Chương XIII Ô NHIỄM ÐẤT

Trong nông nghiệp, chúng ta đã và đang sử dụng ngày càng nhiều các loại thuốc trừ sâu, thuốc trừ cỏ và một số phân hoá học, một số trong các loại hoá chất đó cũng có thể gây ô nhiễm đất.

Chương XIII

Ô NHIỄM ÐẤT

1 Khái niệm về ô nhiễm đất

Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp, nhiều đô thị và thành phố cũng được hình thành thì tình hình ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng Khói thải từ các nhà máy

và các xe cơ giới làm ô nhiễm bầu không khí Nước thải từ các nhà máy và khu dân cư đô thị làm ô nhiễm nguồn nước Khi không khí và nước bị ô nhiễm thì đất cũng bị ô nhiễm

Trong nông nghiệp, chúng ta đã và đang sử dụng ngày càng nhiều các loại thuốc trừ sâu, thuốc trừ cỏ và một số phân hoá học, một số trong các loại hoá chất đó cũng có thể gây ô nhiễm đất Hàm lượng các chất độc hại đó tích luỹ trong đất tới mức độ nào đó sẽ gây hại cho cây trồng

và vi sinh vật đất, từ đó phá vỡ cân bằng sinh thái giữa đất và các hệ sinh thái khác

Ô nhiễm đất không những làm giảm khả năng sản xuất của đất mà còn lấy đất làm điểm xuất phát để ảnh hưởng tới thực vật, động vật và người - một số nguyên tố vi lượng hoặc siêu vi lượng có tính độc hại tích luỹ lại trong nông sản phẩm từ đó gây tác hại nghiêm trọng đối với động, thực vật và người

Ô nhiễm đất còn làm hại đến môi trường khác như nước ngầm, nước mặt, không khí Ví

dụ, một số chất ô nhiễm có tính hoà tan trong nước, thấm xuống nước ngầm, hoặc có thể bị dòng nước di chuyển đi nơi khác tạo nên sự ô nhiễm nước trên mặt đất Gió thổi có thể chuyển chất ô nhiễm đi xa làm cho diện tích ô nhiễm mở rộng hơn Bởi vậy, ô nhiễm đất cũng có thể trở thành nguồn ô nhiễn đối với nước và không khí

Muốn phòng chống ô nhiễm đất cần tìm hiểu nguồn gốc, số lượng, các dạng, sự di chuyển, sự chuyển hoá, sự tích luỹ và tiêu tan của các chất gây ô nhiễm

2 Nguồn gây ô nhiễm

Nguồn gây ô nhiễm đất trước hết là từ nước và không khí, ngoài các chất đặc biệt do núi lửa phun ra còn có các chất thải trong công nghiệp và sinh hoạt (hơi thải, nước thải, cặn thải, phân hữu cơ, rác) Tất nhiên, phân hoá học, thuốc trừ sâu, thuốc trừ cỏ, các khoáng sản đang khai thác, các chất phóng xạ cũng đều là các chất ô nhiễm từ bên ngoài vào đất

2.1 Tưới nước thải công nghiệp làm ô nhiễm đất

Nông dân dùng nước thải công nghiệp từ các nhà máy ra hoặc nước cống thành phố để tưới cho cây, tuy nước đó có thể làm tăng được một ít năng suất cây trồng nhưng nếu sử dụng không đúng, lâu dài tích luỹ lại có thể gây ô nhiễm đất, làm giảm độ màu mỡ của đất hoặc gây ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng phát triển cây trồng cũng như sức khoẻ của con người và gia súc

Ví dụ, nếu dùng nước của một số nhà máy có chứa muối mặn, chất kiềm hoặc chất axit sẽ làm cho đất dần dần hoá mặn, hoá kiềm hoặc hoá chua từ đó làm giảm khả năng sản xuất của đất Nghiêm trọng nhất có nhà máy thải ra một số nguyên tố kim loại nặng như: Cd, Ni, Cr

Các nhà máy hoá chất, các xưởng sản xuất nông dược thải ra Hg, Pb, As Các chất này sau khi tích luỹ trong đất thì khó loại ra, có thể ảnh hưởng xấu cho cây Do hoạt động của vi sinh vật, chúng có thể bị tiêu tan dần, nhưng dù chỉ nằm trong đất một thời gian ngắn vẫn gây độc hại

Những vùng mỏ đang khai thác như mỏ pyrit (FeS2), mỏ than chứa lưu huỳnh (S), sau oxy hoá sẽ sinh ra H2SO4 làm cho môi trường rất chua, ảnh hưởng xấu đến đất Ðất bị nhiễm lưu huỳnh ban đầu trở nên chua nhiều làm giảm năng suất cây trồng, sau đó còn sinh ra các muối như sunphat sắt, nhôm hoặc mangan, bị các chất hữu cơ trong đất khử oxy tạo thành các hợp chất sunphit lưu lại trong đất tiếp tục gây hại dưới dạng axit hoặc dạng lưu huỳnh

2.2 Một số chất khí thải làm ô nhiễm đất

Thường gặp nhất là SO2 hoặc HF do các nhà máy thải ra Chất thứ nhất sinh ra axit

H2SO4, chất thứ hai sinh ra axit HF Chúng được nước mưa kéo xuống đất Chất đầu có thể cho

một vùng đất bị chua, chất sau có thể làm cho hàm lượng flo hoà tan trong đất tăng lên có hại cho sức khoẻ của người và gia súc

2.3 Các chất phế thải của công nghiệp làm ô nhiễm đất

Các chất thải của các nhà máy và hầm mỏ thường chứa một số kim loại nặng hoặc một số chất độc dạng hữu cơ và dạng axit, dạng bazơ hoặc các muối khác làm cho đất bị ô nhiễm ở các kiểu khác nhau Vấn đề này rất phổ biến ở các thành phố và khu công nghiệp lớn

