Mục tiêu nghiên cứu của luận án là đánh giá khả năng hạn chế tính linh động và tích lũy của Pb trong đất trồng lúa bằng việc bổ sung khoáng zeolite và bentonite vào môi trường đất và đề xuất một số giải pháp giảm thiểu tác động của Pb đến môi trường và con người.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN NGỌC TÚ NGHIÊN CÚU SỬ DỤNG MỘT SỐ KHOÁNG VẬT PHYLLOSILICAT VÀ TECTOSILICAT ĐỂ HẠN CHẾ TÍNH LINH ĐỘNG CỦA KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT NÔNG NGHIỆP KHU VỰC HUYỆN VĂN LÂM, HƢNG YÊN Chuyên ngành: Môi trường đất nước Mã số: 9440301.02 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MƠI TRƢỜNG Hà Nội - 2019 Cơng trình hồn thành tại: Khoa Mơi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Ngọc Minh TS Trịnh Quang Huy Phản biện: Phản biện: Phản biện: Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp Trường Đại học Khoa học Tự nhiên vào hồi ngày tháng năm 20 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam; - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài luận án Làng nghề Đông Mai thuộc xã Chỉ đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên hoạt động tái chế ắc quy chì gây nhiều nguy tiềm ẩn ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp sức khỏe người dân Khoáng sét, đặc biệt khoáng silicate, bổ sung vào đất để hạn chế tính linh động kim loại giảm khả hấp thu trồng giải pháp xử lý chỗ ưu tiên phát triển Từ sở khoa học thực tiễn nêu trên, luận án thực với tiêu đề: “Nghiên cứu sử dụng số khống vật phyllosilicat tectosilicat để hạn chế tính linh động kim loại nặng đất nông nghiệp khu vực huyện Văn Lâm, Hưng Yên” Mục tiêu luận án Mục tiêu chung: Đánh giá khả hạn chế tính linh động tích lũy Pb đất trồng lúa việc bổ sung khoáng zeolite bentonite vào môi trường đất đề xuất số giải pháp giảm thiểu tác động Pb đến môi trường người Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu luận án Đối tượng nghiên cứu sử dụng luận án bao gồm: i/ Đất lúa khu vực xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng n; ii/ Các khống vật silicate: nhóm zeolite nhóm bentonite; iii/ Giống lúa Bắc Thơm kháng bạc lá; iv/ Cấu trúc silic sinh học đất lúa, lúa Phạm vi nghiên cứu phòng thí nghiệm nhà lưới Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 4.1 Ý nghĩa khoa học luận án - Luận án bổ sung thêm thông tin trạng dạng tồn Pb môi trường đất trồng lúa xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên, khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp hoạt động tái chế ắc quy thời gian qua - Luận án cung cấp sở khoa học sử dụng nhóm khống vật zeolite bentonite để hạn chế tính linh động, từ giảm lượng Pb tích lũy vào lúa/gạo - Luận án làm rõ "số phận" dạng Pb tích lũy lúa (rơm rạ), tác động dạng Pb môi trường đất mối liên hệ với vấn đề sử dụng rơm rạ sau thu hoạch 4.2 Ý nghĩa thực tiễn luận án - Đánh giá khả kiểm sốt tính linh động Pb đất lúa; ảnh hưởng khoáng bổ sung đến tích lũy Pb lúa gạo, mức độ ảnh hưởng việc bổ sung khoáng silicat đến sinh trưởng phát triển lúa thí nghiệm - Đưa số giải pháp hạn