Chương 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG ĐẤT SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH BẮC NINH
1.1. Cơ sở lí luận
1.1.3. Khái niệm và các nhân tố ảnh hưởng đến môi trường đất và môi trường đất sản xuất nông nghiệp
1.1.3.1. Các khái niệm về môi trường đất a) Khái niệm về môi trường đất
Theo Trần Viết Khanh, trong Địa chất môi trường và tai biến thiên nhiên thì
“Môi trường đất chỉ xuất hiện khi có sự sống xuất hiện, môi trường đất phải có sự tham gia của thành phần hữu cơ, thành phần sinh vật”.
Như vậy, môi trường đất được hiểu là môi trường thành phần của môi trường tự nhiên, bao gồm đất và hệ môi trường bao quanh nó gồm cả nước, khí hậu, không khí, các sinh vật sống trên trái đất. Các thành phần này luôn có tác động qua lại và có môi quan hệ chặt chẽ, phụ thuộc lẫn nhau.
b) Khái niệm môi trường đất sản xuất nông nghiệp
Theo Đào Châu Thu trong “Nghiên cứu một số vấn đề cơ bản về đánh giá chất lượng đất và môi trường đất nông nghiệp” nêu định nghĩa “Môi trường đất nông nghiệp là những yếu tố nội sinh của đất (đặc tính đất, hệ cây trồng/vật nuôi) và các yếu tố ngoại sinh tác động trực tiếp vào đất và từ đất tác động vào cây/con (khí hậu, nguồn nước, sử dụng đất thông qua hoạt động sản xuất nông nghiệp của con người)”.
Như vậy, có thể hiểu môi trường đất sản xuất nông nghiệp là môi trường đất được sử dụng trong hoạt động sản xuất nông nghiệp, đồng thời chịu sự tác động làm biến đổi từ các yếu tố tự nhiên, các hoạt động sản xuất nông nghiệp và các hoạt động sản xuất khác ở trên bề mặt và các khu vực xung quanh.
1.1.3.2. Một số yếu tố trong môi trường đất sản xuất nông nghiệp
Để nghiên cứu hiện trạng môi trường đất sản xuất nông nghiệp có rất nhiều yếu tố khác nhau, tuy nhiên có thể nghiên cứu hiện trạng đất qua một số tiêu chí cơ bản sau:
a) Độ chua pHKCL
Độ chua của đất là một trong những thước đo quan trọng về môi trường đất, là một chỉ tiêu có ý nghĩa trong việc xác định độ phì đất. Trị số pHKCl là độ chua trao
19
đổi khi đo pH của đất trong dung dịch muối KCl. Nếu các thành phần trong dung dịch đất thay đổi thì độ chua pHKCL sẽ làm thay đổi độ chua hiện tại đồng thời thay sự phân bố các cation trong keo đất.
Độ pH của đất ảnh hưởng đến khả năng chuyển hóa và hấp thụ các chất dinh dưỡng trong đất cho cây trồng. Độ chua trao đổi có trị số từ 5,5 - 7 là điều kiện thuận lợi nhất để cây trồng hấp thụ các chất dinh dưỡng trong đất. Nếu đất quá chua (pHKCl
< 4,5), các chất dinh dưỡng trong đất thường bị cố định lại bởi các ion kim loại di động, vì thế nên các yếu tố dễ tiêu hoặc hữu dụng bị hạn chế, cây sẽ thiếu các chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết như P và K, các yếu tố trung lượng và vi lượng, đồng thời sức đề kháng kém đi cây dễ bị nấm bệnh hại hơn.
b) Một số yếu dinh dưỡng cơ bản.
Hiện trạng môi trường đất sản xuất nông nghiệp được thể hiện qua nhiều chỉ tiêu về dinh dưỡng khác nhau tùy thuộc vào từng nhóm đất và từng nhóm cây trồng.
Tuy nhiên, có một số yếu tố dinh dưỡng cơ bản trong môi trường đất như sau: hàm lượng đạm, lân, kali tổng số (hàm lượng NPK tổng số) và hàm lượng chất hữu cơ tổng số.