2.4 Nông dược và phân bón làm ô nhiễm đất

Các hợp chất clo hữu cơ trong nông dược dễ tồn lưu lại trong đất, nếu sử dụng liều lượng lớn và liên tục nhiều năm có thể gây ô nhiễm đất Trong sản xuất phân hoá học, do nguyên liệu không tinh khiết có thể đem lại một số nguyên tố có hại như công nghiệp sản xuất phân lân liên tục với số lượng nhiều sẽ làm cho hàm lượng các nguyên tố Cd, As tăng lên gây ô nhiễm đất Nếu dùng phân đạm dạng cyanamit canxi (CaCN2) có thể tồn lưu trong đất gây hại cho cây trồng

2.5 Các chất phóng xạ làm ô nhiễm đất

Các chất phóng xạ tồn tại trong đất thường là K40, Ra87, C14 Hiện nay người ta đã tìm thấy nhiều nguyên tố khác nhập vào đất nhưng trong đó chỉ có Sn90 và Cs137 là hai chất phóng xạ bền vững ở trong đất, chu kỳ bán huỷ của chúng là 28 và 30 năm Theo tài liệu của Mỹ thì trong đất Mỹ Sn90 và Cs137 có khoảng 150 và 240 milicuri trên 1 cây số vuông Anh Hàm lượng K40 tự nhiên bình quân khoảng 20000 milicuri

Nói chung sự ô nhiễm của các chất đó đối với đất chưa nghiêm trọng nhưng nếu có các chất phóng xạ do vũ khí nguyên tử phóng ra thì đất sẽ bị ô nhiễm nặng

2.6 Các chất thải trong sinh hoạt làm ô nhiễm đất

Ở các vùng dân cư đông đúc như các thành phố lớn, có nhiều chất thải sinh hoạt tập trung trong các cống rãnh hoặc các bãi rác chưa được xử lý, trong quá trình phân giải xác hữu cơ có thể sinh ra một số chất làm ô nhiễm đất, nhất là khi nông dân dùng nước bẩn đó để tưới hoặc dùng các loại phân hữu cơ chưa được xử lý đầy đủ

3 Các nguyên tố gây độc và sự chuyển hoá của chúng trong đất

Sự ô nhiễm của các nguyên tố kim loại nặng có tính chất "bán vĩnh cửu", vì vậy nếu đất mới bị ô nhiễm thì khó loại trừ Nếu các nguyên tố vi lượng cần cho cây như Cu, Cr, As, Zn vượt quá giới hạn nhất định sẽ độc cho cây và ô nhiễm đất Trong đó có Cd và As là độc nhất; Hg, Pb

và Ni là loại độc vừa; còn B, Cr, Mn và Zn thì ít độc hơn Sự tích luỹ và di chuyển các nguyên tố trên phụ thuộc các điều kiện sau:

+ Tác dụng giữa các hợp chất có nguyên tố kim loại nặng với đất

+ Ðộ pH của đất

+ Ðiện thế oxy hoá khử của đất

Tác dụng này bao gồm sự trao đổi ion, kết tủa hoá học, thuỷ phân, tạo phức có trường hợp xảy ra đơn độc, có trường hợp liên quan lẫn nhau (bảng 13.1)

3.1 Asen (As)

Trong đất, asen thường tồn tại ở dạng axit bao gồm muối của axit asenic (As hoá trị 5) và bất cứ As ở dạng vô cơ hoặc hữu cơ đều độc hại, tuy dạng hữu cơ ít độc hơn nhưng ở trong đất

dễ chuyển thành dạng vô cơ Hàm lượng As trong đất từ 2 - 13 ppm phụ thuộc vào thành phần đá

mẹ, hàm lượng chất hữu cơ và thành phần cơ giới đất Theo tài liệu của Mỹ, hàm lượng bình quân của As trong đất Mỹ bị nhiễm As là 165 ppm, cao nhất có thể tới 263 ppm

Bảng 13.1: Các chất chủ yếu làm ô nhiễm đất và nguồn gốc của chúng

Chất ô

nhiễm

vô cơ

As Nông dược chứa As, H2SO4, y dược, nước thải công nghiệp

thuỷ tinh

Cd Luyện kim, mạ điện, xưởng thuốc nhuộm, hơi thải chứa Cd

Cu Luyện kim, công nghiệp chế đồ đồng, nông dược chứa chất đồng

Cr Luyện kim, mạ, nước thải xưởng in và nhuộm

Hg Xưởng sản xuất hợp chất có chứa Hg, nông dược chứa thuỷ ngân

Pb Nước thải luyện kim, nông dược

Zn Nước thải luyện kim, xưởng dệt, nông dược chứa Zn, phân lân

Ni Nước thải luyện kim, mạ, luyện dầu, thuốc nhuộm

F Nước thải sau khi sản xuất phân lân

Muối kiềm Nước thải nhà máy giấy, nhà máy hoá chất

Axit Nước thải nhà máy sản xuất H2SO4, đá dầu, mạ điện

Chất ô

nhiễm

hữu

cơ

Phenol Công nghệ hoá dầu, sản xuất benzen-phenol, cao su, nông dược Hợp chất xyanua Mạ, luyện kim, in ấn, phân bón

C12H22 Nước thải công nghiệp đá dầu

Ðá dầu Khai thác đá dầu, luyện dầu, ống dẫn dầu bị rò

Nông dược hữu cơ Sản xuất nông nghiệp và sử dụng

Các chất huyền phù

hữu cơ có N

Nước cống rãnh thành phố, thực phẩm, công nghiệp giấy, công nghiệp xellulo

Gốc axit asenic kết hợp với Ca, Al, Fe tạo thành các hợp chất không tan như Ca3(AsO4)2, AlAsO4, FeAsO4 Tích số hoà tan của chất đầu là 6,8.10-19, của 2 chất sau là 5,7 10-24 do đó chất đầu độc hại hơn 2 chất sau Bởi vậy, nếu ta bón các muối sunphat sắt nhôm (phèn chua) vào đất

bị ô nhiễm As có thể giải độc As dần dần do nguyên nhân nói trên

Ðiều cần lưu ý là cùng một loại đất và cùng bón thử một lượng As như nhau nhưng lượng

