Nghiên cứu khả năng cố định kim loại nặng của than sinh học trên đất bạc màu trồng rau

ĐẠI HỌC THÁI NGUN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM ĐỒN THU HÒA Tên đề tài: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CỐ ĐỊNH KIM LOẠI NẶNG CỦA THAN SINH HỌC TRÊN ĐẤT BẠC MÀU TRỒNG RAU KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hệ đào tạo : Chính quy Chuyên ngành : Khoa học môi trường Lớp : K9 - LTKHMT Khoa : Mơi Trường Khố học : 2013 – 2014 Giảng viên hướng dẫn: ThS Trần Viết Cường ThS Trương Thị Ánh Tuyết Thái Nguyên, năm 2014 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy ThS Trần Viết Cường, cán Bộ môn Môi Trường Nông Thôn, Viện Môi Trường Nông Nghiệp người thầy đã hướng dẫn, dạy bảo, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành tốt khóa luận Em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới ThS Trương Thị Ánh Tuyết, giảng viên khoa Môi Trường, Trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên người quan tâm, giúp đỡ tận tình hướng dẫn em suốt q trình thực khóa luận tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn tới cô, chú, anh, chị Bộ môn Môi trường Nông thôn Trung tâm Phân tích Chuyển giao Cơng nghệ Mơi trường - Viện Môi Trường Nông Nghiệp, tạo điều kiện để em thực tốt khóa luận Em xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn chân thành đến thầy cô giáo Trường Đại Học Nơng Lâm Thái Ngun nói chung khoa Mơi Trường nói riêng truyền đạt cung cấp kiến thức cho em suốt thời gian vừa qua Em xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân bạn bè ủng hộ, động viên giúp đỡ em thời gian vừa qua Thái Nguyên, tháng 09 năm 2014 Sinh viên thực Đoàn Thu Hồ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: TSH làm từ gỗ phong, rơm, cỏ switchgrass, bã mía 15 Hình 3.1 Mơ hình nhiệt phân gián tiếp 23 Hình 4.1: Biểu đồ thể giá trị pH H2O pH KCl vật liệu thí nghiệm 30 Hình 4.2: Biểu đồ thể giá trị CEC vật liệu thí nghiệm 31 Hình 4.3: Biểu đồ thể giá trị cation dễ tiêu vật liệu 32 thí nghiệm 32 Hình 4.4: Đồ thị trọng lượng tươi cơng thức TSH 34 Hình 4.5: Đồ thị trọng lượng khô công thức TSH 35 Hình 4.6: Đồ thị chiều cao công thức TSH 36 Hình 4.7: Đồ thị diện tích cơng thức TSH 38 Hình 4.8: Đồ thị kim loại nặng tổng số rau 39 Hình 4.9: Hàm lượng kim loại đất sau thí nghiệm 41 DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG KHOÁ LUẬN Bảng 2.1: Hàm lượng KLN tầng đất mặt số loại đất Việt Nam 10 Bảng 2.2: Hàm lượng kim loại nặng ba nhóm đất chủ yếu Việt Nam 10 Bảng 3.1: Tỉ lệ phối trộn vật liệu nồng độ gây nhiễm KLN 26 Bảng 3.2: Lượng phân NPK bón cho rau muống 27 Bảng 4.1: Một số tính chất hóa lý vật liệu 29 Bảng 4.2: Hàm lượng kim loại nặng tổng số đất trước thí nghiệm trồng rau 32 Bảng 4.3: Trọng lượng tươi công thức TSH 33 Bảng 4.4: Trọng lượng khô công thức TSH 35 Bảng 4.5: Chiều cao công thức TSH 36 Bảng 4.6: Diện tích công thức TSH 37 Bảng 4.7: Hàm lượng KLN rau 39 Bảng 4.8: Hàm lượng kim loại nặng đất sau thí nghiệm trồng rau 40 DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT AAS Phương pháp phân tích phổ hấp phụ nguyên tử BC Black Carbon CEC Dung tích trao đổi cation đất FAO Tổ chức