chế ảnh hưởng Pb tồn dư môi trường đất lúa đến người hệ sinh thái khu vực nghiên cứu Điểm luận án - Luận án đánh giá ảnh hưởng việc bổ sung loại khống zeolite bentonite đến tính linh động Pb môi trường đất lúa khả tích lũy Pb lúa gạo Đặc biệt, nghiên cứu luận án thực đánh giá cách tương đối toàn diện tác động bổ sung khoáng silicate đến khả sinh trưởng phát triển lúa thí nghiệm - Luận án đánh giá dạng tồn Pb đất nghiên cứu (ví dụ: dạng tự do, dạng cacbonate, liên kết với chất hữu oxit), đặc biệt phát đất lúa nghiên cứu có chứa lượng PhytPb (dạng Pb cấu trúc phytolith rơm rạ) kết q trình hồn trả rơm rạ (nhiễm Pb) lại cho đất Kết nghiên cứu tiền đề cho việc đề xuất giải pháp quản lý xử lý rơm rạ nhiễm Pb Chƣơng TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nguồn ô nhiễm Pb số biện pháp xử lý 1.1.1 Nguồn gốc ô nhiễm Pb mơi trường đất a Từ hóa chất nơng nghiệp b Từ phân gia súc chất hữu c Từ nước thải chất thải công nghiệp d Từ khơng khí 1.1.2 Hợp chất vơ Pb chuyển hóa Pb đất 1.1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái tồn Pb đất a Ảnh hưởng pH đất b Ảnh hưởng chất hữu c Ảnh hưởng hàm lượng sét 1.1.4 Hiện trạng ô nhiễm Pb đất khu vực nghiên cứu 1.1.5 Một số biện pháp xử lý ô nhiễm Pb mơi trường đất 1.2 Hấp thu, tích lũy chuyển hóa Pb thực vật 1.2.1 Quá trình hấp thu Pb thực vật 1.2.2 Quá trình tích lũy vận chuyển Pb thực vật 1.2.3 Ảnh hưởng Pb thực vật a Tác động Pb đến hoạt động enzym b Tác động Pb đến hoạt động quang hợp c Tác động Pb đến khả hấp thu tích lũy dinh dưỡng d Khả đáp ứng độc tính Pb thực vật 1.3 Ứng dụng khoáng vật zeolite bentonite hạn chế tích lũy kim loại nặng thực vật 1.3.1 Tổng quan vật liệu khoáng zeolite bentonite 1.3.2 Zeolit giảm tích lũy kim loại nặng trồng 1.3.3 Bentonit giảm tích lũy kim loại nặng trồng Chƣơng NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng vật liệu nghiên cứu 2.1.1 Mẫu đất sử dụng nghiên cứu Vị trí tọa độ sơ đồ lấy mẫu trình bày Bảng 2.1 Hình 2.1 Bảng 2.1: Vị trí tọa độ điểm lấy mẫu đất lúa luận án Kí hiệu Đ01 Đ02 Đ03 Đ04 Đ05 Đ06 Tọa độ vị trí lấy mẫu 20°59'9.98"N 106° 3'17.46"E 20°59'12.75"N 106° 3'19.87"E 20°59'13.93"N 106° 3'24.28"E 20°59'15.04"N 106° 3'30.17"E 20°59'20.87"N 106° 3'33.45"E 20°59'9.55"N 106° 3'13.62"E Mơ tả vị trí lấy mẫu Đất trồng lúa sau thu hoạch Đất trồng lúa sau thu hoạch Đất trồng lúa sau thu hoạch Đất trồng lúa sau thu hoạch Đất trồng lúa sau thu hoạch Đất trồng lúa sau thu hoạch Kí hiệu Đ07 Tọa độ vị trí lấy mẫu 20°59'9.30"N 106° 3'9.86"E Mơ tả vị trí lấy mẫu Đất trồng lúa sau thu hoạch Đ08 20°59'9.88"N 106° 3'6.82"E Đất trồng lúa sau thu hoạch Đ09 20°59'10.75"N 106° 3'2.75"E Đất trồng lúa sau thu hoạch Đ10 20°59'14.31"N 106° 3'0.22"E Đất trồng lúa sau thu hoạch Các mẫu đất lấy lớp đất bề mặt có độ sâu từ – 20cm Mỗi ruộng lấy 03 mẫu vị trí khác sau trộn lại thành mẫu hỗn hợp cho ruộng Hình 2.1: Sơ đồ lấy mẫu đất lúa nghiên cứu 2.1.2 Lúa, rơm rạ gạo sử dụng nghiên cứu a/ Mẫu lúa: Lúa sử dụng giống Bắc Thơm kháng bạc lá, giống lúa cảm ôn, gieo cấy 02 vụ năm, có thời gian sinh