II. Ảnh hưởng của phân bón tới môi trường đất
c. nhiễm nguyên tố vi lượng
Các nguyên tố vi lượng thuộc nhóm các chất có hoạt tính sinh hóa, có tác dụng trực tiếp với các cơ thể sống. Hiểm họa của sự ô nhiễm bới dạng ít di động của các hợp chất của các nguyên tố có hoạt tính sinh học tăng lên khi hàm lượng mùn trong đất cao và khả năng hấp phụ của đất cao. Sự tích tụ của các dạng này trong đất có thể của các quá trình sau:
- Sự thay thế đồng hình trong các mạng khoáng sét
33 - Cộng kết với các oxit và và hidroxit mới kết tủa, đặc biệt là Fe
- Tạo thành các hợp chất phức cơ kim ít linh động Ô nhiễm kim loại nặng:
Khi nghiên cứu về hàm lượng kim loại nặng trong đất và rau muống ở Thanh Trì, tác giả Vũ Quyết Thắng (1998) đã cho thấy hàm lượng trung bình của kim loại nặng trong đất đều cao hơn trong rau muống từ 2 - 6 lần, sự tích luỹ kim loại nặng có thể đạt đến mức tồn dư trong rau muống có thể cao hơn ở trong đất.
Theo tác giả Phạm Quang Hà (2002) hàm lượng Cd trung bình trong đất phù sa vùng Thanh Trì là 0,81 mg /kg. Mẫu đất thuộc vùng trũng Đầm Sét (Yên Sở) có hàm lượng Cd cao hơn hẳn (1,06 mg/kg), đặc biệt lượng Cd trong mẫu bùn cao gấp gần 5 lần (4,19 mg/kg) so với đất nông nghiệp vùng lân cận.
Nguyễn Đình Mạnh (2003), khi điều tra hiện trạng môi trường đất nông nghiệp khu vực ngoại thành Hà Nội (Gia Lâm, Đông Anh, Thanh Trì) đã kết luận về hàm lượng các kim loại nặng trong đất như sau:
Huyện Thanh Trì: bị nhiễm bẩn nhiều nhất, điển hình là các khu vực xã Lĩnh Nam, Thanh Liệt, Đại ánh, Ngọc Hồi với hai yếu tố Hg, Pb. Yên Sở nhiễm bẩn Hg, Pb, Cd ở mức nhẹ. Các khu vực Vạn Phúc, Yên Mỹ, Liên Ninh, Tứ Hiệp, Hoàng Liệt, Thanh Trì, Tam Hiệp nhiễm bẩn 1 yếu tố Hg.
Huyện Gia Lâm: đất khá sạch, rải rác có nhiễm bẩn Hg (Đông Dư, Thạch Bàn, Kim Sơn, Dương Xá, Phú Thị, Lệ Chi, Đặng Xá) đáng chú ý là tại Dốc Lời, Dương Xá nhiễm Hg đến 5 ppm. Nhiễm bẩn Pb, Cd ít nơi xảy ra.
Kim loại nặng có xu hướng tích lũy trong đất, đặc biệt ở lớp đất gần bề mặt. Do vậy, mức độ độc hại về lâu dài phải được chú ý đến. Tính độc của kim loại nặng biểu hiện ở chỗ gây nên sự sụt giảm số lượng và sự đa dạng của vi sinh vật đất, ảnh hưởng lên vi sinh vật có lợi cho đất (ví dụ vi sinh vật cải thiện sự hô hấp của đất, phân hủy chất hữu cơ,
34 cố định nitơ…). Kim loại nặng còn có tác dụng gián tiếp làm giảm sự phân hủy thuốc trừ sâu và những chất hữu cơ khác thông qua việc tiêu diệt các loại vi khuẩn và nấm mà trong điều kiện bình thường, sẽ chịu trách nhiệm phân giải các chất nguy hại này (Silsoe Research Institute, 2003).
(nguồn: SSLRC, National soil inventory - MAFF project, University of Reading)
Hình 10. Sự tích tụ một số kim loại nặng trong đất
Bảng 8. Hàm lượng các kim loại nặng trong một số phân bón thông thường (mg/kg)
Nguyên tố Bùn thải sinh hoạt Phân chuồng
Phân lân Vôi Phân
đạm As 2 – 26 3 – 25 2 – 1200 0.1 – 24 2.2 – 120 Cd 2 – 1500 0.3 – 0.8 0.1 – 170 0.04 – 0.1 0.05 – 8.5 Cr 20 – 40600 5.2 – 55 66 – 245 10 – 15 3.2 – 19 Co 2 – 260 0.3 – 24 1 – 12 0.4 – 3 5.4 – 12 Cu 5 – 3300 2 – 60 1 – 300 2 – 125 <1 – 15 Hg 0.1 – 55 0.09 – 0.2 0.01 – 1.2 0.05 0.3 – 2.9
35 Ni 16 – 5300 7.8 – 30 7 – 38 10 – 20 7 – 34
Pb 50 – 3000 6.6 – 15 7 – 225 20 – 1250 2 – 27 Zn 700 – 49000 15 – 250 50 – 1450 10 – 450 1 – 42
Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất cũng có thể gây ra bởi việc sử dụng phân bón hữu cơ. Ví dụ, việc cho thêm kẽm vào thức ăn công nghiệp cho gia súc nhằm phòng bệnh và tăng khả năng tiêu hóa cũng được xem là yếu tố gây nên sự ô nhiễm kim loại nặng cho môi trường cần được quan tâm. Người trồng rau phần lớn đều sử dụng phân chuồng từ heo, gà, trong khi đó những gia súc gia cầm này được nuôi từ thức ăn tổng hợp là khá phổ biến. Thức ăn dạng này có nhiều khoáng vi lượng. Hàm lượng kim loại nặng trong phân sẽ xâm nhập vào đất trồng và tồn lưu trong các loại nông sản đặc biệt là đối với các loại rau ăn lá như cải ngọt, cải xanh, xà lách.
