Đặt vấn đề Rau là loại thực phẩm rất cần thiết cho con người. Không một loại thực phẩm nào có thể thay thế vị trí quan trọng của cây rau trong khẩu phần ăn hàng ngày. Trong những năm gần đây nhu cầu về cây rau ngày càng tăng, người sản xuất đã không ngừng nâng cao năng suất nhờ áp dụng các tiến bộ khoa học như phân bón, thuốc trừ dịch hại, các chất điều tiết sinh trưởng bên cạnh việc áp dụng giống mới và thâm canh tăng vụ. Các hợp chất hoá học này là một trong những nguyên nhân làm ô nhiễm nguồn đất từ đó trực tiếp hay gián tiếp tác động xấu đến con người thông qua ăn uống.
Chính vì vậy người tiêu dùng rất lo ngại và quan tâm nhiều đến vấn đề an toàn thực phẩm đặc biệt là sự tích luỹ kim loại nặng trong rau. Ô nhiễm kim loại nặng luôn là yếu tố cản trở lớn nhất trong việc lựa chọn các vùng đất để sản xuất rau an toàn. Việc ô nhiễm các yếu tố kim loại nặng như: Chì, cadimi, asen, thuỷ ngân, đồng, kẽm… trong đất là nguyên nhân cơ bản dẫn tới dư lượng kim loại nặng vượt mức cho phép trong các sản phẩm rau. Phần lớn đất nông nghiệp ở nước ta là đất bạc màu với đặc tính chua, nghèo kiệt chất dinh dưỡng, dung tích hấp thu thấp, thường khô hạn và chai cứng, đất lại dễ bị tác động bởi quá trình rửa trôi, xói mòn… Do đó, đất bạc màu cần thiết phải được cải tạo.
Việt nam là một nước nông nghiệp, với 70% dân số sinh sống ở nông thôn, trong đó 48% trực tiếp sản xuất nông nghiệp. Diện tích đất nông nghiệp trên 26 triệu ha, tổng diện tích gieo trồng lúa cả năm đạt khoảng 7,6 triệu ha. Hàng năm sản xuất 3 vụ lúa, xuất khẩu gạo đứng top 3 trên thế giới, ngoài sản xuất ra lượng lớn gạo cho ăn uống và xuất khẩu còn tạo ra một lượng phụ phẩm lớn. Bên cạnh đó, thói quen sử dụng phụ phẩm của người dân đã thay đổi dẫn đến dư thừa một lượng rất lớn, tình trạng phân hủy chất hữu cơ gây ô nhiễm nguồn nước, tạo ra khí CH4 ô nhiễm không khí, chất hữu cơ làm rửa trôi photpho trong môi trường đất.
Một số vùng dân cư nông thôn xem việc đốt phụ phẩm như là biện pháp giảm thiểu sự dư thừa n 2 phụ phẩm nông nghiệp. Tuy nhiên, hoạt động này có một số hạn chế như gây ô nhiễm khói bụi, các bệnh về hô hấp và gia tăng khí nhà kính trong khí quyển. Than sinh học (TSH) là thuật ngữ dùng để chỉ các bon đen (black carbon) hay còn có tên gọi là biochar được tạo ra từ quá trình nhiệt phân các vật liệu hữu cơ trong môi trường không có ôxy hoặc nghèo ôxy để không xảy ra phản ứng cháy. Không phải ngẫu nhiên mà than sinh học được các nhà khoa học ví như “vàng đen” của ngành nông nghiệp.
Sự đề cao này xuất phát từ những đặc tính ưu việt của than sinh học trong việc cải thiện chất lượng đất và tăng năng suất cây trồng, các bon trong than sinh học ở trạng thái khó phân hủy trong môi trường đất nên bón than sinh học cũng là giải pháp cô lập các bon trong đất, giảm phát thải khí nhà kính. Ngoài ra than sinh học còn được sử dụng để xử lý ô nhiễm trong môi trường đất và môi trường nước bởi các tác nhân như: kim loại nặng, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ,. với khả năng cố định kim loại nặng trong đất, than sinh học sẽ hạn chế khả năng hút thu bởi cây trồng. Nguồn nguyên liệu phụ phẩm từ canh tác lúa dồi dào như rơm rạ, trấu, sẵn có tại các khu vực nông thôn hơn nữa giá thành rẻ và quy trình sản xuất đơn giản.