trưởng ngắn Mạ sau 10 – 13 ngày tuổi lựa chọn b/ Mẫu rơm rạ: Mẫu rơm rạ mẫu đối chứng khơng bổ sung thêm khống nên mơ tương tự lúa ngồi thực địa c/ Mẫu gạo: Các mẫu gạo sử dụng nghiên cứu để đánh giá khả tích lũy Pb thu hồi từ cơng thức thí nghiệm chậu vại 2.1.3 Mẫu vật liệu zeolite bentonite sử dụng nghiên cứu 2.1.3.1 Vật liệu zeolite 4A zeolite faujasite Các khoáng vật zeolite sản phẩm nghiên cứu đề tài khoa học công nghệ Học viện Nông nghiệp Việt Nam, mã số: T2017-04-24 Bảng 2.2: Đặc trưng vật liệu zeolite 4A zeolite faujasite TT Thơng số CTHH Kích thước, µm Zeolite 4A Na12Al12Si12O48.27H2O CEC, cmolc.100g 2+ Hấp phụ Pb , % -1 Zeolite faujasite Na2Al2Si2.5O9.6H2O 2,5 341 432 82,67± 0,72 96,56 ± 0,53 2.1.3.2 Vật liệu bentonite tự nhiên bentonite biến tính Bentonite tự nhiên (bentonite TN): nguồn bentonite tự nhiên sử dụng nghiên cứu lấy từ mỏ bentonite xã Tam Bố, huyện Di Linh, tỉnh Lâm Đồng Bentonite biến tính chống cột (bentonite BT): Từ vật liệu bentonite Di Linh tự nhiên, thực biến tính vật liệu phương pháp hóa lý sử dụng tác nhân biến tính Al3+ quy mơ phịng thí nghiệm Bảng 2.3: Tính chất khống bentonite sử dụng nghiên cứu TT Thơng số Bentonite TN Bentonite BT -1 CEC, cmolc.100g 19,5 58,6 Khoảng cách sở, A 12,99 16,81 Khả hấp phụ Pb, % 51,33 95,44 2.2 Nội dung nghiên cứu Luận án thực với nội dung sau: Nội dung 1: Tính chất đất Pb đất lúa khu vực nghiên cứu Nội dung 2: Ảnh hưởng khoáng silicate đến Pb linh động đất lúa Nội dung 3: Đặc điểm tích lũy Pb đất lúa lúa 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1 Xác định số đặc tính đất lúa 2.3.1.1 Xác định thành phần giới đất 2.3.1.2 Xác định pH đất 2.3.1.3 Xác định độ dẫn điện 2.3.1.4 Xác định hàm lượng chất chữu 2.3.1.5 Xác định dung tích trao đổi cation 2.3.1.6 Xác định thành phần hóa học 2.3.1.7 Xác định dạng tồn Pb đất lúa 2.3.1.8 Xác định dạng Pb khác đất lúa a/ Thu hồi cấu trúc silic sinh học đất lúa b/ Thành phần hóa học cấu trúc silic sinh học đất lúa c/ Xác định hàm lượng Pb cấu trúc silic sinh học đất lúa 2.3.2 Xác định ảnh hưởng zeolite bentonite đến Pb linh động đất 2.3.2.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm chậu Bảng 2.4: Nguyên tắc bố trí nghiệm thức thí nghiệm Tên mẫu Mẫu Mức Mức Mức Mức Mức ĐC Tỷ lệ (khối lượng) 0% 1% 2% 3% 4% 5% Lượng khoáng, g 10 15 20 25 Lượng đất, g 5.000 4.995 4.990 4.985 4.980 4.975 Tổng lượng, g 5.000 5.000 5.000 5.000 5.000 5.000 - Chỉ tiêu phân tích: Pb linh động Pb tổng số môi trường đất lúa, trước bắt đầu thí nghiệm, theo chu kỳ sinh trưởng lúa; Pb tích lũy hạt lúa - Các tiêu theo dõi: tiêu sinh trưởng, phát triển suất lúa Chu kỳ sinh trưởng phát triển lúa trải qua 06 giai đoạn theo dõi (Bảng 2.5) Bảng 2.5: Các giai đoạn phát triển thông số đánh giá thí nghiệm TT Giai đoạn Mạ Thời gian, ngày 13 Chỉ tiêu - Pb tổng số, Pb linh động, pH Đẻ nhánh Vươn lóng 26 36 - Pb linh động, pH đất lúa Làm địng Trỗ bơng 49 61 - pH, Pb linh động, Pb lúa gạo tiêu sinh trưởng 2.3.2.2 Phân tích dạng Pb khả sinh trưởng lúa a Xác định Pb linh động đất Chín 109 (137) Phương pháp