và các tầng đất ngập nước gây ơ nhiễm.
Đạm Urê được đất giữ lại bám và di chuyển tự do theo nước và đất.
Đạm Amon tồn tại trong đất đa dạng: NH4+ và khí NH3 (hay NH4OH). Sự cân bằng giữa hai dạng này trong đất hồn tồn phụ thuộc vào pH đất. Ion NH4+ ít di động trong đất cịn NH4OH và NH3 di động tự do trong đất. Trong đất cát amon di chuyển nhanh hơn trong đất sét, trong đất kiềm lại lớn hơn so với đất axit nhẹ. Khi phức hệ trao đổi của keo đất đã hấp thụ bão hịa amon thì sự rửa trơi amon lớn hơn. Trong dung dịch đất amon cĩ thể trao đổi với ion Ca2+ do chuyển lên mặt đất và ở mặt đất nhiều hơn K+ và các ion khác nhất là trong đất kiềm. Amon cĩ thể mất dạng khí NH3 và bị rửa trơi theo nước xuống nước ngầm.
2.3.2.8 Phân đạm và vấn đề tích lũy NO3-, NH4+ trong nước mặt và nước ngầm. ngầm.
a. Độc tính của NO3- và NH4+ đối với cơ thể người và động vật
Do hệ số sử dụng đạm được xác định trung bình 30 – 40%, lượng cịn lại bị mất và là nguồn ơ nhiễm đối với mơi trường đất, nước. Lượng đạm cao tích luỹ trong sản phẩm nơng nghiệp sẽ xâm nhập vào cơ thể. Vì chạy theo năng suất và thĩi quen sử dụng phân đạm (đặc biệt ở các vành đai rau màu của các thành phố lớn) nhân dân sử dụng với liều lượng cao làm xuất hiện trong đất, sản phẩm cĩ chứa nhiều NO3-, NO2-. Các hợp chất này dẫn đến hội chứng Methaemoglobinaemia (hội chứng trẻ da xanh) hiện tượng rất phổ biến hiện nay ở các nước đang phát triển. Trong các loại lương thực thực phẩm, nước uống ... rau được sử dụng hàng ngày đưa vào cơ thể lượng NO3- lớn nhất
Sự tích lũy NO3- trong mơ cây khơng độc với cây trồng, nhưng nĩ cĩ thể làm hại gia súc, người và đặc biệt là trẻ em khi sử dụng lương thực, thực phẩm cĩ hàm
lượng NO3- cao. Thực ra tính độc của NO3- rất thấp, NO3- trong lương thực thực phẩm, nước uống đe dọa sức khỏe của con người là do khả năng khử NO3- thành NO2- trong quá trình bảo quản, vận chuyển và ngay trong bộ máy tiêu hĩa của con người.
2H+ + 2e H2O
NO3- NO2-
(NO3- + 2H+ 2e NO2- + NAD+ + H2O
Trong máu, ion NO2- ngăn cản sự kết hợp oxi với hemoglobin ở quá trình hơ hấp, quá trình này được lặp lại nhiều lần. Vì vậy, mỗi phân tử nitrit cĩ thể biến đổi rất nhiều phân tử hemoglobin thành methaemoglobin. Methaemoglobin được tạo thành do oxyhemoglobin đã bị Fe2+ oxy hố thành Fe3+ làm cho phân tử hemoglobin mất khả năng kết hợp với oxy tức là việc trao đổi khí của hồng cầu khơng được thực hiện. Cơ chế này dễ dàng xảy ra với trẻ nhỏ, đặc biệt là trẻ cĩ sức khỏe yếu, tiêu hĩa kém vì trẻ em cịn thiếu các enzym cần thiết để khử nitrit xuống N2 và NH3 rồi thả ra ngồi. Nelson (1984) cho rằng: bệnh methaemoglobin cĩ triệu chứng rõ rệt khi hàm lượng methaemoglobin lớn hơn 10% và trẻ em cĩ thể chết khi trong máu cĩ triệu chứng 50 – 70% methaemoglobin
Trong dạ dày, do tác dụng của hệ vi sinh vật, các loại enzym và do các quá trình hĩa sinh mà NO2- dễ dàng tác dụng với các axit amin tự do tạo thành Nitrosamie là hợp chất gây ung thư .
