Luận văn thạc sĩ hus nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến sự linh động và tích lũy đồng trong đất trồng cam cao phong hòa bình

Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự linh động và tích lũy đồng trong đất trồng cam Cao Phong, Hòa Bình. Tìm hiểu và ứng dụng trong nông nghiệp.

• Tác giả: Huỳnh Thị Hoài Hương
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thị Tuyết Thu
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Một Số Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Sự Linh Động Và Tích Lũy Đồng Trong Đất Trồng Cam Cao Phong, Hòa Bình
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về đồng trong môi trường đất
• 1.1.1. Đặc điểm hóa học, nguồn gốc và dạng tồn tại của đồng trong đất
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ảnh hưởng của đồng trong đất trồng cam

Nghiên cứu về sự linh động và tích lũy đồng trong đất trồng cam Cao Phong, Hòa Bình là một vấn đề quan trọng trong nông nghiệp hiện đại. Đồng (Cu) là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự phát triển của cây trồng, nhưng khi tích lũy quá mức, nó có thể gây ra ô nhiễm nghiêm trọng. Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến sự linh động và tích lũy đồng trong đất sẽ giúp cải thiện chất lượng đất và năng suất cây trồng.

1.1. Đặc điểm hóa học và nguồn gốc của đồng trong đất

Đồng tồn tại trong đất dưới nhiều dạng khác nhau, bao gồm dạng hòa tan, liên kết với chất hữu cơ và các oxit kim loại. Nguồn gốc của đồng trong đất chủ yếu đến từ các hoạt động nông nghiệp và công nghiệp, như sử dụng phân bón và hóa chất bảo vệ thực vật.

1.2. Tình trạng ô nhiễm đồng trong đất trồng cam

Tình trạng ô nhiễm đồng trong đất trồng cam Cao Phong đã được ghi nhận với hàm lượng Cu cao hơn mức cho phép. Việc lạm dụng hóa chất chứa đồng trong nông nghiệp đã dẫn đến sự tích lũy đồng trong đất, ảnh hưởng đến sức khỏe cây trồng và con người.

II. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự linh động của đồng trong đất trồng cam

Sự linh động của đồng trong đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như pH, hàm lượng chất hữu cơ, và sự hiện diện của các ion khác. Những yếu tố này có thể làm tăng hoặc giảm khả năng hấp thụ đồng của cây trồng.

2.1. Ảnh hưởng của pH đến sự linh động của đồng

pH của đất có ảnh hưởng lớn đến sự hòa tan và khả năng hấp thụ đồng. Đất có pH thấp thường làm tăng tính linh động của đồng, trong khi pH cao có thể làm giảm khả năng này.

2.2. Vai trò của chất hữu cơ trong việc điều chỉnh đồng

Chất hữu cơ trong đất có khả năng liên kết với đồng, làm tăng tính linh động của nó. Sự hiện diện của các axit hữu cơ như axit humic và fulvic có thể cải thiện khả năng hấp thụ đồng của cây trồng.

III. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến đồng trong đất

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp điều tra thực địa và phân tích mẫu đất để đánh giá sự linh động và tích lũy đồng. Các mẫu đất được lấy từ các vườn cam khác nhau để so sánh và phân tích.

3.1. Phương pháp lấy mẫu đất và phân tích

Mẫu đất được lấy từ các độ sâu khác nhau trong phẫu diện đất để đánh giá sự phân bố của đồng. Phân tích hóa học được thực hiện để xác định hàm lượng đồng và các yếu tố liên quan.

3.2. Phương pháp khảo sát thực địa

Khảo sát thực địa giúp thu thập thông tin về điều kiện canh tác, loại phân bón sử dụng và các yếu tố môi trường khác ảnh hưởng đến sự tích lũy đồng trong đất.

IV. Kết quả nghiên cứu về sự tích lũy đồng trong đất trồng cam

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự tích lũy đồng trong đất trồng cam Cao Phong có sự khác biệt rõ rệt giữa các vườn. Các yếu tố như pH, hàm lượng chất hữu cơ và loại phân bón sử dụng đều có ảnh hưởng đến hàm lượng đồng trong đất.

4.1. Hàm lượng đồng trong các phẫu diện đất

Hàm lượng đồng trong các phẫu diện đất nghiên cứu dao động từ 114 đến 183 ppm, cho thấy sự tích lũy đồng có thể gây ô nhiễm trong tương lai nếu không có biện pháp kiểm soát.

4.2. Mối quan hệ giữa các yếu tố đất và đồng

Nghiên cứu chỉ ra rằng có mối quan hệ chặt chẽ giữa pH, hàm lượng chất hữu cơ và sự linh động của đồng trong đất. Điều này cho thấy cần có các biện pháp quản lý đất hợp lý để giảm thiểu ô nhiễm đồng.

