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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - CHỬ THỊ LOAN NGHIÊN CỨU SỰ LINH ĐỘNG CỦA KHỐNG SÉT TRONG ĐẤT DỐC HUYỆN SĨC SƠN DƢỚI ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI TRƢỜNG ĐẤT LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - CHỬ THỊ LOAN NGHIÊN CỨU SỰ LINH ĐỘNG CỦA KHOÁNG SÉT TRONG ĐẤT DỐC HUYỆN SÓC SƠN DƢỚI ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MƠI TRƢỜNG ĐẤT Chun ngành: Khoa học Mơi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN NGỌC MINH Hà Nội - 2014 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, trước hết xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Ngọc Minh – Bộ môn Thổ nhưỡng Môi trường đất, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo, giúp đỡ tơi suốt q trình thực hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tới cán làm việc phịng thí nghiệm Bộ mơn Thổ nhưỡng Môi trường đất giúp đỡ, hướng dẫn, giúp tơi q trình thí nghiệm để hồn thành luận văn Cuối cùng, muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè ln quan tâm, động viên, đóng góp ý kiến giúp tơi q trình hồn thành luận văn Luận văn thạc sỹ nhận hỗ trợ từ đề tài mã số 105.08-2013.01 Quỹ Nafosted tài trợ Hà Nội, tháng 12 năm 2014 Học viên Chử Thị Loan MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG .iii DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .3 1.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu .3 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Điều kiện khí hậu - thuỷ văn a Khí hậu b Thuỷ văn 1.1.3 Địa hình 1.1.4 Đặc điểm địa chất địa mạo 1.1.5 Tài nguyên khoáng sản 1.1.6 Đặc điểm lớp phủ thực vật .5 1.1.7 Diện tích, cấu loại đất 1.2 Một số đặc điểm keo sét đất 1.2.1 Đặc điểm keo đất 1.2.2 Phân loại keo đất a Dựa vào tính mang điện .9 b Dựa vào thành phần hoá học 10 1.2.3 Keo sét đất 10 a Ðặc điểm chung keo sét 10 b Ðặc điểm nhóm keo sét 12 c Keo sét đất Việt Nam 16 1.3 Ảnh hƣởng số tính chất lý hóa đến đặc tính keo khoáng sét đất 16 CHƢƠNG II ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 20 i 2.2 Nội dung nghiên cứu 20 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 21 2.3.1 Xác định tính chất lý – hóa học đất .21 2.3.2 Chuẩn bị mẫu dung dịch làm việc 21 2.3.3 Xác định thành phần khoáng sét 22 2.3.4 Thí nghiệm phân tán ống nghiệm 23 a Ảnh hưởng cation 23 b Ảnh hưởng pH 23 c Ảnh hưởng humat 23 d Ảnh hưởng axit silicic 24 CHƢƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 25 3.1 Một số đặc tính lý – hóa học đất nghiên cứu 25 3.2 Thành phần khoáng sét mẫu đất nghiên cứu 27 3.3 Ảnh hƣởng pH, cation, humat axit silicic đến trạng thái keo sét đất nghiên cứu 30 3.3.1 Ảnh hưởng pH 30 3.3.2 Ảnh hưởng cation 32 3.3.3 Ảnh hưởng humat 36 3.3.4 Ảnh hưởng axit silicic 38 3.4 Cơ sở khoa học cho số giải pháp hạn chế xói mịn đất dựa đặc tính keo khống sét đất nghiên cứu 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 Kết luận 44 Kiến nghị 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC 49 ii DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Diện tích, cấu loại đất huyện Sóc Sơn Bảng 2: Các tiêu đất 21 Bảng 3: Một số tính chất mẫu đất nghiên cứu Sóc Sơn 25 Bảng 4: Thành phần cấp hạt tầng đất (USDA) 27 Bảng 5: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng pH 31 + Bảng 6: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng Na 33 2+ Bảng 7: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng Ca 34 3+ Bảng 8: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng Al 34 Bảng 9: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng humat 37 iii DANH MỤC HÌNH Hình 1: Sơ đồ cấu tạo khối tứ diện oxit silic, phiến oxit silic khối