Các axit amin trong mơi trường axit yếu (pH = 3 – 6) đặc biệt với sự cĩ mặt của ion Nitrit sẽ dễ bị phân hủy thành anđêhit và axit amin bậc 2, từ đĩ tiếp tục vận chuyển thành Nitrosamie. Nitrit cĩ mặt trong rau quả thường vào khoảng 0,05 – 2 mg/kg.
Ngày nay, nhiều tác giả nhắc đến Nitrosamie như là một tác nhân làm sai lệch NST, dẫn đến truyền đạt sai thơng tin di truyền. Đối với người NO3- cĩ thể gây
ngộ độc ở liều lượng 4 g/ngày, ở liều lượng 5 g/ngày cĩ thể gây chết, 13 – 18 g/ngày gây chết hồn tồn. Việc sử dụng nước cĩ tồn dư NO3- qúa cao gây bệnh methemoglobin lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1945. Theo tổ chức y tế thế giới (WHO) và cộng đồng kinh tế châu Âu (EEC) giới hạn hàm lượng NO3- trong nước uống là 50 mg/l. Trẻ em thường xuyên uống nước cĩ hàm lượng NO3- cao hơn 45 mg/l sẽ bị rối loạn trao đổi chất giảm khả năng kháng bệnh của cơ thể. Theo một số tác giả nhiễm độc NO3- ít xảy ra với người lớn
Tính độc của NO3- cũng được các tác giả tính theo liều độc LD50 ngưỡng tối đa, liều gây chết tức thì. Thêm nữa, tính độc lại phụ thuộc vào lượng NO2- được tạo thành từ NO3- , vì vậy các tác giả đưa ra ngưỡng hàm lượng rất khác nhau. Theo Jecfa (1974), người nặng 60 kg liều lượng NO3- chấp nhận được là 220 – 440 mg, cịn NO2- chỉ là 8 – 16 mg . Theo Simon (1966) liều độc của NO3- là 5000 mg trong khi đối với NO2- chỉ là 500 mg. Các loại rau thường được sử dụng làm thức ăn cho trẻ đã được tính tốn cho rằng hàm lượng NO3- khơng được quá 300 mg/kg
Theo Lê Dỗn Diên (1993) ngộ độc Nitrat và Nitrit cĩ các biểu hiện khi trong máu cĩ từ 30 – 40% Methaemoglobin cơ thể sẽ bị hơn mê nhẹ, lên tới 50% cĩ biểu hiện nghiêm trọng, 70 – 80% thì cĩ thể thiếu oxy nghiêm trọng dẫn đến suy tim mạch và chết trong trạng thái tím tái. Ngồi ngộ độc cịn cĩ một số biểu hiện mạch máu ngoại vi dãn rộng, huyết áp thấp, niêm mạc tái, hoạt động của tuyến giáp giảm, vitamin B2, B6 khơng được tổng hợp, Vitamin A thiếu
Độc NO3-, NO2- và bệnh lý methaemoglobin với động vật nhai lại cũng được nhiều tác giả đề cập đến. Năm 1950 ở bang Missouri (Mỹ) nhiều gia súc bị chết ngạt do bệnh methaemoglobin, do gia súc ăn cỏ cĩ hàm lượng NO3- quá cao. Nhìn chung độc NO3- xảy ra đối với cừu (ovis arils) biểu hiện rối loạn màu, da, thở nhanh, máu biến đổi thành nâu và cĩ thể xảy ra hiện tượng xảy thai và sau đĩ gia súc bị chết
trong rau và trong thực phẩm là khơng nhiều thậm chí ở trong nước uống là khơng đáng kể.Tuy nhiên các cơng trình nghiên cứu thấy phân đạm tăng tồn dư NO3-
trong nơng sản khi bĩn đạm 30 – 180 kg N/ha thì lượng tồn dư trong cà rốt và củ cải tăng 21,7 lên 40,6 mg/kg và 236 lên 473 mg/kg. Theo Bùi Quang Xuân (1998) ảnh hưởng của phân bĩn tới năng suất và hàm lượng NO3- trong cà chua, hành tây cho thấy: bĩn phân đạm tăng năng suất nhưng cũng tăng hàm lượng NO3- trong củ hành tây 72,8 – 87,4 mg/kg, cà chua 300 – 485 mg/kg . Chính vì vậy số lượng thực phẩm ăn cĩ nồng độ NO3- cao trong rau là nguồn NO2- quan trọng, chiếm 75% tổng mức cung cấp.
