Nghiên cứu đặc điểm sinh địa hóa vùng đất tại ba vì (hà nội) và hướng hóa (quảng trị) đối với sự phát triển cây cọc rào (jatropha curcas)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Thị Duyên NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH ĐỊA HÓA VÙNG ĐẤT TẠI BA VÌ HÀ NỘI VÀ HƯỚNG HÓA QUẢNG TRỊ ĐỐI VỚI SỰ PHÁT TRIỂN CÂY CỌC RÀO Jatropha curcas

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Nguyễn Thị Duyên

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH ĐỊA HÓA VÙNG ĐẤT TẠI

BA VÌ (HÀ NỘI) VÀ HƯỚNG HÓA (QUẢNG TRỊ) ĐỐI VỚI

SỰ PHÁT TRIỂN CÂY CỌC RÀO (Jatropha curcas)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Nguyễn Thị Duyên

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH ĐỊA HÓA VÙNG ĐẤT TẠI

BA VÌ (HÀ NỘI) VÀ HƯỚNG HÓA (QUẢNG TRỊ) ĐỐI VỚI

SỰ PHÁT TRIỂN CÂY CỌC RÀO (Jatropha curcas)

Chuyên ngành: Khoáng vật học và Địa hóa học

Mã số: 60440205

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Thị Hoàng Hà

LỜI CẢM ƠN

Học viên trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Hoàng Hà, bộ môn Địa chất Môi trường, khoa Địa chất đã hướng dẫn nhiệt tình để học viên có thể hoàn thành luận văn của mình một cách tốt nhất

Học viên xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy cô của khoa Địa chất trong suốt 2 năm học vừa qua đã truyền đạt những kiến thức quý báu của mình để học viên được như ngày hôm nay

Nhân đây, học viên xin cảm ơn tập thể cán bộ, các thầy cô và anh chị của Trung tâm Nghiên cứu Biển và Đảo, Phòng Thí nghiệm Thổ nhưỡng (Khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên), Trung tâm Lưu trữ Địa chất đã giúp

đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho Học viên được hoàn thành các thí nghiệm và thu thập tài liệu nghiên cứu của mình

Học viên

Nguyễn Thị Duyên

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 3

1.1 Tổng quan về cây Cọc rào 3

1.2 Tổng quan nghiên cứu về cây Cọc rào 8

1.3 Chu trình sinh địa hóa 11

1.3.1 Chu trình sinh địa hóa của đồng (Cu) 11

1.3.2 Chu trình sinh địa hóa của kẽm (Zn) 14

1.3.3 Chu trình sinh địa hóa của mangan (Mn) 16

1.4 Giới thiệu khái quát khu vực nghiên cứu 17

1.4.1 Điều kiện tự nhiên khu vực Ba Vì (Hà Nội) 17

1.4.2 Điều kiện tự nhiên khu vực Hướng Hóa (Quảng Trị) 20

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Phương pháp tổng hợp và kế thừa tài liệu 23

2.2 Phương pháp khảo sát thực địa và lấy mẫu 23

2.3 Phương pháp xử lý và phân tích mẫu 24

2.3.1 Mẫu đất 24

2.3.2 Mẫu cây Cọc rào 27

2.4 Phương pháp xử lý số liệu 27

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 28

3.1 Đặc điểm sinh địa hóa vùng đất khu vực Ba Vì 28

3.1.1 Đặc điểm vỏ phong hóa khu vực Ba Vì 28

3.1.2 Đặc điểm môi trường đất khu vực Ba Vì 29

3.1.3 Hàm lượng Cu, Mn và Zn trong cây Cọc rào và hệ số tích lũy sinh học 35

3.2 Đặc điểm sinh địa hóa vùng đất khu vực Hướng Hóa 36

3.2.1 Đặc điểm vỏ phong hóa khu vực Hướng Hóa 36

3.2.2 Đặc điểm môi trường đất khu vực Hướng Hóa 37

3.2.3 Hàm lượng Cu, Mn và Zn trong cây Cọc rào và hệ số tích lũy sinh học 40

3.3 Ảnh hưởng của điều kiện sinh địa hóa khu vực Ba Vì và Hướng Hóa đối với sự phát triển của cây Cọc rào 42

3.3.1 Hiện trạng phát triển của cây Cọc rào tại hai khu vực nghiên cứu Ba Vì và Hướng Hoá 42

3.3.2 Ảnh hưởng của điều kiện sinh địa hóa khu vực nghiên cứu đối với sự phát triển của cây Cọc rào 44

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

PHỤ LỤC 1 57

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cây và hạt Cọc rào tại khu vực Hướng Hóa 4

Hình 1.2 Các công dụng và năng lượng của cây Cọc rào 6

Hình 1.3 Chu kỳ toàn cầu của Cu (102 tấn Cu và 102 tấn Cu/năm) 15

Hình 1.4 Địa điểm các khu vực nghiên cứu 18

Hình 2.1 Lấy mẫu đất tại khu vực Ba Vì và Hướng Hóa 23

Hình 3.1 Hàm lượng Mn trong các mẫu đất tại các khu vực nghiên cứu 32

Hình 3.2 Hàm lượng Cu trong các mẫu đất tại các khu vực nghiên cứu 33

Hình 3.3 Hàm lượng Zn trong các mẫu đất tại các khu vực nghiên cứu 33

Hình 3.4 Sự phát triển của cây Cọc rào tại Ba Vì 43

Hình 3.5 Sự phát triển của cây Cọc rào tại Hướng Hoá 43

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Hàm lượng Cu, Mn, Zn trong các môi trường đất và đá (ppm) 12

Bảng 1.2 Hàm lượng Cu, Mn và Zn trong thực vật và môi trường nước (ppm) 13

Bảng 1.3 Nhiệt độ và lượng mưa trung bình tháng và năm 2012 tại huyện Ba Vì 19

Bảng 3.1a Đặc trưng một số chỉ tiêu vật lý – hóa học môi trường đất khu vực Ba Vì 30

Bảng 3.1b Đặc trưng một số chỉ tiêu vật lý – hóa học môi trường đất khu vực Ba Vì 31

Bảng 3.1c Đặc trưng một số chỉ tiêu vật lý – hóa học môi trường đất khu vực Ba Vì 31

Bảng 3.2 Hàm lượng của các nguyên tố Cu, Zn, Mn (mg/kg khô) trong cây Cọc rào 35

Bảng 3.3 Hệ số tích lũy sinh học nguyên tố Cu, Zn, Mn trong cây Cọc rào 36

Bảng 3.4a Đặc trưng một số chỉ tiêu vật lý – hóa học môi trường đất khu vực Hướng Hóa 38

Bảng 3.4b Đặc trưng một số chỉ tiêu vật lý – hóa học môi trường đất khu vực Hướng Hóa 39

Bảng 3.4c Đặc trưng một số chỉ tiêu vật lý – hóa học môi trường đất khu vực Hướng Hóa 40

Bảng 3.5 Hàm lượng của các nguyên tố kim loại Cu, Zn, Mn (mg/kg khô) trong cây Cọc rào 41

