Tiến sĩ tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm thông tin Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Mai Văn Trịnh, Trần Viết Cường, Vũ Dương Quỳnh, Nguyễn Thị Hoài Thu (2011), “Nghiên cứu sản xuất than sinh học từ rơm rạ trấu để phục vụ nâng cao độ phì đất, suất trồng giảm phát thải khí nhà kính” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam, số (24), tr 66 - 69 Trần Viết Cường, Mai Văn Trịnh, Phạm Quang Hà, Nguyễn Mạnh Khải (2012), “Nghiên cứu ảnh hưởng than sinh học đến suất lúa số tính chất đất bạc màu”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ T 28, Số 4S, tr 19-25 Trần Viết Cường, Bùi Thị Tươi, Phạm Quang Hà, Nguyễn Mạnh Khải (2014), “Nghiên cứu khả xử lý số kim loại nặng môi trường nước than sinh học từ phụ phẩm lúa”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ T 30, Số 4S, tr 36-41 Trần Viết Cường, Đồn Thu Hịa, Lê Hồng Sơn, Phạm Quang Hà, Nguyễn Mạnh Khải (2015), “Nghiên cứu ảnh hưởng bón than sinh học đến tích luỹ số kim loại nặng rau muống trồng đất xám bạc màu”, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Nơng nghiệp Việt Nam, số (54), tr 112-117 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong canh tác nông nghiệp, việc lạm dụng thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật, bón phân khơng hợp lý…đã tạo hội cho chất gây ô nhiễm, đặc biệt hàm lượng kim lọai nặng tích lũy dần đất qua mùa vụ Bên cạnh đó, phần lớn đất nơng nghiệp nước ta đất bạc màu, với đặc tính chua, nghèo kiệt chất dinh dưỡng, dung tích hấp thu thấp, thường khô hạn chai cứng, đất lại dễ bị tác động q trình xói mịn, rửa trôi Điều làm suy giảm sức sản xuất đất, giảm suất trồng, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng nơng sản Do đó, cần có biện pháp cải tạo xử lý ô nhiễm đất Thực tế nay, điều kiện kinh tế phát triển sản xuất nông nghiệp giới hóa, từ thói quen sử dụng phụ phẩm lúa người dân thay đổi dẫn đến dư thừa lượng lớn, chúng không quản lý tốt khắp vùng miền Việt Nam Tình trạng vứt bỏ rơm rạ, trấu đồng ruộng, kênh rạch dẫn đến việc phân hủy chất hữu tạo khí metan, nhiễm khơng khí, phân hủy chất hữu làm rửa trôi photpho, kim loại nặng môi trường đất gây ô nhiễm nguồn nước Ngồi ra, việc đốt rơm, rạ khơng gây ô nhiễm môi trường, làm gia tăng khí nhà kính khí mà cịn ảnh hưởng tới sức khỏe người han sinh học sản phẩm nhiệt phân yếm khí từ loại sinh khối hữu giàu on có nhiều tác dụng sản xuất đời sống hông phải ngẫu nhiên mà than sinh học nhà khoa học ví “vàng đen” ngành nông nghiệp Sự đề cao xuất phát từ đặc tính ưu việt than sinh học việc cải thiện tính chất đất nâng cao suất trồng Ngồi ra, than sinh học tồn nhiều năm đất với cấu tr c tơi xốp, diện tích ề mặt lớn độ hấp phụ chất cao nhờ cịn sử dụng để xử lý ô nhiễm môi trường đất môi trường nước tác nhân như: kim loại nặng, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ,… Xuất phát từ yêu cầu khoa học thực tiễn nêu trên, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ phụ phẩm lúa để cải tạo môi trường đất xám bạc màu” tiến hành Mục tiêu nghiên cứu Luận án tiến hành với mục tiêu sau đây: - Đánh giá khả cố định LN môi trường đất bạc màu TSH - Đánh giá khả ứng dụng TSH từ phế phụ phẩm l a để cải tạo tính chất đất xám bạc Nội dung nghiên cứu 3.1 Nội dung Phân tích, đánh giá tính chất lý hóa đất xám bạc màu TSH từ phụ phẩm lúa 3.2 Nội dung Nghiên cứu khả cố định kim loại nặng đất xám bạc màu bổ sung TSH 3.2.1 Nghiên cứu khả xử lý kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) dung dịch môi trường nước) đất xám bạc màu sau bổ sung TSH theo thời gian, pH nồng độ KLN 3.2.2 Nghiên cứu khả cố định kim loại nặng Cu, P , Zn môi trường đất xám bạc màu có bổ sung TSH thời gian ủ khác thông qua dịch chiết CaCl2 0,01M 3.2.3 Nghiên cứu