b. Sự tích lũy NO3-, NH4+ trong nước mặt và nước ngầm
Nhiều nhà khoa học quốc tế cho rằng muốn thâm canh tăng năng suất cây trồng thì đất nào cũng phải sử dụng phân hĩa học. Những mối lo ngại về mơi trường trong lĩnh vực nơng nghiệp ở các nước phát triển và đang phát triển thơng thường hay nĩi đến các vùng thâm canh, nơi sử dụng phân bĩn hĩa học với mức độ cao, cây trồng khơng sử dụng hết dẫn đến tồn dư tích luỹ của N trong đất nước mặt và rửa trơi xuống tầng nước ngầm. Theo viện tài nguyên thế giới, đến năm 1993 quỹ đất của tồn nhân loại là 14.042 triệu ha. Như vậy mỗi năm theo mức sử dụng phân đạm hĩa học năm 1995 mỗi ha phải gánh chịu: 200 triệu tấn NO3-. Tuy nhiên, cũng theo tư liệu của viện tài nguyên thế giới, đất trồng trọt chiếm 20,6 %. Như vậy, lượng NO3- tích lũy trong đất trồng trọt tăng lên gấp 5 lần, nghĩa là 75 kg NO3-/ha. Nếu tính lượng đất trên 1 ha cĩ phân bố NO3- ngấm sâu 0,5 m thì sau 1 năm sử dụng phân đạm khống hàm lượng NO3- trong đất khoảng 7,5 – 8 ppm. Một số nghiên cứu xác định được rằng lượng đạm sản sinh ra trên đồng ruộng chỉ khoảng 35 – 55 % cĩ nguồn gốc phân hĩa học, phần lớn vẫn nhờ phân hữu cơ. Như vậy, NO3- tích lũy sẽ lớn hơn rất nhiều giá trị 8 ppm
Mặc dù thực vật rất cần Nitơ nhưng nguyên tố này gần như được hấp phụ rất ít và rất yếu trong đất nhờ khả năng hấp phụ của phức hệ keo đất và chúng thường tồn tại trong dung dịch đất dưới dạng Ion NO3- linh động, dễ bị rửa trơi vào các nguồn nước và thấm sâu vào đất. Chính vì thế mà nhiều nơi trên thế giới nước mặt, nước ngầm đã bị nhiễm bẩn do quá trình hồ tan và tích lũy NO3- gây ra. Theo kết quả nghiên cứu của Russel (1972) ở 18 con sơng ở nước Anh cho thấy hệ số tương quan giữa sự gia tăng hàm lượng NO3- ở nước sơng và mức sử dụng phân đạm cĩ tương quan r = + 0,7. Trong nước ao, hồ, nồng độ Nitơ dạng Nitrat (NO3-) cĩ thể thay đổi từ 0 – 4 mg/l đơi khi lên tới 10 mg/l. Trên thế giới 10% số sơng được khảo sát bởi hệ thống GEMS đều cho thấy hàm lượng NO3- vượt tiêu chuẩn của WHO đối với nước uống. Ở châu Âu, hơn 90% các sơng được khảo sát đều cĩ hàm lượng nitrat khác nhau và cĩ 5% số sơng cĩ hàm lượng cao hơn 200 lần so với nồng độ nền của các sơng chưa bị ơ nhiễm. Ở Mỹ, dịng chảy từ các trang trại đã gây ơ nhiễm chính, 64% các sơng và 57% các hồ bị hại từ nghiêm trọng đến trung bình do ơ nhiễm trên diện rộng.