Bảng 3.6 Hệ số tích lũy sinh học nguyên tố Cu, Zn, Mn trong cây Cọc rào 41

Bảng 3.7 Đánh giá chung các chỉ tiêu thổ nhưỡng của khu vực Ba Vì 45

Bảng 3.8 Đánh giá chung các chỉ tiêu thổ nhưỡng của khu vực Hướng Hoá 45

Bảng 3.9 Đánh giá mức độ tương thích về nhu cầu sinh thái của cây Cọc rào tại hai khu vực nghiên cứu 46

MỞ ĐẦU

Sự khai thác và sử dụng quá mức nguồn nhiên liệu hóa thạch vào cuối thế kỷ

20 đã khiến trữ lượng của chúng giảm mạnh, đồng thời góp phần làm gia tăng ô nhiễm môi trường và gây nên hiện tượng nóng lên toàn cầu Trong bối cảnh đó, rất nhiều quốc gia đang nỗ lực tìm kiếm một loại năng lượng mới thân thiện với môi trường và năng lượng sinh học chính là một nguồn năng lượng đang được đặc biệt

chú ý Việc trồng các loại cây lấy dầu, đặc biệt là cây Cọc rào (Jatropha curcas) để

sản xuất dầu sinh học là một trong những giải pháp được nhiều quốc gia lựa chọn Ngoài ra, với đặc tính thích ứng với cả vùng đất cằn cằn cỗi, suy thoái, các vùng hoang hóa, đất cát khô hạn, cây Cọc rào còn được trồng để góp phần cải tạo môi trường đất

Cây Cọc rào có nguồn gốc từ Mehico và Trung Mỹ, hiện nay được trồng rộng rãi trên thế giới, nhất là các nước Ấn Độ, Trung Quốc, Indonexia, Thái Lan, Malayxia, Myanma, Madagasca, Zambia, Ghana, Brazil… Rất nhiều công trình đã tập trung nghiên cứu về hàm lượng dầu trong hạt cây Cọc rào, khả năng và hiệu quả chiết xuất dầu từ cây Cọc rào, các điều kiện ảnh hưởng đến sự phát triển và sản lượng của cây, khả năng sử dụng cây vào nhiều mục đích khác nhau như cải tạo đất,

xử lý ô nhiễm môi trường, chữa bệnh…

Tại Việt Nam, việc nghiên cứu và phát triển cây Cọc rào để sản xuất dầu diesel sinh học được đặc biệt chú ý sau khi đề án “Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến 2025” do Phó Thủ tướng phê duyệt và “Nghiên cứu, phát

triển và sử dụng sản phẩm cây Cọc rào (Jatropha curcas) ở Việt Nam giai đoạn

2008 – 2015 và tầm nhìn đến 2025” do Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phê duyệt Các nghiên cứu về cây Cọc rào tập trung vào một số vấn đề như khả năng sản xuất diesel sinh học, đặc tính thực vật của cây, biến động năng suất và hàm lượng dầu trong hạt, các biện pháp kỹ thuật thâm canh Mặc dù cây Cọc rào được phát hiện mọc tự nhiên tại nhiều vùng sinh thái khác nhau như vùng trung du miền núi phía Bắc, vùng Bắc Trung Bộ, vùng duyên hải Nam Trung Bộ,

vùng Đông Nam Bộ, nhưng kết quả trồng thử nghiệm cho thấy cây trồng tại các vùng sinh thái khác nhau có sản lượng hạt khác nhau Bên cạnh đó, phần lớn cây trồng tại vùng trung du miền núi phía Bắc sinh trưởng kém, tỷ lệ cây chết cao, sản lượng thấp…

Nhận thấy, đặc điểm sinh địa hóa tại các vùng đất trồng cây có vai trò quan

trọng đến sự phát triển của cây, học viên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu đặc điểm

sinh địa hóa vùng đất tại Ba Vì (Hà Nội) và Hướng Hóa (Quảng Trị) đối với sự

phát triển cây Cọc rào (Jatropha curcas)” với mục tiêu và nhiệm vụ như sau:

Mục tiêu: Đánh giá được đặc điểm sinh địa hóa vùng đất Ba Vì và Hướng Hóa đối với sự phát triển của cây Cọc rào

3 Nghiên cứu đặc điểm sinh địa hóa vùng đất Ba Vì và Hướng Hóa;

4 Nghiên cứu chu trình sinh địa hóa một số nguyên tố vi lượng cần thiết (Cu, Mn, Zn) đối với sự phát triển của cây Cọc rào;

5 Nghiên cứu, đánh giá được ảnh hưởng của điều kiện sinh địa hóa đến sự phát triển của cây Cọc rào

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Tổng quan về cây Cọc rào

Cây Cọc rào có tên khoa học là Jatropha curcas, thuộc chi Cọc rào, họ Thầu

dầu Cây Cọc rào có nguồn gốc từ Mexico và Trung Mỹ (Benge và Officer, 2006) Sau khi được người Bồ Đào Nha mang qua Cape Verde, cây Cọc rào lan truyền sang châu Phi, từ đó nó được trồng ở nhiều nước và trở thành cây bản địa ở khắp các nước nhiệt đới, cận nhiệt đới trên toàn thế giới như Ấn Độ, Trung Quốc, Indonexia, Malayxia, Philipin, Thái Lan, Nam Phi Cây Cọc rào có mặt ở Việt Nam từ trước thế kỉ XIV Cây Cọc rào mọc hoang dại tại nhiều vùng sinh thái khác nhau như: vùng trung du miền núi phía Bắc (Lào Cai, Lai Châu, Điện Biên, Sơn La, Hòa Bình, Lạng Sơn); vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Quảng Trị); vùng duyên hải Nam Trung Bộ (Ninh Thuận, Bình Thuận, Khánh Hòa); vùng Đông Nam Bộ (Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Lâm Đồng) (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, 2008) Hiện nay cây được trồng rải rác ở nhiều địa phương như Đồng Nai, Đắc Lắc, Ninh Thuận, Bình Thuận, Phú Thọ, Quảng Trị… (Lê Quốc Huy và nnk, 2008)

Cây Cọc rào vẫn là cây bụi với các nhánh lan rộng, cây phát triển lên đến 20

m trong điều kiện thuận lợi (Benge và Officer, 2006) Cây được nhân giống từ hạt thường có năm rễ, trong đó có một gốc rễ chính và bốn rễ phụ Cây được nhân giống bằng phương pháp hom thường chỉ phát triển rễ phụ và rễ chính chỉ có thể dài

bằng 1/2 hoặc 1/3 chiều dài của một rễ cây thông thường Cây có thể sống được 30

– 50 năm nên khi trồng loại cây này chỉ mất công trồng một lần đầu và cho thu hoạch các năm về sau (Nguyễn Công Tạn, 2008)

Thân cây Cọc rào có màu xám trắng, vỏ mịn, có mủ Lá lớn có màu xanh nhạt sắp xếp trên cây theo kiểu so le Cây có cơ chế rụng lá vào mùa đông Bằng cách này, cây có thể sống được nhiều tháng với hàm lượng nước tối thiểu trong cơ thể Hoa của loài cây này ra theo cụm và hình thành ở các nách lá Cây thường ra hoa vào cuối mùa nóng với kiểu ra hoa đơn tính đôi khi có hoa lưỡng tính Nếu cây

có điều kiện tăng trưởng liên tục sẽ xảy ra sự mất cân bằng giữa nhụy và nhị, kết quả là số lượng hoa cái sẽ cao hơn Sau thời gian ra hoa thì quả Cọc rào được hình thành, thường là sau mùa đông Tuy nhiên, nó có thể ra vài mùa trong năm nếu đất

có độ ẩm tốt và nhiệt độ đủ c ao Mỗi cụm hoa cho khoảng mười quả nang, đen, hình trứng, dài và rộng 2 – 2,5 cm Trong mỗi quả có hai, ba vách ngăn khi quả trưởng thành và vỏ khô lại (Brittaine và Lutaladio, 2010)