V. Giải pháp giảm thiểu ô nhiễm đồng trong đất trồng cam

Để giảm thiểu ô nhiễm đồng trong đất trồng cam, cần áp dụng các biện pháp quản lý dinh dưỡng hợp lý và sử dụng các loại phân bón an toàn hơn. Việc cải thiện chất lượng đất cũng là một yếu tố quan trọng.

5.1. Biện pháp quản lý dinh dưỡng cây trồng

Sử dụng phân bón hữu cơ và giảm thiểu hóa chất chứa đồng trong nông nghiệp sẽ giúp cải thiện chất lượng đất và giảm thiểu ô nhiễm đồng.

5.2. Cải thiện chất lượng đất trồng cam

Cải thiện chất lượng đất thông qua việc bổ sung chất hữu cơ và điều chỉnh pH sẽ giúp tăng cường khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cây trồng và giảm thiểu sự tích lũy đồng.

VI. Kết luận và triển vọng nghiên cứu về đồng trong đất trồng cam

Nghiên cứu về sự linh động và tích lũy đồng trong đất trồng cam Cao Phong đã chỉ ra rằng cần có các biện pháp quản lý hợp lý để bảo vệ sức khỏe cây trồng và con người. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc phát triển các phương pháp bền vững trong nông nghiệp.

6.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu về đồng trong nông nghiệp

Nghiên cứu về đồng không chỉ giúp cải thiện năng suất cây trồng mà còn bảo vệ sức khỏe con người và môi trường. Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến đồng trong đất là rất cần thiết.

6.2. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc phát triển các giải pháp bền vững để quản lý ô nhiễm đồng trong đất, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm nông nghiệp và bảo vệ môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo thống kê từ Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, diện tích cây có múi tại Việt Nam đạt khoảng 221,6 nghìn ha vào năm 2017, trong đó vùng chuyên canh cam quýt chiếm tới 112,6 nghìn ha với sản lượng trên 948 nghìn tấn. Tại huyện Cao Phong, tỉnh Hòa Bình, cây cam đóng vai trò kinh tế chủ lực với diện tích tăng trưởng từ 558 ha năm 2010 lên tới 3.015 ha vào tháng 6 năm 2018. Tuy nhiên, phương thức canh tác độc canh kéo dài từ 15 đến 25 năm cùng việc lạm dụng hóa chất bảo vệ thực vật gốc đồng như Epolists 85WP, Norshield 86.2 WG và Zisento 77 WP để phòng trừ bệnh sẹo, loét lá đã dẫn đến tình trạng tích tụ kim loại nặng nghiêm trọng trong môi trường đất.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm tập trung vào việc đánh giá sự tích lũy, quy luật phân bố theo chiều sâu và các yếu tố ảnh hưởng đến độ linh động sinh học của đồng trong đất nâu vàng phát triển trên đá macma trung tính. Mục tiêu cụ thể của luận văn là phân tích hiện trạng ô nhiễm, xác định các dạng tồn tại hóa học của đồng theo độ sâu phẫu diện đất từ 0 đến 100 cm tại các vườn cam 5 năm, 9 năm và 17 năm tuổi, đồng thời thử nghiệm tác động của các axit hữu cơ và ion photphat đến khả năng giải hấp kim loại. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại thị trấn Cao Phong trong giai đoạn từ tháng 3 năm 2017 đến tháng 12 năm 2018. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện qua việc lượng hóa hệ số ô nhiễm K vượt ngưỡng an toàn từ 1,2 đến gần 2,0 lần so với quy chuẩn quốc gia QCVN 03-MT:2015/BTNMT (ngưỡng 100 ppm), cung cấp cơ sở dữ liệu xác thực để kiểm soát suy thoái đất và bảo vệ chất lượng vùng chỉ dẫn địa lý cam Cao Phong.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên ba trụ cột lý thuyết chuyên sâu:

Thứ nhất, thuyết phân đoạn địa hóa kim loại nặng và cân bằng chuyển hóa pha trong thổ nhưỡng, luận giải cách thức kim loại chuyển dịch giữa dung dịch đất, bề mặt keo và mạng lưới tinh thể khoáng.

Thứ hai, thuyết phức chất cơ kim và cơ chế tạo phức chelat vòng càng giữa cation kim loại chuyển tiếp với các phối tử hữu cơ tự nhiên, giải thích vai trò của axit hữu cơ phân tử thấp và axit mùn cao phân tử.

Thứ ba, thuyết hấp phụ bề mặt và trao đổi ion, mô tả động thái tương tác giữa cation đồng hóa trị hai với phức hệ keo sét, oxit sắt, oxit nhôm và các anion vô cơ.