chiết Pb linh động thực theo TCVN 7727:2007 – Chất lượng đất – Chiết nguyên tố vết dung dịch đệm DTPA (Diethylien Triamon Pentadiacetic Acid 0,005 M) b Xác định Pb tổng số lúa Hàm lượng Pb tổng số lúa gạo xác định phương pháp cường thủy c Xác định khả sinh trưởng thực vật Các phương pháp đo đạc sinh trưởng lúa thực theo QCVN 01-55 : 2011/BNNPTN sau: Bảng 2.6: Phương pháp phân tích đo đạc kết thí nghiệm STT Thông số Phƣơng pháp Đo thước Đo từ mặt đất đến đỉnh Chiều cao thân* cao nhất, không kể râu hạt Số mẫu: 10 Kích thước Đo thước Số lượng bơng* Đếm số bơng có 10 hạt cây, số mẫu: Chiều dài hạt Đo đạc thước kẹp với số lượng 20 hạt Khối lượng hạt* Cân mẫu 100 hạt độ ẩm 14%, gam 2.3.2.3 Phương pháp xử lý thống kê Các số liệu thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng việc bổ sung khoáng vật zeolit bentonit đến Pb linh động đất lúa xử lý kiểm định sai khác giá trị trung bình phân tích t – test 2.3.3 Quan hệ đất – lúa thông qua Pb cấu trúc silic sinh học 2.3.3.1 Xác định thành phần hóa học mẫu tro rơm rạ sau nung 2.3.3.2Xác định Pb cấu trúc silic sinh học lúa Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tính chất đất Pb đất lúa khu vực nghiên cứu 3.1.1 Thành phần tính chất đất lúa nghiên cứu 3.1.1.1 Một số tính chất hóa lý đất lúa Kết phân tích số tính chất đất lúa khu vực nghiên cứu thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên trình bày Bảng 3.1 Bảng 3.1: Một số tính chất vật lý, hóa học đất nghiên cứu Các mẫu đất nghiên cứu Thông số pHKCl OC (%) EC Đ1 Đ2 Đ3 Đ4 Đ5 Đ6 Đ7 Đ8 Đ9 Đ10 3,40 3,59 3,41 3,90 4,14 3,92 4,65 4,59 3,69 5,20 (0,01) (0,01) (0,01) (0,01) (0,01) (0,01) (0,02) (0,01) (0,01) (0,03) 2,44 2,24 2,39 2,09 1,89 2,90 2,04 2,12 2,60 (0,02) (0,02) (0,05) (0,02) (0,02) (0,05) (0,02) (0,02) (0,05) (0,04) 305,3 339,3 234,3 163,3 178,7 165,2 129,5 156,2 163,5 -1 (S.cm ) CEC cmolc.100 1,33 92,6 (5,51) (9,71) (17,6) (2,46) (11,3) (4,07) (4,90) (4,16) (4,15) (2,2) 13 15,4 12,2 11,4 11,6 13,2 12,7 11,9 13,5 12,8 Thành phần giới mẫu có tỷ lệ cấp hạt sét từ 3,67% đến 8,0%; limon từ 50,01% đến 63,13% cát từ 32,10% đến 46,33% Đất nghiên cứu thuộc loại đất thịt thịt pha cát Hình 3.1: Kết phân tích thành phần giới đất nghiên cứu Giá trị CEC trung bình khoảng 12,8 cmolc.100g-1, có dung tích trao đổi cation trung bình Kết phân tích thành phần hóa học mẫu đất phương pháp PIXE trình bày Bảng 3.2 Pb cấu trúc silic sinh học dạng Pb "đặc biệt", xuất đất rơm rạ tàn dư lúa chứa Pb quay vòng lại đồng ruộng Hình 3.4 Cấu trúc silic sinh học ("xương cây") thân lúa tái tạo nhờ công nghệ chụp cắt lớp siêu hiển vi (µCT) Kết cho thấy hàm lượng cấu trúc silic mẫu đất biến thiên khoảng rộng thay đổi từ 1,76 đến 8,67 g.kg-1 (Hình 3.5) Hình 3.5: Hàm lượng cấu trúc silic sinh học đất lúa Hình 3.6: Hình thái cấu trúc silic sinh học đất (a), thành phần hóa học phổ EDS (b) Cấu trúc silic sinh học tách từ mẫu đất lúa khu vực nghiên cứu tồn nhiều hình dạng khác nhau: dạng que, song tinh, Hàm lượng Pb có cấu trúc silic sinh học dao động từ 0,43 đến 0,73 mg.g-1 chiết dung dịch