PNR được đo trong các chuỗi rộng của đất không bị ô nhiễm và đất thí nghiệm bị ô nhiễm ở điều kiện bình thường bao gồm những đất được cho vào phòng thí nghiệm với muối Zn và đất bị ô nhi
Trang 1TỐC ĐỘ TIỀM NĂNG NITRAT HOÁ (PNR) NHƯ MỘT CÔNG CỤ
ĐỂ THÔNG BÁO ĐỘC TÍNH TRONG ĐẤT BỊ Ô NHIỄM KIM LOẠI
Lê Thị Thuỷ
I GIỚI THIỆU
Nitrat hóa là sự thay đổi của NH4+
thành NO2− và sau đó thành NO3− Sự nitrat
hoá được thực hiện bởi nhóm vi sinh vật
đặc biệt, đó là itrosomonas ssp, để oxy
hoá thành NO2− và itrobacter ssp oxy hoá
thành NO3− Sự nitrat hoá là một quá trình
bị ảnh hưởng của những kim loại trong đất
Ví dụ, bón Zn thấp 100 mgZn/kg sẽ giảm tỷ
lệ nitrat hoá ban đầu khoảng 65% trong đất
không được cải tạo
Vì cảm ứng của chúng với sự ô nhiễm
kim loại và có vai trò chính trong chu trình
nitơ, nên sự nitrat hoá là một quá trình có thể
được sử dụng trong sự đánh giá nguy hại của
chất hoá học trong đất ''Tiềm năng nitrat
hoá'' được sử dụng phổ biến cho sự nitrat
hoá trong đất ở những nồng độ chất bão hoà,
đó là sự nitrat hoá đã được quan sát ngay sau
khi bổ sung NH4+ Sự tập trung nồng độ
nitrat trong đất thường được đo sau quá trình
ủ, có thể thay đổi từ một vài giờ tới 50 ngày
Bài báo này nói về việc sử dụng tốc độ
tiềm năng nitrat hoá (PNR) đối với thông
báo độ độc trong đất bị ô nhiễm PNR
được đo trong các chuỗi rộng của đất
không bị ô nhiễm và đất thí nghiệm bị ô
nhiễm ở điều kiện bình thường bao gồm
những đất được cho vào phòng thí nghiệm
với muối Zn và đất bị ô nhiễm ngoài đồng
ruộng (sự ô nhiễm hỗn hợp kim loại) Khả
năng thay đổi của PNR trong đất không bị
ô nhiễm đã liên quan đến những tính chất
đất và mối quan hệ này được sử dụng để
xác định PNR của đất bị ô nhiễm để chỉ ra
độ độc
II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
1 Lấy mẫu đất và xử lý
Hai nhóm đất gồm 27 mẫu đất không ô nhiễm và 15 mẫu đất bị ô nhiễm bởi các dạng hoạt động nung chảy (đất đồng ruộng
bị ô nhiễm) Đất không bị ô nhiễm được lấy
ở Bỉ vào tháng 8/1997 (mẫu số 1 - 4) hoặc tháng 8/1998 (mẫu số 5 - 27)
Tất cả mẫu đất đã được làm khô không khí và nghiền (2 mm) sau đó được trữ ít nhất cho 1 tháng trước khi thí nghiệm PNR Muối kim loại đã được bón vào với tỷ lệ
300, 600 và 3000 mgZn/kg trọng lượng khô Đất đối chứng chỉ được làm ướt với nước loại ion và đã xử lý xa hơn tương tự
như kim loại được cho vào đất
2 Phương pháp phân tích
