Mẫu % sét % limon % cát Loại đất
Đ01 (1) 32,0 18,8 49,1 Sandy clay loam
Đ01 (2) 35,0 11,8 53,1 Sandy clay
55
Kết quả phân tích mẫu đất nền làm thí nghiệm cho thấy có phản ứng rất chua với giá trị pHKCl= 3,98 và pHH2O= 5,19. Dung tích trao đổi cation (CEC) trong đất là 9,3 meq/100g nằm ở mức trung bình. Hàm lượng Ca2+TĐ trong đất là 4,3 meq/100g ở mức
nghèo và hàm lượng Mg2+TĐ trong đất là 2,3 meq/100g ở mức khá cao. Hàm lượng chất hữu cơ (OM) trong đất là 4,21% ở mức trung bình. Hàm lượng NDT , PDT trong đất lần lượt là 16,1 và 24,8 mg/100 g ở mức giàu, còn KDT trong đất là 13,9 mg/100g ở mức trung bình. Hàm lượng SO42- trong đất là 7,3 ppm (0,00073%) thấp hơn ngưỡng tối thiểu đủ để cây sinh trưởng và phát triển thuận lợi. Hàm lượng Mn2+ ở mức trung bình với giá trị 2,6 mg/100g. Hàm lượng Fe3+ là 121 mg/100g và Al3+ là 90,8 mg/100g đất.
b. Ảnh hƣởng của mƣa axit đến chất lƣợng đất làm thí nghiệm
Sau khi tiến hành thí nghiệm, sự thay đổi của các chỉ tiêu trong đất được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 3.5: Hàm lƣợng các chỉ tiêu trong đất sau thí nghiệm
TT Các chỉ tiêu Đơn vị Kết quả pH=3 pH=3,5 pH=4 pH=4,5 pH=5 pH=5,5 ĐC 1 pH pHH2O - 4,41 4,46 4,52 4,6 4,69 4,76 4,86 pHKCl - 3,12 3,23 3,31 3,42 3,51 3,60 3,69 2 OM % 3,09 3,34 3,48 3,56 3,66 3,73 3,82 3 Ca2+ mgđl/100gđất 2,46 2,56 2,61 2,79 2,81 2,92 3,8 Mg2+ mgđl/100gđất 1, 5 1, 59 1,62 1,76 1,83 1,91 2,1 4 PDT mg P2O5 dễ tiêu / 100g đất 15,6 16,3 18,6 20,6 21,2 22,9 24,1 5 CEC mgđl/100gđất 5,6 6,1 6,8 7,9 8,6 9,0 9,1 6 NDT mg/100gđất 10,03 11,1 12,0 12,9 13,8 14,6 15,1 7 Fe3+ mg/100gđất 190 181 171 159 142 136 129 8 Al3+ mg/100gđất 164 158 143 123 106 99 92 9 Mn2+ mg/100gđất 3,93 3,86 3,56 3,32 3,06 2,93 2,81 10 SO42- ppm 29,2 22,5 18,4 15 11 9,3 8,1
56
11 KDT mg/100gđất 9,3 9,6 10,2 11,1 12,3 13,1 13,8
3.3.2.1. Ảnh hƣởng của mƣa axít đến độ chua của đất
pH là thông số quan trọng đánh giá độ phì của đất. pH ảnh hưởng đến các q trình lí hố và sinh học trong đất và có tác động đến cây trồng. Vì vậy, pH của đất đã trở thành một thước đo quan trọng về trạng thái hoá lý đất. Sự biến thiên pH của đất trồng cây đậu tương được thể hiện tại Hình 3.23.
Hình 3.23. Giá trị pH của đất trồng cây đậu tƣơng
Đồ thị Hình 3.23 cho thấy giá trị pH đất trong các cơng thức thí nghiệm đều nhỏ hơn so với mẫu đối chứng và mẫu đất nền. pHKCl ở các công thức thí nghiệm dao động từ 3,12 (CT1) – 3,60 (CT6) và giá trị pHH2O ở các cơng thức thí nghiệm dao động từ 4,41 (CT1) đến 4,76 (CT6). Giá trị của pHH2Ovà pHKCl đều thấp hơn so với mẫu đối chứng tương ứng khoảng 0,1 –0,45 và 0,09 – 0,57.Đất trong các cơng thức thí nghiệm từ CT1(pH=3) đến CT6(pH=5,5) đều ở trạng thái rất chua.