- Hàm lượng Đạm tổng số (N tổng số).
N là một nguyên tố dinh dưỡng đa lượng rất quan trọng đối với sự phát triển của cây trồng. Nếu thiếu đạm sinh trưởng của cây bị chậm lại, cây sinh trưởng còi cọc, vàng lá. Tuy nhiên, nếu thừa đạm sẽ làm cho cây không hấp thu được hết đạm sẽ làm tăng quá trình tích lũy đạm trong đất, từ đó gây ngộ độc cho cây, ngoài ra thừa đạm còn làm chậm quá trình hình thành hoa và quả hoặc không ra hoa từ đó làm giảm năng suất cây trồng.
Trong môi trường đất đạm có 2 dạng là đạm hữu cơ và đạm vô cơ, tổng hàm lượng đạm hữu cơ và vô cơ trọng đất gọi là đạm hữu cơ tổng số. Dự trữ N trong đất cần thiết với cây trồng là đạm hữu cơ, có khoảng 93 - 99% N tổng số ở dạng hữu cơ.
N là một nguyên tố đa lượng biến đổi rất phức tạp và có vai trò quan trọng nhất đối với độ phì đất và về cả khía cạnh môi trường. Trong sản xuất nông nghiệp, cần tính toán cân bằng N trong các hệ thống canh tác để tăng cường hiệu quả sử dụng phân N và hạn chế hậu quả môi trường của phân bón N.
20 - Hàm lượng Lân tổng số (P tổng số)
P là nguyên tố đa lượng quan trọng thứ hai đối với đời sống sinh vật sau Nitơ.
Nếu cây thiếu lân lá bị nhỏ lại, bản lá hẹp, cây còi cọc, quá trình chín của quả thường bị kéo dài làm giảm năng suất và chất lượng cây trồng. Tuy nhiên, nếu thừa lân sẽ làm tăng quá trình tích lũy P vô cơ trong đất, có thể gây ngộ độc cho cây. Cây bị ngộ độc lân thì quá trình hình thành cơ quan sinh sản - hoa và giảm kích thước chất lượng quả từ đó giảm năng suất cây trồng.
Trong môi trường đất, P có hai dạng là P hữu cơ và P vô cơ, tổng hàm lượng hai loại P này gọi là P tổng số. Tỷ lệ hai dạng P này phụ thuộc vào các loại đất khác nhau. Khác với N, P ở trong đất thường bị cố định ở dạng vô cơ, lượng P linh động hay P dễ tiêu chỉ chiếm 1 - 2% với lượng tổng số, sự chuyển hóa P trong đất thành P dễ tiêu phụ thuộc rất nhiều vào độ pH của đất. Trong đất sản xuất nông nghiệp, cần tính toán cân bằng lượng P bổ sung kết hợp với tăng cường độ pH để tăng hiệu quả sử dụng P và hạn chế tác động đến môi trường.
- Hàm lượng Kali tổng số (K tổng số)
Kali là một trong 3 nguyên tố đa lượng quan trọng cùng với N, P với nhiều chức năng sinh lí đặc biệt. Nếu thiếu K quá trình trao đổi chất trong cây sẽ bị hạn chế, cây bị lép hạt, giảm tỉ lệ nảy mầm và sức sống hạt giống dẫn đến ảnh hưởng xuất đến năng suất và chất lượng nông sản. Ngược lại, nếu thừa K ở mức thấp sẽ gây đối kháng ion, làm cây không hút được đầy đủ các chất dinh dưỡng khác, nếu dư thừa ở mức cao có thể làm tăng áp suất thẩm thấu của môi trường đất, ngăn cản sự hút nước và dinh dưỡng nói chung, ảnh hưởng đến năng suất cây trồng.