Việc sử dụng than sinh học để cải tạo môi trường đất được biết đến như một giải pháp thân thiện với môi trường. Hiện nay, các nghiên cứu về ứng dụng than sinh học trong canh tác nông nghiệp cũng như ứng dụng chúng trong việc xử lý đất có vấn đề tại Việt Nam còn hạn chế, để làm sáng tỏ hơn tác dụng của than sinh học sản xuất từ phụ phẩm cây lúa đối với đất ô nhiễm kim loại nặng do đó tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng cố định kim loại nặng của than sinh học trên đất bạc màu trồng rau” để có cái nhìn rộng và sâu hơn tác dụng của TSH đối với khả năng cố định kim loại nặng trong đất, cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng TSH nhằm cải tạo đất bạc màu và cải tạo ô nhiễm môi trường đất. Mục tiêu nghiên cứu Xác định hiệu quả của TSH trong việc cố định kim loại nặng trên đất bạc màu trồng rau. Mục đích nghiên cứu - Xác định một số tính chất vật lý, hoá học cơ bản của TSH.
n 3 - Xác định được ảnh hưởng của TSH đến sinh trưởng và năng suất cây trồng. - Xác định được hàm lượng kim loại nặng tích luỹ trong rau và kim loại nặng còn lại trong đất của các công thức khi bón TSH với các tỉ lệ khác nhau sau thí nghiệm. Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học Cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá khả năng cố định kim loại nặng trên đất bạc màu trồng rau. Tạo cơ sở ứng dụng TSH trong nông nghiệp để cải tạo đất và xử lý ô nhiễm môi trường đất.
- Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất TSH được sản xuất từ phụ phẩm nông nghiệp giúp người nông dân tận dụng được nguồn phụ phẩm và thu được nguồn hữu cơ vô cùng lớn đồng thời tránh gây ô nhiễm môi trường. Do vậy việc sử dụng TSH làm phân bón và cải tạo đất, xử lý kim loại nặng đáp ứng được yêu cầu về mặt kinh tế và môi trường. Khuyến cáo nông dân sử dụng TSH hợp lý cho một số loại đất để đảm bảo năng suất và bảo vệ môi trường. n 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
Tổng quan đất bạc màu Đất bạc màu là tên gọi của một loại đất có thành phần cơ giới nhẹ, màu xám nhạt, nhiều cát, nghèo kiệt chất dinh dưỡng, giữ nước kém… Theo phân loại của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO), đất bạc màu thuộc nhóm Acrisols. Đất bạc màu là khái niệm dùng để chỉ loại đất mà trong quá trình phát triển hàm lượng các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng bị giảm dần, dẫn tới năng suất cây trồng và hiệu quả kinh tế của quá trình sản xuất giảm [11]. Sự hình thành và phân bố đất bạc màu - Sự hình thành đất bạc màu Đất bạc màu phân bố tập trung vùng trung du các tỉnh, nên còn gọi là những cánh đồng trước núi, nằm trên độ cao trung bình 6-10m so với mặt biển. Địa hình đại diện chung cho loại đất này là dốc thoai thoải hướng xuống đồng bằng phù sa mới.
Trên từng cánh đồng là ruộng bậc thang mấp mô gợn sóng thường bị phân cắt bởi những dải đồi thấp hoặc ngòi suối. Tùy thuộc nguồn gốc mẫu thổ, địa hình, chế độ canh tác v.v… mà hình thái phẫu diện có khác nhau, song trong phẫu diện phổ biến thường có ba tầng rõ rệt [7]: - Tầng bạc màu: Chính là những tầng canh tác dày 8-15cm, màu xám trắng, cát pha hoặc thịt nhẹ, rời rạc, lắng chặt nhanh, chuyển lớp rõ rệt. - Tầng đế cày: Dày 5-7cm, màu nâu vàng rất chặt thường có kết cấu phiến mỏng, thịt nhẹ hoặc trung bình, ít chua hơn tầng mặt. - Tầng đất nền: Màu loang lổ đỏ vàng, hơi chặt và thường ẩm, thịt trung bình đến nặng, kết cấu lăng trụ, trong tầng này có nơi đã xuất hiện kết von đá ong.