cường thủy Hình 3.7: Hàm lượng Pb cấu trúc silic sinh học đất lúa Với hàm lượng cấu trúc silic sinh học đất dao động khoảng từ 1,76 đến 8,67 g.kg-1 nên hàm lượng Pb tích lũy cấu trúc dao động từ 1,29 đến 4,89 mg.kg-1 3.2 Ảnh hƣởng khoáng vật zeolite bentonite đến linh động Pb đất tích lũy Pb 3.2.1 Ảnh hưởng khống vật zeolite bentonite đến linh động Pb đất Sau vụ thí nghiệm, từ hàm lượng Pb linh động mẫu đối chứng trung bình khoảng 54,34 mg.kg-1, hàm lượng Pb linh động lại đất khoảng 32,41 mg.kg-1, đạt hiệu suất giảm khả linh động Pb khoảng 40,25% Hình 3.8: Pb linh động đất với cơng thức bổ sung khống Bảng 3.4: Kiểm định sai khác có ý nghĩa giá trị trung bình Pb linh động, mg.kg-1 Khống Bentonite tự nhiên Bentonite biến tính Zeolite 4A Zeolite Faujasite ĐC Mức Mức Mức Mức Mức a a b c 31.07c 52,74 36,25 35,55 33,16 33,01 (±1,02) (±3,00) (±4,25) (±2,11) (±2,56) (±3,88) 59,81 36,25a 35,20a 34,70b 34,12c 32,71c (±5,03) (±4,49) (±3,15) (±2,82) (±2,68) (±2,38) 51,56 34,37a 32,14b 28,69c 29,66c 29,25c (±3,79) (±2,39) (±5,50) (±5,09) (±4,93) (±2,33) 51,64 31,85a 30,50b 30,65b 30,02b 28,96c (±3,03) (±3,46) (±1,92) (±0,86) (±1,47) (±1,60) Kiểm định mức ý nghĩa α = 0,05 Các giá trị a, b, c thể khác biệt mức bổ sung khoáng Hàm lượng Pb linh động giảm tương đối nhanh bổ sung khoáng mức tối thiểu (mức 1), với hàm lượng tối thiểu khoáng (1% tất khoáng) ảnh hưởng lớn đến việc giảm tính linh động Pb2+ đất Hình 3.9: Biến động pH đất với mức bổ sung vật liệu khống Khống bentonite có CEC thấp (19 cmolc.100g-1 bentonite tự nhiên 58,6 cmolc.100g-1 bentonite biến tính), khống nhân tạo thuộc nhóm zeolite lại có giá trị CEC cao tương đối nhiều, 342 432 cmolc.100g-1 zeolite 4A zeolite faujasite Hình 3.10: Biến động hàm lượng Pb đất Sau thời gian vụ thí nghiệm, hàm lượng Pb linh động đất công thức thí nghiệm ổn định khoảng 32,41 mg.kg-1 (Bảng 3.4) 3.2.2 Ảnh hưởng khoáng vật zeolite bentonite đến linh động Pb lúa Khả kiểm sốt tích lũy Pb lúa loại khống nghiên cứu dao động từ 24% đến 58% so với mẫu đối chứng, khoáng zeolite 4A zeolite faujasite 58% 56%, tốt so với khống bentionte biến tính bentonite tự nhiên Hình 3.11: Hàm lượng Pb tích lũy 44% 24% lúa Mức khoáng bổ sung cao lượng Pb tích lũy thấp Trong loại khống bổ sung hiệu kiểm sốt Pb lúa xếp theo thứ tự giảm dần: zeolite 4A, zeolite faujasite, khống bentonite biến tính cuối khoáng bentonite tự nhiên Pb lúa thấp, hiệu hạn chế không giống cơng thức thí nghiệm Hình 3.12: Tương quan khống với hàm lượng Pb tích lũy lúa (n=18) Hình 3.13: Tương quan khống với hàm lượng Pb tích lũy lúa (n=18) Mối tương quan mức độ bổ sung khoáng với hàm lượng Pb tích lũy lúa thể Hình 3.12 Hình 3.13 3.2.3 Ảnh hưởng khống vật zeolite bentonite đến tích lũy Pb gạo Kết phân tích hàm lượng trung bình Pb tích lũy gạo cơng thức thí nghiệm trình bày Bảng 3.5 Bảng 3.5: Hàm lượng Pb tích lũy gạo sau thí nghiệm Hàm lƣợng Pb tích lũy gạo, µg/g Loại khống Đối chứng Mức Mức Mức Mức Mức Bent TN 0,81 0,42 0,57 0,65 0,39 0,42 Bent BT 0,78 0,40 0,54 0,56 0,38 0,38 Zeolite 4A 0,75 0,58 0,37 