Hình 1.1 Cây và hạt Cọc rào tại khu vực Hướng Hóa

Hạt là sản phẩm người trồng quan tâm nhất Hạt được thu hoạch khi vỏ hạt chuyển từ màu xanh sang màu vàng Mỗi quả có thể cho 3 – 4 hạt Hạt thuôn dài giống như hạt thầu dầu nhỏ, có màu đen, vỏ hạt mỏng (Brittaine và Lutaladio, 2010) Hàm lượng dầu trong hạt của Cọc rào dao động trong khoảng từ 18,4 đến 42,3% nhưng thông thường rơi vào khoảng từ 30 đến 35% (Heller, 1996) Tất cả lượng dầu gần như được trữ lại trong hạt, nơi mà hàm lượng dầu đạt khoảng 50 – 55% (Jongschaap và nnk, 2007) Điều này vượt trội hơn khi so sánh với hạt lạc (42%), hạt cải dầu (37%), hạt đậu nành (14%) và hạt hướng dương (32%) (Jongschaap và nnk, 2007) Các chất chứa trong thành phần của cây (ngoài dầu) rất đa dạng như N, P, Ca, Mg, Fe, Cu (Nguyễn Công Tạn, 2008) Hạt Cọc rào chứa chủ yếu là dầu thô và protein trong khi vỏ phần lớn là chất xơ Trong vỏ

chứa nhiều protein và cacbonhydrate (Nguyễn Công Tạn, 2008) Vỏ và nhân hạt là sản phẩm để khai thác dầu, tuy nhiên trong hạt có chứa một số hợp chất độc hại bao gồm cả lectin, saponin, phorbol là các chất gây ung thư, và chất ức chế trypsin (Benge và Officer, 2006) Hạt giống của cây cũng có hàm lượng toxalbumin và curcin cao Một lượng nhỏ ricin bằng (1/108%) trọng lượng cơ thể đã có thể gây tử vong cho người dùng (Nguyễn Công Tạn, 2008)

Cây Cọc rào là loài cây đa mục đích, tất cả các phần của cây đều có giá trị sử dụng (Hình 1.2) Thân cây được dùng để làm hàng rào chăn nuôi, chống xói mòn, làm phân xanh, làm củi Vỏ quả, lá và mủ cây thường được người dân sử dụng để chữa bệnh viêm nhiễm và làm lành vết thương rất hiệu quả Riêng quả và vỏ quả dùng để cải tạo, làm sạch đất và sản xuất khí đốt sinh học Cây Cọc rào có năng suất sinh học và hàm lượng chất dinh dưỡng cao do đó có thể sử dụng bã ép dầu nguyên liệu làm phân bón hữu cơ, thành phần hoạt chất của phế liệu có khả năng sử dụng làm chế phẩm phòng trừ sâu bệnh Đặc biệt hàm lượng dầu cao có trong hạt của cây không chỉ dùng để làm nhiên liệu sinh học mà còn thể làm xà phòng, làm thuốc trừ sâu, chất diệt nhuyễn thể…

Mỗi loài cây sinh trưởng và phát triển đều cần có những yêu cầu sinh thái nhất định về nhiệt độ, nước, độ ẩm, ánh sáng, chất dinh dưỡng Cọc rào có biên độ sinh thái khá rộng, có thể thích nghi với biên độ dao động khí hậu và chất lượng đất tương đối lớn, tuy nhiên để đạt sản lượng tốt cây cần được trong điều kiện nhất định

Nhiệt độ: Cây Cọc rào sinh trưởng và phát triển ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, với vùng canh tác thuận lợi là từ vĩ độ 300

Bắc đến 350 Nam Loài cây này cũng phát triển tốt ở những vùng mực nước biển thấp hơn, khoảng 0 đến 500m so với mực nước biển Cọc rào là loài thực vật không dễ bị ảnh hưởng bởi độ dài của ngày

và có thể nở hoa vào bất kì thời điểm nào trong năm (Heller, 1996) Nhiệt độ lý tưởng là vào khoảng từ 20 – 28 0

C (Brittaine và Lutaladio, 2010)

Hình 1.2 Các công dụng và năng lƣợng của cây Cọc rào

Nguồn: Brittaine và Lutaladio, 2010

Nhiệt độ quá cao có thể làm giảm sản lượng (Gour, 2006) và Cọc rào thường không thể sống sót ở vùng có khí hậu khắc nghiệt, nhiệt độ thấp dưới 0 0C

Phân xanh Làm củi

Mủ cây

Làm lành vết thương Làm thuốc

Hạt

Dầu sinh học

Thuốc trừ sâu/chất diệt nhuyễn thể

Thức ăn/cỏ khô cho gia súc

(không độc hại)

Vỏ quả

Cải tạo/làm sạch đất Sản xuất khí đốt sinh học

Làm thuốc Chống viêm

dưới 15 – 17 0C Cây Cọc rào rất nhạy cảm với sương mù, cây thường bị rụng lá trong điều kiện này Mặc dù cây có thể thích nghi được với điều kiện sương mù nhẹ, tuy nhiên sản lượng hạt sẽ giảm đi đáng kể (Maes và nnk, 2009) Loài thực vật này thích nghi tốt với cường độ ánh sáng mạnh (loài ưa sáng) và không phù hợp để trồng ở vùng tối (Brittaine và Lutaladio, 2010) Trong một nghiên cứu dựa trên tổng hợp 241 mẫu cây Cọc rào mọc tự nhiên tại Mehico và Nam Mỹ, Maes và nnk (2009) cho thấy giới hạn tối ưu của nhiệt độ trung bình năm, nhiệt độ thấp nhất

và nhiệt độ cao nhất tương ứng là: 23,4 – 26,2; 14,4 – 19,2; 31,5 – 34,0 0C

Lượng mưa: Cọc rào là một loài cây bụi mọng nước Với những chiếc rễ sâu giúp nó thích ứng tốt hơn ở những điều kiện bán khô hạn Cọc rào có thể sống sót trong điều kiện chỉ với lượng mưa hàng năm rất nhỏ (250 – 300 mm); tuy nhiên, để loài này có thể ra hoa và kết trái thì lượng mưa cần phải ít nhất là 600 mm Lượng mưa thuận lợi nhất để sản xuất hạt được cho là dao động từ 1207 – 2001 mm (Maes

và nnk, 2009) Lượng mưa quá ít hoặc quá nhiều đều ảnh hưởng đến sự phát triển của cây và sản lượng hạt Sản lượng hạt Cọc rào tại vùng có độ mưa khoảng 900 –