Thành phần cơ giới đất được xác định bằng phương pháp pypet sau khi tiền xử lý mẫu đất và lọc cát pH đất được đo trong CaCl2 0,01M với tỷ lệ đất/dung dịch là 1/2,5 sau khi để cân bằng qua đêm Khả năng trao đổi cation (CEC) được đo bằng việc sử dụng thiourea bạc như chỉ thị cation trong độ đệm NH4OAC 0,1M với pH 7,0 Tổng số cácbon được đo bằng sự cháy khô Nồng độ kim loại trong đất đã được đo sau khi công phá bằng ngọn lửa quang phổ hấp phụ nguyên tử (FAAS) Tất cả các tính chất đất được thể hiện trên một trọng lượng khô
cơ bản 1050C (bảng 1 và 3)
3 Tốc độ nitrat hoá
Trang 2Bổ sung 100 mgNH4 - N/kg trọng lượng
khô (như (NH4)2SO4) với 200 g đất Thêm
nước loại ion để điều chỉnh độ Nm đất tới
60% khả năng giữ nước của đất Trộn đều và
ủ trong thùng chứa 15l được đậy kín ở 25oC
trong 7 ngày N itrat đất được đo bằng máy so
màu trong một dịch đất đã được lọc (KCl 1M,
tỷ lệ đất/dung dịch = 1/5, lắc lên xuống 2h)
4 'hững thống kê
PN R đã được tính toán như một đường
cong hồi qui của sự nitrat hoá theo thời
gian Hiệu quả quan sát thấp nhất (LOED)
được bổ sung nồng độ kim loại có ý nghĩa
tác động đến quá trình trong đất cho hoá
chất được xác định trong 1 thời gian thử
nghiệm (p < 0,05) trên PN R giữa công thức
và đối chứng Độ lệch chuNn có sự khác
nhau giữa các giá trị PN R được tính toán từ
độ lệch chuNn của mỗi đường cong Tất cả
các giá trị của PN R ở trên LOED là luôn
luôn có ý nghĩa thấp hơn đối chứng EC50
(nồng độ gây giảm 50% ở PN R) và 95% khoảng tin cậy của chúng đã nhận được từ các thông số tương ứng của hàm loga và độ lệch chuNn N hững độc tố chính ảnh hưởng đến PN R trong đất đồng ruộng bị ô nhiễm được xác định sẽ giải thích trong phần kết quả và thảo luận
III KẾT QUẢ N GHIÊN CỨU
N ồng độ Zn tổng số trong đất không ô nhiễm (bảng 1) nằm dưới đường nồng độ cơ bản của đất Flemish (được xác định bởi 90% của hơn 450 mẫu đất tập trung từ đất trồng trọt, đất rừng, đất bỏ hoang và đồng cỏ cách
xa nguồn kim loại) Mẫu số 10 và 12 có nồng
độ Zn trên đường nồng độ cơ bản (được lấy ở ven sông, loại đất có nồng độ kim loại cao)
N gười ta không biết Zn tăng cao do tác động của con người hay từ nguồn gốc tự nhiên
PN R của 2 loại đất cao nhất trong đất không
bị ô nhiễm ở pH tương ứng, đã chỉ ra rằng Zn
không gây ra ảnh hưởng bất lợi
Bảng 1 Một số tính chất của đất không ô nhiễm
TT pHCaCl 2 (0,01M) %C % Sét CEC (cmolc/kg) Cd (mg/kg) Zn (mg/kg)
Trang 3Ghi chú: NM = Không xác định được
Đất đồng ruộng bị ô nhiễm được lấy ở
Bỉ trong tháng 9/1998 và bao gồm các loại đất nông nghiệp và đất rừng khác nhau (bảng 2)
Bảng 2 PR trong 15 mẫu đất bị ô nhiễm
TT
2
CaCl
pH %C % Sét (cmolc/kg) CEC (mg/kg) Cd (mg/kg) Zn
PNR (mgN/kg d) Quan sát Mong đợi (95%) % Sự mong đợi
Bảng 3 Ảnh hưởng của đất dựa trên tốc độ tiềm năng nitrat hoá (PR mg/kg)
trong 27 mẫu đất không ô nhiễm
3 CEC (cmolc/kg)a PNR = - 23,4 + 4,2pH + 2,0%C + 0,6CEC 0,02 0,89