0,26 0,20 0,24 Z Faujasite 0,67 0,35 0,23 0,23 0,12 0,11 Hiệu kiểm sốt tích lũy Pb gạo khoáng zeolite faujasite, zeolite 4A, bentonit biến tính bentonit so với mẫu đối chứng 69%, 56%, 42% 40% 3.2.4 Ảnh hưởng khoáng bổ sung đến sinh trưởng lúa 3.2.4.1 Ảnh hưởng đến chiều cao sinh trưởng lúa Hình 3.14: Chiều cao sinh trưởng lúa thí nghiệm Chiều cao lúa tất cơng thức thí nghiệm đạt giá trị trung bình 67,65cm, mẫu đối chứng 84,25cm, công thức bổ sung bentonite tự nhiên 74,33cm, thấp xảy thí nghiệm bổ sung khống zeolite faujasite, đạt 66,64 cm Chiều cao trung bình lúa công thức bổ sung zeolite 4A bentonite biến tính 73,38cm 70,77cm (Hình 3.14) Hình 3.15: Sự phát triển tương đối đồng (a) tượng thí nghiệm chết với việc bổ sung khống zeolite faujasite vụ thứ (b) Hình 3.16: Diễn biến chiều cao sinh trưởng công thức thí nghiệm với mức bổ sung khống vật khác 3.2.4.2 Ảnh hưởng đến độ rộng phiến Giá trị độ rộng trung bình lúa thí nghiệm thời điểm trưởng thành dao động từ 0,87cm (công thức bổ sung khống zeolite faujasite) đến 1,45cm (cơng thức bổ sung khống bentonite tự nhiên) Cơng thức đối chứng có độ rộng phiến trung bình 1,53cm (Hình 3.17) Hình 3.17: Độ rộng phiến cơng thức thí nghiệm Với giá trị trung bình dao động từ 0,87 – 1,45cm độ rộng phiến cơng thức thí nghiệm thấp tương đối nhiều so với kết sinh trưởng bình thường giống lúa đồng ruộng 3.2.4.3 Ảnh hưởng đến số lượng bơng lúa Hình 3.18: Số lượng bơng lúa cơng thức thí nghiệm Số lượng trung bình lúa thống kê sau thời gian vụ thí nghiệm thể Hình 3.18 Số lượng bơng lúa trung bình thu thí nghiệm bổ sung khống bentonite tự nhiên, bentonite biến tính zeolite 4A 11,20, 12,37 12,80 bơng/vụ, khống zeolite faujasite đạt 9,00 bơng/vụ cơng thức đối chứng 14,17 bông/vụ 3.2.4.4 Ảnh hưởng đến kích thước khối lượng 1.000 hạt lúa Chiều dài hạt lúa thí nghiệm dao động khoảng 5,88 đến 6,17 mm Chiều dài hạt lúa công thức đối chứng 6,27mm, kết độ dài hạt lúa trung bình thấp giá trị chuẩn Hình 3.19: Chiều dài hạt lúa cơng thức bổ sung khống Hình 3.20: Mức độ bổ sung khoáng vật chiều dài hạt lúa Khối lượng 1.000 hạt lúa thống kê từ cơng thức thí nghiệm nghiên cứu dao động từ 18,47 – 18,85 gam/1.000 hạt (Hình 3.19) Hình 3.21: Khối lượng 1.000 hạt lúa cơng thức thí nghiệm bổ sung khống vật khác Tương tự, nghiên cứu đánh giá mối tương quan mức bổ sung khoáng với tiêu khối lượng 1.000 hạt lúa Kết xử lý mối tương quan thể Hình 3.22 (đối với khoáng bentonite tự nhiên bentonite biến tính) Hình 3.23 (đối với khống zeolite 4A khống zeolite faujasite) Hình 3.23 Tương quan khối lượng Hình 3.22: Khối lượng hạt lúa với hạt lúa với mức bổ sụng khoáng mức bổ sung khoáng bentonite tự zeolite 4A (a) faujasite (b) nhiên (a) bentonite biến tính (b) 3.3 Quan hệ đất – lúa thông qua Pb cấu trúc silic sinh học 3.3.1 Đặc điểm tích lũy Pb cấu trúc silic sinh học lúa 3.3.1.1 Hòa tan cấu trúc silic sinh học rơm rạ Hình 3.24: Hòa tan cấu trúc silic sinh học Khi nhiệt độ nung rơm tăng từ 4000C lên 1.0000C khả hòa tan cấu trúc dung dịch H2O2 Na2CO3 giảm tương ứng từ 30,7 đến 1,2 