LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay ô nhiễm KLN trong đất đã trở thành một vấn đề môi trường đáng báo động. Hiện trạng này ngày càng tăng không những đe dọa tới sản xuất nông nghiệp và chất lượng nông sản, mà còn ảnh hưởng gián tiếp tới sức khoẻ con người và động vật thông qua chuỗi thức ăn. Đứng trước những hệ lụy hiện hữu, đã có rất nhiều nỗ lực được tiễn hành dé giải quyết vấn đề này. Trong số đó có những nghiên cứu về “hành vi” của KLN trong môi trường đất, làm tiền đề cho việc tìm ra những phương cách ứng xử thích hợp, ngăn chặn và giảm thiểu những tác động tiêu cực của chúng.
Môi trường đất lúa có đặc thù riêng biệt. Quá trình ngập nước làm giảm mạnh sự trao đôi giữa đất và khí quyên. Trạng thái khử chiếm ưu thế trong đất làm cho tính chất của đất diễn biến theo chiều hướng khác nhiều so với đất ban đầu khi chưa trồng lúa. “Số phận” của các KLN trong đất lúa chịu ảnh hưởng đa chiều từ các mối quan hệ với các tính chất và thành phần luôn biến động của đất.
Vì thế, việc mô phỏng sự di chuyên và biến đổi của các KLN trong HST đặc biệt này là một bài toán khá phức tạp đối với các nhà khoa học. Khi nghiên cứu về khả năng di chuyên của các chất ô nhiễm nói chung và KLN nói riêng trong môi trường đất, mô hình hóa là một công cụ được sử dụng ngày càng phổ biến và dan chứng minh được hiệu quả nhằm đem lại cái nhìn bao quát về động thái của các chất ô nhiễm trong môi trường đất. Dé tài: “Ung dụng mô hình Hydrus — ID để mô phóng sự di chuyển của kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) trong đất lúa xã Đại Ang, huyện Thanh Trì, Hà Nội” được thực hiện với mục đích đánh giá khả năng di chuyền của các KLN này theo chiều sâu phẫu diện và theo thời gian ở đất lúa xã Đại Áng, huyện Thanh Trì, Hà Nội. Đề tài sẽ tiến hành đánh giá các tính chất hóa lý cơ bản của đất nghiên cứu; xác định dạng tồn tại và sự tích lũy KLN (Cu, Pb, Zn) trong đất nghiên cứu; đánh giá khả năng hấp phụ và ảnh hưởng của các thuộc tính đất nghiên cứu đến khả năng di động của KLN (Cu, Pb, Zn); mô hình Hydrus — 1D được sử dụng dé mô phỏng sự phân bố của KLN (Cu, Pb, Zn) theo chiều sâu phẫu diện đất với các điều kiện biên xác định của đất lúa xã Đại Áng, huyện Thanh Trì, Hà Nội.
Kh ơng Minh Ph ợng - KI7CHMT 7 Luận văn tốt nghiệp Khoa Môi Tr ờng CHUONG I. TONG QUAN TÀI LIEU 1. KLN trong môi trường đất 1. Nguồn gốc KLN tôn tại tự nhiên trong đá và khoáng vật trải qua quá trình phong hóa được đưa vào đất.
Nhìn chung, hàm lượng các KLN được đưa vào đất từ quá trình phong hóa tại chỗ đá mẹ là khá thấp. Lượng lớn hơn và ngày càng tăng của một số KLN trong môi trường có nguồn gốc từ các hoạt động nhân tao, chủ yếu là từ các hoạt động công nghiệp và nông nghiệp. Dấu hiệu đầu tiên của sự gia tăng ô nhiễm do con người gây ra được nhận thấy bởi các chỉ số tính toán liên quan đến khả năng 6 nhiễm. Nikiforova va Smirnova (1975) đã tính toán chỉ số “technophility index” thé hiện mối quan hệ giữa mức độ khai khoáng hang năm và hàm lượng trung bình của KLN trong đất.