tích lũy kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) thực vật trong môi trường đất xám bạc màu có bổ sung TSH 3.3 Nội dung Nghiên cứu tác dụng ón cho đất xám bạc màu đến suất lúa tính chất đất Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 5.1 Ý nghĩa khoa học Đề tài thực nhằm làm sáng tỏ khả cố định LN đất xám bạc màu sau bổ sung TSH từ phụ phẩm l a điều kiện môi trường khác Đồng thời cung cấp sở liệu ứng dụng TSH cải tạo môi trường đất 5.2 Ý nghĩa thực tiễn Góp phần cải tạo mơi trường đất xám bạc màu, sử dụng phế phụ phẩm sau trồng lúa bị dư thừa, cải thiện tính chất lý hóa đất, cố định LN nâng cao suất lúa địa bàn nghiên cứu địa àn tương tự góp phần giảm phát thải khí nhà kính thơng qua hoạt động bón TSH trả lại cho đất tăng cố định on đất) Những đóng góp đề tài - Xác định khả cải tạo nâng cao số tính chất lý hóa đất xám bạc màu TSH sản xuất từ phụ phẩm lúa - Xác định khả cố định KLN đất xám bạc màu có bổ sung TSH tác động số yếu tố môi trường như: p , thời gian, nồng độ KLN dung dịch chiết CaCl2 0,01M - Xác định khả giảm hút thu KLN đất xám bạc màu có bổ sung muống hàm lượng bổ sung rau vào đất gây tác hại đến sinh trưởng phát triển rau muống - Ứng dụng thành công để nâng cao suất cải tạo số tính chất lý hóa đất xám bạc màu trồng lúa óc ơn, Nội Chƣơng - TỔNG QUAN 1.1 Tình hình sử dụng phụ phẩm lúa 1.1.1 Tình hình sử dụng phụ phẩm lúa giới Nhu cầu gạo dự kiến mạnh mẽ vài thập kỷ tới tăng trưởng kinh tế dân số nước châu Phi châu Á Đến năm 2020, tổng lượng tiêu thụ gạo 450 triệu tấn, tăng 6,6% so với 422 triệu vào năm 2007 Nhìn chung, ngành sản xuất lúa gạo trì ổn định thời gian dài, dẫn đến việc phụ phẩm từ lúa mức cao 1.1.2 Tình hình thu gom sử dụng phụ phẩm lúa Việt Nam Với sản lượng l a ước tính năm 2013 nước 40 triệu tấn, tính tỉ lệ thu hoạch 1,0 tỉ lệ trọng lượng trấu trọng lượng hạt 0,2 nước có 40 triệu rơm rạ triệu trấu Đây nguồn nguyên nhiên liệu lớn Hiện tượng đốt rơm rạ đồng ruộng lan phổ biến vùng đồng sông Hồng đồng sông Cửu Long Biện pháp xử lý vừa không đem lại hiệu kinh tế mà cịn gây lãng phí, làm nhiễm mơi trường tương lai gần phải loại bỏ 1.1.3 Ảnh hưởng số hình thức xử lý phụ phẩm lúa đến mơi trường đất chu trình bon Hình thức đốt phụ phẩm có lợi việc dọn dẹp đồng ruộng nhanh chóng diệt mầm bệnh vụ trước cho vụ Tuy nhiên, hình thức đốt gây tác hại lớn đến mơi trường đất, q trình đốt khơng làm gây ô nhiễm môi trường gia tăng khí nhà kính CO2, CO, NOx, ) mà cịn làm ảnh hưởng đến môi trường đất Vùi rơm rạ vào đất việc hoàn trả lại cho đất phần nguyên tố dinh dưỡng mà l a lấy từ đất Ttuy nhiên điều bị ảnh hưởng mầm bệnh từ vụ trước để lại Bên canh đó, rơm rạ tươi phân hủy điều kiện ngập nước thường sản sinh axit hữu gây ngộ độc cho rễ lúa hay làm giảm khả hấp thụ dưỡng chất, ảnh hưởng đến sinh trưởng suất lúa rong môi trường đất ô nhiễm, yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính di động KLN pH, chất hấp phụ, diện hợp chất hữu vô cơ, ao gồm axit humic fulvic, dịch tiết từ rễ chất dinh dưỡng Phản ứng oxi hóa khử huy động cố định kim loại, tùy thuộc vào kim loại mơi trường Vì vậy, canh tác lúa, việc vùi phụ phẩm sử dụng phân compost chứa nhiều chất hữu môi trường ngập nước (có tính khử) làm cho kim loại nặng trở nên linh động 1.2 Đất xám bạc màu Đất xám bạc màu tên gọi theo Việt Nam cho loại đất Haplic Acrisols (FAO- UNESCO) thuộc nhóm đất xám Đất xám bạc màu chủ yếu phát triển phù sa cổ, đá macma axit đá cát, phân ố tập trung Đông Nam ộ, Tây Nguyên Trung du Bắc 1.2.1 Sự phân bố, phân loại đất bạc màu Diện tích đất xám bạc màu nước khoảng triệu Nhóm đất xám bạc màu phân bố chủ yếu Đông Nam ộ, Tây Nguyên Trung du Bắc 1.2.2 Tính chất đất bạc màu Đất xám bạc màu có thành phần giới từ nhẹ đến trung bình, dung trọng từ 