1200 mm có thể gấp 2 lần sản lượng tại các vùng bán khô hạn (Francis và nnk, 2005; Achten và nnk, 2008) Đối với vùng có lượng mưa hàng năm lớn hơn 3000

mm, cây có xu hướng bị nhiễm bệnh và rễ kém phát triển (Achten và nnk, 2008)

Đất: Mặc dù cây Cọc rào có khả năng sống được trên các vùng đất khô cằn, hoang hóa, tuy nhiên các điều kiện này sẽ ảnh hưởng đến sản lượng hạt Loại đất tốt nhất cho Cọc rào là đất cát và đất nhiều mùn (sâu khoảng ít nhất 45cm) (Gour, 2006) Khu vực có nhiều đất sét không phù hợp với cây Cọc rào vì cây không thích hợp với điều kiện ngập nước Khả năng phát triển trong đất kiềm của Cọc rào đã được công bố rộng rãi nhưng nồng độ pH trong đất tốt nhất là nên ở mức từ 6.0 đến 8.0/8.5 (FACT, 2007)

Đất dốc: Ảnh hưởng trực tiếp tới hệ thống thoát nước, thủy lợi, xói mòn Đây không phải là vấn đề lớn khi gây trồng Cọc rào bởi vì nó có thể thích ứng với mọi

độ dốc kể cả những vách đá hiểm trở Đối với những khu vực có độ dốc lớn ta có thể phát triển trồng với mục đích chính là cải tạo đất, chống xói mòn nhưng vẫn có

thể thu hoạch hạt để sản xuất dầu, trong khi các sản phẩm hữu cơ rơi rụng từ cây có thể giữ và làm mới được đất Tuy nhiên, đối với mục đích trồng cây Cọc rào để sản xuất dầu thì vùng đất có độ dốc lớn hơn 25° không thích hợp vì dễ gây mất nước và xói mòn đất(Brittaine và Lutaladio, 2010)

1.2 Tổng quan nghiên cứu về cây Cọc rào

Hiện nay, phần lớn các nghiên cứu về cây Cọc rào chủ yếu tập trung vào đánh giá hàm lượng dầu trong hạt và khả năng sản xuất dầu diesel sinh học (Kandpal và Madan, 1995; Kumar và Satyawati, 2008; Gunaseelan, 2009; Sharma

và Pandey, 2009; Brittaine và Lutaladio, 2010; Qian và nnk, 2010; Liu và nnk, 2012; Pandey và nnk, 2012) Mazumdar và nnk (2012) cho biết hàm lượng dầu dao động trong khoảng 23,7 – 46,6 % Một số nghiên cứu chỉ ra rằng giai đoạn hình thành quả có thể ảnh hưởng tới thành phần axit béo trong dầu và chất lượng dầu (Raina và Gaikwad, 1987; Achten và nnk, 2008)

Ngoài việc được sử dụng để sản xuất diesel sinh học, cây Cọc rào còn được

sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau Jamil và nnk (2009), Yadav và nnk (2009), Fontanilla (2010) đánh giá khả năng sử dụng cây Cọc rào để xử lý ô nhiễm môi trường Ở Mê-xi-cô, cây được trồng thành bụi với mục đích thu hút các loại côn trùng cánh kiến để chúng tiết ra nhựa và nhựa đó được sử dụng làm thuốc nhuộm

và nhựa cánh kiến (Benge và Officer, 2006) Một số nghiên cứu khác cho thấy cây Cọc rào có khả năng cải tạo đất (Zahawi, 2005), ngăn chặn xói mòn đất, suy giảm

độ ẩm ở đất (Benge và Officer, 2006), và hỗ trợ sự phát triển của thảm thực vật tự nhiên (Sahoo và nnk, 2009)

Bên cạnh những nghiên cứu tập trung vào các giá trị kinh tế của cây Cọc rào, một số công trình tập trung nghiên cứu đặc tính thực vật (Behera, 2010; Zippel

và nnk, 2010) và đặc tính di truyền của cây (Wani và nnk, 2012) Ngoài ra, hiện nay, việc nghiên cứu các điều kiện tối ưu đối với sự phát triển và nâng cao sản lượng của cây Cọc rào được rất nhiều nhà khoa học quan tâm (Achten và nnk, 2010) Rajaona và nnk (2011) và Kalam và nnk (2012) nghiên cứu kỹ thuật tưới

tiêu và bón phân hợp lý nhằm tối ưu hóa năng suất cây trồng trên đất bị thoái hóa, ảnh hưởng của nguồn nước và cắt tỉa đến tốc độ tăng trưởng, phân vùng sinh khối tại một số địa điểm trồng cây Một số nghiên cứu cho thấy điều kiện nhiệt độ và lượng mưa (Maes và nnk, 2009; Sahoo và nnk, 2009; Wu và nnk, 2009; Achten và nnk, 2010), điều kiện địa hình, độ dốc, chất lượng đất (Wu và nnk, 2009; Kalam và nnk, 2012) đóng vai trò quan trọng đến sự phát triển và sản lượng hạt của cây

Tại Việt Nam, việc nghiên cứu và phát triển cây Cọc rào để sản xuất dầu diesel sinh học tại Việt Nam được đặc biệt chú ý sau khi đề án “Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến 2025” do Phó Thủ tướng phê duyệt (177/2007/QĐ-TTG) và “Nghiên cứu, phát triển và sử dụng sản phẩm cây Cọc rào

(Jatropha curcas) ở Việt Nam giai đoạn 2008 – 2015 và tầm nhìn đến 2025” do Bộ

trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn (2008) phê duyệt

Từ năm 2007, Trung tâm Công nghệ sinh học (thuộc Viện Khoa học Lâm

nghiệp Việt Nam) đã triển khai đề tài “Nghiên cứu gây trồng phát triển cây Cọc rào (Jatropha curcas)” Kết quả của nghiên cứu cho thấy đến nay đã thu thập được 8

xuất xứ Cọc rào (4 xuất xứ ở trong nước và 4 xuất xứ nhập từ nước ngoài) đồng thời

đã tuyển chọn được 29 cây trội với các đặc tính vượt trội về sinh trưởng, năng xuất hạt từ 2,5 – 5,0 kg/cây và hàm lượng dầu trong hạt đạt 25 – 39%, tuy nhiên theo kết quả theo dõi của nghiên cứu này cây mẹ có năng suất cao lại không trùng với cây

mẹ có hàm lượng dầu cao (Nguyễn Công Tạn, 2008)

Lê Quốc Huy và nnk (2008) đã đưa ra kết quả bước đầu nghiên cứu gây trồng phát triển cây Cọc rào cho sản xuất dầu diesel sinh học tại Việt Nam với các giống trội xuất phát từ các địa phương Đại Lải, Phú Thọ, Bình Thuận, Ninh Thuận, Bình Thuận, Bình Định, Đắc Lắc, Thừa Thiên Huế và Quảng Trị với tổng số diện tích là 38 ha Kết quả đã xác định được những giá trị trung bình của cây về năng suất sản lượng, phần trăm diesel trong hạt của các giống được lựa chọn

Viện nghiên cứu dầu và cây có dầu hiện đã và đang triển khai “Nghiên cứu khả năng thích nghi của các giống Jatropha sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất

dầu biodiesel” từ năm 2007 tới nay (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn,