bát diện, phiến gipxit 11 Hình 2: Sơ đồ cấu trúc kaolinit 13 Hình 3: Sơ đồ cấu trúc montmorillonit 14 Hình 4: Sơ đồ cấu trúc hydromica 15 Hình 5: Biểu đồ nhiễu xạ tia X khoáng sét tách từ mẫu đất nghiên cứu (độ sâu – 20 cm) 30 Hình 6: Ảnh hưởng pH lên khả phân tán khoáng sét 31 + Hình 7: Ảnh hưởng Na lên khả phân tán khoáng sét 33 2+ lên khả phân tán khoáng sét .34 3+ lên khả phân tán khoáng sét .35 Hình 8: Ảnh hưởng Ca Hình 9: Ảnh hưởng Al Hình 10: Ảnh hưởng cation đến tụ keo sét dung dịch 36 Hình 11: Ảnh hưởng humat lên khả phân tán khống sét 37 Hình 13: Ảnh hưởng axit silicic tới phân tán khống sét (tại pH 4) .40 Hình 14: Ảnh hưởng axit silicic tới phân tán khoáng sét (tại pH 5) .41 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CEC Dung tích trao đổi cation SOM Chất hữu KĐ Kinh độ Đông TPCG Thành phần giới VB Vĩ độ Bắc v LỜI MỞ ĐẦU Xói mịn, rửa trôi sạt lở đất vấn đề gây suy thoái đất nghiêm trọng nước ta Đặc biệt, Việt Nam với ¾ diện tích đồi núi, tốc độ dòng chảy bề mặt lớn thảm thực vật bị hủy hoại… làm bóc mịn lớp đất bề mặt, làm đất, chất dinh dưỡng, đất trở nên nghèo kiệt, khó có khả phục hồi Các yếu tố đặc điểm thổ nhưỡng, địa hình, lớp phủ thực vật… có vai trị cốt yếu xói mịn đất nghiên cứu rộng rãi Mặt khác, cấp độ vi mơ, thân hạt sét đóng vai trị định nhờ đặc tính hoạt động Khi bị tác động dòng chảy bề mặt, trạng thái tụ keo hay tán keo định phần đến vận chuyển hạt sét theo dịng nước Việc sét ảnh hưởng tiêu cực đến tính bền vững cấu trúc đất, theo thời gian, cấu trúc đất yếu Đặc biệt vùng đất dốc nguyên nhân góp phần dẫn đến tượng xói mịn, rửa trơi sạt lở đất có tác động nước Khống sét thành phần vơ nhỏ bé đất, có tính chất đặc thù như: có hoạt tính bề mặt cao, có khả hấp phụ, liên kết nhờ lực hút tĩnh điện Trong môi trường nước, khống sét hình thành hệ keo (tán keo, tụ keo) Khoáng sét trạng thái tụ keo linh động hơn, chúng gắn kết giảm khả bị xói mịn Ngược lại trạng thái tán keo, khoáng sét di chuyển linh hoạt hơn, nguy xói mịn rửa trơi khống sét đất cao Trạng thái tán keo hay tụ keo khoáng sét đất dốc (sự linh động khoáng sét) mặt phụ thuộc vào đặc điểm nội khống sét ví dụ thành phần khống, kích thước tinh thể, khả co trương, điện tích bề mặt…, mặt khác phụ thuộc vào nhiều yếu tố bên như: pH, ion, chất hữu hòa tan đất, axit silicic… Do vậy, ngồi giải pháp vĩ mơ áp dụng để bảo vệ đất như: áp dụng phương thức canh tác bền vững, bón phân, vơi để cải tạo đồ phì đất…, cấp độ vi mơ, “nghiên cứu linh động khoáng sét đất dốc tác động số yếu tố môi trường đất” cung cấp giải pháp cho việc bảo vệ chống xói mịn đất, cải tạo mơi trường đất dốc Trong nghiên cứu này, cấp hạt sét tách từ mẫu đất đồi núi khu vực Sóc Sơn – Hà Nội Để xác định ảnh hưởng yếu tố môi trường đất + + 3+ pH, cation (Na , Ca , Al ), anion hữu (humat), axit silicic đến linh động khống sét dung dịch, thí nghiệm tán keo, tụ keo khoáng sét thực ống nghiệm ảnh hưởng chất nồng độ khác Kết nghiên cứu nhằm đưa giải pháp giảm thiểu sét cải thiện tính bền vững cấu trúc đất tác động xói mịn đất 46 Tài liệu tiếng Anh Chan K Y., Mead J A (1988), “Surface physical properties of a sandy loam soil under different 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 Soils”, Australian Journal of Soil Reseach 32, 1243 - 1252 Coote J H., Lovick T A (1988), “Effects of volume loading on paraventriculo - spinal neurones in the rat”, Journal of the Autonomic Nervous System, 25, 135 – 140 Frenkel H., Fey M V., Levy G J (1992), “Critical flocculation concentration of reference and soil clays in the absence or presence of organic and inorganic anions”, Soil Sci Soc Amer J 56 Frenkel H., Levy G J (1992), “Clay disperion and hydaulic conductivity of clay – sand mixtures as affected by the addition of various anion”, Clays and Clay Minerals, 40, 515 - 521 Goldberg S., Robert (1987), “Effect of saturating cation, pH, and aluminum and iron oxide on the flocculation of kaolinite and montmorillonite”, Clay and Clay Minerals, 35, 220 – 227 Hees P A W V., Jonesb D L., Jentschkeb G., Godboldb D L (2005), “Organic acid concentrations in soil solution: effects of young coniferous trees and ectomycorrhizal fungi”, Soil Biology and Biochemistry, 37, 771 – 776 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 Kaya, A (2006), “Settling of kaolinite in different aqueous environment”, J Marine Georesourc Geotechnol, 24, 203–218 10 Ling W., Ren L., Gao Y., Zhu X., Sun B (2009), “Impact of low-molecularweight organic acids on the availability of phenanthrene and pyrene in soil”, Soil Biology and Biochemistry, 41, 2187–2195 47 11 Nguyen N M., Dultz S., Kasbohm J., Le D (2009), “Clay dispersion and its relation to surface charge in a paddy soil of the Red River Delta, Vietnam”, J Plant Nutrision & Soil Science, 172, 477–486 12 Penner D., Lagaly G (2001), “Influence of anions on the fheological properties of clay mineral dispersions” Applied Clay Science, 19, 131-142 13 Fergusson, J E (1990), The heavy elements: Chemitry, Environmental Impact and Health Effects, Pergamon Press, London 14 Garrison Sposito (1939), The chemistry of soils, Oxford University Press, New York 15 Thellier, C T., Sposito, G., Holtzclaw, K M (1992), “Proton effects on quaternary cation exchange and flocculation of Silver Hill illite”, Soil Sci Soc Am J 56, 427–433 48 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Kết phân tích ảnh hƣởng cuả axit silicic đến tán keo khoáng sét pH = Thời gian 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440 49 1500 1560 1620 1680 1740 1800 1860 1920 1980 2040 2100 2160 2220 2280 2340 2400 2460 2520 2580 2640 2700 2760 2820 2880 2940 3000 3060 3120 3180 3240 3300 50 3360 3420 3480 3540 3600 3660 3720 3780 3840 3900 3960 4020 4080 4140 4200 4260 4320 4380 4440 4500 4560 4620 4680 4740 4800 4860 4920 4980 5040 5100 5160 51 5220 5280 5340 5400 52 pH = Thời gian 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440 1500 1560 1620 1680 53 1740 1800 1860 1920 1980 2040 2100 2160 2220 2280 2340 2400 2460 2520 2580 2640 2700 2760 2820 2880 2940 3000 3060 3120 3180 3240 3300 3360 3420 3480 3540 3600 3660 54 3720 3780 3840 3900 3960 4020 4080 4140 4200 4260 4320 4380 4440 4500 4560 4620 4680 4740 4800 4860 4920 4980 5040 5100 5160 5220 5280 5340 5400 55 pH = Thời gian 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 1080 1140 1200 1260 1320 1380 1440 1500 1560 1620 56 1680 1740 1800 1860 1920 1980 2040 2100 2160 2220 2280 2340 2400 2460 2520 2580 2640 2700 2760 2820 2880 2940 3000 3060 3120 3180 3240 3300 3360 3420 3480 3540 3600 57 3660 3720 3780 3840 3900 3960 4020 4080 4140 4200 4260 4320 4380 4440 4500 4560 4620 4680 4740 4800 4860 4920 4980 5040 5100 5160 5220 5280 5340 5400 58 Phụ lục 2: Một số hình ảnh thí nghiệm Máy đo pH Cột lắng tách sét 59 ... - CHỬ THỊ LOAN NGHIÊN CỨU SỰ LINH ĐỘNG CỦA KHỐNG SÉT TRONG ĐẤT DỐC HUYỆN SĨC SƠN DƢỚI ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI TRƢỜNG ĐẤT Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN... mô, ? ?nghiên cứu linh động khoáng sét đất dốc tác động số yếu tố môi trường đất? ?? cung cấp giải pháp cho việc bảo vệ chống xói mịn đất, cải tạo mơi trường đất dốc Trong nghiên cứu này, cấp hạt sét. .. tán khoáng sét cịn biết đến nghiên cứu gần silic nguyên tố quan trọng môi trường đất Ảnh hưởng độ ẩm lên khoáng sét thể rõ đất tồn khoảng trương nở 2:1 (montmorillonit) Cấu trúc đất đủ ẩm tốt, khoáng