1,30-1,50 g/cm3; tỷ trọng 2,65-2,70; độ ẩm: tầng đất 50-70cm đến 250cm thường xuyên 80-100% so với độ ẩm trữ cực đại đất bị nén chặt nên mùa khô từ 21- 24%; độ xốp 43-45%; sức chứa ẩm đồng ruộng 27-31%; độ ẩm héo 5-7% Đất có phản ứng từ chua vừa đến chua, pHKCl phổ biến từ 3,0-4,5; hàm lượng mùn tầng đất mặt từ nghèo đến nghèo (0,50-1,50%); chất tổng số dễ tiêu nghèo Nghèo cation trao đổi (Ca++ + Mg++ < meq/100g đất ; độ no azơ dung tích hấp thu thấp 1.2.3 Kim loại nặng đất xám bạc màu Hàm lượng kim loại nặng nhóm đất xám bạc màu Việt Nam đa số nằm ngưỡng so với QCVN 03:2008/BTNMT, hàm lượng trung bình KLN đất xám bạc màu ngưỡng cho phép nhiên số khu vực bị ảnh hưởng nước thải từ làng nghề truyền thống, khu công nghiệp đô thị lớn thấy xuất nhiễm kim lọai nặng cần ý đến nhiễm đất có biện pháp đề phòng 1.2.4 Các biện pháp cải tạo nâng cao độ phì nhiêu đất bạc màu Có nhiều biện pháp cải tạo đất bạc màu triển khai ứng dụng, mục tiêu biện pháp nhằm nâng cao độ phì nhiêu đất làm tăng suất trồng 1.3 1.2.4.1 Biện pháp cày sâu 1.2.4.2 Bón vơi 1.2.4.3 Bón phù sa sơng đất đỏ 1.2.4.4 Biện pháp thủy lợi 1.2.4.5 Luân canh tăng vụ trồng 1.2.4.6 Tăng cường bón chất hữu Tổng quan ô nhiễm kim loại nặng biện pháp xử lý 1.3.1 Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng đất 1.3.1.1 Nguồn gốc tự nhiên 1.3.1.2 Nguồn gốc nhân tạo + Ô nhiễm chất thải cơng nghiệp + Ơ nhiễm đất sản xuất nông nghiệp 1.3.2 Các dạng kim loại nặng đất Kim loại tìm thấy nhiều trạng thái, như: Chiếm giữ vị trí trao đổi thành phần đất vô cơ; hợp với chất hữu khơng hịa tan; ịa tan dung dịch đất; 2) ấp phụ thành phần vô đất; 4) Kết ết tủa dạng chất rắn tinh khiết hỗn hợp; 6) Có mặt cấu trúc khoáng vật thứ cấp; 7) Có mặt cấu trúc khống sơ cấp 1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến linh động hay cố định kim loại nặng môi trường đất Các phản ứng mơi trường đất, ví dụ acid/ azơ, kết tủa/hịa tan, q trình oxy hóa/khử, hấp thụ q trình trao đổi ion ảnh hưởng đến thay đổi nồng độ tính linh động kim loại mơi trường đất Độc tính, tính di động phản ứng phụ thuộc vào đặc tính kim loại phụ thuộc vào số điều kiện p , Eh, nhiệt độ, độ ẩm, phức chất, cường độ ion, điều kiện oxi hóa khử, v.v 1.3.4 Mối quan hệ kim loại nặng mơi trường đất nước Tính chất hóa học tính chất vật lý chất nhiễm ảnh hưởng đến di chuyển kim loại đất nước KLN tồn ba dạng kết cấu đất: chất nhiễm hịa tan dung dịch đất, chất ô nhiễm hấp phụ bề mặt đất chất nhiễm cố định hóa học dạng hợp chất rắn Các tính chất hóa học vật lý đất ảnh hưởng đến dạng kim loại tính linh động từ lựa chọn công nghệ phù hợp để xử lý 1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hấp thu kim loại nặng vào thực vật Khả dễ tiêu hút thu KLN thực vật bị ảnh hưởng đặc tính lý hóa mơi trường đất như: p , hàm lượng khoáng sét, chất hữu cơ, CEC hàm lượng LN đất hông thường pH thấp, thành phần giới nhẹ, độ mùn thấp, thực vật hút KLN mạnh 1.3.6 Một số phương pháp truyền thống xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng - Phương pháp xử lý đất ô nhiễm LN ằng thực vật phytoremendiation - Phương pháp đào chuyển chỗ Dig and aul : - Phương pháp cố định cô đặc - Phương pháp thuỷ tinh hoá Vitrification - Phương pháp rửa đất ta ilization/ olidification oil washing 1.3.7 Các phương pháp xử lý kim loại nặng nước Xử lý LN nước thực phương pháp phổ iến sau: ết tủa hóa học; rao đổi ion; ấp phụ; Chất hấp phụ sinh học; Màng lọc; Đông tụ keo tụ; uyển Cơng nghệ điện hóa, 1.4 Tổng quan sản xuất ứng than sinh học Trong năm gần đây, ngày nhận ch ý cách tiếp cận thân thiện môi trường, đặc biệt chiến lượnc giảm nhẹ biến đổi khí hậu định nghĩa vật liệu giàu bon, cấp hạt mịn, xốp, sản xuất cách nhiệt phân từ sinh khối hữu điều kiện oxy hạn chế nhiệt độ tương đối thấp (