As tích luỹ trong bột gạo cao hơn trong bột mỳ Kết quả thí nghiệm ở đất vùng Tân Trạch (Trung Quốc) cho thấy hàm lượng As2O3 trong rơm rạ cao hơn trong hạt thóc 10 - 20 lần vì vậy cần lưu

ý lúc sử dụng rơm rạ ở vùng đất có ô nhiễm As làm thức ăn cho trâu bò

3.2 Cadimi (Cd)

Bản thân nguyên tố Cd không độc nhưng hợp chất của nó thì độc hại nhiều Hàm lượng

Cd trong đất khoảng 0,5 ppm Ðất Nhật Bản bị ô nhiễm Cd rất nặng, họ quy định nếu đất chứa dưới 2 ppm là không độc

Trong đất ô nhiễm các nguyên tố kim loại nặng, hàm lượng Cd có quan hệ với hàm lượng

Zn và Pb, nếu Cd nhiều thì Zn và Pb cũng nhiều

Tầng đất mặt ở các vùng lân cận nhà máy luyện kẽm có thể chứa 1700 ppm Cd Cd trong đất có thể ở dạng hoà tan trong nước (dạng ion và phức chất) và dạng không tan trong nước (dạng hấp phụ, dạng kết tủa và dạng phức tạp khó tan) Hai dạng này có thể chuyển hoá lẫn nhau tuỳ điều kiện môi trường Cd gây độc hại cho cây chủ yếu ở dạng hoà tan trong nước

Trong môi trường chua, độ tan của Cd tăng, độ độc sẽ tăng, trong môi trường kiềm, tạo thành kết tủa Cd(OH)2, vì vậy trong đất có phản ứng cacbonat hoặc đất bón nhiều vôi thì độ độc hại của Cd sẽ giảm Ðộ hoà tan của các hợp chất Cd theo thứ tự như sau: hợp chất Cd với S < hợp chất Cd với OH < hợp chất Cd với cacbonat

Ðiều kiện oxy hoá khử là yếu tố xúc tiến sự chuyển hoá các hợp chất Cd

Cây lúa bị ô nhiễm Cd thì trong gạo có thể chứa trên 1 ppm, nếu ăn liên tục nhiều năm loại gạo này con người sẽ bị bệnh đau xương Cây trồng khác nhau thì lượng hút Cd và tồn lưu cũng khác nhau Nói chung ở các loại mạch nhiều hơn ở cây họ đậu, cây họ đậu nhiều hơn cây

lúa, cây rau hút Cd ít, cây ăn củ hút tương đối nhiều Cd Gạo chứa > 1ppm, tiểu mạch: 1 - 3,5 ppm, đỗ tương: 1 ppm, cà: 0,27 ppm, cà rốt: 0,2 ppm, khoai tây: 0,2 ppm, cải bắp: 0,1 ppm, hành: 0,1 ppm, dưa chuột: 0,15 ppm và nho: 0,06 ppm

3.3 Crom (Cr)

Theo tài liệu nước ngoài, một số đất bị ô nhiễm nặng, hàm lượng Cr có thể đến 4600 ppm Một số đất trồng ở Trung Quốc hiện nay có hàm lượng Cr từ 17 - 270 ppm, bình quân là 80 ppm

Cr trong đất phần lớn ở dạng hợp chất oxit không tan Keo đất có khả năng hấp phụ Cr3+ tương đối mạnh, Fe2O3.nH2O và Al2O3.nH2O cũng hấp phụ nhiều Cr2O72- Trong keo sét, Al trong khối tám mặt của phiến gipxit có thể trao đổi với Cr3+ và như thế Cr trở thành nguyên tố cấu tạo tinh thể keo khoáng Bởi vậy, Cr trong đất rất khó tan, cây khó hút Kết quả thí nghiệm trong chậu của Ðại học Nông nghiệp Triết Giang Trung Quốc về tưới nước nhiễm Cr đã phát hiện 85 - 99% Cr tồn lưu lại trong đất và hầu như toàn bộ nằm trong tầng đất mặt 0 - 5 cm

Ðộ pH và trạng thái oxy hoá khử của đất có thể làm thay đổi trạng thái hợp chất Cr Trong đất trung tính hoặc kiềm Cr3+ sẽ kết tủa ở dạng Cr(OH)3 Khi Eh thấp thì Cr6+ bị khử thành

Cr3+

Loại cây khác nhau hút Cr6+ và Cr3+ cũng khác nhau Ví dụ cây thuốc lá hút có tính chọn lọc Cr6+, cây ngô không hút Cr6+, cây lúa hút cả Cr6+ và Cr3+ nhưng bất cứ lúa xuân hoặc lúa mùa đều hút Cr6+ nhiều hơn Cr3+ Trong các bộ phận cây lúa thì hàm lượng Cr3+ ở rơm rạ lớn hơn trong vỏ trấu và thấp nhất là ở gạo

3.4 Chì (Pb)

Chì gây ô nhiễm môi trường là do một chất chứa chì trộn lẫn vào xăng có tên gọi là tetraethyl chì Pb(C2H5)2 Chất này được đốt cháy cùng với xăng tạo thành chất khí PbCl2, PbBr2

và một ít PbO sau đó thải ra ngoài gây ô nhiễm không khí rồi rơi xuống đất làm ô nhiễm đất Càng gần đường giao thông thì đất ô nhiễm chì càng nhiều Phần lớn chì phóng ra trong phạm vi

33 cm kể từ lề đường Càng xuống sâu tỷ lệ chì càng giảm chứng tỏ độ hoạt hoá của chì rất kém

Trong môi trường trung tính hoặc kiềm chì tạo thành PbCO3 hoặc Pb3(PO4)2 ít hoà tan, cây khó hút vì vậy trong đất có phản ứng cacbonat hoặc trong đất trung tính vấn đề ô nhiễm chì không đáng kể Kết quả nghiên cứu cho thấy, khả năng hấp phụ chì của keo sét cao hơn 2 - 3 lần hấp phụ canxi Chất hữu cơ cũng hấp phụ chì mạnh Vì tính di động của chì kém nên cây bị ô nhiễm có lẽ do chì trong không khí là chủ yếu