Một thơng báo của Ấn Độ cho biết: vùng Haryana đã bị nhiễm bẩn Nitrat, một số giếng nước ngầm cĩ nồng độ Nitrat rất cao (so với tiêu chuẩn quốc gia 45 ppm) từ 114 ppm đến 1800 ppm. Nghiên cứu sự nhiễm bẩn NO3- vào nước ngầm Diez và cộng sự (1994) đã thấy rằng lượng Nitrat thấm vào nước ngầm phụ thuộc vào 2 nguyên tố chính là nồng độ NO3- trong dịch đất và lượng mưa. Mặt khác những kết quả nghiên cứu bằng nguyên tử đánh dấu cũng khẳng định NH4+ trong nước cĩ nguồn gốc chủ yếu từ Nitơ bĩn vào đất. Nồng độ NO3- trong nước phụ thuộc chặt chẽ vào hàm lượng Nitrat bĩn và chiếm khoảng 0,2 – 1,5%. Tùy theo liều lượng bĩn và phân bĩn, hàm lượng NH4+ cĩ thể đạt tới 9,4 mg/l. Sau khi bĩn thúc hàm lượng NO3- trong nước đã tăng nhanh trong một số ngày đầu và qua 6 ngày đêm chiếm khoảng 11,5 – 17,4% tổng liều lượng Nitơ bĩn cho lúa [18]. Tuy nhiên, thực tế cũng cho thấy dù lượng N được sử dụng rất nhiều trong sản xuất
nơng nghiệp song quá trình Nitrat và phản Nitrat là quá trình mất đạm, mất chất dinh dưỡng đối với cây trồng cũng diễn ra khá mạnh và nếu đứng từ gĩc độ mơi trường thì quá trình chuyển hố đạm ở các dạng NO3-, NO2- về dạng Nitơ phân tử trở lại khí quyển gĩp phần làm cân bằng, ổn định hài hịa thành phần mơi trường
2 NH3 + 3 O3 → 2 NO2 + 2 H+ + 2 H2O 4 NO2 + O2 + 2 H2O → 4 HNO3 4 NO2 + O2 + 2 H2O → 4 HNO3
NO3- + 5 (CH2O) + 4 H+→2 N2 + 5 CO2 +7 H2O
Quá trình này thực hiện trong mơi trường nhờ sự hoạt động của 2 loại vi sinh vật chủ yếu Nitrosomonas và Nitrit bactri. Quá trình phản Nitrat nhờ vi sinh vật, quá trình rửa trơi theo các mặt là thấm sâu dưới tầng đất làm (NO3-) giảm xuống trong 1 năm canh tác. Khi nghiên cứu sự nhiễm do NO3-, trong canh tác ngơ khi khơng bĩn phân, cĩ bĩn urê, bĩn Floranid và Compost với 2 chế độ tưới là: tưới bình thường theo truyền thống canh tác và tưới tối ưu cĩ quản lý đã cho kết quả rất khác nhau về nồng độ NO3- trong đất
Bảng 2.4: Hàm lượng NO3- trong dung dịch đất ở độ sâu 50 và 140 cm (mg/l)
Cơng thức bĩn Tưới bình thường Tưới cĩ quản lý
50cm 140cm 50cm 140cm Khơng phân bĩn 92,7 ± 86 193 ± 33 59,3 ± 43 - Bĩn ure 447,2 ± 90 425 ± 53 215,2 ± 71 413 ± 55 Bĩn Floranid – 32 188,9 ± 54 341 ± 21 170,4 ± 46 375 ± 84 Bĩn Compost 131,1 ± 61 404 ± 48 187,7 ± 65 219 ± 53 (Nguồn J.A.Diez và cộng sự – 1994)
Từ kết quả cho thấy: Ở độ sâu 50 cm khi bĩn ure, hàm lượng NO3- cao hơn hẳn khi bĩn phân ủ và bĩn Floranid – 32. Ở độ sâu cao hơn 140 cm hàm lượng NO3-
chỉ cao hơn so với phân ủ và Floranid – 32. Cả hai kiểu tưới ở tầng sâu 140 cm hàm lượng NO3- trong dung dịch đất đều cao hơn.