Các khái niệm chính được định lượng xuyên suốt bao gồm:

• Đồng tổng số: Toàn bộ lượng kim loại đồng tồn tại trong đất, bao gồm cả pha liên kết silicat trơ.
• Đồng linh động: Phân đoạn đồng dễ trao đổi, hòa tan và có khả năng hấp thu trực tiếp vào hệ rễ thực vật.
• Phân đoạn hóa học: Trạng thái liên kết của đồng chia thành 6 dạng F1 đến F6 theo độ bền nhiệt động học.
• Hệ số ô nhiễm: Tỷ số giữa hàm lượng thực tế và ngưỡng giới hạn cho phép theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.
• Dung lượng đệm hấp phụ: Khả năng của đất giữ lại ion kim loại nhằm chống lại sự gia tăng nồng độ tự do trong pha lỏng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được thu thập thông qua khảo sát thực địa kết hợp phân tích phòng thí nghiệm trên 30 mẫu đất đại diện lấy từ 3 phẫu diện đất với độ sâu từ 0 đến 100 cm (bước lấy mẫu 10 cm mỗi tầng) tại các vườn cam 5 năm, 9 năm và 17 năm tuổi. Phương pháp chọn mẫu theo phẫu diện di truyền thổ nhưỡng được áp dụng nhằm phản ánh chính xác lịch sử tích lũy hóa chất và sự di chuyển thẳng đứng của kim loại qua các tầng đất.

Các phương pháp phân tích chuyên sâu bao gồm:

• Phân tích đồng tổng số bằng phương pháp phát xạ tia X cảm ứng hạt tích điện (PIXE) trên máy gia tốc 5 SDH-2 Pelletron tại Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Lý do lựa chọn là phương pháp này cho độ nhạy cực cao ở cấp độ ppm mà không làm phá hủy cấu trúc nền mẫu.
• Phân tích đồng linh động chiết bằng dung dịch đệm CH3COONH4 kết hợp EDTA 0,5N ở pH 4,65, đo trên hệ thống quang phổ phát xạ plasma cảm ứng cao tần ICP-OES PerkinElmer 7300 V-ICP nhằm đánh giá chính xác phần độc chất có hoạt tính sinh học.
• Quy trình chiết liên tục 6 bước cải tiến theo Salbu để tách biệt: phân đoạn hòa tan trong nước (F1), trao đổi (F2), liên kết cacbonat (F3), liên kết oxit Fe-Mn vô định hình (F4), liên kết hợp chất hữu cơ (F5) và dạng cặn dư khoáng vật (F6).
• Thí nghiệm mẻ (Batch equilibrium) được tiến hành trên mẫu đất tầng mặt 0 đến 40 cm của vườn cam 17 năm tuổi (pHKCl 5,7; chất hữu cơ 4,31%; sét vật lý 55,3%; đồng tổng số 194,9 ppm; đồng linh động 75,8 ppm) với các dung dịch axit humic (0 đến 20 mg/L), axit citric (0 đến 12 mM), EDTA (0 đến 5 mM) và photphat (0 đến 100 mg P/kg). Toàn bộ nghiên cứu hoàn thành trong chu kỳ 22 tháng từ tháng 3 năm 2017 đến tháng 12 năm 2018 với 3 lần lặp lại thống kê.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, mức độ tích lũy đồng trong đất tỷ lệ thuận với tuổi thọ vườn cam và tập trung cao độ ở tầng đất mặt từ 0 đến 40 cm. Tại vườn cam Xã Đoài 17 năm tuổi, hàm lượng đồng tổng số ở lớp đất mặt đạt 194,9 ppm, vượt 1,95 lần so với ngưỡng giới hạn 100 ppm của QCVN 03-MT:2015/BTNMT. Hàm lượng đồng linh động đạt tới 75,8 ppm, cao gấp hơn 7,5 lần ngưỡng cảnh báo ô nhiễm trung bình theo thang đánh giá quốc tế của Obukhov (10 ppm). Tại vườn 9 năm tuổi, hàm lượng đồng tổng số đạt khoảng 150 đến 160 ppm, và ở vườn 5 năm tuổi dao động từ 120 đến 130 ppm.

Thứ hai, cấu trúc phân bố các dạng tồn tại của đồng có sự dịch chuyển rõ rệt theo chiều sâu phẫu diện. Ở tầng đất canh tác từ 0 đến 30 cm, dạng liên kết hữu cơ (F5) và liên kết oxit sắt mangan (F4) chiếm ưu thế áp đảo với tỷ lệ mỗi dạng khoảng 28% đến 35% tổng lượng đồng, trong khi dạng hòa tan (F1) và trao đổi (F2) chiếm từ 3% đến 5%. Ngược lại, tại tầng đất sâu từ 70 đến 100 cm, dạng trơ cặn dư (F6) chiếm tới 85% đến 92%, phản ánh đồng nguồn gốc nhân tạo chưa bị rửa trôi mạnh xuống mạch nước ngầm.