3.5 Thuỷ ngân (Hg)

Ở Nhật Bản đất bị ô nhiễm thuỷ ngân rất nặng Từ 1953 - 1967 trên toàn bộ đất canh tác Nhật Bản đã sử dụng hơn 6800 tấn thuỷ ngân, hàm lượng thuỷ ngân trong gạo từ 0,02 ppm (1946) tăng lên 0,15 ppm (1966) vì thế ở Nhật bắt đầu ngừng và hạn chế bón thuỷ ngân

Hợp chất thuỷ ngân vô cơ vào đất có thể bị hút và giữ chặt vì keo sét và keo hữu cơ hấp phụ thuỷ ngân mạnh, Fe(OH)3 và Al(OH)3 có thể hút các anion HgCl3- và HgCl42- Một số keo có thể hấp phụ vật lý đối với thuỷ ngân ở dạng phân tử HgCl và Hg2Cl4 Mặt khác, tác dụng kết tuả hoá học của thuỷ ngân vô cơ trong đất rất mạnh, tạo thành các hợp chất hydroxyl thuỷ phân, muối phosphat, muối cacbonat và HgS đều khó tan, vì vậy thuỷ ngân vô cơ ít độc đối với cây Nhưng khi hợp chất thủy ngân bị khử oxy thành thủy ngân kim loại, sau đó xuất hiện dưới dạng hơi thuỷ ngân (như lúc núi lửa hoạt động) có thể qua khí khổng ở lá mà nhập vào cây

Dưới tác dụng của vi sinh vật yếm khí, hợp chất thuỷ ngân vô cơ có thể chuyển thành dạng thuỷ ngân hữu cơ Trong đất trũng lầy nhờ tác dụng của vi sinh vật yếm khí có thể tạo ra Hg(CH3)2 và ion CH3Hg+ theo phản ứng:

Hg2+ Men  (CH3)2Hg  CH3Hg+

CH3Hg+ hoà tan trong nước có thể bị cây hút, bởi vậy trong điều kiện đất lúa ngập nước nếu chứa thuỷ ngân sẽ gây độc cho cây

Trong đất cạn, lượng thuỷ ngân dễ tiêu rất ít, nhưng sau ngập nước thì thuỷ ngân dễ tiêu tăng lên, ví dụ một loại đất đá vôi khi khô phân tích Hg dễ tiêu rất ít hoặc không có nhưng sau ngập nước 7 ngày, Eh giảm xuống 328 mV thì thuỷ ngân dễ tiêu tăng lên 0,05 ppm, sau đó giảm dần xuống 0,02 - 0,01 ppm, vì thế cây lúa nước bị ô nhiễm thuỷ ngân rõ hơn tiểu mạch

Theo tiêu chuẩn vệ sinh quy định về hàm lượng Hg trong lương thực không được vượt quá 0,02 ppm

3.6 Flo (F)

Tuy không phải là nguyên tố kim loại nặng nhưng tính độc hại của nó cũng tương tự Vùng không khí bị ô nhiễm flo (F2 và HF) thì hàm lượng F trong đất tăng Trong đất cạn có phản ứng trung tính hoặc kiềm, hợp chất của flo (như CaF2) có độ hoà tan rất bé nên cây khó hút Trong đất cát và đất chua, F dễ bị cây hút hơn Kết quả thí nghiệm cho thấy: lúc trong đất chứa

500 ppm F sẽ ức chế cây đậu tằm và cây cà rốt Cây sống trên đất nhiều F có hàm lượng F trong các bộ phận cũng khác nhau (rễ > lá > hạt) Nếu bầu không khí nhiễm F sẽ ảnh hưởng rõ đến cây,

Bảng 13.2: Ảnh hưởng của F ô nhiễm đất và không khí đối với hàm lượng F trong các bộ

phận cây đậu tằm (ppm)

Ðất được bón 500 ppm F

Ðất được bón 500 ppm F + ô nhiễm không khí 1,50 82020 24835

4 Nông dược và phân bón tồn lưu trong đất và sự chuyển hoá của chúng

4.1 Sự tồn lưu và chuyển hoá của nông dược trong đất

Sự ô nhiễm nông dược đã gây ảnh hưởng xấu cho người và gia súc nên người ta rất chú trọng Có thể chia nông dược ra 3 loại như sau: hợp chất kim loại nặng (chứa Pb, As và Hg); thuốc trừ sâu dạng lân hữu cơ và thuốc trừ cỏ

Thành phần hoá học và tính bền vững của các loại nông dược rất khác nhau, sự chuyển hoá của chúng ở trong đất cũng khác nhau

Nông dược gây ô nhiễm chủ yếu là clo hữu cơ (như DDT, 666) và các hợp chất kim loại nặng, do tính chất của chúng ổn định khó phân huỷ Thuốc trừ cỏ, lân hữu cơ phần lớn bị vi sinh vật phân giải, thời gian tồn lưu trong đất ngắn nhưng chúng gây độc hại nhiều cho cá và các động vật hoang dã Sự ô nhiễm của nông dược đối với môi trường đã làm ảnh hưởng xấu cho môi trường sinh thái, vì vậy phải tìm cách phòng chống

* Sự tồn lưu nông dược trong đất

+ Tính tồn lưu của nông dược

Do đặc tính lý hoá của bản thân nông dược cùng với tác dụng tổng hợp của các yếu tố ảnh hưởng làm tiêu tan nông dược cho nên tính tồn lưu của chúng ở trong đất khác nhau nhiều Bảng 13.3 cho biết thời gian cần cho một loại nông dược ở trong đất tiêu tan một nửa (thời gian bán hủy) Nếu nông dược nào có thời gian bán hủy trên một năm thì gọi là nông dược có tính tồn lưu

Bảng 13.3 Thời gian tồn lưu trong đất của một số nông dược

Hợp chất kim loại nặng (Pb, As, Cu, Hg)

Clo Hữu cơ (666, DDT)