2010) đã thu thập và khảo nghiệm tập đoàn gồm 41 mẫu giống trong và ngoài nước như: Úc, Pháp, Ấn Độ, Brazin, Indonesia, Lào, Thái Lan, Trung Quốc tại vườn lưu giữ tập đoàn tại Tây Ninh Hàm lượng dầu của các mẫu giống từ 33 – 39% (độ ẩm ở hạt là 5%) Nghiên cứu đã bố trí khảo nghiệm giống tại vùng Đông Nam Bộ và duyên hải Miền Trung đồng thời tiến hành rất nhiều các nghiên cứu thử nghiệm về trồng trọt và kỹ thuật chăm sóc (kỹ thuật tạo tán, mật độ trồng, chế độ bón phân, chế

độ tưới nước, các biện pháp kỹ thuật giâm cành Cọc rào)

Bên cạnh đó, Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam cũng đã thử nghiệm đánh giá thành phần của dầu chiết từ cây Cọc rào có từ nhiều xuất xứ khác nhau và ở nhiều vùng sinh thái khác nhau (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, 2010) Bằng cách sử dụng công nghệ este hóa chéo đã chế tạo được 2 mẫu biodiesel với hiệu suất trên 96% Các mẫu biodiesel thu được có các tính chất nhiên liệu chính có thể đáp ứng tiêu chuẩn theo dự thảo TCVN về nhiên liệu sinh học gốc B100 Bên cạnh đó với mục đích hoàn thiện công nghệ và xây dựng mô hình hệ thống thiết bị sản xuất thử nghiệm dầu biodiesel gốc B100 từ hạt cây Cọc rào bởi Công ty cổ phần Đầu tư và phát triển Lũng Lô 5 cũng được thực hiện từ năm 2010 – 2012

Hiện nay, dự án “Giải pháp đa lợi ích giảm thiểu biến đổi khí hậu ở Việt Nam và các nước Đông Dương bằng phát triển năng lượng sinh khối” (2011 – 2016) được thực hiện bởi Đại học Quốc gia Hà Nội và Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) Theo dự án, việc trồng các loại cây lấy dầu để sản xuất biodiesel (như cây Cọc rào) là một trong những giải pháp có thể giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu: giảm lượng khí thải CO2, giảm thiểu xói mòn và ô nhiễm đất, phủ xanh đất trống đồi trọc, giúp nông dân ở các vùng sâu, vùng xa cải thiện thu nhập, xóa đói giảm nghèo (Maeda và nnk, 2012)

Kết quả sau hai năm thực hiện đề án “Nghiên cứu, phát triển và sử dụng sản

phẩm cây Cọc rào (Jatropha curcas) ở Việt Nam giai đoạn 2008 – 2015 và tầm nhìn

đến 2025” (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, 2010) cho thấy cây Cọc rào

trồng tại vùng trung du miền núi phía Bắc kém phát triển, tỷ lệ cây chết cao, sản lượng thấp Ví dụ như cây Cọc rào trồng tại Tràng Định (Lạng Sơn) (có diện tích 2.473 ha trong tổng số 3.358,8 ha đất trồng cây Cọc rào tại Việt Nam) sinh trưởng kém, cây non (trồng từ hạt) bị sâu bọ cắn, phá, tỷ lệ cây chết nhiều Ngoài ra, cây Cọc rào trồng tại Lai Châu, Yên Bái, Phú Thọ… cũng kém phát triển, sản lượng hạt rất thấp Tuy nhiên, báo cáo này cũng cho thấy cây trồng trên đất hoang hóa, bạc màu tại Khánh Hòa, Ninh Thuận, Tây Ninh có tỷ lệ cây sống đạt trên 95%, cây phát triển tốt hơn so với cây trồng tại phía bắc Các kết quả bước đầu này cho thấy, cây trồng tại các điều kiện sinh thái khác nhau có sự phát triển và sản lượng hạt khác nhau Thực tế này đòi hỏi những nghiên cứu chi tiết hơn về điều kiện sinh địa hóa ảnh hưởng đến sự phát triển của cây (thành phần các nguyên tố hóa học trong đá, vỏ phong hóa, đất, cây và các yếu tố ảnh hưởng đến sự di chuyển, tập trung của các nguyên tố này)

1.3 Chu trình sinh địa hóa

Các nguyên tố hóa học tham gia vào quá trình trao đổi vật chất và năng lượng trong và giữa các hệ sinh thái thông qua các chu trình sinh địa hóa Đặc trưng của chu trình sinh địa hóa các nguyên tố hóa học trong phạm vi Trái Đất phụ thuộc vào các đặc tính của nguyên tố hóa học và đặc điểm của môi trường và hệ sinh thái (Mai Trọng Nhuận, 2001) Có trên 90 nguyên tố hóa học tham gia vào vòng tuần hoàn sinh địa hóa và quyết định sự tồn tại, phát triển của thế giới sinh vật (Mai Trọng Nhuân, 2001) Các nguyên tố đa lượng cần thiết cho sự phát triển của cây trồng là H, C, O, N, K, Ca, Mg, P, S và Na (Lê Văn Khoa và nnk, 2000) Các nguyên tố vi lượng cần thiết cho sự phát triển của cây bao gồm B, Co, Cu, Mn, Mo, Zn… Sự dư thừa hay thiếu hụt các nguyên tố cần thiết đều ảnh hưởng đến sự phát triển của cây (Bashkin và Howarth, 2002) Trong phạm vi luận văn này, học viên tập trung nghiên cứu chu trình sinh địa hóa của các nguyên tố Cu, Mn và Zn

1.3.1 Chu trình sinh địa hóa của đồng (Cu)

Trong số các nguyên tố vi lượng, Cu đóng vai trò quan trọng nhất (Bashkin

và Howarth, 2002) Đồng là chất xúc tác của những quá trình oxy hóa nội bào, thành phần của men cytochrome oxydase và thành phần của nhiều enzim – ascorbic, axit axidase, phenolase, lactase; xúc tiến quá trình hình thành vitamin A; cần thiết cho sự hình thành diệp lục và làm xúc tác cho một số phản ứng khác trong cây Đồng được biết đến là chất trao đổi cần thiết cho hầu hết các sinh vật Hàm lượng

Cu ở lượng cần thiết thúc đẩy sự phát triển của thực vật, tuy nhiên lại gây bệnh hoặc gây độc ở nồng độ quá thấp hoặc quá cao Hiện tượng thiếu Cu ở cây thường hay có hiện tượng chảy gôm (rất hay xảy ra ở cây ăn quả) kèm theo các vết hoại tử trên lá hay quả, thiếu Cu là nguyên nhân gây thiếu máu, các bệnh về xương và rối loạn cơ thể động vật (Bashkin và Howarth, 2002) Tuy nhiên, nếu hấp phụ hàm lượng Cu quá mức thì sẽ gây ra bệnh vàng da, tán huyết, và bệnh úa vàng ở cây (Bashkin và Howarth, 2002)