Thứ ba, các axit hữu cơ phân tử thấp và chất tạo phức kích thích mạnh mẽ khả năng giải hấp đồng. Khi bổ sung axit citric ở nồng độ từ 8 đến 12 mM hoặc EDTA từ 2 đến 5 mM, lượng đồng hòa tan phóng thích vào dung dịch đất tăng từ 45% đến hơn 78% so với đối chứng do phản ứng tạo phức chelat tan. Ngược lại, việc bổ sung axit humic ở dải nồng độ từ 10 đến 20 mg/L làm tăng khả năng cố định kim loại trên phức hệ keo, kéo giảm hàm lượng đồng tự do trong pha lỏng khoảng 20% đến 35%.

Thứ tư, ion photphat thể hiện vai trò cố định hóa học vượt trội. Khi bổ sung photphat ở mức 50 đến 100 mg P/kg đất trên nền đất nhiễm đồng từ 100 đến 300 ppm, hiệu suất hấp phụ đồng tăng thêm từ 32% lên 58%, giúp giảm thiểu đáng kể lượng cation tự do gây độc cho rễ cây.

Thảo luận kết quả

Sự tích lũy nghiêm trọng của đồng bắt nguồn trực tiếp từ việc phun xịt định kỳ các loại thuốc bảo vệ thực vật gốc đồng với liều lượng từ 8 đến 15 kg hoạt chất Cu/ha mỗi năm. Đất đồi Cao Phong có hàm lượng sét cao (55,3%) kết hợp oxit sắt hoạt tính (5,20 g/kg) và nhôm tự do (1,57 g/kg) tạo nên lực hấp phụ tĩnh điện và liên kết phối trí rất mạnh, giữ chặt ion đồng ở lớp đất mặt 0 đến 30 cm và cản trở sự rửa trôi tự nhiên.

Dữ liệu phân bố thẳng đứng của các phân đoạn đồng có thể được minh họa trực quan thông qua biểu đồ cột chồng tỷ lệ phần trăm các dạng F1 đến F6 theo từng lớp sâu 10 cm, thể hiện sự thu hẹp dần của các dạng F4, F5 và sự mở rộng tuyệt đối của dạng F6 ở đáy phẫu diện. Đồng thời, mối tương quan giữa pH đất, hàm lượng chất hữu cơ với nồng độ đồng linh động được thể hiện tối ưu qua đồ thị hồi quy tuyến tính hai trục, minh chứng rõ ràng rằng độ chua đất (pHKCl giảm xuống dưới 5,0) là tác nhân chính giải phóng đồng trao đổi ra dung dịch đất.

So sánh với các vùng thâm canh khác, mức độ tích lũy đồng tại Cao Phong (194,9 ppm) tương đồng với đất chuyên canh hoa tại Tây Tựu (khoảng 140 đến 216 ppm), thấp hơn đất trồng chè lâu năm tại Tân Cương (lên đến 545 ppm) và đất vườn nho châu Âu (khoảng 1000 đến 3000 ppm), nhưng đã vượt xa ngưỡng an toàn sinh thái cho cây ăn quả có múi.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm, bốn nhóm giải pháp kỹ thuật đồng bộ được đề xuất nhằm kiểm soát và xử lý đất ô nhiễm đồng:

Thứ nhất, cắt giảm và thay thế hóa chất bảo vệ thực vật gốc đồng. Cần giảm ngay từ 60% đến 70% tần suất sử dụng các thuốc Booc-đô, Norshield, Epolists trong vòng 12 đến 24 tháng tới, thay thế bằng các chế phẩm sinh học đối kháng nấm như Trichoderma spp. và chế phẩm nano bạc nhằm chấm dứt nguồn bổ sung đồng ngoại lai vào đất. Đơn vị thực hiện: Trạm Trồng trọt và Bảo vệ thực vật huyện Cao Phong cùng các tổ hợp tác sản xuất cam.

Thứ hai, kiểm soát độ chua và cố định hóa học bằng vôi nông nghiệp và phân bón photphat. Thực hiện bón vôi với lượng từ 1,5 đến 2,0 tấn CaCO3/ha/năm để nâng pH đất từ mức 5,7 lên 6,2 đến 6,5, kết hợp bón lót phân lân supe photphat từ 80 đến 120 kg P2O5/ha nhằm thúc đẩy tạo kết tủa đồng photphat không tan, mục tiêu kéo giảm từ 40% đến 50% lượng đồng linh động trong vòng 6 đến 12 tháng. Chủ thể thực hiện: Các chủ trang trại và hộ nông dân canh tác.

Thứ ba, tăng cường bổ sung hợp chất mùn cao phân tử và axit humic. Định kỳ bón từ 15 đến 20 tấn phân chuồng ủ hoai mục hoặc phân hữu cơ vi sinh giàu axit humic mỗi hecta mỗi năm để nâng hàm lượng chất hữu cơ đất vượt ngưỡng 4,5%, chuyển dịch ion đồng tự do sang dạng liên kết chelat hữu cơ bền vững F5 kém linh động. Thời gian triển khai liên tục trong chu kỳ 3 đến 5 năm.