Như vậy, mưa axít đã làm giảm pH của đất, gây chua hóa đất hơn so với mức rất chua ban đầu với pH=3,98, đặc biệt ở các cơng thức thí nghiệm CT1 đã gây chua hóa đất rất mạnh.
Phương trình tuyến tính thể hiện mối quan hệ giữa thành tố pH của mưa axít với pH của đất ở dạng sau:
- Phương trình tương quan giữa pHH2O và pHKCl của đất với thành tố pH của mưa axít: 0 1 2 3 4 5 6 CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 ĐC pH Cơng thức thí nghiệm pHH2O pHKCl
57
Y14 = 0,12X1 + 4,056 (14) với R2 = 0,97 Y15 = 0,15X1 + 2,726 (15) với R2 = 0,943
Trong đó: Y14, Y15 là giá trị của pHH2O và pHKCl, X1 là pH của mưa axít
Phương trình trên cho thấy hệ số tương quan cao, thể hiện mối quan hệ giữa các biến là chặt chẽ. Nhìn vào hệ số của biến X có thể thấy rằng khi pH của mưa axít tăng lên 1 đơn vị thì mơ hình dự đốn pHH2O và pHKCl của thí nghiệm lần lượt tăng 0,12 và 0,15 đơn vị. Dựa vào hệ số tương quan R2 có thể nói rằng 97%; 94,3% tương ứng với sự thay đổi pHH2O; pHKCl trong đất có thể giải thích bằng sự biến đổi mức pH mưa axít phun vào các ơ cơng thức thí nghiệm, 4%; 5,7% cịn lại là do các yếu tố ngẫu nhiên và các yếu tố khác khơng có trong mơ hình.
Mối tương quan giữa pH mưa axít với độ chua của đất được thể hiện tại hình 3.24 :
Hình 3.24: Mối tƣơng quan giữa pH đất và pH mƣa axít mơ phỏng
Từ hình 3.24 có thể nhận thấy giữa pH mưa axít và độ pH của đất có mối tương quan thuận, pH mưa axít càng thấp thì giá trị pH của đất càng thấp, tương ứng với độ chua càng cao và ngược lại pH mưa axít cao thì pH của đất cao. Đất bị chua là do có mặt các ion H+ và Al3+ trong dung dịch đất cũng như trong các phức hệ hấp phụ của đất có khả năng trao đổi gây nên, chính mưa axít đã làm tăng hàm lượng của H+ và Al3+ trong dung dịch đất. Như vậy, mưa axít đã làm giảm pH của đất.
3.3.2.2. Ảnh hƣởng của mƣa axít đến hàm lƣợng chất hữu cơ của đất (OM)
Chất hữu cơ là yếu tố quyết định, chi phối tồn bộ các q trình xảy ra trong đất. OM đóng vai trị quan trọng trong bảo vệ sức khoẻ đất, duy trì chức năng sản xuất của đất và là một chỉ tiêu quan trọng bậc nhất để đánh giá chất lượng đất. Sự tích luỹ chất
y = 0.147x + 2.725 R² = 0.943 y = 0.120x + 4.055 R² = 0.969 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 pH mưa axít pHH2O pHKCl
58
hữu cơ ở dạng mùn trong đất là do hoạt động của vi sinh vật, thực vật cũng như phân hữu cơ. Hàm lượng chất hữu cơ quyết định hình thái và các tính chất lý, hố học, độ phì của đất và đó là kho dự trữ chất dinh dưỡng cho cây trồng. Hình 30 thể hiện sự ảnh hưởng của mưa axít tới hàm lượng chất hữu cơ trong đất.