Nồng độ nitrat đất tăng sau khi bổ
sung NH4+ vào đất, trừ khi bón kim loại
cao, ở đây sự nitrat hoá đã hoàn thành
(mẫu số 4) Hàm lượng nitrat trong đất ở
ngày 0 trong các mẫu đất đối chứng 1, 2
và 4 là lớn hơn trong đất cho kim loại vào
(mẫu số 4) Khả năng thay đổi này hầu hết
giống kết quả của độc tố kim loại dựa vào
sự khoáng hoá - N và sự nitrat hoá trong
suốt hơn 9 tháng lưu trữ kể từ khi bổ sung
kim loại Tỷ lệ nitrat luôn luôn được đo từ
việc tăng nồng độ nitrat trong đất suốt 4
ngày thử nghiệm và không dựa trên hàm
lượng nitrat cuối cùng sau 4 ngày Sự
khác nhau lớn nhất trong đất nitrat ở ngày
0 giữa đất bị ô nhiễm và đất đối chứng
một lượng tới 122mgNO3 N/kg trọng
lượng khô (mẫu số 1, khác nhau giữa đối
chứng và tỷ lệ Zn cao nhất) Mẫu số 1 (đối chứng) luôn chứa nồng độ nitrat cao nhất (khoảng 130mg NO3 N/kg trọng lượng khô) của tất cả 27 mẫu đất không bị
ô nhiễm Tỷ lệ nitrat có nhiều khó khăn hơn cho chất lượng đất vì nồng độ nitrat trong đất chỉ tăng khoảng 20mgNO3
N/trọng lượng khô trong suốt 4 ngày ủ
Tỷ lệ nitrat giảm qua quá trình bổ sung nitrat trước khi thí nghiệm Bổ sung 80mgNO3 N/trọng lượng khô (dung dịch KNO3) cho mẫu số 4 giảm 38% PNR Trong mẫu số 2, PNR giảm 34% sau khi bổ sung 78mgNO3 N/trọng lượng khô
Những thí nghiệm sơ bộ đã chỉ ra rằng,
sự nhạy cảm của việc thử nghiệm đã giảm nếu nitrat đo được trong khoảng cách từ 0
Trang 4đến 10 ngày Điều này có thể liên quan đến
giới hạn trong chất
-4
NH Phân tích hàm lượng tổng +
4
NH −N và
-3
NO −N trong đất
đã phát hiện hàm lượng amon hoá bắt đầu
từ 6 ngày sau khi bổ sung NH4+ Trong 4
ngày thử nghiệm, kết quả cho thấy dưới
56% nồng độ bổ sung NH+4−N đã được
chuyển thành
-3
NO −N Wilson đã quan trắc sự nitrat hoá trong 3 loại đất với 7 tuần
sau khi bổ sung 100 mgN/kg bởi NH4Cl
Hàm lượng nitrat trong đất có ý nghĩa thấp
hơn ở 100 mgZn/kg trong suốt tuần thứ 2
và 3 sau khi bổ sung chất nền, nhưng ảnh
hưởng này không được quan sát ở khâu ủ
cuối cùng, khi mà hầu hết các chất đã được
giải phóng qua các phương pháp xử lý
Tỷ lệ nitrat hoá cảm ứng mạnh với kim
loại, nhưng khả năng khác nhau trong PNR
giữa đất đối chứng có thể vượt quá những
ảnh hưởng của độc tố kim loại Ảnh hưởng
của việc bổ sung Zn dựa vào PNR cho mẫu
số 4 ở 3 giá trị pH đất (pH = 6,5 - 5,9) PNR
của đất ở pH cao nhất đã giảm ý nghĩa
xuống 81% ở tỷ lệ Zn thấp nhất (300 mg/kg
trọng lượng khô) PNR của đất phi kim loại
bị acid hoá ở pH = 5,9 cũng giảm 74%, ý
nghĩa thấp hơn đất phi kim loại ở pH = 6,6
Điều đó minh hoạ rõ ràng ảnh hưởng của pH