Thứ tư, ứng dụng công nghệ thực vật siêu tích lũy xử lý đất tầng mặt. Trồng xen canh các loài thực vật có hệ số tích lũy sinh học cao như cỏ mần trầu (Eleusine indica) hoặc lu lu đực (Solanum nigrum L.) trong các dải đất giữa các hàng cam, định kỳ thu cắt sinh khối chồi 3 tháng một lần để loại bỏ từ 5% đến 8% lượng kim loại dư thừa mỗi năm. Đơn vị chủ trì: Trung tâm Khuyến nông tỉnh Hòa Bình phối hợp các viện nghiên cứu môi trường.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của công trình mang lại giá trị ứng dụng thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

Thứ nhất, cơ quan quản lý nhà nước về nông nghiệp và tài nguyên môi trường (Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hòa Bình). Cán bộ quản lý có thể sử dụng số liệu thực chứng về mức tích lũy 194,9 ppm đồng để xây dựng quy chuẩn quản lý môi trường đất chuyên canh cây ăn quả, ban hành quy chế sử dụng thuốc bảo vệ thực vật và thiết lập bản đồ cảnh báo suy thoái đất cấp huyện.

Thứ hai, các nhà khoa học, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Khoa học Môi trường, Nông hóa Thổ nhưỡng và Quản lý Đất đai. Tài liệu cung cấp quy trình chiết liên tục 6 bước chuẩn hóa của Salbu và phương pháp phân tích PIXE tiên tiến, hỗ trợ thiết kế các đề tài nghiên cứu chuyển hóa kim loại nặng trong đất nhiệt đới gió mùa.

Thứ ba, kỹ sư nông nghiệp, chủ trang trại và hợp tác xã trồng cam tại Cao Phong và các vùng cây có múi trên toàn quốc. Người thực hành trực tiếp có được giải pháp bón vôi nâng pH và bổ sung photphat đúng kỹ thuật để hạn chế hiện tượng ngộ độc rễ do đồng dư thừa.

Thứ tư, doanh nghiệp sản xuất phân bón hữu cơ, khoáng vi lượng và chế phẩm sinh học cải tạo đất. Doanh nghiệp có thể ứng dụng cơ chế cố định kim loại bằng humic và photphat để phát triển các dòng sản phẩm chuyên dụng phục vụ các vùng đất thâm canh thoái hóa.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân nào khiến kim loại đồng tích lũy chủ yếu ở tầng đất mặt từ 0 đến 30 cm? Đồng đưa vào đất qua thuốc bảo vệ thực vật được hấp phụ tĩnh điện rất mạnh bởi phức hệ keo sét (chiếm 55,3%) và liên kết bền với chất hữu cơ (4,31%) cùng oxit Fe-Mn tự do. Do hệ số linh động thấp và lượng rửa trôi theo chiều sâu không đáng kể, hơn 70% lượng đồng tồn tại tập trung tại lớp đất canh tác trên cùng.

Hàm lượng đồng tổng số 194,9 ppm trong đất có gây chết cây cam ngay lập tức không? Nồng độ này chưa gây chết cây tức thì do phần lớn đồng bị cố định ở dạng liên kết hữu cơ (F5) và oxit khoáng (F4). Tuy nhiên, lượng đồng linh động đạt 75,8 ppm sẽ gây độc âm thầm, làm tổn thương rễ tơ, giảm khả năng hấp thu sắt và kẽm, khiến cây suy kiệt sau 10 đến 15 năm khai thác.

Tại sao đánh giá ô nhiễm đất cần xác định đồng linh động thay vì chỉ đo đồng tổng số? Đồng tổng số phản ánh toàn bộ trữ lượng kim loại bao gồm cả dạng khoáng trơ không hoạt động (F6 chiếm tới 90% ở tầng sâu). Chỉ có phân đoạn đồng linh động hòa tan và trao đổi mới phản ánh chính xác rủi ro sinh thái thực tế đối với vi sinh vật đất và hệ rễ cây trồng.

Axit citric và các axit hữu cơ rễ tiết làm thay đổi độc tính của đồng như thế nào? Axit citric phân tử thấp chứa các nhóm cacboxylic có khả năng hòa tan oxit khoáng và tạo phức chelat hòa tan với đồng. Ở nồng độ từ 8 đến 12 mM, axit citric làm tăng giải hấp đồng ra dung dịch đất tới 78%, khiến độc tính sinh học của kim loại tăng mạnh.

Bón phân lân photphat có thực sự giúp giảm độc tính của đồng trong đất không? Thực nghiệm chứng minh khi bổ sung từ 50 đến 100 mg P/kg đất, ion photphat phản ứng với cation đồng tự do để tạo thành kết tủa đồng photphat khó tan và đồng hấp phụ trên bề mặt khoáng, làm giảm nồng độ đồng dễ tiêu trong dung dịch đất từ 35% đến 55%.