Hình 3.25. Hàm lƣợng chất hữu cơ (OM) trong đất trồng cây đậu tƣơng
Hình 3.25 cho thấy hàm lượng OM trong đất của các cơng thức thí nghiệm thấp và dao động trong khoảng từ 3,09 (CT1) đến 3,73 % (CT6) so với công thức đối chứng. Kết quả nghiên cứu cho thấy các cơng thức thí nghiệm từ pH=3 đến pH=5,5 có hàm lượng OM ở mức trung bình (2,1≤OM ≤ 4,2%). Như vậy, mưa axít đã làm ảnh hưởng đến sự thay đổi hàm lượng OM trong đất. Mưa axít với tính axít cao của nước mưa ở mức pH = 3,0; 3,5 đã làm môi trường đất tại các cơng thí nghiệm ở mức nghèo chất hữu cơ, dẫn đến khả năng làm giảm CEC và khả năng đệm của đất, ảnh hưởng xấu đến chế độ nước - dinh dưỡng và từ đó làm năng suất cây trồng suy giảm.
Mối tương quan giữa hàm lượng OM của đất với các thành tố mưa axít được thể hiện bởi phương trình tương quan sau:
Y16 = 0,172X1 + 2,726 (16)với R2 = 0,86
Trong đó Y16 là hàm lượng OM (%), X1 là pH mưa axít.
Phương trình (16) có R2 = 0,86, điều đó thể hiện rằng trong 100% sự biến động của hàm lượng chất hữu cơ trong đất trồng đậu tương thì có đến 86% biến động là do sự thay đổi giá trị pH, phần trăm còn lại là do các yếu tố ngẫu nhiên và các yếu tố khác
0 1 2 3 4 5 CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 ĐC % Cơng thức thí nghiệm OM(%)
59
khơng có trong mơ hình. Trong phương trình, hệ số của X1 là 0,172 có nghĩa là nếu giá trị pH mưa axít tăng lên 1 đơn vị thì hàm lượng OM trong đất tăng 0,172%, vậy pH mưa axít là thành tố có ảnh hưởng lớn đến sự thay đổi hàm lượng OM trong đất. Mối tương quan giữa pH mưa axít với hàm lượng chất hữu cơ trong đất được thể hiện tại hình 31.
Hình 3.26: Mối tƣơng quan pH mƣa axít với hàm lƣợng chất hữu cơ trong đất
Biểu đồ hình 3.26 cho thấy mối tương quan thuận giữa hàm lượng OM trong đất với pH nước mưa axít, pH nước mưa thấp dẫn đến hàm lượng chất hữu cơ trong đất giảm và ngược lại pH nước mưa cao, hàm lượng OM tăng.
3.3.2.3. Ảnh hƣởng của mƣa axít đến hàm lƣợng N, P, K dễ tiêu trong đất
Đối với cây trồng, N, P và K là 3 nguyên tố đa lượng quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát triển của cây. N có mặt trong rất nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng có vai trị quyết định trong q trình trao đổi chất và năng lượng, đến hoạt động sinh lý của cây. Cây trồng chỉ sử dụng chúng dưới dạng N - khoáng, là lượng N có trong NH4+, NO3-, thường có hàm lượng nhỏ trong đất. Phốtpho (lân) là nguyên tố dinh dưỡng quan trọng đối với cây trồng. Dạng P vơ cơ có ý nghĩa sinh học trong đất là H2PO4- và HPO42-. K trong đất thường có ba dạng là kali bị giữ chặt trên keo đất, K có thể trao đổi và K tan trong dung dịch đất. Dạng K tan trong dung dịch đất và dạng có thể trao đổi được là các dạng K cây có khả năng sử dụng. Ảnh hưởng của mưa axít đến hàm lượng tới hàm lượng N, P và K dễ tiêu trong đất trồng đậu tương được thể hiện ở Hình 3.27. y = 0.172x + 2.726 R² = 0.860 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 O M % pH mưa axít
60
Hình 3.27. Hàm lƣợng N, P và K dễ tiêu trong đất trồng đậu tƣơng
Kết quả phân tích cho thấy giá trị N, P và K dễ tiêu ở công thức mẫu đối chứng là cao hơn so với các cơng thức thí nghiệm và biến thiên theo chiều hướng giảm dần cùng với sự tăng dần tính axit trong nước mưa.