đất dựa vào sự nitrat hoá Sự ứng dụng kim loại, hơn nữa pH đất luôn giảm và điều này hầu hết đã được thông báo trong các công thức Zn của mẫu số 3, ở đây pH đã giảm từ 6,6 (đối chứng) xuống 5,3 ở tỷ lệ Zn cao nhất PNR có thể giảm 1 phần, nhưng không hoàn toàn liên quan đến giảm pH trong đất dựa vào việc bổ sung kim loại pH đất ở mẫu
số 4 đã giảm từ pH 6,6 xuống pH 6,4 ở tỷ lệ
Zn thấp nhất (300 mg/kg), ở giá trị này PNR đạt 81% thấp hơn trong đối chứng
Những ảnh hưởng của Zn dựa vào PNR được tìm thấy ở giá trị thấp nhất (mẫu số 2 và
số 4) hoặc thấp thứ 2 (mẫu số 1), tỷ lệ Zn ở PNR trên 50% thấp hơn trong các công thức đối chứng (bảng 4) Đã có 1 sự phản ứng trong mối quan hệ giữa PNR và nồng độ Zn trong đất ở tất cả 4 mẫu đất Thiết lập những giá trị EC50 giữa 150 và 350 mgZn/kg trọng lượng khô, hoặc một mao quản nước cơ bản giữa khoảng 2 và 200 mgZn/L Không có sự chứng minh nào cho thấy Zn trong hầu hết các đất acid (đất 1) là độc hơn trong đất pH 6,6 (mẫu đất 3 và 4) Những giá trị về nồng
độ gây giảm trung bình của Zn (EC50), được phát hiện dựa vào mao quản nước là cao nhất trong hầu hết các đất acid bởi vì tổng giá trị
EC50 là tương tự qua đất và mao quản nước,
rõ ràng Zn tăng với pH đất giảm
Bảng 4 PR trong Zn
Đất PRN của đối chứng
(mgN/kg)
LOED (mg/kg khô)
EC50 (95%Cl)
Zn tổng số (mg/kg khô) Nồng độ ô nhiễm đất (mg/L)
* ND: Không xác định
Trang 5T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam
5
PNR đã đo được ở 27 mẫu đất không bị ô nhiễm để đánh giá khả năng khác nhau của chúng Danh giới PNR thay đổi từ giá trị có ý nghĩa khác nhau từ 2 - 21 mgN/kg/d Khoảng dao động lớn này của PNR đã cản trở sự phát hiện của độc tố ảnh hưởng tập trung trên đất đồng ruộng Mối tương quan giữa tính chất đất và PNR của đất không bị ô nhiễm là một cách có thể xác định được để tìm ra giá trị tham khảo của PNR Từng bước
sự qui tụ của PNR với pH đất, hàm lượng cacbon và CEC đã chỉ ra rằng pH là yếu tố đối chứng trội hơn PNR và như thế khó trồng trọt nhưng ảnh hưởng có ý nghĩa của việc tồn tại cacbon và CEC (bảng 3) Dưới pH 3,5 sự nitrat hoá không có ý nghĩa được phát hiện trong vòng 4 ngày PNR tăng khoảng 3,5 giữa pH 5,0 và 7,0 1/4 đường cong là thích hợp tới số liệu năng suất PNR - pH
PNR = 9,1 - 5,9pH + 1,01pH
(R2 = 0,81)
Giá trị PNR ở dưới khoảng cách tiên đoán thấp hơn được xác định ở đây như một giá trị chỉ ra độc tố Không có độc tố nào có thể được tìm thấy dưới pH 5,6 bởi vì thậm chí ở giá trị PNR là 0 không có giá trị PNR là 95% khoảng cách tiên đoán Những giá trị PNR tham khảo có thể cũng được chỉ ra bằng việc dùng nhiều sự hồi qui hiện đại dựa vào C, pH