Thuốc trừ cỏ

2,4D và 2,4,5-T

Thuốc trừ sâu dạng lân hữu cơ

Thuốc trừ sâu có gốc ammon

10 - 30

2 - 4

1 - 2

- 0,4 0,02 - 0,2 0,02

Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến tớnh tồn lưu của nụng dược là thành phần cơ giới, hàm lượng mựn, độ pH, độ ẩm, trạng thỏi vi sinh vật đất, chế độ canh tỏc, loại cõy trồng Thớ dụ nghiờn cứu DDT cho thấy trong điều kiện yếm khớ chất này chuyển ra dạng DDD nhanh hơn nhiều so với khi chuyển ra dạng DDE trong điều kiện hảo khớ, đặc biệt nếu bún phõn xanh vào thỡ phõn giải càng nhanh Từ đú ta thấy rằng với cỏc chế độ canh tỏc khỏc nhau thỡ tớnh tồn lưu nụng dược cũng khỏc nhau

Do tốc độ phõn huỷ của DDD và DDE rất chậm cho nờn dự đó đỡnh chỉ sử dụng DDT nhưng chỳng vẫn tồn lưu lõu dài ở trong đất Số lượng nụng dược tồn lưu trong đất được gọi là

"tồn dư" tớnh theo đơn vị mg/kg đất hoặc ppm

+ Ảnh hưởng của sự tồn tại nụng dược

Sau phõn giải thỡ tớnh độc của một số nụng dược càng tăng Vớ dụ thuốc trừ cỏ 2,4,5-T ở trong đất bị vi sinh vật phõn giải tạo thành một số chất cú thể gõy nờn quỏi thai động vật Năm

1970 ở Mỹ đó cụng bố hạn chế sử dụng nụng dược này, ở Nhật năm 1965 đó chế ra một loại rượu chống được bệnh đạo ụn khụng cú hại cho lỳa nhưng khi sử dụng rơm rạ đó xử lý bằng rượu này để ủ phõn thỡ vi sinh vật phõn giải và tạo ra hai chất cú hại cho cõy, vỡ hai chất đú cú đặc tớnh hoỏ học ổn định:

Cl

Cl Cl

CH2OH

Cl Cl

Cl Cl

COOH

Cl COOH

2,3,4,5,6 Pentachlobenzylic 2,3,5,6 axit Tetrachlobenzoic 2,3,6 axit Trichlobenzoic

(Độc hại cho cây)

R ợu chống đạo ôn (không hại cho cây)

+

Vi sinh vật

Một số nụng dược tồn lưu trong đất cõy hỳt sẽ tồn lưu trong cõy Một số cõy trồng cú thể tớch luỹ nụng dược Vớ dụ rơm rạ của cõy lỳa sống trờn đất ụ nhiễm 666 cú hàm lượng 666 nhiều hơn 4 - 6 lần so với trong đất Cõy cú dầu như lạc, hạt lạc cú thể chứa clo hữu cơ nhiều hơn ở trong đất 3 - 4 lần do đú cú ảnh hưởng xấu đến con người

Cỏc loại cõy như khoai tõy, cà rốt, cải củ cú lớp biểu bỡ ở rễ cú thể hỳt trực tiếp sau đú qua tỏc dụng thẩm thấu vào trong cõy tạo thành nụng dược tồn lưu Một số cõy như dưa chuột, ngụ thỡ qua rễ nụng dược được vận chuyển lờn cỏc bộ phận của cõy trờn mặt đất như thõn, lỏ, quả, hạt

Nồng độ nụng dược tồn lưu trong đất cú ảnh hưởng tới khả năng hỳt nụng dược của rễ cõy Trong phạm vi nồng độ thấp thỡ lượng hỳt tương quan thuận với nồng độ nụng dược trong đất

Ngoài ra loại nụng dược khỏc nhau thỡ cõy hỳt được cũng khỏc nhau

Thuốc trừ sõu cũn ảnh hưởng rất xấu tới động vật và vi sinh vật đất Vớ dụ, DDT cú thể giết chết 99% động vật bộ ở trong đất, nếu muốn phục hồi phải mất 2 năm Sau khi dựng nụng dược, cỏc tuyến trựng, vi khuẩn và nấm sẽ giảm số lượng, tuy chỳng sẽ được phục hồi nhưng vẫn ảnh hưởng đến độ màu mỡ của đất đặc biệt là những đất dựng nhiều nụng dược và dựng liờn tục

Cỏc nụng dược cú thể bị cỏc động vật hỳt giữ lại trong đất vớ dụ lượng DDT trong cơ thể giun đất nhiều gấp 1,18 - 4,86 lần trong đất, nơi nú sống

Sự biến hoỏ vi sinh vật, động vật trong đất tất nhiờn sẽ gõy nờn sự biến hoỏ độ màu mỡ

và chế độ dinh dưỡng trong đất

* Sự chuyển húa nụng dược trong đất

Nụng dược trong đất chuyển hoỏ theo cỏc con đường sau đõy:

+ Bay hơi

Một số nụng dược cú tớnh bay hơi như thuốc trừ cỏ (EPTA, CDEA) và thuốc trừ sõu, chỳng bốc hơi ở tầng đất mặt Tuy nhiờn thuốc trừ sõu dạng lõn hữu cơ cú ỏp suất bay hơi bộ nhưng nú bốc hơi từ trong đất rất rừ: khi bốc hơi kộo dài và gặp mưa, 2 dũng đối lưu đú sẽ làm cho phõn tử thuốc bay hơi và cuối cựng trở lại mặt đất Theo tớnh toỏn, trờn diện tớch 1 km2 mỗi năm cú thể tớch luỹ 20 g DDT