Hàm lượng kim loại nặng trong bùn thải sinh hoạt là cao nhất. Phân chuồng chứa kim loại nặng ở mức là nguồn cung cấp dinh dưỡng vi lượng cho cây. Với phân lân, đặc biệt là supe lân có chứa một lượng kim loại nặng nhất định, chủ yếu là Cd nhưng lượng sử dụng chưa cao nên nguy cơ ô nhiễm đất và nông sản bởi Cd là chưa có.
Ngoài ra, quá trình sản xuất phân hóa học bằng nguyên liệu không tinh khiết có thể đem lại một số nguyên tố có hại. Ví dụ, công nghiệp sản xuất phân lân liên tục với số lượng nhiều sẽ làm tăng hàm lượng các nguyên tố As, Cd,.. trong đất. Nếu sử dụng phân đạm dạng cyanamit canxi (CaCN2) có thể tồn lưu trong đất gây hại cho cây trồng.
Các kim loại độc hại có thể tồn tại trong đất dưới nhiều dạng khác nhau, (hấp phụ, liên kết) với các hợp chất hữu cơ, vô cơ hoặc tạo thành các chất phức hợp (chelat). Khả năng dễ tiêu của chúng đối với thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: pH, khả năng trao đổi cation (CEC) và sự phụ thuộc lẫn ngau vào các kim loại khác. Các đất có CEC cao, chúng bị giữ lại nhiều trên các phức hệ hấp phụ. Các kim loại nặng có khả năng linh động lớn ở đất chua (pH < 5,5). Do đó, việc sử dụng phân bón hóa học có độ chua sinh lí
36 sẽ góp phần đẩy nhanh việc chua hóa đất, khiến cho các kim loại nặng trở nên linh động hơn. Các kim loại nặng được tích luỹ trong các cơ thể sinh vật theo các chuỗi thức ăn và nước uống.
Một số kim loại nặng như Pb, Cd, Hg...khi được cơ thể hấp thụ chúng sẽ làm mất hoạt tính của nhiều enzym. Kim loại nặng ở dạng liên kết có tính độc cao hơn so với dạng tự do. Trong cơ thể có một lượng Pb lớn vượt ngưỡng cho phép thì sẽ gây độc. Khi bị nhiễm độc Pb đối với trẻ em làm cơ thể chậm lớn, trí tuệ kém phát triển; người lớn làm tăng huyết áp, suy tim; phụ nữ dễ xảy thai, phá hỏng chức năng gan thận, gây thiếu máu do thiếu hụt hemoglobin, góp phần hình thành khối u trong phổi và thận. Nguyên nhân chủ yếu làm Cd có tính độc là do nó có khả năng thay thế Zn trong một số enzym gây rối loạn quá trình trao đổi chất khoáng, trao đổi gluxit và làm rối loạn quá trình sinh tổng hợp protein. Cd xâm nhập vào cơ thể chủ yếu được giữ lại ở thận ảnh hưởng đến chức năng thẩm thấu của ống thận, nó được xếp vào nhóm có thể gây ung thư đường hô hấp như phổi, thủng vách ngăn mũi.
Bảng 10. Tác động của một số kim loại nặng đối với Đ-TV
Nguyên tố Đặc điểm chung
As Độc đối với TV trước độc đối với ĐV, có thể gây ung thư Cd Phạm vi thích ứng hẹp, được làm giàu trong chuỗi thức
ăn, gây ung thư, bệnh itai-itai
Co Tương đối không độc, hệ số làm giàu cao, gây ung thư Cr Cr4+ rất độc, dạng khác tương đối không độc, gây ung thư Cu Dễ dàng tạo phức trong đất, pham vị thích ứng hẹp đối
với TV
Hg Được làm giàu trong chuỗi thức ăn, tích tụ trong nước, gây bệnh minamata
37 Pb Khuếch tán trong không khí và lắng đọng trên bề mặt sơ
khai
Zn Phạm vi thích ứng rộng, dễ tạo phức trong đất, có thể thiếu trong một số đồ ăn, tương đối không độc
Các halogen:
Trong số các halogen chỉ có clo là ở dạng đa lượng trong đất còn flo và iod là những nguyên tố vi lượng quan trọng. Đáng chú ý trong những năm gần đây là flo, lượng dư flo trong đất có ảnh hưởng độc đến động vật ăn cỏ. Sản xuất và sử dụng phân lân là một nguồn đưa flo vào đất. Hàng năm, việc sử dụng phân lân đưa vào trong đất 15-20kg F/ha. Ở những vùng đất ô nhiễm nhất hàm lượng flo có thể đạt đến 1000-2000mg/kg đất. Nồng độ florua trong đất cao làm thay đổi các tính chất hóa học của đất. Dưới ảnh hưởng của florua, độ axit giảm xuống, lượng các chất hữu cơ tan trong nước tăng lên, thế oxi hóa giảm xuống, xảy ra sự huy động các hợp chất của Fe và Mn. Tất cả những điều này ảnh hưởng không tốt đến các chỉ số hoạt tính sinh học của đất.
Ngoài flo, clo cũng là một chất cần thiết cho cây trồng. Tuy nhiên, nồng độ Cl- quá cao sẽ gây độc cho thực vật và động vật.