Hàm lượng NDT trong đất ở các công thức thí nghiệm (từ CT1 đến CT6) đều ở mức cao (từ 10,03 – 14,6 mg/100g) nằm ở mức giàu NDTtheo thang đánh giá.Tại cơng thức thí nghiệm cópH mưa axít 3,0 và 4,0 thì giá trị NDT giảm rõ rệt. Như vậy mưa axit có ảnh hưởng tới sự thay đổi hàm lượng NDT trong đất.
Hàm lượng PDT của đất ở các cơng thức thí nghiệm từ CT1 đến CT6 ở mức giàu (>15 mg/100g). Giá trị PDT dao động trong khoảng 15,6 đến 22,9 mg/100g và đều thấp hơn mẫu đối chứng. Điều này cho thấy mưa axit đã ảnh hưởng tới sự thay đổi hàm lượng PDT trong đất mà cụ thể là làm giảm hàm lượng PDT trong đất.
Hàm lượng KDT của đất cũng bị ảnh hưởng bởi mưa axít. Ở các cơng thức thí nghiệmtừ CT1 đến CT6 cho thấy hàm lượng KDT trong đất nằm ở mức trung bình (10- 15 mg/100g đất).Tất cả các cơng thức thí nghiệm đều có hàm lượng KDT nhỏ hơn mẫu đối chứng, và tại CT6 có hàm lượng KDT lớn nhất (13,1 mg/100g). Như vậy, pH của nước mưa đã ảnh hưởng tới hàm lượng KDT trong đất, đặc biệt là ở pH=3,0 và 4,0. Ngồi ra, tần suất và lượng mưa axít cũng ảnh hưởng tới hàm lượng KDT trong đất.
0 10 20 30 40 50 60 CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 ĐC m g/1 00 g đấ t Cơng thức thí nghiệm Ndt Pdt Kdt
61
Hình 3.28: Mối tƣơng quan giữa N, P, K dễ tiêu và pH mƣa axít
Phương trình tuyến tính thể hiện mối tương quan giữa hàm lượng N, P, K dễ tiêu trong đất với pH được xác định như sau:
- Phương trình tương quan của hàm lượng N, P, K dễ tiêu với thành tố pH mưa axít
Y17 = 1,318X1 + 6,668 (17) với R2 = 0,91
Y18 = 1,267X1 + 5,460 (18) với R2 = 0,936 Y19 = 9,273 + 2,289X1 (19) với R2 = 0,918
Trong đó: Y18 là hàm lượng PDT (mg/100g), Y19 là hàm lượng KDT (mg/100g), Y17 là hàm lượng NDT (mg/100g), X1 là pH mưa axít.
Ba phương trình (17), (18), (19) cho thấy sự phụ thuộc của biến Y17, Y18, Y19 vào biến X1, đặc biệt là Y19 có hệ số X1 khá lớn (2,289) điều đó có nghĩa là hàm lượng của KDT trong đất thay đổi đáng kể khi pH mưa axít thay đổi. Hệ số tương quan cao đối với hàm lượngNDT, PDT, KDT trong đất, thể hiện mối quan hệ giữa các biến là chặt chẽ. Hệ số xác định R2 của NDT, PDT, KDT trong đất trồng đậu tương lần lượt là 0,91; 0,936 và 0,918 cho thấy trong 100% sự biến động của NDT, PDT, KDTthì có 91 %; 93,6% và 91,8% biến động là do bởi giá trị pH, tần suất và lượng nước tưới, phần trăm còn lại là do các yếu tố ngẫu nhiên và các yếu tố khác khơng có trong mơ hình.
