Xác định sự phân bố kim loại nặng zn, cd, cu, pb và as trong đất trồng rau sạch vùng kiến thụy hải phòng luận văn thạc sỹ hóa học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Tên học viên: Đỗ Thị Hảo LUẬN VĂN THẠC SĨ Tên đề tài: XÁC ĐỊNH SỰ PHÂN BỐ KIM LOẠI NẶNG Zn, Cd, Cu, Pb VÀ As TRONG ĐẤT TRỒNG RAU SẠCH VÙNG KIẾN THỤY – HẢI PHÒNG Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ - Khóa: 17 Người hướng dẫn khoa học: PGS-TS. NGUYỄN HOA DU 1 Vinh, tháng 12 năm 2011 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu có xảy ra tranh chấp về quyền sở hữu đối với một phần hay toàn bộ luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Người làm luận văn Đỗ Thị Hảo 2 LỜI CẢM ƠN Luận văn này được hoàn thành tại khoa Hóa Học, trường Đại học Vinh. Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc đến PGS-TS. Nguyễn Hoa Du, người đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Phan Thị Hồng Tuyết, TS; Nguyễn Quốc Thắng, TS; Nguyễn Xuân Dũng đã đóng góp những ý kiến quý báu cho tôi trong quá trình làm luận văn. Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm Khoa Hóa – Trường Đại học Vinh và quý thầy, cô kỹ thuật viên phụ trách phòng thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến nhóm cao học Hóa vô cơ khóa 17 – Hải Phòng, các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân luôn động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Vinh, tháng 01 năm 2012. Đỗ Thị Hảo 3 MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA……………………………………………… 1 LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………………… 2 LỜI CẢM ƠN ……………………………………………………………… 3 MỤC LỤC…………………………………………………………………….4 DANH MỤC VIẾT TẮT……………………………………………………. 7 DANH MỤC CÁC BẢNG ……………………………………………… 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ……………………………… . 9 MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….10 Chương 1 TỔNG QUAN…………………………………………………… 14 1. Tầm quan trọng của đất và một số chỉ tiêu dinh dưỡng trong đất trồng trọt 14 1.1. Tầm quan trọng của đất…………………………………………… 14 1.2. Một số chỉ tiêu dinh dưỡng trong đất ………………………………… 14 1.2.1. Đạm………………………………………………………………… .15 1.2.2. Lân…………………………………………………………………… 15 1.2.3. Mùn………………………………………………………………… . 15 1.2.4. Canxi và magiê trao đổi……………………………………………… 16 1.2.5. Độ chua………………………………………………………………. 16 1.2.6. Các nguyên tố vi lượng…………………………………………… . 16 2. Ảnh hưởng của các kim loại độc chì, cadimi đối với cây trồng………… 17 2.1. Ảnh hưởng chung của các kim loại độc đối với cây trồng…………… .17 2.2. Ảnh hưởng của các kim loại độc với các enzim ………………………. 18 2.3. Ảnh hưởng của các kim loại độc đối với quá trình trao đổi chất……….18 2.4. Ảnh hưởng của các kim loại độc đến quá trình sinh lý của thực vật… . 19 3. Dạng tồn tại của kim loại độc Pb, Cd, Cu và As trong đất và ảnh hưởng của chúng đối với cây trồng……………………………………………… .19 3.1. Nguyên tố Cd………………………………………………………… . 19 3.1.1. Các nguồn gây ô nhiễm cadimi……………………………………….19 4 3.1.2. Ảnh hưởng và tác dụng sinh lý của cadimi .22 3.2. Nguyên tố chì 26 3.2.1. Dạng tồn tại của chì trong tự nhiên và các nguồn ô nhiễm chì .26 3.2.2. Chì trong thực vật 29 3.2.3. Tác dụng sinh lý của chì . 31 3.2.4. Độc tính của chì 32 3.3. Nguyên tố Cu . 