và CEC (bảng 3) Những khoảng cách về sự tiên đoán của mô hình này là nhỏ hơn của mô hình pH cơ bản Mô hình này không phải là sử dụng để nhận dạng độc tố trong đất đồng ruộng bị ô nhiễm bởi vì hàm lượng C của những đất này vượt quá tỷ lệ trên với mô hình hồi qui là thích hợp
Tất cả PNR đều nhỏ trong 15 mẫu đất bị ô nhiễm (bảng 2) Tất cả những đất này chứa Zn ở những nồng độ tốt trên mức nền Hàm lượng mẫu số 40 vượt quá nồng độ Zn cao và nó giống như đất này đã bị ô nhiễm ở pH tương ứng là 0 tới 44%, chỉ ra rằng PNR
là những ảnh hưởng trong tất cả các mẫu đất Trong 1 mẫu đất (đất số 30) sự giảm có ý
-3
mẫu đất với pH > 5,6 và ở đây độc tố có thể được nhận dạng 3 mẫu đất khác nhau mà ở
đó độc tố có thể được tìm thấy nhưng ở đó PNR không có ý nghĩa khác từ đất không độc được ủ mẫu đất có pH tới 5,6 đó là ngưỡng pH ở dưới, không độc tố nào có thể xác định được
PNR trong 15 mẫu đất đồng ruộng bị ô nhiễm là không có ý nghĩa tương quan với tổng số nồng độ Zn, nồng độ Zn trong dung dịch đất (tất cả nồng độ đã thử nghiệm sau sự vận chuyển loga) hoặc tới pH đất, nhiệt độ C, hoặc CEC
Trong đất nhiễm kim loại, PNR đã giảm tương tự từ 50 tới 80% ở liều lượng thấp nhất của Zn 300 mgZn/kg trọng lượng khô (4,6 mmol/kg trọng lượng khô) Điều này đã chỉ ra rằng những ảnh hưởng bất lợi của Zn đến tỷ lệ nitrat là không khác nhau cơ bản về trọng lượng hoặc phân tử
Nồng độ Zn tổng số trong đất đồng ruộng bị ô nhiễm, ở đó độc tố được tìm thấy từ
đất spiked Zn Sự ức chế của PNR trong đất nhiễm kim loại gần như cao hơn trong đất, nơi những kim loại ổn định trong một giai đoạn rất dài
IV THẢO LUẬN
Ngay cả khi dưới các điều kiện phòng thí nghiệm được đối chứng, PNR chứng minh một thông số quá khác nhau ảnh hưởng đến sự nhận dạng các độc tố trong đất đồng ruộng
bị ô nhiễm
Trang 6T¹p chÝ khoa häc vµ c«ng nghÖ n«ng nghiÖp ViÖt Nam
6
Không có dữ liệu đồng ruộng nào sẵn có để chỉ ra rằng tỷ lệ nitrat hoá làm suy yếu bởi vì kim loại thí nghiệm PNR nên được coi như một thử nghiệm để chỉ ra tồn tại của một nhân tố chính trong đất Tuy nhiên, những tồn tại không cơ bản bởi nó chỉ ra những ảnh hưởng sinh thái của việc giảm PNR trong đất Sự đánh giá của thí nghiệm này với tỷ
lệ nitrat hoá đồng ruộng là yêu cầu ít nhất trước khi số liệu của thí nghiệm PNR có thể được thông qua để rút ra sự chỉ dẫn về chất lượng đất
DNCH TỪ TÀI LIỆU
1 Erik Smolders, Kris Brans, Filip Coppens and Roel Merckx (Laboratory of soil Fertility and Soil Biology, Katholieke Universiteit Leuven, Kolsteelpart Arenberg, 20, 3001
Leuven, Belguium) Potential 'itrification Rate as a tool for screening toxicity in metal contaminated soils Environmental Toxicology and Chemistry, Vol.20 No.11
pp 2469 - 2474, 2001 SETAC Printed in the USA