Trong tự nhiên, Cu tồn tại ở nhiều dạng: sulfide, sulfate, muối sulfate, cacbonat, hợp chất khác… Đồng tồn tại trong vỏ trái đất khoảng 50 ppm, trong đá granit khoảng 12 ppm (Bảng 1.1) Nồng độ Cu chiếm khá cao trong đá trầm tích lục nguyên như đá phiến sét (50 ppm), đá cát kết (30 ppm) và đạt nồng độ cao nhất trong đá bazan (90 ppm) (Bảng 1.1) Có hơn 20 khoáng chất chứa Cu đã được xác định với các trạng thái oxy hóa khác của kim loại này (0, +1 và +2) Dạng chancopyrit (CuFeS2) là dạng phổ biến nhất và ngoài ra còn có sulfide, hydroxit và cacbonat Đồng cũng được tìm thấy hàm lượng tương đối cao (>0,5%) trong các thân feromangan ở biển sâu (Bashkin và Howarth, 2002) Các chất rắn có chứa anion bị oxy hóa (cacbonate, sulfate, hydroxit và oxit) là các dạng Cu chiếm ưu thế trong các phần tử không khí Khoảng 50% Cu hòa tan được vì sự hòa tan phụ thuộc vào độ pH, chất acid hoặc kiềm và sự axit hóa/kiềm hóa bề mặt nước, chúng có thể

có tác động đáng kể về dạng và hợp chất của Cu ở trong nước và dung dịch đất (Bashkin và Howarth, 2002)

Bảng 1.1 Hàm lượng Cu, Mn, Zn trong các môi trường đất và đá (ppm)

Trong đất, nồng độ Cu đạt khoảng 30 ppm (Bảng 1.1), thường thấp hơn trong

đá mẹ vì chúng bị mang đi ra khỏi đất dưới dạng hợp chất phức với axit hữu cơ và amin Mức độ tích luỹ của Cu trong đất đóng vai trò quan trọng đối với cây trồng Mức bình thường của Cu trong đất là 15 – 60 ppm Tuy nhiên, nếu hàm lượng của

Cu ở mức thiếu hụt (< 5 ppm) thì biểu hiện của cây thường là giảm sản lượng ngũ cốc, khô ngọn ở cây ăn quả (Đỗ Văn Ái, 2012) Trong trường hợp lượng Cu ở mức

dư thừa (> 60 ppm) thì thường xảy ra hiện tượng lá cây bị bạc (Đỗ Văn Ái, 2012) Cây hấp thụ Cu dưới dạng Cu (II), hàm lượng trung bình của Cu trong cây chiếm khoảng 5 – 30 ppm (Bảng 1.2) Tuy nhiên, với mỗi loài cây khác nhau, khả năng hấp thụ kim loại là khác nhau và mỗi loài đều có một ngưỡng hàm lượng nhất định, nếu quá cao hoặc quá thấp đều ảnh hưởng tới quá trình sinh trưởng và phát triển của cây Theo Kabata – Pendias và Pendias (1986), hàm lượng Cu thiếu hụt và dư thừa trong cây lần lượt nằm trong khoảng 2 – 5 ppm và 20 – 100 ppm

Bảng 1.2 Hàm lượng Cu, Mn và Zn trong thực vật và môi trường nước (ppm)

Nguồn: Broecker và Peng (1982); Bowen (1979); Kabata-Pendias và Pendias (1986)

Đồng trong dung dịch hay trong các chất rắn có hóa trị I hoặc II, trong đó dạng hóa trị II thường thấy trong các dung dịch nước tự nhiên Ion Cu2+ phản ứng mạnh trong các liên kết với Cl- Đây là liên kết quan trọng đối với nước biển, nơi các ion clo ở mức dư thừa Ngược lại ion Cu2+ lại tạo thành các chất mạnh với cacbonat, photphat, hydroxyt, ammoniac và nhiều axit humic và axit fulvic mặc dù nồng độ của các chất hữu cơ này tương đối thấp Ước tính rằng trong nước biển với tổng nồng độ axit humic là 10-6 mol cacbon, các chất hữu cơ có thể chiếm đến 47% lượng đồng hòa tan Trong nước ngọt, phần lớn Cu (> 90%) liên kết với các axit hữu cơ humic và fulvic vì nồng độ của các axit này cao hơn nhiều so với môi

trường nước biển (Bashkin và Howarth, 2002) Hàm lượng trung bình của Cu trong nước ngọt chiếm khoảng 10 ppm (dao động từ 0,2 – 30 ppm) và trong nước biển chiếm 0,3 ppm (Bảng 1.2)

Chu kỳ toàn cầu của Cu được nghiên cứu bởi Nriagu (1979) (Hình 1.3) Hàm lượng Cu bị chi phối bởi sự vận chuyển của các dòng sông Đồng được đưa đến các đại dương nhờ sự vận chuyển của khí quyển hoặc từ nguồn phát thải nhân sinh Ba nguồn nhân sinh chủ yếu là xả trực tiếp chất thải và bùn vào đại dương: thải chất thải sinh hoạt và công nghiệp vào sông rồi cuối cùng đổ ra biển, hoặc từ việc sử dụng sơn chống gỉ chứa Cu Một số hoạt động của con người như nung chảy, đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, sử dụng thuốc diệt nấm cũng đã đưa một lượng Cu đáng

kể vào khí quyển (Bashkin và Howarth, 2002)

1.3.2 Chu trình sinh địa hóa của kẽm (Zn)

Kẽm trong các đá khác nhau có hàm lượng khác nhau, hàm lượng Zn trong

đá bazan, phiến sét, granit, cát kết, đá vôi tương ứng đạt 100, 90, 50, 30 và 20 ppm (Bảng 1.1) Hàm lượng trung bình của Zn trong đất khoảng 90 ppm (Bảng 1.1) Trên các vùng đất khác nhau hàm lượng nền của Zn có sự thay đổi đáng kể Trong vùng tuyết Nam Cực, hàm lượng Zn khoảng 0,03 – 0,04 µg/l Tuy nhiên, trong các mẫu tuyết bị ô nhiễm ở vùng Greenland có nhiều mẫu tuyết có hàm lượng Zn lên tới 0,3 – 0,4 µg/l (Herron và nnk, 1977) Hàm lượng trung bình của Zn trong than bùn khoảng 20 ppm (tính theo trọng lượng khô); trong đất mùn hàm lượng Zn cao hơn 4 – 5 lần Hàm lượng Zn tổng trong tầng mùn của vùng đất Bắc Á – Âu thay đổi từ 20 – 80 ppm (Bashkin và Howarth, 2002)

Hàm lượng Zn trong môi trường nước ngọt dao động trong khoảng rộng (0,2 – 100 ppm), trung bình đạt 30 ppm (Bảng 1.2) Trong môi trường nước biển, hàm lượng Zn đạt khoảng 4 ppm (Bảng 1.2)

Tương tự như Cu, Zn cũng là một chất dinh dưỡng cần thiết Kẽm liên quan đến quá trình tổng hợp và hoạt hóa enzym, là thành phần của các auxin (có tác dụng điều hòa sinh trưởng), cần thiết cho quá trình sản xuất diệp lục và các hydratcacbon; thúc đẩy tốc độ trao đổi chất ở trong cây và đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi phosphore, glucid, protein, acid nucleic