K tổng số là tổng lượng K trong đất bao gồm: K tồn tại ở dạng muối đơn giản hòa tan (nitrat, cacbonat, sunphat); K trong mạng lưới tinh thể khoáng nguyên sinh, thứ sinh - K khoáng; K trong xác động, thực vật và vi sinh vật, các dạng trên tồn tại trong thế cân bằng. Nguồn K cung cấp cho cây trồng chủ yếu là K hấp phụ trao đổi. K là nguyên tố chuyển hóa phức tạp trong môi trường đất vì vậy, trong quá trình sản xuất nông nghiệp cần tính toán cân bằng lượng K bổ sung phù hợp để tăng hiệu quả sử dụng K và hạn chế tác động đến môi trường.
21 - Chất hữu cơ tổng số (Cacbon tổng số)
Chất hữu cơ trong đất là một hỗn thể các sản phẩm sinh ra từ quá trình chuyển hóa hóa học và vi sinh vật học các tàn tích hữu cơ. Chất hữu cơ ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng và năng suất của cây trồng thông qua các đặc tính lý, hóa, sinh của đất như: cung cấp chất đạm, lân, lưu huỳnh và các chất vi lượng một cách từ từ cho cây trồng; góp phần tích trữ dưỡng chất từ phân hóa học; góp phần cải thiện cấu trúc giúp đất trở nên tơi xốp hơn; làm tăng mật độ vi sinh vật trong đất, góp phần kích thích sự nảy mầm của hạt, sự tăng trưởng của cây con, kích thích sự tượng rễ và sự phát triển của rễ, kích thích sự phát triển của chồi thông qua các hoạt tính tương tự IAA, gibberilin, cytokinin có trong mùn hữu cơ.
Chất hữu cơ tổng số bao gồm mùn và các chất hữu cơ khác. Chất mùn bao gồm các axit mùn (axit humic, axit fulvic), hợp chất humin và ulmin chiếm khoảng 85 - 90% chất hữu cơ phân giải. Chất hữu cơ khác là những hợp chất hữu cơ ngoài mùn có cấu tạo đơn giản hơn như: protit, gluxit, lipit, tanin, sáp,… nhóm này chỉ chiếm 10 - 15% chất hữu cơ phân giải nhưng cũng có vai trò rất quan trọng đối với cây trồng. Mặc dù chất hữu cơ đất chỉ chiếm phần nhỏ trong tổng thành phần rắn của đất, nhưng nó là chỉ tiêu số một về độ phì và ảnh hưởng đến nhiều tính chất đất, khả năng cung cấp chất dinh dưỡng và năng lượng chủ yếu trong hệ sinh thái đất.
b) Các kim loại nặng - Đồng (Cu)
Đồng cũng là một nguyên tố dinh dưỡng vi lượng trong đất, nếu hàm lượng Cu vừa phải sẽ góp phần kích thích quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Tuy nhiên, nếu dư thừa Cu thì sẽ gây ngộ độc cho cây trồng vì Cu cản trở rất mạnh đến hoạt động dị hóa của các vi sinh vật trong đất, ngăn cản chu trình tuần hoàn hữu cơ.
Ngộ độc Cu sẽ làm cho cây chậm phát triển, úa lá, ở mức độ cao hơn có thể làm rễ cây ngừng phát triển từ đó dẫn đến các bộ phận khác ngừng phát triển, cây héo nghiêm trọng.
Hàm lượng Cu trong đất cao hay thấp phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như nguồn gốc hình thành đất, các hoạt động sản xuất của con người đưa vào môi trường đất. Hiện nay, hàm lượng Cu trong đất chủ yếu do các hoạt động sản xuất của
22
con người đưa vào môi trường như: nguồn thải từ các ngành công nghiệp hóa chất, luyện kim, đúc đồng,…; nguồn thải từ canh tác nông nghiệp như các loại thuốc chống nấm, thuốc trừ sâu bệnh có gốc đồng, phân bón động vật,…
- Chì (Pb)
Theo các nghiên cứu, hàm lượng Pb nếu ở mức độ thích hợp cũng rất cần thiết cho sự sinh trưởng của sinh vật. Tuy nhiên, chì là kim loại nặng có độc tính cao, đối với động vật và con người, nếu nhiễm độc Pb có thể ảnh hưởng đến tủy xương, nhiễm độc máu, hệ thần kinh, giảm trí thông minh, rối loạn chức năng bài tiết,…; đối với thực vật, một số nghiên cứu chỉ ra rằng, nhiễm độc Pb làm cho cây sinh trưởng chậm, giảm sinh khối thậm chí ngừng sinh trưởng nếu hàm lượng quá cao.