Như vậy, sử dụng phân hĩa học ure dẫn đến khả năng tích đọng NO3- lớn hơn thì khả năng rửa thấm NO3- theo chiều sâu phẫu diện cũng cao hơn.
Kết quả tổng hợp của J.Hajin và Anat Lowenegarit (1996) đã cho thấy: gia tăng sử dụng phân hĩa học sẽ làm tăng lượng dinh dưỡng trong nước ngầm và nước mặt. Từ năm 1936 đến nay, mức tăng sử dụng nitrogen từ 4,2kg lên đến 153 kg N/ha đã làm cho hàm lượng (NO3-) trong các giếng nước tăng từ 40mg/l (1953) lên đến 105 mg/l như hiện nay. Nước sơng Thames cĩ hàm lượng nitrat là 2 mg/l (1938) và hiện nay đã đạt tới 10mg/l (1984). Hai tác giả nêu ra hiện tượng đặc biệt nguy hiểm từ kết quả nghiên cứu với 4 mức bĩn Đạm và Lahav và Kalmar (1993) cho thấy: khi sử dụng phân đạm hĩa học ở 4 mức bĩn từ 80 kgN/ha đến 640 kgN/ha đã làm cho hàm lượng (NO3-) ở lớp đất mặt (0 – 30 cm) thay đổi từ 4,2 mg/kg lên đến 427,2 mg/kg. Từ kết quả đĩ cần phải thấy rằng: quá trình tích lũy (NO3-) trong đất ở các lớp đất khác nhau phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng khi tăng mức bĩn lên 8 lần ( theo lượng N bĩn) thì tích lũy (NO3-) ở lớp mặt tăng lên khơng phải 8 lần mà là 102 lần cịn tích lũy ở tầng đất 60 – 90 cm sẽ tăng lên đến 464 lần
Ở Việt Nam cũng cĩ một số nghiên cứu ơ nhiễm N trong nước ngầm. Tuy nhiên, những nghiên cứu theo hướng này chưa nhiều. Theo Lê Văn Tiến (1997) Viện KHKTNN Việt Nam kết luận hàm lượng đạm tích tụ trong nước ngầm ở Thanh Trì ngoại thành phía nam Hà Nội cũng là dạng NH4+ tích tụ khá cao hàm lượng này đạt khoảng 1 – 2 mg N/l và nước cất từ nguồn này khơng thể dùng để phân tích đúng nếu khơng xử lý qua cột lọc Cationit để loại trừ đạm. Nhiễm bẩn mơi trường từ phân bĩn là một vấn đề nguy hại. Nguồn gốc trong nước là do bĩn phân vơ cơ và hữu cơ nguyên nhân là nhân dân khơng biết cách bĩn, bĩn khơng
đều và bĩn thúc vào thời kỳ cây khơng cần. Theo Bùi Quang Xuân (1999) phân Urê CO(NH2)2 sau khi được vùi vào đất sẽ nhanh chĩng thủy phân chuyển thành đạm dễ tiêu NH4+. Khoảng 8 ngày sau đĩ lượng NH4+ đạt mức cao nhất, sau đĩ giảm nhanh chĩng và đến sau khoảng 16 ngày trở đi hàm lượng NH4+ giảm xuống gần như bằng khơng. Ngược lại, hàm lượng NO3- trong đất bắt đầu tăng dần từ sau bĩn Urê 4 – 8 ngày và đạt cao nhất sau khi bĩn từ 12 – 16 ngày. Tăng liều lượng Ure làm tăng hàm lượng NO3- trong đất. Phân Ure được hịa vào nước tưới cĩ hàm lượng NO3- cao nhất ở 4 ngày sau tưới và sau đĩ thì hàm lượng này sẽ giảm dần [34]. Lượng phân bĩn hĩa học tùy từng nơi, từng lúc, tùy vào yêu cầu sử dụng đất, mức độ thâm canh... mà gây ra tình tranạg tích lũy NO3-, NH4+ khác nhau.
Theo Trần Cơng Tấu (1997) khi nghiên cứu xác định hàm lượng NO3- trong nước ngầm trên cánh đồng lúa Minh Khai – Hà Nội thấy hàm lượng NO3- trong