Kết luận

• Luận văn đã xác định tình trạng tích lũy đồng nghiêm trọng tại đất trồng cam Cao Phong với hàm lượng đồng tổng số tầng mặt đạt 194,9 ppm (vượt 1,95 lần QCVN 03-MT:2015/BTNMT) và đồng linh động đạt 75,8 ppm tại vườn 17 năm tuổi.
• Quy luật phân bố phẫu diện chỉ rõ đồng tích tụ chủ yếu ở độ sâu 0 đến 40 cm dưới dạng liên kết hữu cơ (F5) và oxit Fe-Mn (F4), trong khi tầng sâu 70 đến 100 cm chủ yếu là dạng cặn dư trơ (F6 chiếm 85% đến 92%).
• Thực nghiệm chứng minh axit citric (8 đến 12 mM) và EDTA (2 đến 5 mM) thúc đẩy mạnh sự giải phóng đồng tự do, trong khi axit humic (10 đến 20 mg/L) và photphat (50 đến 100 mg P/kg) giúp cố định hiệu quả kim loại nặng.
• Đóng góp khoa học cốt lõi là thiết lập bộ cơ sở dữ liệu chi tiết về đặc tính hóa lý, phân đoạn kim loại và đề xuất quy trình cải tạo đất thoái hóa bằng vôi, lân và chất hữu cơ.
• Lộ trình tiếp theo đòi hỏi triển khai ngay việc cắt giảm 60% thuốc bảo vệ thực vật gốc đồng và áp dụng mô hình thực vật xử lý sinh học trong giai đoạn 2024 đến 2026. Các địa phương và nhà vườn cần chủ động chuyển đổi sang canh tác an toàn sinh học nhằm bảo tồn tài nguyên đất và phát triển thương hiệu nông sản bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về đồng trong môi trường đất 1.1 Đặc điểm hóa học, nguồn gốc và dạng tồn tại của đồng trong đất 1. Đặc điểm hóa học Đồng là kim loại chuyển tiếp, thuộc nhóm I - B, có khối lượng nguyên tử 64.

Trong tự nhiên, Cu tồn tại ở dạng kim loại hoặc các hợp chất hóa trị I và II như sunphat, cacbonat. Đồng là một trong những nguyên tố ít linh động nhất, dễ bị hấp phụ và phân bố không đồng đều trong phẫu diện đất. Đồng được tìm thấy trong các khoáng như cuprit (Cu2O), malachit (Cu2CO3.Cu(OH)2), chalcopyrit (CuFeS2), azurit (2 CuCO3.Cu(OH)2), chalcocit (Cu2S), và bornit (Cu5FeS4) và trong nhiều hợp chất hữu cơ. Ion Cu (II) liên kết với O2, các tác nhân vô cơ như H2O, OH-, CO32-, SO42- và với các tác nhân hữu cơ qua các nhóm như phenolic và cacboxylic.

Nguồn gốc tích lũy Cu trong đất Kim loại nặng (KLN) nói chung và Cu nói riêng tồn tại trong môi trường đất thông qua các quá trình tự nhiên và nhân tạo. Hàm lượng KLN trong một số loại đá chính (Đơn vị: ppm) KLN Ultramafic Đá mafic Đá granit Đá vôi Đá cát kết Đá phiến sét Cr 2000 - 2980 200 4 10 -11 35 90 - 100 Mn 1040 - 1300 1500 - 2200 400 - 500 620 - 1100 4 - 60 850 Ni 2000 150 0,5 7 - 12 2-9 68 - 70 Cu 10 - 44 90 - 100 10 - 13 5,5 - 15 30 39 - 50 Zn 50 - 58 100 40 - 52 20 - 25 16 - 30 100 - 120 Cd 0,12 0,13 - 0,2 0,09 - 0,2 0,028 - 0,1 0,05 0,2 Pb 0,1 - 1,4 3-5 20 - 24 5,7 - 7 8 - 10 20 - 23 (Nguồn: Sheila. R, 1994) Theo nguồn tự nhiên, sự tích luỹ Cu trong đất liên quan đến các quá trình phong hóa đá, khoáng vật, lắng đọng trầm tích cũng như lắng đọng từ khí quyển. Hàm lượng 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] KLN trong một số loại đá được trình bày ở bảng 1.1 cho thấy rằng, các loại đất có nguồn gốc đá mẹ khác nhau thì có hàm lượng KLN khác nhau.