34 3.3.1. Các dạng tồn tại của đồng trong tự nhiên và các nguồn gây ô nhiễm .34 3.3.2 Chức năng sinh lý của Cu 35 3.3.3. Tính độc của Đồng (Cu) 38 3.4.Nguyên tố kẽm 39 3.4.1 Dạng tồn tại của Zn trong đất .39 3.4.2 Chức năng sinh lí của kẽm . 40 3.4.3 . Tính độc của Kẽm (Zn) 41 3.5. Nguyên tố As 42 3.5.1.Nguồn gốc ô nhiễm sen 42 3.5.2. Độc tính của asen 45 4. Các phương pháp nghiên cứu . 46 4.1. Phương pháp chung .46 4.2. Một số đặc điểm phương pháp cực phổ . 46 4.2.1. Cơ sở của phương pháp .47 4.2.2. Cơ sở của phương pháp Vôn – Ampe . 47 4.2.3. Các phương pháp định lượng bằng cực phổ 49 4.3. Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 50 4.3.1. Cơ sở và nguyên lí của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử .50 4.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp phân tích phổ hấp thụ nguyên tử 50 5. Điều kiện khí hậu đất đai của đất nông nghiệp 5 huyn Kin ThyHi Phũng . 51 6. Mt s thụng tin kt qu nghiờn cu ca cỏc tỏc gi v tỡnh trng ụ nhim cỏc nguyờn t Zn, Cu, Pb, Cd v As trong rau xanh . 52 6.1 Khu vc huyn ụng Anh H ni . 52 6.2 . Khu vc ngoi ụ Thnh ph H Chớ Minh 53 Chng 2: K THUT THC NGHIM .54 2.1. Phng phỏp ly mu v x lý mu .54 2.1.1. Phng phỏp ly mu t 54 2.1.2. X lý mu 55 2. 2. Húa cht v dng c mỏy múc 55 2. 3. Quy trỡnh thc nghim 56 2. 3.1. Pha ch cỏc dung dch cn cho phõn tớch .56 2. 3.2. Xác nh các chỉ tiêu chung ca t 60 2. 3.3. Xác định hệ số khô kiệt của đất . 60 2. 3.4. Xác nh tổng khoáng trong t . 61 2.3.5. Xác định pH H 2 O và pH KCl của đất 62 2.3.6. Xác nh chua thy phân bng phng pháp Kappen 63 2.3.7. Xác nh tổng lng mùn bng phng pháp chiurin 64 2.3.8. Xỏc nh kh nng trao i cation ca t (CEC) . 66 2.3.9. Xỏc nh Cu,Zn ,Pb, Cd trong mu õt (H1 - H4; K1 - K4) v trong rau, hnh, nc bng phng phỏp cc ph Vụn- Ampe hũa tan . 67 2.3.10. Xỏc nh hm lng As trong t, nc v rau . 70 Chng 3 KT QU V THO LUN 3.1. Cỏc ch tiờu chung ca t 72 3.2.Cỏc nguyờn t kim loi nng 77 KT LUN V KIN NGH 84 TI LIU THAM KHO 85 6 DANH MỤC VIẾT TẮT AAS: Phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử. CEC: Khả năng trao đổi cation của đất. ALA: Alpha linolenic acid. ADN: Acid Deoxyribo Nucleic ARN: Axít RiboNucleic WHO: Tổ chức Y tế thế giới TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam FAO: Tổ chức Nông - Lương của Liên hiệp quốc KLN: Kim loại nặng KPH: Không phát hiện 7 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Hàm lượng cadimi có trong đá tự nhiên Bảng 1.2: Ảnh hưởng của kim loại Cu lên sự ra hoa và hoạt tính enzim của cây Bảng 1.3: Ảnh hưởng của đồng lên sự sinh trưởng, hàm lượng protein, diệp lục và quang hợp của cây cải xanh Bảng 1.4: Ảnh hưởng của sự thiếu Zn, Mn và Cu lên hàm lượng amino axit tự do và amit ở cây cà chua Bảng 3.1: Hệ số khô kiệt của đất Bảng 3.2 Tổng khoáng trong đất Bảng 3.3: pH H2O và pH KCl của các mẫu đất Bảng 3.4: Độ chua thủy phân của đất Bảng 3.5 : Hàm lượng mùn của các mẫu đất Bảng 3.6: Khả năng trao đổi cation của đất Bảng 3.7. Hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng Zn, Cu, Pb, Cd trong các mẫu Bảng 3.8: Giới hạn hàm lượng tổng số của một số kim loại nặng trong đất (theo TCVN 7209: 2002) của một số loại đất Bảng 3.9: Mức giới hạn tối đa cho phép của một số chất trong nước tưới Bảng 3.10: Mức giới hạn tối đa cho phép của một số vi sinh vật và hoá chất gây hại trong