3.3.2.4. Ảnh hƣởng của mƣa axít đến CEC và hàm lƣợng các cation Ca2+, Mg2+ trao đổi trong đất
y = 1.318x + 6.668 R² = 0.909 y = 2.288x + 9.273 R² = 0.918 y = 1.267x + 5.459 R² = 0.936 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 0 1 2 3 4 5 6 7 8 m g/1 00 g đất pH mưa axít N, P, K dễ tiêu
62
Trong đất, Ca2+, Mg2+ có thể ở dạng hấp phụ trao đổi, hai cation này chiếm tới 80% của CEC đất, do đó giữa CEC và các cation trao đổi này cũng có mối tương quan với nhau. Hàm lượng các cation Ca2+TĐ, Mg2+TĐ và CEC của đất trong các cơng thức
thí nghiệm được thể hiện ở Hình 3.29.
Hình 3.27 : Hàm lƣợng Ca2+TĐ, Mg2+TĐ và CEC của đất trồng đậu tƣơng
Từ đồ thị ở hình 3.29 cho thấy giá trị của CEC, Ca2+, Mg2+ ở cơng thức đối chứng nhìn chung là cao hơn so với các cơng thức thí nghiệm và biến thiên theo chiều hướng giảm dần cùng với sự giảm dần của giá trị pH mưa axit mô phỏng. Điều này có thể do sự biến đổi điện tích của keo đất (trở nên ít âm điện hơn) khi tham gia phản ứng nhận proton.
- CEC trong đất ở các cơng thức thí nghiệm từ CT1 đến CT6 dao động trong khoảng từ 5,6 – 9,0 meq/100g đất. Theo thang đánh giá của Pagel (1982) thì CEC của đất ở các cơng thí nghiệm ở mức thấp (<6 mg/100g). Giá trị CEC thấp dẫn đến khả năng chống rửa trôi kém, khả năng đệm của đất thấp, đất dễ bị mất chất dinh dưỡng.
- Hàm lượng Ca2+ trao đổi trong đất ở các cơng thức thí nghiệm ở mức nghèo, dao động từ 2,46 – 2,92 meq/100g đất. Hàm lượng Ca2+ trong tất cả các cơng thức thí nghiệm đều nhỏ hơn mẫu đối chứng (3,8 meq/100g đất) và mẫu đất nền (4,3 meq/100g đất). Khi nồng độ ion H+ trong môi trường đất tăng cao do nước mưa axit thì các ion Ca2+ bị đẩy ra khỏi bề mặt keo đất vào trong dung dịch đất để trung hoà độ chua của đất, phản ứng này đã làm mất đi một hàm lượng lớn Ca2+ trong môi trường đất.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 ĐC m eq /1 00 g đấ t Cơng thức thí nghiệm CEC, Ca2+, Mg2+
63
- Hàm lượng Mg2+ nằm ở mức khá giàu đối với CT6 (2,92 meq/100g) và thấp hơn mẫu đối chứng. Các cơng thức từ CT1 đến CT5 có hàm lượng Mg2+ nằm trong khoảng 1,5 – 3 meq/100g đất thuộc mức trung bình trong đất.
Mối tương quan giữa CEC, Ca2+, Mg2+ trong đất với thành tố pH mưa axít được thể hiện thơng qua các phương trình tương quan sau:
- Phương trình tương quan của hàm lượng CEC với các thành tố mưa axít Y20 = 2,978 + 1,005X1 (20) với R2= 0,814
Y21 = 1,046 + 0,153X1 (21) với R2= 0,987 Y22 = 1,387 + 0,315X1 (22) với R2= 0,893
Trong đó: Y20, Y21, Y22 tương ứng là chỉ tiêu CEC (meq/100g), hàm lượng Ca2+ (meq/100g), Mg2+ (meq/100g); X1 là pH mưa axít.
Các phương trình (20), (21), (22) đều có hệ số tương quan lớn, chứng tỏ mối tương quan giữa các biến Y và X là chặt chẽ, dựa vào hệ số của biến X1 trong cả 3 phương trình nên có thể nói rằng pH là thành tố chính của mưa axít dẫn đến sự thay đổi hàm lượng các nguyên tố trung lượng Ca2+, Mg2+ và đặc biệt là dung tích trao đổi cation của đất. Mối tương quan giữa thành tố pH mưa axít với các chỉ tiêu hố học này của đất được thể hiện tại hình 3.30.