Chì được đưa vào trong môi trường đất bằng nhiều nguồn khác nhau, trong đó những nguồn thường chứa nhiều chì là phân động vật, than, xăng dầu hoặc chất thải từ các nhà sản xuất ắc quy, luyện kim, các khu mỏ, than đá,...
- Cadimi (Cd)
Cd là một trong những kim loại có độc tính cao nhất. Theo Từ điển Bách khoa hóa học, 1996 “Tác hại của Cd đối với con người là rất nghiêm trọng như gây bệnh huyết áp, làm suy thận, phá hủy mô tinh hoàn và các tế bào hồng cầu, gây ung thư,…”. Đối với cây trồng, nếu nhiễm độc Cd sẽ gây ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng nông sản.
Hàm lượng Cd trong đất có từ nhiều nguồn khác nhau. Trong đó, Cd có nguồn gốc tự nhiên trong đá mẹ có hàm lượng thấp thường ở mức 0,2 mg/kg. Nguồn gây độc Cd cho môi trường đất hiện nay chủ yếu được đưa vào từ chất thải của các ngành công nghiệp luyện kim, mạ kim loại, lọc dầu, khai khoáng,… và từ hoạt động canh tác nông nghiệp như bón phân vô cơ, thuốc diệt các loại nấm,…
- Asen (As)
Hàm lượng As nếu nồng độ rất nhỏ được coi là một nguyên tố vi lượng đối với sinh vật, tuy nhiên nếu As tồn tại với hàm lượng lớn cũng sẽ trở thành kim loại có độc tính cao. Theo một số nghiên cứu, As trong cơ thể con người làm giảm sự ngon miệng, giảm cân nặng cơ thể, gây ra các bệnh về dạ dày, ngoài da hoặc thậm chí gây ung thư;
đối với thực vật As có nhiều trong đất sẽ làm cho đất thiếu sắt từ đó làm giảm năng suất, tăng hàm lượng As trong sản phẩm thu hoạch.
23
Trong tự nhiên, As có trong vỏ Trái Đất với hàm lượng nhỏ khoảng 1 - 2 mg/kg.
Hiện nay, As chủ yếu được đưa vào trong môi trường đất từ các nguồn chất thải của các nhà máy thuộc các ngành công nghiệp như: thuộc da, sành sứ, hóa chất, luyện kim,…; hoạt động thâm canh nông nghiệp của con người như bón phân hóa học, sử dụng quá nhiều thuốc trừ sâu cũng làm tăng lượng As trong đất.
- Kẽm (Zn)
Kẽm cũng là một nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật, nếu thiếu Zn sinh vật phát triển chậm, còi cọc. Tuy nhiên, nếu hàm lượng Zn quá cao cũng sẽ trở thành yếu tố gây độc. Con người nếu ngộ độc Zn cấp tính có thể xảy ra tình trạng nôn, buồn nôn, tiêu chảy, kém ăn,…; nếu ngộ độc mãn tính có thể dẫn đến rối loạn hoạt động hệ miễn dịch, tăng bệnh lí về tim mạch,… Các loại cây trồng nếu ngộ độc Zn có thể làm giảm quá trình hấp thu sắt, ngăn cản quá trình phát triển của rẽ cây, gây vàng lá và héo cây.