+ Hoà tan, rửa trôi và chảy tràn

Loại nông dược có tính hoà tan mạnh ở trong nước (như 2,4D) dễ di động và rửa trôi ra khỏi đất gây ô nhiễm nước trên mặt đất và nước ngầm Nói chung, thuốc trừ cỏ dễ rửa trôi hơn thuốc trừ sâu và thuốc diệt khuẩn Nếu loại thuốc nào bị đất hút chặt thì không di chuyển theo phẫu diện xuống dưới nhưng khi mưa to hoặc sau tưới sẽ theo nước nhập vào mặt đất rồi lắng xuống cùng bùn, nếu dùng bùn đó bón ruộng thì đất bị ô nhiễm Nước chảy tràn trên mặt có thể hoà tan và di chuyển một số nông dược vì vậy sau khi sử dụng nông dược 1 - 2 ngày nếu trời mưa to thì nước xung quanh vùng đó dễ bị ô nhiễm gây hại cho người và cây

+ Ánh sáng phân giải

Mặt đất chịu bức xạ của mặt trời, tia tử ngoại có tác dụng phân giải một số thuốc trừ cỏ

và DDT Tốc độ phân giải thường chậm

+ Tác dụng hoá học

Thuốc trừ sâu dạng lân hữu cơ bị tiêu tan chủ yếu do tác dụng phân giải theo con đường hoá học có xúc tác và không có xúc tác Phản ứng không xúc tác bao gồm thuỷ phân, oxy hoá, ion hoá và hình thành muối Cơ chế xúc tác trong đất chưa được sáng tỏ, chủ yếu phụ thuộc vào tính chất nông dược Nồng độ ion H+ xung quanh keo sét ảnh hưởng rõ đến phân giải hoá học Ngược lại, sự tồn tại của chất hữu cơ sẽ cản trở tác dụng phân giải hoá học

+ Tác dụng phân giải của vi sinh vật

Ðây là con đường tự hoại quan trọng của nông dược trong đất Các yếu tố ảnh hưởng đến

sự hoạt động của vi sinh vật như nhiệt độ, ẩm độ, hàm lượng mùn, điện thế oxy hoá khử (Eh) và

độ pH đều ảnh hưởng đến tốc độ phân giải

+ Tác dụng hấp phụ nông dược của đất

Chủ yếu là hấp phụ lý học, hấp phụ trao đổi ion Hấp phụ trao đổi ion bao gồm:

- Hấp phụ anion: trong phân tử nông dược có các gốc OH, NH2, NHR và CONH2 chúng

có thể bị keo dương trong đất hút Hiện tượng này rõ nhất ở đất giàu sắt, nhôm như đất đỏ (Ferralsols)

- Hấp phụ cation: khi nông dược phân ly ra cation hoặc tồn tại ở dạng cation chúng có thể trao đổi với những cation trên bề mặt keo sét hoặc keo hữu cơ, kết quả là cation của nông dược được hút bám trên keo Tác dụng hấp phụ cation này phụ thuộc vào hàm lượng mùn và thành phần cơ giới đất (đất sét > đất thịt > đất cát) Mùn càng nhiều thì hấp phụ càng mạnh

Tác dụng hấp phụ nông dược của đất chẳng những hạn chế sự di động của nông dược mà còn làm yếu sự phân giải hoá học và tốc độ phân giải của vi sinh vật Vì thế khi hấp phụ càng nhiều thì lượng tồn lưu nông dược trong đất càng nhiều

4.2 Sự tồn lưu và chuyển hoá của phân bón trong đất

* Sự tồn lưu của phân bón trong đất

Phân hoá học phổ biến được sử dụng trên thế giới là phân đạm, phân lân và phân kali Phân đạm chủ yếu là urê, amonisunphat, amonclorua, amoninitrat Phân lân chủ yếu là

superphosphat, tecmophosphat, phosphorit Phân kali chủ yếu là kali clorua, kali sunphat Phân bón là một trong những yếu tố quan trọng làm tăng năng suất cây trồng, nhưng cũng có những mặt trái, đặc biệt ở những vùng thâm canh cao bằng phân hoá học, sử dụng không cân đối phân

N, P, K và các loại phân hữu cơ và phân vi lượng khác Hiện tượng có thể gặp là sự hoá chua của đất, kết cấu đất bị kém đi, sự tích đọng kim loại nặng (Pb, Cd, Cu, Zn, Ni ) và NO3-, NH4+ trong đất, nước

Sự tồn lưu của phân bón trong đất khác nhau tuỳ thuộc loại phân sử dụng

+ Ðối với phân đạm: phần lớn phân đạm dễ tan, ngoài phần cây trồng sử dụng, phần còn lại trong đất tham gia vào các quá trình chuyển hoá khác nhau trong đất và được giữ lại chủ yếu

ở dạng NO3- và NH4+ NH4+ được keo đất giữ, trong điều kiện oxi hoá NH4+ dễ dàng bị nitrat hoá

để hình thành NO3- Theo Viện Tài nguyên thế giới, đến năm 1993 quỹ đất của thế giới là 13.042 triệu ha Như vậy, theo mức sử dụng phân đạm năm 1995 của thế giới là 91 triệu tấn N và hiệu suất sử dụng đạm của cây trồng khoảng 50% thì mỗi ha đất sẽ chứa khoảng 15 kg NO3- Diện

tích đất trồng trọt bằng 20,6% quỹ đất, vì vậy lượng NO3- tích luỹ trong đất trồng trọt tăng lên 5 lần, khoảng 75 kg/ha Nếu tính lượng đất trong 1 ha có chứa NO3- ngấm sâu 0,5m thì sau 1 năm

sử dụng phân đạm hoá học, lượng NO3- tích luỹ trong đất khoảng 7,5 - 8,0ppm Tuy nhiên do

NO3- ít được keo đát giữ và sự hấp phụ hoá học xảy ra với ion này rất yếu nên quá trình rửa trôi theo nước mặt và thấm sâu, cộng với quá trình phản nitrat hoá làm hàm lượng NO3- trong đất giảm nhiều sau một năm canh tác

+ Ðối với phân lân: khác với phân đạm, phân lân ít bị mất đi trong quá trình sử dụng Ngoài phần P cây hút và một phần nhỏ dễ hoà tan bị mất đi theo dòng chảy, phần lớn lân tồn tại