Kết quả chỉ ra răng Cd, Pb và Hg là những KLN có mức độ ô nhiễm cao nhất. Những nghiên cứu này đã nhắn mạnh khai khoáng là một trong số các nguồn chính tạo ra các KLN có khả năng di động, ngoài ra còn có rất nhiều hoạt động nhân tạo khác đưa KLN vao hệ thống đất — cây trồng. Cambell và cộng sự (1983) so sánh hàm lượng KLN được tạo ra từ các nguồn tự nhiên với các nguồn nhân tạo và chỉ ra rằng các hoạt động của con người đã tao ra một lượng KLN lớn hon nhiều lần so với các nguồn tự nhiên, cụ thé là gấp xấp xi 15 lần đối với Cd, 100 lần đối với Pb, 13 lần đối với Cu và 21 lần đối với Zn. Chắc chắn rang sự “dư thừa” của các nguồn KLN nay trong môi trường sẽ tạo ra những tác động tiêu cực đến môi trường và HST.
Sự dư thừa này có thê gây độc cho môi trường hay không phụ thuộc vào: (¡) tính chất vật lý và hóa học của đất, ví dụ như độ chua, điều kiện ngập nước, sự có mặt của khoáng sét, oxit Fe — Mn và các hợp chất hữu cơ của đất.; (ii) địa hình và các yếu tố thủy văn: các yếu tố này không chỉ làm thay đổi hàm lượng chat ô nhiễm tại vị trí bị tác động mà còn có thê vận chuyền các chất ô nhiễm từ nơi chúng được giải phóng ra đến những nơi khác; va (iii) khu hệ VSV với vai trò hấp thụ và chuyền hóa các KLN trong đất va HST. Nguồn phong hóa khoáng vật KLN tích lũy cục bộ trong đất phụ thuộc vào sự phong hóa tại chỗ của khoáng vật. Đá magma và biến chất là nguồn tự nhiên phổ biến nhất của KLN trong Kh ong Minh Ph ong —- K17CHMT Luận văn tốt nghiệp Khoa Môi Tr ờng đất, chúng được cho là chiếm khoảng 95% vỏ trái đất, còn đá trầm tích chiếm khoảng 5%. Trong các đá trầm tích thì 80% là đá phiến sét, 15% là đá cát kết và 5% là đá vôi (Mitchell, 1964).
Các dạng linh động của KLN trong hệ thống đất — cây trồng và các vòng tuần hoàn của chúng trong HST phụ thuộc vào khả năng phong hóa đá có dé dang hay không. Đá cát kết là hợp chất của khoáng vật khó bị phong hóa do vậy đóng góp ít nhất lượng KLNở trong đất. Nếu đá mẹ là đá bazơ phun trào thì có tiềm năng đóng góp một lượng lớn Cr, Mn, Co và Ni vào đất. Trong số các loại đá mẹ tram tích thì đá phiến sét là loại có tiềm năng đóng góp lượng lớn Cr, Co, Ni, Zn và Pb (bảng 3).
Mức độ phong hóa sẽ xác định khả năng giải phóng các kim loại này vào trong đất. Ví dụ như có rất nhiều khoáng vật chứa KLN rất khó hòa tan và rất bền với phong hóa vẫn có thể giải phóng ra một lượng lớn KLN ở đất nhiệt đới, nơi có chế độ phong hóa lâu dài và mạnh mẽ. Nguồn KLN từ khí quyển Lịch sử của việc ô nhiễm KLN từ khí quyên ở Tây bắc châu Âu và Bắc Mỹ đã được ước tính từ các nghiên cứu địa hóa than bùn đầm lầy và bùn lòng hồ. Sự lan rộng của ô nhiễm đã được chứng minh bằng những nghiên cứu trên băng ở các vùng cực (Levitt, 1988).