Lương Thực Nông Nghiệp Liên Hợp Quốc KLN Kim loại nặng PAH Polycyclic aromatic hydrocarbons PCP Phencyclidine SD Độ lệch chuẩn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TSH Than sinh học MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa đề tài PHẦN TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan đất bạc màu 2.1.1 Sự hình thành phân bố đất bạc màu 2.1.2 Tính chất đất bạc màu 2.1.3 Các biện pháp cải tạo đất bạc màu 2.2 Tổng quan ô nhiễm kim loại nặng đất 2.2.1 Khái niệm kim loại nặng đất bị ô nhiễm KLN 2.2.2 Các dạng tồn KLN đất 2.2.3 Hiện trạng ô nhiễm KLN đất Việt Nam 2.2.4 Tác động KLN tới môi trường 12 2.2.5 Một số phương pháp xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng 12 2.3 Than sinh học 15 2.3.1 Khái niệm than sinh học 15 2.3.2 Đặc tính TSH 15 2.3.3 Lợi ích TSH nơng nghiệp 16 PHẦN 22 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 3.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 22 3.2 Địa điểm thời gian tiến hành 22 3.3 Nội dung nghiên cứu 22 3.4 Phương pháp nghiên cứu 22 3.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp 22 3.4.2 Phương pháp thực nghiệm 22 3.4.3 Bố trí thí nghiệm trồng rau muống nhà lưới 26 3.4.4 Phương pháp lấy mẫu xử lý mẫu 27 3.4.5 Phương pháp phân tích tiêu phân tích 28 3.4.6 Phương pháp xử lý số liệu 28 PHẦN 29 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 29 4.1 Kết phân tích tiêu lý hố vật liệu 29 4.2 Ảnh hưởng TSH đến sinh trưởng suất rau muống 33 4.3 Khả cố định kim loại nặng than sinh học đất bạc màu 38 PHẦN 42 KẾT LUẬN, ĐỀ NGHỊ 42 5.1 Kết luận 42 5.2 Đề nghị: 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHỤ LỤC 46 PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Rau loại thực phẩm cần thiết cho người Khơng loại thực phẩm thay vị trí quan trọng rau phần ăn hàng ngày Trong năm gần nhu cầu rau ngày tăng, người sản xuất không ngừng nâng cao suất nhờ áp dụng tiến khoa học phân bón, thuốc trừ dịch hại, chất điều tiết sinh trưởng bên cạnh việc áp dụng giống thâm canh tăng vụ Các hợp chất hoá học nguyên nhân làm nhiễm nguồn đất từ trực tiếp hay gián tiếp tác động xấu đến người thông qua ăn uống Chính người tiêu dùng lo ngại quan tâm nhiều đến vấn đề an tồn thực phẩm đặc biệt tích luỹ kim loại nặng rau Ơ nhiễm kim loại nặng ln yếu tố cản trở lớn việc lựa chọn vùng đất để sản xuất rau an toàn Việc ô nhiễm yếu tố kim loại nặng như: Chì, cadimi, asen, thuỷ ngân, đồng, kẽm… đất nguyên nhân dẫn tới dư lượng kim loại nặng vượt mức cho phép sản phẩm rau Phần lớn đất nông nghiệp nước ta đất bạc màu với đặc tính chua, nghèo kiệt chất dinh dưỡng, dung tích hấp thu thấp, thường khơ hạn chai cứng, đất lại dễ bị tác động trình rửa trơi, xói mịn… Do đó, đất bạc màu cần thiết phải cải tạo Việt nam nước nông nghiệp, với 70% dân số sinh sống nơng thơn, 48% trực tiếp sản xuất nơng nghiệp Diện tích đất nơng nghiệp 26 triệu ha, tổng diện tích gieo trồng lúa năm đạt khoảng 7,6 triệu Hàng năm sản xuất vụ lúa, xuất gạo đứng top giới, sản xuất lượng lớn gạo cho ăn uống xuất tạo lượng phụ phẩm lớn Bên cạnh đó, thói quen sử dụng phụ phẩm người dân thay đổi dẫn đến dư thừa lượng lớn, tình trạng phân hủy chất