mg.g-1 (đối với dung dịch H2O2) 158,5 đến 14,7 mg.g-1 (đối với dung dịch Na2CO3) (Hình 3.24) 3.3.1.2 Giải phóng Pb từ cấu trúc silic sinh học tro rơm rạ Hình 3.25: Giải phóng Pb dung dịch khác Dung dịch H2O2 có khả hịa tan Pb, dung dịch Na2CO3 có khả giải phóng Pb so với dung dịch H2O2 (từ 0,008 đến 0,054 mg.g-1) Hàm lượng Pb trung bình dung dịch cường thủy giảm dần từ 0,74 đến 0,09 mg.g-1 Một phần Pb liên kết hay nằm cấu trúc silic sinh học 3.3.2 Pb mối quan hệ đất lúa Hình 3.26: Hàm lượng Pb cấu trúc silic sinh học đất Hàm lượng cấu trúc silic 10 mẫu đất 10 khu ruộng canh tác dao động từ 1,76 đến 8,67 g.kg-1, tương đương với khối lượng từ 5,28 đến 26,10 tấn.ha-1 tính tốn cho lớp đất tầng mặt - 20 cm khối lượng riêng đất 1,5 g.cm-3 Hàm lượng Pb cấu trúc silic sinh học dao động từ 0,43 đến 0,73 mg.g-1 hàm lượng cấu trúc đất dao động từ 1,76 đến 8,67 g.kg-1 nên hàm lượng Pb đất dao động từ 2,27 đến 18,99kg.ha1 khu vực nghiên cứu (khi tính cho 20cm đất bề mặt khối lượng riêng đất 1,5 tấn.m-3) Hình 3.27: Vận chuyển Pb cấu trúc silic sinh học (phytolith) Ngoài dạng tồn Pb dạng trao đổi (114,4 53,3 mg.kg-1), dạng liên kết cacbonate (317,0 95,9 mg.kg-1), dạng mà trồng hấp thu được, Pb tồn cấu trúc cấu trúc silic sinh học, có hàm lượng thấp (2,27 đến 18,99 kg.ha-1), lại nguồn trồng dễ hấp thu 3.3.3 Một số giải pháp hạn chế ảnh hưởng Pb đất lúa 3.3.3.1 Cải tạo đất để giảm tính linh động chì Để cân tất mục đích, bao gồm chi phí sử dụng khống silicate, hiệu kiểm soát Pb linh động sinh trưởng phát triển lúa khối lượng khống bổ sung nên dao động khoảng – 2% Thứ tự ưu tiên áp dụng khoáng: zeolite 4A, bentonite biến tính, zeolite faujasite 3.3.1.2 Thay đổi cách thức quản lý – xử lý rơm rạ sau thu hoạch Hiện trạng đốt rơm rạ tương đối phổ biến hình thức xử lý phế phụ phẩm nơng nghiệp sau thu hoạch Bên cạnh sản phẩm sau đốt quay trở lại cung cấp chất dinh dưỡng cho đất (như K, P, muối khống…) hoạt động xử lý phế phụ phẩm nông nghiệp theo phương thức đốt đem lại nhiều tác động đến môi trường sinh thái, đặc biệt kim loại nặng tích lũy lúa 3.3.1.3 Chuyển đổi cấu trồng Một số loại hình chuyển đổi giúp giảm ảnh hưởng ô nhiễm Pb đất lúa đến người hệ sinh thái khu vực nghiên cứu như: i/ thay đổi hình thức canh tác đất lúa (canh tác lúa cạn thay lúa nước); ii/ Chuyển đổi hình thức sử dụng đất từ đất lúa sang đất trồng cảnh loại trồng không sử dụng cho thực phẩm) iii/ thực giải pháp quy hoạch làng nghề theo hướng chuyển dịch sở/hộ sản xuất khu dân cư vào khu vực quy hoạch (cụm công nghiệp) KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận án bổ sung thêm thông tin trạng dạng tồn Pb môi trường đất trồng lúa thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên Tại khu vực nghiên cứu, Pb tồn chủ yếu dạng trao đổi (114,4 53,3 mg.kg-1), liên kết với cacbonat (317,0 95,9 mg.kg1 ), liên kết với oxit Fe Mn (210,5 60,6 mg.kg-1) liên kết với chất hữu (0,3 0,2 mg.kg-1), đặc biệt phát đất lúa nghiên cứu có chứa lượng PhytPb (dạng Pb cấu trúc phytolith rơm rạ) kết q trình hồn trả rơm rạ (nhiễm Pb) lại