ở trong đất ở dạng các hợp chất khó tan với Ca, Al và Fe Ngoài ra, trong điều kiện đất vùng nhiệt đới chua nhiều, một phần P bị giữ chặt do hấp phụ lý hoá học bởi các keo dương Ðây chính là lý do tại sao hàm lượng lân tổng số trong một số loại đất tăng lên nhiều trong những năm gần đây do bón phân lân liên tục Tồn dư của P trong đất tuy không ảnh hưởng xấu đến môi trường, nhưng sự cố định lân quá mạnh của một số loại đất làm giảm hiệu suất sử dụng của phân lân

+ Ðối với phân kali: Khác với phân lân, phân kali dễ tan hơn Tồn dư của kali trong đất không gây độc cho đất và môi trường Kali tồn lưu này có thể tồn tại ở trong đất dưới các dạng khác nhau tuỳ thuộc vào lượng tồn dư và loại đất Một phần kali tồn lưu có thể hoà tan tồn tại trong nước, phần kali này dễ bị rửa trôi khỏi đất hoặc dễ dàng được cây hấp thụ Phần lớn kali tồn lưu được keo đất hấp phụ ở dạng kali trao đổi hoặc kali nằm sâu trong khe hở giữa các lớp tinh thể của keo sét Ðặc biệt các đất có chứa nhiều hydromica sự hấp phụ và cố định kali càng mạnh Khác với lân, kali sau khi được đất hấp phụ hoặc cố định trong các khe hở của keo sét có thể chuyển thành kali dễ hoà tan và kali trao đổi để cung cấp cho cây

* Sự chuyển hoá của phân bón trong đất

Phân bón trong đất chịu tác động của những chuyển hoá chính sau:

+ Quá trình điện ly, ví dụ sự điện ly của amonisunphat

(NH4)2SO4 D 2NH4+ + SO4 2-+ Quá trình hoà tan, ví dụ sự hoà tan của superphosphat

Ca(H2PO4)2 + H2O  Ca2+ + 2H2PO4- + H2O + Quá trình thuỷ phân, ví dụ sự thuỷ phân ure để hình thành NH3

CO(NH2)2 + 2H2O D (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 D 2NH4+ + CO3 2-+ Quá trình nitrat hoá

Nitrosomonas 2NH4+ + 3O2 2NO2- + 4H+ +2H2O + Q

Nitrono monas 2NO2- + O2 2NO3- + Q

+ Quá trình phản nitrat hoá

NO3-  NO2-  NO  N2O  N2 + Quá trình hấp phụ trao đổi, ví dụ sự hấp phụ trao đổi kali

+

Ca2+ + 3 KCl K§

K+

K+

K+ + HCl + CaCl2

+ Quá trình kết tủa

Ca(H2PO4)2 + Ca(HCO3)2  2CaHPO4 + 2H2CO3

5 Tình hình ô nhiễm đất Việt Nam hiện nay

5.1 Ô nhiễm đất do sử dụng phân hoá học

Theo báo cáo hiện trạng môi trường Việt Nam năm 1999, ở Việt Nam, 80% phân bón hoá học dành cho lúa, lượng NPK bón còn thấp Năm 1980 toàn bộ phân bón cả nước qui ra đơn vị dinh dưỡng nguyên chất là 129.000 tấn, đến năm 1998, đỉnh cao của phân hoá học đã dùng (qui

ra nguyên chất) là 636.000 tấn

Nếu tính trên mỗi ha: năm 1970 tổng lượng NPK đã bón 51,3 kg/ha (tỷ lệ N: P2O5: K2O = 1,0: 0,61: 0,24); bình quân năm từ 1976 - 1980 đã bón 36,5 kg/ha (tỷ lệ N: P2O5: K2O = 1,0: 0,36: 0,15); bình quân từ năm 1981 - 1985 đã bón 62,7 kg/ha (tỷ lệ N: P2O5: K2O=1,0: 0,29: 0,07) So với bình quân thế giới vào thời gian ấy là 95,5 kg/ha (tỷ lệ N: P2O5: K2O = 1,0: 0,8: 0,35) thì mức bón và lượng P, K còn rất thấp Ở trung du và miền núi lại càng thấp

Năm 1997 đã bón 126,1 kg/ha, xấp xỉ mức trung bình của thế giới, nhưng còn thấp hơn nhiều so với Hàn Quốc, Nhật Bản và Trung Quốc Tuy nhiên ở một số vùng thâm canh tăng vụ cao thì lượng phân bón có thể được sử dụng nhiều hơn

Tuy chưa gây ra những tác động ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, nhưng việc bón phân

vô cơ đơn độc liên tục đã ảnh hưởng đến sự chua hoá ở tầng canh tác Một số vùng sử dụng đạm nhiều có liên quan với sự tích luỹ NO3- trong nước Theo kết quả điều tra của Bộ Y tế, 20% số giếng khoan ở vùng biển có chứa đến 10 mg NO3-/lít nước, 13,8% số giếng khơi ở vùng đồng bằng có chứa hơn 7 mg NO3-/lít nước

5.2 Ô nhiễm đất do sử dụng thuốc bảo vệ thực vật và diệt cỏ

Những loại thuốc chính được sử dụng là: thuốc diệt sâu, diệt cỏ, diệt nấm, diệt chuột, diệt giun tròn

Thuốc bảo vệ thực vật được sử dụng ở nước ta trong những năm qua thuộc 4 nhóm chính: clo hữu cơ, lân hữu cơ, cacbamat và pyrethroid, trong đó thuốc nhóm lân hữu cơ trong những năm gần đây chiếm 60%

Khối lượng thuốc bảo vệ thực vật ở nước ta sử dụng không nhiều trong vòng 10 năm gần đây, tính bình quân chỉ đạt 0,3 - 0,4 kg hoạt chất /ha/năm Năm cao nhất cũng chỉ đạt 0,6 - 0,7 kg hoạt chất/ha/năm Năm 1990 dung 0,2 kg hoạt chất/ha/năm Tuy nhiên, nếu dùng không đúng vẫn gây ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí

Cần rất chú ý vì hiện nay người dân vẫn sử dụng một số loại thuốc mà thế giới đã hạn chế hoặc cấm sử dụng vì rẻ tiền Việc sử dụng thuốc chưa tuân thủ chặt chẽ qui chế và qui trình sử dụng trong khi đó một số loại thuốc có thể tồn tại trong đất khá lâu

5.3 Ô nhiễm đất do ảnh hưởng của nước thải thành phố, khu công nghiệp

+ Kết quả nghiên cứu của N.M Maqsud (1995-1997) về ô nhiễm môi trường vùng nội và ngoại ô thành phố Hồ Chí minh cho thấy: nước và bùn ở kênh, rạch thuộc thành phố đã bị ô nhiễm đến mức rất nặng: nồng độ các kim loại nặng trong nước ô nhiễm của các kênh, rạch này vượt quá ngưỡng cho phép, so với nước kênh, rạch không bị ô nhiễm tăng từ 16 - 700 lần (bảng 13.4)

Bảng 13.4 Hàm lượng một số kim loại nặng trong nước kênh, rạch của

thành phố Hồ Chí Minh

Hệ thống Nhiêu Lôc, Thị Nghè

Chi lưu kênh Cầu Bông

1-3 7-8

15-20 15-18

12-30 18-25

5-140 7-300

100-500 395-650

Kênh Doi Tê, Tân Hu, Bến Nghé 2-7 12-19 10-180 10-160 200-250

+ Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Thị An Hằng (1995-1998) về ô nhiễm kim loại nặng của khu vực công ty pin Văn Ðiển và Orion-Hanel cho thấy:

- Nước thải của mỗi công ty đều chứa kim loại nặng vượt quá TCVN 5945/1995 (Tiêu chuẩn Việt Nam) đối với nước thải công nghiệp loại B Ở Công ty pin Văn Ðiển Hg gấp 9,04 lần, ở công ty Orion-Hanel Pb gấp 1,12 lần Các kim loại này có nồng độ đáng kể trong đoạn sông Tô Lịch và mương Hanel gần cống thải

- Hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích sông Tô Lịch cao hơn hàm lượng nền 13,88 - 20,50 lần

+ Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Khang và Nguyễn Xuân Thành (1997), các sông của nội thành Hà Nội: Kim Ngưu, Tô Lịch và phần cuối của sông Nhuệ (tiếp giáp với sông Tô Lịch) đều bị ô nhiễm cả về mùi, màu sắc và nhiều chỉ tiêu lý, hoá học khác, ví dụ đối với nước sông Kim Ngưu có BOD5: 50 - 190mg/L, NH4+: 3 - 25mg/L, COD: 90 - 495mg/L, DO: < 1mg/L,

H2S: 7 - 11mg/L, cặn lơ lửng: 50 - 200mg/L

Bảng 13.5 Hàm lượng (ppm) của một số kim loại nặng trong đất gần công ty Orion-Hanel

Cu 20 - 400 - 20 21,2418,22 18,8017,36 23,0217,26 20,6516,14 20,0116,86

Pb 20 - 400 - 20 27,9321,46 18,5013,77 26,8319,28 19,0214,18 16,357,47

Zn 20 - 400 - 20 43,7239,25 36,6532,46 44,5041,02 37,6932,58 32,2528,26

Ghi chú: ÐR.200 - Ðất trồng rau cách mương thải 200m

ÐR.1500 - Ðất trồng rau cách mương thải 1500m ÐL.200 - Ðất lúa cách mương thải 200m

ÐL.1500 - Ðất lúa cách mương thải 1500m ÐR.1 - Ðất trồng rau không tưới nước thải

6 Phương hướng phòng chống ô nhiễm đất

Muốn phòng chống ô nhiễm đất cần tiến hành các mặt sau:

6.1 Ðiều tra và phân tích đất

Triển khai điều tra và phân tích đất bị ô nhiễm Ðịnh ra tiêu chuẩn đánh giá ô nhiễm Ðây

là một trong những công tác cơ bản đánh giá đất, phòng ngừa phát sinh và phát triển ô nhiễm đất Ðiều tra ô nhiễm đất là tìm hiểu trạng thái ô nhiễm và đánh giá mức độ ô nhiễm Hiện nay người

ta lấy "trị số cơ bản" làm tiêu chuẩn đánh giá Căn cứ vào hàm lượng bình quân của hợp chất hoặc nguyên tố độc hại trong đất vượt quá "trị số cơ bản" để đánh giá

Ðánh giá chất lượng đất là khâu quan trọng trong công tác bảo vệ môi trường Cần lấy mẫu đất định kỳ hoặc đặt máy đo tự động ở khu vực đại diện, phân tích các tính chất lý, hoá và sinh học đất để theo dõi động thái biến đổi, quy luật ô nhiễm, từ đó tính toán số lượng tồn lưu chất ô nhiễm trong đất, dự kiến được trạng thái ô nhiễm và xu thế chuyển hoá của chúng và nêu

ra biện pháp phòng tránh

6.2 Loại bỏ nguồn gây ô nhiễm

Trong các xí nghiệp, nhà máy, hầm mỏ cần nghiên cứu công nghệ khép kín, không sản xuất hoặc ít sản xuất chất độc Những chất thải loại cần có cách xử lý thu hồi Hiện nay, ô nhiễm đất chủ yếu bắt nguồn từ các nhà máy và nước cống thành phố, bởi vậy lúc tưới nước cho cây trồng cần phải cẩn thận Trước lúc dùng, cần phân tích thành phần độc hại và nồng độ của chúng, nếu không đạt được tiêu chuẩn nước tưới thì phải tìm cách cải tạo hoặc tìm nguồn nước khác

Cần chọn dùng loại nông dược có hiệu lực cao nhưng ít độc, ít tồn lưu trong đất Hiện nay còn phải tạm dùng một số nông dược tồn lưu nhiều như chế phẩm kim loại nặng, cần được hạn chế phạm vi sử dụng, lượng dùng và số lần dùng Một hướng mới hạn chế dùng thuốc gây ô nhiễm là cần mở rộng phương pháp sinh vật phòng trừ kết hợp với phương pháp khác (phòng trừ tổng hợp)