- Nguồn gốc phát sinh Đá mẹ: Phù sa cổ, các loại đá mẹ chua: Granit, liparit, phiến thạch, sa thạch khi phong hóa có thành phần cơ giới nhẹ. Do điều kiện địa hình, khí hậu và canh tác lạc hậu nên đất bị rửa trôi, thoái hóa tạo nên đất bạc màu nghèo dinh dưỡng [7]. n 5 Địa hình: Nằm tiếp giáp giữa vùng trung du đồi núi thấp và đồng bằng phù sa. Địa thế thường lồi lõm, lượn sóng, dốc thoải nên dễ bị bào mòn, rửa trôi các chất màu mỡ [7].
Khí hậu: Nhiệt đới gió mùa, mùa hè mưa nhiều, tập trung, nhiệt độ bình quân cao (khoảng 30-350C từ tháng 5-10), mùa đông khô hanh và đông xuân thường khô hạn. Độ ẩm lớp mặt đất dưới 60% khi mưa lại sình, dính nhão nhoét [7]. Bóc lột đất: Đất hình thành do lạm dụng quá nhiều phân bón, đồng thời sử dụng không đúng kỹ thuật canh tác cũng như việc sử dụng quá nhiều hóa chất bảo vệ thực vật và canh tác lâu năm mà không cải tạo, cày xới đất [7]. - Sự phân bố đất bạc màu ở Việt Nam Theo phân loại đất Việt Nam theo phương pháp của FAO-UNESCO năm 1996 thì nhóm đất xám trên cả nước có: 19.642 ha, phân bố rộng khắp trung du miền núi và rìa đồng bằng.
Chia ra làm 5 loại: xám bạc màu (Haplic Acrisol), xám có tầng loang lỗ (Plinthic Acrisol), xám glay (Gleyic Acrisol), xám ferrlic (Ferralic Acrisol), xám mùn trên núi (Humic Acrisol), trong đó xám bạc màu và xám ferralit chiếm diện tích nhiều nhất [7]. Đất xám bạc màu: Chủ yếu phát triển trên đất phù sa cổ, đá macma axit và đá cát, phân bố chủ yếu ở Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, Trung du Bắc Bộ, có diện tích trên 1. Đất này có nhược điểm chua, nghèo chất dinh dưỡng, thường bị khô hạn và xói mòn [7]. Đất xám có tầng loang lỗ: Diện tích khoảng 221.360 ha, tập trung chủ yếu ở Trung du Bắc Bộ, đa số là nằm ở địa hình bằng phẳng, thoải hoặc lượng song, độ dốc dưới 150.
Thành phần khoáng vật chủ yếu là thạch anh, kaolinit, haloizit, gozit [7]. Đất xám glay: Diện tích 101.471 ha, phân bố ở Trung du Bắc Bộ, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ, ở địa hình bậc thang, bằng, thấp, ít thoát nước. Đất có thành phần cơ giới từ nhẹ đến trung bình. Phẫu diện đất có tầng đế cày và tầng glay rõ ràng [7].
Đất xám feralit: Có diện tích lớn nhất trong nhóm đát xám 14.505 ha, được hình thành từ quá trình hình thành mùn, tích lũy sét và quá trình felit. Loại đất chủ yếu tập trung ở trung du và miền núi. Đất xám feralit còn n 6 được chia thành 5 đơn vị: Đất xám feralit trên đá phiến thạch sét (đất phụ có diện tích lớn nhất 6.430 ha, hình thành trên đá mẹ: sét, phiến biến chất, gnai, phiến mica, phân bố ở Việt Bắc, Tây Bắc, Trường Sơn, Tây Nguyên.), Đất xám feralit trên đá macma axit (có diện tích 4.