cho đất Kết luận án cung cấp sở khoa học việc sử dụng nhóm khống vật zeolit bentonit để hạn chế tính linh động từ giảm lượng Pb tích lũy vào lúa/gạo Luận án cho thấy việc bổ sung khoáng vật zeolit bentonit làm giảm hàm lượng Pb linh động môi trường đất lúa, từ hàm lượng trung bình 56,87 mg.kg-1 xuống cịn 34,02 mg.kg-1, đạt hiệu suất giảm khả linh động khoảng 40,12% Các khống vật zeolit có tác động kiểm sốt Pb linh động đất tốt so với nhóm khống vật bentonit Kết nghiên cứu dạng Pb đất lúa thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên xác định luân chuyển Pb hệ đất-cây tác động dạng Pb tích lũy rơm rạ mơi trường đất rơm rạ quay vịng trở lại đồng ruộng Từ kết nghiên cứu nêu trên, số giải pháp kỹ thuật mang tính chất tạm thời (kiểm soát Pb linh động đất cách bổ sung khống vật có khả cố định Pb) hay giải pháp có tính chất quy hoạch (chuyển đổi loại hình sử dụng đất) góp phần giảm tích lũy Pb lúa, gạo hạn chế tác động Pb đến môi trường sinh thái Kiến nghị Với kết nghiên cứu trên, nhằm mục tiêu hạn chế tác động tiêu cực tồn dư Pb môi trường đất trồng lúa xung quanh khu vực làng nghề Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên, luận án đưa số kiến nghị sau: - Hạn chế tối đa hoạt động sử dụng đất cho mục đích canh tác nơng nghiệp nói chung diện tích đất nơng nghiệp xung quanh khu vực làng nghề Đơng Mai Chuyển đổi mục đích sử dụng đất diện tích đất trồng lúa địa bàn xung quanh khu vực làng nghề - Tạm thời áp dụng giải pháp giảm khả linh động Pb môi trường đất cách bổ sung khoáng silicate với tỷ lệ đến 2% Việc bổ sung khống giúp hạn chế khả rửa trôi Pb xuống tầng đất sâu hơn, chí xuống đến mực nước ngầm DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Trang K Trinh, Thinh T.H Nguyen, Tu N Nguyen, Ta Yeong Wud, Andrew A Meharge, Minh N Nguyen (2017), “Characterization and dissolution properties of phytolith occluded phosphorus in rice straw”, Soil & Tillage Research, 171, pp 19-24 Nguyễn Ngọc Tú, Trịnh Quang Huy, Hồ Thị Thúy Hằng, Nguyễn Ngọc Minh (2018), “Nghiên cứu tổng hợp đánh giá đặc tính Zeolite sử dụng SiO2 thu hồi từ rơm rạ”, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển Nông thôn, số 6/2018, tr 88 – 94 Tu N Nguyen, Minh N Nguyen, Mary McNamara, Stefan Dultz, Andrew Meharg, Van T Nguyen (2019), “Encapsulation of lead in rice phytoliths as a possible pollutant source in paddy soils”, Environmental and Experimental Botany, 162, pp 58-66 ... phát triển Từ sở khoa học thực tiễn nêu trên, luận án thực với tiêu đề: ? ?Nghiên cứu sử dụng số khoáng vật phyllosilicat tectosilicat để hạn chế tính linh động kim loại nặng đất nơng nghiệp khu... silic sinh học lúa Chƣơng KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tính chất đất Pb đất lúa khu vực nghiên cứu 3.1.1 Thành phần tính chất đất lúa nghiên cứu 3.1.1.1 Một số tính chất hóa lý đất lúa Kết... tích lũy kim loại nặng trồng 1.3.3 Bentonit giảm tích lũy kim loại nặng trồng Chƣơng NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng vật liệu nghiên cứu 2.1.1 Mẫu đất sử dụng nghiên cứu Vị trí