Nguồn: Bashkin và Howarth, 2002

Khí quyển 26

Chết sống 2,4x10 7 2,9x10 5

Hệ sinh thái nước ngọt

6

80

Công nghiệp

Đất 6,7 x10 7

Nước ngầm

Cu lắng đọng 1,5x10 8

Nhiên liệu hoán thạch

6 7x10 7

Hòa tan 2 1x10 7

Chết sống

>500 40

Trầm tích 7,5x10 11

Nước lỗ rỗng 4,8x10 7

Sinh vật đất

Phân bón và nước

Dòng chảy nước

Thiếu Zn, phốt pho vô cơ tích tụ nhiều trong mô, gây cản trở quá trình phosphoryl oxy hóa Vì vậy Zn có vai trò rất lớn đối với sự phát triển của cây (Đỗ Văn Ái, 2012)

Trong thực vật, Zn có hàm lượng 27 – 150 ppm (Bảng 1.2) Hàm lượng Zn trong các loài thực vật trên mặt đất biến động nhiều, tùy thuộc vào các điều kiện sinh địa hóa khác nhau (Bashkin và Howarth, 2002) Hàm lượng nền của Zn trong các loại cây ngũ cốc (không kể đến các cây đậu và cây lạc) đều nằm trong khoảng 27,0 – 30,7 ppm (Bashkin và Howarth, 2002) Các loài thực vật hấp thụ Zn trong phạm vi rất rộng Hệ số thấm hút sinh địa hóa trung bình trên toàn cầu (Cb) là 12

Nó được tính bằng tỷ số của nồng độ trung bình của một kim loại trong thực vật trên mặt đất hàng năm với trữ lượng kim loại đó trong lớp vỏ granit (Bashkin và Howarth, 2002)

1.3.3 Chu trình sinh địa hóa của mangan (Mn)

Hàm lượng trung bình của Mn trong vỏ Trái đất là 1000 ppm; trong các đá bazan, phiến sét, đá vôi, granit, cát kết, hàm lượng Mn tương ứng đạt 1500, 850,

620, 500 và 460 ppm (Bảng 1.1) Hàm lượng Mn trong đất là 1000 ppm (Bảng 1.1) Trong đất, Mn thường có trong các oxit birnessit và vernadit Trong môi trường trung tính và hơi kiềm và môi trường thoáng khí tốt, thành phần của oxit Mn ở dạng

Mn3O4 hoặc MnO2 (Lê Huy Bá, 2000) Hàm lượng Mn trong môi trường nước ngọt dao động trong khoảng 0,02 – 130 ppm, trung bình đạt 8 ppm; trong môi trường nước biển đạt 0,3 ppm (Bảng 1.2)

Mangan có vai trò quan trọng đối với cây trồng và các loài động vật Mangan

có khả năng hoạt hóa các enzym, tham gia vào quá trình hoạt hóa một số phản ứng trao đổi chất quan trọng trong cây và hỗ trợ sự tổng hợp diệp lục (Lê Huy Bá, 2000) Mangan ảnh hưởng đến sự nảy mầm của hạt và sự chín của quả Cũng như

Fe, Mn không được tái sử dụng trong cây nên hiện tượng thiếu Mn sẽ bắt đầu từ những lá non với màu vàng giữa những gân lá, và đôi khi xuất hiện nhiều đốm nâu đen (Lê Huy Bá, 2000) Ngày nay, Mn là nguyên tố vết thường bị thiếu hụt nhất

trong các loại ngũ cốc Mangan thường thiếu hụt trong điều kiện mưa nhiều, đất có

độ pH cao, có nhiều hợp chất hữu cơ có chứa cacbonate (Lê Huy Bá, 2000) Thiếu

Mn thì phần lớn hàm lượng Fe có trong tế bào chuyển thành dạng khử Fe2+ làm hại cho cây Nếu thừa Mn thì Fe trở thành dạng Fe3+ không có hoạt tính sinh lý gây vàng úa cho cây Do đó cây chỉ sinh trưởng bình thường khi tỷ lệ Mn/Fe thích hợp (từ 1/2 đến 1/3) (Nguyễn Xuân Hiền và nnk, 1977) Trong đất, lượng Mn dễ tiêu phụ thuộc vào độ pH và quá trình oxy hóa của đất Hàm lượng chất hữu cơ, thành phần cơ giới, độ ẩm, sự có mặt của các chất dinh dưỡng khác cũng ảnh hưởng đến

Mn dễ tiêu Cây hấp thụ Mn ở dạng Mn (II), hàm lượng Mn tích luỹ trong cây vào khoảng 20 – 300 ppm (Bảng 1.2) Dấu hiệu nhận biết tính độc hại của Mn được phát hiện trong những vụ mùa mà phạm vi thu hoạch lớn như là cây đậu, cây bông vải, cây thuốc lá và các loại cây cho hạt mọc ở những vùng cao thì có một lượng

Mn rất cao

1.4 Giới thiệu khái quát khu vực nghiên cứu

1.4.1 Điều kiện tự nhiên khu vực Ba Vì (Hà Nội)

Ba Vì là một huyện nằm ở phía Tây Bắc của thành phố Hà Nội với diện tích khoảng 428 km2 Khu vực trồng cây Cọc rào thuộc xã Cẩm Lĩnh nằm ở phía Tây của huyện Ba Vì, cách trung tâm huyện khoảng 15 km, vị trí gần suối Hai và Vườn Quốc gia Ba Vì (Hình 1.4) Xã Cẩm Lĩnh có diện tích tự nhiên là 26,62 km2

a Địa hình

Ba Vì có địa hình khá đa dạng với các dạng núi, đồi gò và đồng bằng, thung lũng Địa hình núi cao phân bố tập trung ở phía Tây Nam, là dãy núi Ba Vì gồm các đỉnh núi cao, nằm kế tiếp nhau với độ cao 300 m trở lên, trong đó có ba đỉnh cao nhất là đỉnh Vua cao 1.296 m, đỉnh Tản Viên cao 1.227 m và đỉnh Ngọc Hoa cao 1.131 m Xung quanh khối núi Ba Vì là hệ thống các đồi có hình thái và kích thước khác nhau và phần thấp nhất của địa hình là các bề mặt trũng và đáy các thung lũng

có dạng phức tạp, mấp mô liên quan chặt chẽ với sự phát triển của hệ thống sông suối (Đào Đình Bắc, 1997)

Hình 1.4 Địa điểm các khu vực nghiên cứu

Vùng đồi gò: Vùng này địa hình thấp dần từ độ cao 100 m xuống khoảng 20

m theo hướng Tây Bắc, chủ yếu là đồi gò xen lẫn ruộng cao, gồm 13 xã với tổng diện tích tự nhiên là 14.480 ha

Vùng đồng bằng: có địa hình tương đối bằng phẳng, gồm 12 xã với tổng diện tích tự nhiên là 8.032 ha

b Địa chất

Các hệ tầng phân bố trong khu vực huyện Ba Vì bao gồm: hệ tầng Thái Bình

(T2-3sb1), hệ tầng Viên Nam (P3vn), hệ tầng Na Vang (P1-2nv), hệ tầng Si Phay (P

Coi (AR?nv) (Hoàng Ngọc Kỷ, 2005) Khu vực nghiên cứu xã Cẩm Lĩnh nằm trên

hệ tầng Sông Bôi (T2 – 3sb1) (Hoàng Ngọc Kỷ, 2005) Các đá thuộc hệ tầng Sông Bôi chủ yếu là đá có nguồn gốc trầm tích như cuội kết, cát kết, cát bột kết tuf, ít lớp