Trong đó, đất phát triển trên đá mắc ma ba zơ và đá phiến sét có hàm lượng Cu cao, đặc biệt là đá mắc ma bazơ có hàm lượng Cu dao động từ 90 - 100 ppm, tiếp đến là đá phiến sét 39 - 50 ppm. Các hoạt động nhân tạo như quá trình khai khoáng, sử dụng phân bón, hoá chất, bùn thải, nước thải, chất thải từ các ngành công nghiệp luyện kim, điện tử, chế biến gỗ,. là nguyên nhân chính gây tích lũy Cu trong đất. Trong đất, hàm lượng Cu tổng số thường dao động khoảng 1 - 50 ppm, hàm lượng Cu ở một số vùng đất có thể lên đến 250 ppm.

Còn đối với Cu dễ tiêu, do nhiều yếu tố tác động nên hàm lượng của chúng có phạm vi biến thiên rộng. Hấp phụ là quá trình quan trọng kiểm soát hàm lượng Cu trong dung dịch đất (Lê Đức, 2009). Theo Allway (1990), việc sử dụng vôi, phân hóa học, phân hữu cơ, thuốc BVTV, bùn thải, nước tưới làm tăng tích lũy Cu trong đất nông nghiệp (Bảng 1. Các nguồn đưa kim loại nặng vào đất nông nghiệp (Đơn vị: ppm) Nước Phế thải Phân Phân Phân Thuốc Nước NT Vôi thải compost chuồng Photphat Nitrat BVTV tưới Cr 8 - 40600 1,8 - 410 1,1 - 55 66 - 245 3,2 - 19 10 - 15 - - Cu 50 - 8000 13 - 3580 2 - 172 1- 300 - 2 - 125 - - Zn 91- 49000 82 - 5894 15 - 566 50 - 1450 1 - 44 10 - 450 - - Cd < 1- 3410 0,01 - 100 0,1 - 0,8 0,1 - 190 0,05- 8,5 0,04 - 0,1 - <0,05 Hg 0,1 - 55 0,09 - 21 0,01-0,36 0,01 - 2,0 0,3 - 2,9 0,05 0,6 - 6 - Pb 2 - 7000 1,3 - 2240 0,4 - 27 4 - 1000 2 - 120 20 - 1250 11 - 26 < 20 (Nguồn: Allway, 1990) Ô nhiễm Cu trong môi trường đất do các hoạt động công nghiệp phụ thuộc vào loại hình công nghiệp, đồng thời có thể phát sinh từ bụi và chất thải.

Theo Sheila (1994), Cu được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp luyện kim, vi điện tử, bảo quản và chế biến gỗ, sản xuất phân bón và thuốc trừ sâu (Bảng 1. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Nguồn kim loại nặng từ một số hoạt động sản xuất công nghiệp TT Nguồn gây ô nhiễm Nguyên tố kim loại 1 Công nghiệp khai khoáng, luyện kim As, Cd, Hg, Pb, Ni, Cr, Zn, Cu,. 2 Công nghiệp nhựa Co, Cr, Cd, Hg 3 Công nghiệp vi điện tử Cu, Ni, Cd, Zn, Sb 4 Bảo quản gỗ Cu, Cr, As 5 Lắng đọng từ khí quyển As, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn,.

6 Phân bón hoá học Cd, Pb, As, Cu, Mn 7 Bùn thải Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, Zn (Nguồn: Sheila,M., 1994) Theo Alloway (2013), tổng hàm lượng các kim loại nặng trong đất có thể được mô tả bằng một hàm số, trong đó tổng lượng tích luỹ sẽ bằng tổng từ tất cả các nguồn đưa vào đất trừ đi nguồn bị mất theo sinh khối thu hoạch, tàn dư hoặc sinh khối thực vật phục vụ lấy nguồn thức ăn gia súc, xói mòn, rửa trôi, bay hơi. Vì tất cả các nguồn này lấy đi các KLN ở một lượng rất nhỏ, do đó chất ô nhiễm được tích luỹ lại sẽ nhiều hơn rất nhiều so với lượng mất đi. Kết là hàm lượng KLN tích luỹ lại trong đất tăng dần theo thời gian, gây rủi ro đến sức khoẻ con người và hệ sinh thái. Phương trình mô tả nguồn đưa KLN vào đất được trình bày ngắn gọn như sau: F (Mtotal) = f(Mpm + Matm + Msed + Mf + Mag + Mom + Mtm + Mic) - f(Mcr +Meva+ Ml+Mer).

Trong đó: M là các KLN; Mpm-nguồn từ đá mẹ, Matm-nguồn từ lắng đọng khí quyển, Msed-nguồn từ lắng đọng trầm tích, Mf-nguồn từ sử dụng các loại phân bón hoá học, Mag-nguồn từ hoá chất trong nông nghiệp, Mom-nguồn từ sử dụng phân hữu cơ, phân compost, Mtm-nguồn từ các vật liệu trong hoạt động công nghiệp, Mic-nguồn từ các nguồn ô nhiễm khác. Mcr: nguồn lấy đi theo sinh khối, tàn dư thu hoạch, Meva-nguồn mất do bay hơi, Ml-nguồn mất do rửa trôi theo độ sâu phẫu diện đất, Mer-nguồn mất do xói mòn. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Dạng tồn tại của Cu trong đất Cũng như các kim loại khác, sự chuyển hóa của Cu ở trong đất phụ thuộc vào dạng tồn tại trong cấu trúc hóa học với các hợp chất và tính chất đặc hiệu của chúng.