Kẽm rất phổ biến trong tự nhiên, trong môi trường đất Zn cũng có sẵn trong đá mẹ tuy hàm lượng không lớn. Nguồn gây độc Zn cho môi trường đất hiện nay chủ yếu từ các nguồn thải của các ngành công nghiệp luyện kim, mạ kim loại,…; hoạt động canh tác của con người như bón phân, sử dụng thuốc BVTV,… cũng là một trong những nguyên nhân làm tăng hàm lượng Zn trong đất.
d) Dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật
Dựa vào bản chất hóa học của các loại hóa chất mà thuốc BVTV được phân chia thành các nhóm khác nhau, trong đó có 2 nhóm có khả năng tồn dư cao trong môi trường đất là nhóm Clo hữu cơ và lân hữu cơ.
- Nhóm hợp chất Clo hữu cơ:
Hợp chất Clo hữu cơ thuộc nhóm hóa chất BVTV tổng hợp, các hợp chất của nhóm này bao gồm các hợp chất hữu cơ rất bền vững trong môi trường tự nhiên và có thời gian bán phân hủy rất dài vì vậy hầu hết các loại hóa chất của nhóm này đã bị cấm sự dụng. Trong đó, trong “Công ước Stockholm” về các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy cùng quy định về giảm thiểu và loại bỏ hóa chất bảo vệ thực vật - các hợp chất bị cấm đa số thuộc nhóm Clo hữu cơ. Các hợp chất thuộc nhóm hóa chất Clo hữu cơ điển hình nhất là DDT, Lindan, Endosulfan…
24 - Nhóm Lân hữu cơ:
Nhóm này bao gồm các este đều là dẫn xuất hữu cơ của axit photphoric. Ðây cũng là nhóm hóa chất rất độc với người và động vật, các dấu hiệu của nhiễm độc thuốc BVTV của nhóm này gồm: nhức đầu, choáng váng, mệt mỏi, giảm trí nhớ, thần kinh hoạt động kém, yếu cơ,… Hầu hết các loại hóa chất BVTV trong nhóm này cũng đã bị cấm do độc tính của chúng cao. Các loại hóa chất điển hình của nhóm này gồm:
Trichlorfon, Diazinon, Dimethoate,…
1.1.3.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến môi trường đất và môi trường đất sản xuất nông nghiệp a) Các nhân tố ảnh hưởng đến môi trường đất
Theo nghiên cứu của nhiều nhà khoa học, đất là một hệ thống hở mà trong đó các quá trình tiếp nhận dòng đi vào và đi ra hoạt động. Các hoạt động thêm vào đất, mất khỏi đất, chuyển dịch vị trí trong đất và hoạt động chuyển hóa trong đất xảy ra liên tục. Vì vậy, MT đất cũng có sự thay đổi do tác động của các nhân tố, dựa theo nguồn gốc phát sinh có hai nhóm chính sau:
Các nhân tố có nguồn gốc tự nhiên
Đất là yếu tố tồn tại trong tự nhiên, là kết quả tác động đồng thời của các yếu tố hình thành đất gồm có: đá mẹ, địa hình, khí hậu, sinh vật và thời gian. Vì vậy, các yếu tố trong MT đất chịu tác động của các nhân tố tự nhiên hình thành đất như: đá mẹ cung cấp vật chất vô cơ cho đất (P vô cơ, K vô cơ,…), quyết định thành phần khoáng chất của đất và ảnh hưởng tới thành phần cơ giới, khoáng học và hóa học của đất; khí hậu cung cấp nước và nhiệt độ cho đất, nước mưa quyết định độ ẩm, mức độ rửa trôi, pH của dung dịch đất, ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa các chất dinh dưỡng trong đất; sinh vật cung cấp các chất hữu cơ cho đất (N hữu cơ, P hữu cơ, K hữu cơ,…) đồng thời cung cấp mùn cho đất.
Như vậy, các yếu tố trong MT đất như thành phần cơ giới, độ chua, các hợp chất hữu cơ, vô cơ trong đất,… và sự chuyển hóa của chúng trong đất chịu tác động của các nhân tố tự nhiên.
Các nhân tố có nguồn gốc nhân tạo.
Bên cạnh các nhân tố có nguồn gốc tự nhiên thì con người rất lớn vào môi trường đất làm môi trường đất thay đổi. Các hoạt động sản xuất của con người vào