hữu gây nhiễm nguồn nước, tạo khí CH4 nhiễm khơng khí, chất hữu làm rửa trơi photpho môi trường đất Một số vùng dân cư nông thôn xem việc đốt phụ phẩm biện pháp giảm thiểu dư thừa phụ phẩm nông nghiệp Tuy nhiên, hoạt động có số hạn chế gây nhiễm khói bụi, bệnh hơ hấp gia tăng khí nhà kính khí Than sinh học (TSH) thuật ngữ dùng để bon đen (black carbon) hay cịn có tên gọi biochar tạo từ trình nhiệt phân vật liệu hữu mơi trường khơng có ôxy nghèo ôxy để không xảy phản ứng cháy Không 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 chất lượng đất tăng suất trồng, bon than sinh học trạng thái khó phân hủy mơi trường đất nên bón than sinh học giải pháp cô lập bon đất, giảm phát thải khí nhà kính Ngồi than sinh học 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, với khả cố định kim loại nặng đất, than sinh học hạn chế khả hút thu trồng Nguồn nguyên liệu phụ phẩm từ canh tác lúa dồi rơm rạ, trấu, sẵn có khu vực nơng thơn giá thành rẻ quy trình sản xuất đơn giản Việc sử dụng than sinh học để cải tạo môi trường đất biết đến giải pháp thân thiện với môi trường Hiện nay, nghiên cứu ứng dụng than sinh học canh tác nông nghiệp ứng dụng chúng việc xử lý đất có vấn đề Việt Nam cịn hạn chế, để làm sáng tỏ tác dụng than sinh học sản xuất từ phụ phẩm lúa đất nhiễm kim loại nặng lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu khả cố định kim loại nặng than sinh học đất bạc màu trồng rau” để có nhìn rộng sâu tác dụng TSH khả cố định kim loại nặng đất, cung cấp sở khoa học cho việc ứng dụng TSH nhằm cải tạo đất bạc màu cải tạo ô nhiễm môi trường đất 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Xác định hiệu TSH việc cố định kim loại nặng đất bạc màu trồng rau 1.3 Mục đích nghiên cứu - Xác định số tính chất vật lý, hoá học TSH - Xác định ảnh hưởng TSH đến sinh trưởng suất trồng - Xác định hàm lượng kim loại nặng tích luỹ rau kim loại nặng cịn lại đất cơng thức bón TSH với tỉ lệ khác sau thí nghiệm 1.4 Ý nghĩa đề tài - Ý nghĩa học tập nghiên cứu khoa học Cung cấp sở khoa học để đánh giá khả cố định kim loại nặng đất bạc màu trồng rau Tạo sở ứng dụng TSH nông nghiệp để cải tạo đất xử lý ô nhiễm môi trường đất - Ý nghĩa thực tiễn sản xuất TSH sản xuất từ phụ phẩm nông nghiệp giúp người nông dân tận dụng nguồn phụ phẩm thu nguồn hữu vô lớn đồng thời tránh gây ô nhiễm môi trường Do việc sử dụng TSH làm phân bón cải tạo đất, xử lý kim loại nặng đáp ứng yêu cầu mặt kinh tế môi trường Khuyến cáo nông dân sử dụng TSH hợp lý cho số loại đất để đảm bảo suất bảo vệ môi trường ... sáng tỏ tác dụng than sinh học sản xuất từ phụ phẩm lúa đất ô nhiễm kim loại nặng tơi lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu khả cố định kim loại nặng than sinh học đất bạc màu trồng rau? ?? để có nhìn rộng... TSH khả cố định kim loại nặng đất, cung cấp sở khoa học cho việc ứng dụng TSH nhằm cải tạo đất bạc màu cải tạo ô nhiễm môi trường đất 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Xác định hiệu TSH việc cố định kim loại. .. phân bố đất bạc màu 2.1.2 Tính chất đất bạc màu 2.1.3 Các biện pháp cải tạo đất bạc màu 2.2 Tổng quan ô nhiễm kim loại nặng đất 2.2.1 Khái niệm kim loại nặng đất bị