Trong đất, Cu tồn tại chủ yếu ở dạng hòa tan trong dung dịch đất, linh động, liên kết với chất hữu cơ, liên kết với cacbonat, với oxit Fe, Al và Mn, các dạng còn lại. Dạng linh động: Cu được hấp phụ trên bề mặt các keo đất (keo sét, keo hữu cơ khoáng, các axit mùn, các oxit/hydroxyt Fe, Al và Mn bị solvat hóa). Đây là dạng có thể dễ dàng được trao đổi, góp phần vào dinh dưỡng đất, giúp cây dễ dàng sử dụng cho nhu cầu dinh dưỡng. Dạng liên kết cacbonat: Trong đất, Cu tồn tại dưới dạng các muối cacbonat (CO32-).

Sự tồn tại và liên kết của các dạng Cu phụ thuộc vào H+ trong đất cũng như hàm lượng CO32-. Dạng liên kết sắt, nhôm và mangan: Dạng này được hình thành do sự liên kết bền của Cu với các oxit sắt, nhôm và mangan tồn tại trong đất. Dạng liên kết với chất hữu cơ: Ở dạng này, Cu thường được liên kết trong cấu trúc của các phân tử axit hữu cơ cao phân tử như axit humic, fulvic, các hợp chất hữu cơ khó phân hủy (Persistent organic pollutants - POPs) hoặc kẹp giữa cấu trúc của axit hữu cơ với mạng lưới tinh thể của khoáng sét. Sự liên kết này thường bền, chống lại các tác nhân sinh hóa, do vậy không thể trao đổi ra dung dịch đất trong các điều kiện phản ứng thông thường.

Dạng còn lại: Bao gồm dạng Cu còn lại trong cấu trúc tinh thể của các mạng lưới tinh thể khoáng sét và các khoáng vật khác, hoặc bị kết tủa bởi gốc PO43-. Dạng này rất khó giải phóng ra môi trường trong các điều kiện tự nhiên bình thường, mà chỉ có thể được chuyển hóa bởi các quá trình phong hóa hoặc phản ứng sinh hóa đặc hiệu. Do vậy, Cu sẽ được cố định và tích lũy bền vững theo thời gian. Theo Lê Đức (2009), các dạng tồn tại của Cu trong đất thường theo thứ tự: Dạng còn lại > liên kết với chất hữu cơ > liên kết với các oxit sắt nhôm > liên kết trao đổi > dễ hòa tan (Hình 1.

6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các dạng tồn tại của nguyên tố vết (Nguồn: Lê Đức, 2009) Theo Hokayem (2014) khi đất nông nghiệp trong vùng Zahle, Liban, cho thấy Cu trong dạng còn lại chiếm tỷ lệ lớn nhất (53%), tiếp theo dạng liên kết với chất hữu cơ chiếm 23% do Cu ái lực liên kết cao đối với các chất hữu cơ tự nhiên và các chất humic tạo thành các phức Cu. Thêm vào đó, việc bổ sung phân bón, đặc biệt là phân chuồng, có ảnh hưởng đáng kể đến sự tích lũy Cu trong đất. Theo nghiên cứu của Kabala và Singh (2001) về các dạng tồn tại của Cu, Zn trong các phẫu diện đất ở vùng lân cận nhà máy luyện đồng Glogow ở Ba Lan, đã chỉ ra sự khác biệt chính trong việc phân bố Cu theo độ sâu phẫu diện đất, đó là sự đóng góp tương đối của các dạng tồn tại của chúng (Hình 1.

Sự phân bố của các dạng đồng trong các phẫu diện đất (Nguồn: Stanislawsska-Glubiak, 2018) 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] (Chất chiết rút: F1: H2O; F2: NH4Oac 1 M (pH 7,0); F3: NH4OAc 1 M (pH 5,0); F4: NH2OH.HCl 1M trong 25% HOAc; F5: H2O2 30% trong HNO3 (pH 2,0); F6) Trong tầng đất mặt bị ô nhiễm Cu, sự đóng góp của các phần còn lại không vượt quá 7% hàm lượng Cu tổng số. Tuy nhiên, ở độ sâu từ 30 đến 80 cm trong đất than bùn (Phẫu diện 1, 2 - Hình 1.2) và đất sét nâu (Phẫu diện 4 - Hình 1.2) tổng lượng Cu ở dạng còn lại F6 chiếm 88 - 97%. Theo Stanislawska - Glubiak và cộng sự (2018), các dạng Cu trong phẫu diện đất ở vùng Jelcz-Laskowice phân bố không đồng đều theo độ sâu.