sản phẩm rau tươi 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1: Đồ thị đường chuẩn Hình 1.2: Sơ đồ lấy mẫu tại các ruộng Hình 1.3: Sơ đồ lấy mẫu trung bình Hình 1.4: Sơ đồ lấy mẫu đất nghiên cứu tại xã Tú Sơn Hình 3.1. Biểu đồ so sánh hệ số khô kiệt của các mẫu đất Hình 3.2 Biểu đồ so sánh tổng lượng khoáng của các mẫu Hình 3.3 Biểu đồ so sánh pH H2O và pH KCl của các mẫu đất. Hình 3.4 Biểu đồ so sánh độ chua thủy phân của các mẫu đất Hình 3.5 Biểu đồ so sánh hàm lượng mùn trong các mẫu đất Hình 3.7: Cực phổ xung vi phân của Zn, Pb, Cd, Cu trong mẫu H1, H2 Hình 3.8: Cực phổ xung vi phân của Zn, Pb, Cd, Cu trong mẫu H3, H4 Hình 3.9: Cực phổ xung vi phân của Zn, Pb, Cd, Cu trong mẫu K1, K2 Hình 3.10:Cực phổ xung vi phân của Zn, Pb, Cd, Cu trong mẫu K3, K4 Hình 3.11: Cực phổ xung vi phân của Zn, Pb, Cd, Cu trong mẫu đất Hình 3.12: Cực phổ xung vi phân của Zn, Pb, Cd, Cu trong mẫu T1 và nước Hình 3.13: Cực phổ xung vi phân của Zn, Pb, Cd, Cu trong mẫu P1, P2 Hình 3.14: Cực phổ xung vi phân của Zn, Pb, Cd, Cu trong mẫu rau 9 MỞ ĐẦU Đất là thành phần phức hợp đặc trưng bởi phần khí, phần lỏng và phần rắn (các khoáng trong đất). Trong khoảng mười năm trở lại đây, cùng với sự ra đời của hàng loạt các khu đô thị mới, diện tích đất nông nghiệp của Hải Phòng đã bị thu hẹp một lượng đáng kể. Các sông thoát nước của Hải Phòng là nơi tiếp nhận toàn bộ nước thải công nghiệp và đô thị. Với tập quán sử dụng nước trong hệ thống tiêu thoát nước của thành phố là nước tưới nông nghiệp, môi trường đất và trầm tích ở các vùng trồng rau ngoại thành Hải Phòng là đối tượng chịu ảnh hưởng không nhỏ. Để góp phần làm sáng tỏ vấn đề này, chúng tôi tiến hành khảo sát nghiên cứu hàm lượng kim loại nặng trong đất và nguồn nước tưới ở vùng trồng rau thuộc huyện Kiến Thụy – Hải Phòng. Thành phố Hải Phòng hiện có trên 55.000 ha đất nông nghiệp tập trung ở các huyện Tiên Lãng, Vĩnh Bảo, An Lão, Kiến Thụy. Trên địa bàn thành phố phát triển nhiều vùng chuyên canh sản xuất nông sản hàng hoá đáp ứng nhu cầu tiêu dùng ở đô thị và xuất khẩu, nâng giá trị sản xuất nhiều cánh đồng. Trong đó huyện Kiến Thụy có xã Tú Sơn chuyên canh sản xuất rau sạch cung cấp cho toàn thành phố. Huyện Kiến Thụy nằm ở phía Nam của Thành phố Hải Phòng, diện tích tự nhiên 10.000 ha, thuộc vùng ngập nông, nguồn nước ngọt dồi dào, đất đai màu mỡ thích hợp cho việc phát triển sản xuất nông nghiệp theo hướng đa dạng hóa. Xu thế địa hình toàn huyện bằng phẳng thuận lợi cho canh tác nông nghiệp. Địa hình của huyện ở ven sông Văn Úc là các dải đất phù sa ven sông và ven các kênh rạch lớn lâu đời , nguồn nước ngọt dồi dào quanh năm, thuận lợi phát triển chuyên canh rau sạch. Mang cấu trúc chung của thành phố Hải Phòng cũng như vùng Đồng bằng sông hồng là loại trầm tích ven sông. Loại đất được hình thành trên phù sa cổ có bề dày từ 2 – 7m chủ yếu là đất cát, cát pha thịt nhẹ, dễ bị rửa trôi, 10 . VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH Tên học viên: Đỗ Thị Hảo LUẬN VĂN THẠC SĨ Tên đề tài: XÁC ĐỊNH SỰ PHÂN BỐ KIM LOẠI NẶNG Zn, Cd, Cu, Pb VÀ As TRONG ĐẤT TRỒNG. sản và đặc biệt quan trọng với sức khỏe con người. Vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài: Xác định sự phân bố kim loại nặng Zn, Cd, Cu, Pb và As trong đất trồng