Tác động làm ô nhiễm KLN của các khu vực nấu luyện kim loại kế từ 2000 năm trước ở Thung lũng Gordano, Tây bắc nước Anh đã được xác nhận trong các nghiên cứu trên than bùn của Martin và cộng sự (1979). Sự ô nhiễm này được khăng định có liên quan đến nhà máy luyện kim Roman. Nhiều khu vực ở châu Âu, sự gia tăng mạnh mẽ của việc tích lũy kim loại từ nguồn khí quyền đã xuất hiện từ khoảng 200 năm trước. Ở Bắc Mỹ, bằng chứng về sự ô nhiễm KLN từ khí quyên xuất hiện gần đây hơn, khoảng 80 — 100 năm trước (Norton, 1986).
Các sol kim loại có đường kính khác nhau được giải phóng vào khí quyền từ mặt đất, sau đó được khuếch tán lên cao. Các phần tử kim loại lớn nhất rơi xuống đất dưới dạng kết tủa khô. Mưa mang phan kim loại hòa tan từ khí quyên đưới dang lắng đọng ướt. Lắng đọng ướt được biết đến là quá trình lắng đọng chủ yếu đưa KLN vào đất.
Ngoài ra, KLN có thể xâm nhập vào dat từ lắng đọng khí quyên dưới dạng sương, mù. Các nghiên cứu về sự lan truyền trong khí quyền của KLN đã chỉ Kh ơng Minh Ph ợng - KI7CHMT 9 Luận văn tốt nghiệp Khoa Môi Tr ờng ra rằng KLN có thé di chuyển với một khoảng cách khá xa tính từ nguồn phat thải (Pacyna và nnk, 1984). Ở khoảng cách càng gần với điểm phát thải thì hàm lượng KLN sẽ càng lớn. Sự nhiễm ban KLN xuất hiện ở xung quanh các khu vực luyện kim có thê ảnh hưởng lên cả một vùng rộng lớn.
Sự xâm nhập của KLN vào trong đất bởi lắng đọng khí quyền cũng có thé xuất phat từ các nguyên nhân tự nhiên. Hoạt động của núi lửa có thé đưa vào khí quyên một lượng khá lớn KLN, đặc biệt là Hg, Pb và Ni. Tuy vậy, rõ ràng hàm lượng KLN trong khí quyên được đưa vào chủ yếu từ các nguồn nhân tạo như hoạt động đốt, thiêu, khai khoảng và luyện kim. Một tỷ lệ lớn (22,1%) Cd thâm nhập vào đất thông qua lắng đọng khí quyền xuất phát chủ yếu từ các hoạt động khai khoáng (Nriagu và Pacyna, 1988).
Bên cạnh khai khoáng, khí thải xe cộ cũng được coi là một nguồn thải gây ô nhiễm KLN trong khí quyền. Lindberg và Harriss (1989) báo cáo rằng tông hàm lượng Pb lắng đọng từ khí quyền năm trong khoảng từ 3,1 + 31 mg/m”/năm ở các vùng nông thôn đến khoảng 27 + 140 mg/m/năm ở các vùng đô thị và công nghiệp. Hàm lượng Pb trung bình ở đất ven đường tăng lên là do việc sử dụng xăng pha chì với sự phát thải toàn cầu được ước tính bởi Pacyna (1986) trong khoảng 176. Nguồn bồ sung từ hoạt động nông nghiệp Bón phân vô cơ, phân hữu cơ, bùn thải, thuốc trừ sâu, nước tưới.
đều có thể cung cấp KLN với hàm lượng gây độc vào đất. Có thé ban đầu sự bé sung này chưa đem lại một lượng đủ cao dé gây độc ngay lập tức, nhưng nếu những ứng dụng này được lặp đi lặp lại trong một thời gian dai thì cuối cùng cũng sẽ đạt tới mức gây độc cho HST đất. Hàm lượng tiêu biểu của một vài KLN có trong một số nguồn bồ sung trong nông nghiệp được liệt kê ở bảng 1. Kh ơng Minh Ph ợng - KI7CHMT J0 Luận văn tốt nghiệp Khoa Môi Tr ờng Bang 1.
Hàm lượng KLN trong một số nguôn bổ sung trong nông nghiệp (ug/g) Các .