đá vôi xám đen, đá phiến sét, đá phiến sét than (Tống Duy Thanh và nnk, 2005)

c Khí hậu

Khu vực Ba Vì mang đặc trưng chung của miền khí hậu nhiệt đới gió mùa phía Bắc Việt Nam: đầu mùa đông lạnh khô, cuối mùa đông lạnh ẩm do có mưa phùn Nhiệt độ trung bình năm đạt 23,30C (Bảng 1.3) Chế độ nhiệt phân hóa ra hai mùa nóng và lạnh rõ rệt Mùa nóng dài 5 tháng (từ tháng 5 đến tháng 9) với nhiệt độ trung bình thường đạt và lớn hơn 270C Mùa lạnh kéo dài 3 – 4 tháng (từ tháng 12 đến tháng 2 hoặc tháng 3 năm sau), trong đó tháng 12, tháng 1 và tháng 2 có nhiệt độ trung bình nhỏ hơn 180C (Phan Tuấn Triều, 2009) Tháng 1

có nhiệt độ trung bình thấp nhất, đạt 16,10C, có khi đạt 8,40C (Bảng 1.3)

Bảng 1.3 Nhiệt độ và lƣợng mƣa trung bình tháng và năm 2012 tại huyện Ba Vì

có hàm lượng mưa khá lớn đạt khoảng 200 – 350 mm/tháng (Bảng 1.3) Bốn tháng mùa khô (từ tháng 12 đến tháng 3 năm sau) có lượng mưa nhỏ, tháng 12 hoặc tháng

1 thường có lượng mưa nhỏ nhất (Bảng 1.3) Độ ẩm tương đối trung bình năm ở khu vực nghiên cứu khá cao, đạt 84% Quanh năm có độ ẩm tương đối trung bình lớn hơn 80% Đặc biệt từ khoảng giữa tháng 2 tới tháng 4, thời tiết luôn ẩm, có nhiều sương mù nên vùng có độ ẩm tương đối cao đạt 86 – 87% Ba tháng (từ tháng

10 đến tháng 12) có độ ẩm tương đối trung bình thấp nhất là 81 – 82%

d Thủy văn

Hệ thống sông suối trong khu vực chủ yếu bắt nguồn từ núi Ba Vì Các suối lớn và dòng chảy theo hướng Bắc, Đông Bắc và đều là phụ lưu của sông Hồng Về mùa khô các suối nhỏ thường cạn kiệt Các suối ở đây thường xuyên cung cấp nước cho sản xuất và sinh hoạt của người dân Tại khu vực nghiên cứu có hệ thống hồ chứa nước có nhiệm vụ lưu trữ nước cung cấp cho hàng chục ngàn ha đất sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt cho người dân

1.4.2 Điều kiện tự nhiên khu vực Hướng Hóa (Quảng Trị)

Hướng Hoá là huyện miền núi, vùng cao, biên giới nằm về phía Tây của tỉnh Quảng Trị (Hình 1.4) Toàn huyện có 22 đơn vị hành chính gồm có 20 xã và 2 thị trấn, trong đó có 13 xã đặc biệt khó khăn, 11 xã giáp biên với Lào Diện tích tự nhiên toàn huyện là 1.152,83 km2 Xã Hướng Linh thuộc khu vực phía Bắc của huyện, có diện tích tự nhiên là 116,6 km2

a Địa hình

Khu vực Hướng Hóa có độ cao trung bình trên 500 m Địa hình khu vực Hướng Hóa bị chia cắt tạo nên nhiều sườn dốc nhưng đa phần là các đồi thoải theo dạng bát úp, có độ dốc trung bình từ 20 đến 300 Địa hình được phân hóa như sau:

từ Đông sang Tây, địa hình chuyển từ vùng gò thấp và cao lên vùng núi thấp và trung bình, sau đó địa hình thấp xuống với bậc núi thấp và thung lũng giáp biên giới phía tây Các khối núi thấp và trung bình tập trung ở phía Tây Bắc Vùng núi thấp tập trung ở hai phía tả ngạn sông Dakrong, phía đông núi Voi Mẹp, địa hình tương đối hiểm trở

b Địa chất

Các phân vị địa tầng phân bố trong khu vực Hướng Hoá bao gồm các phân vị địa tầng trước Kainozoi và phân vị địa tầng Kainozoi Phân vị địa tầng Paleozoi bao gồm Phức hệ Trà Bồng (γδTR3tb), Phức hệ Đại Lộc (γαD1đl), Phức hệ Quế Sơn (δ-δγ-γP2T1qs) Phân vị địa tầng Mesozoi bao gồm Hệ tầng A Ngo (J1-2an) Phân vị

địa tầng Kaneozoi bao gồm Phức hệ Làng Cát (§Plc) và các hệ tầng trầm tích sông, sông lũ Khu vực nghiên cứu nằm trên các thành tạo xâm nhập graitoid kiềm – vôi tuổi Permi – Trias, thuộc phức hệ Bến Giằng - Quế Sơn (Vũ Mạnh Điền, 1997) Phức hệ có 3 pha chính: Pha 1: phân bố hạn chế chủ yếu là gabrodiorit, diorite, horblend biotit; Thành phần thạch học của pha 2 gồm granodiorit, diorit thạch anh

Đá mạch trung tính; Pha 3: ít phổ biến hơn pha 2 bao gồm granit biotit, granit giàu felspat kali màu hồng Đá mạch: granit hạt nhỏ, màu hồng

C) Tiểu vùng khí hậu chuyển tiếp là vùng chịu ảnh hưởng của chế độ khí hậu giao thoa giữa Đông và Tây Trường Sơn Nền khí hậu tương đối ôn hoà trong năm, mang sắc thái á nhiệt đới Tiểu vùng khí hậu Tây Trường Sơn: là vùng chịu ảnh hưởng rõ nét của chế độ khí hậu nhiệt đới với nền nhiệt cao hầu như quanh năm, nhiệt độ trung bình năm là 25,30C

Độ ẩm trung bình năm là 85%; tháng 7 có độ ẩm thấp nhất xuống 65%, các tháng mùa mưa độ ẩm lên đến 90% Mùa mưa chính kéo dài từ tháng 9 đến tháng

11 (tập trung đến 70% tổng lượng mưa) Lượng mưa trung bình hàng năm đạt 2.350

mm (khoảng 170 ngày mưa/ năm) Từ tháng 5 đến tháng 7, do ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam nên diễn ra tình trạng thiếu nước, khô hạn trầm trọng (với khoảng 45 ngày khô nóng/năm)

d Chế độ thủy văn

Hướng Hóa có mạng lưới sông suối dày đặc đan xen với núi Sông Rào Quán dài 39 km, bắt nguồn từ vùng núi Động Sá Mùi, chảy hướng Tây Bắc – Đông Nam,

đổ vào sông Đakrông, diện tích lưu vực là 25 km2

Phía Tây huyện có một số sông suối chảy về hướng tây, đổ vào sông Sê Băng Hiêng (ở Lào) với tổng diện tích lưu vực là 738 km2, lớn nhất là lưu vực sông Sê Pôn (phần trên lãnh thổ Việt Nam rộng

310 km2), sông uốn khúc phức tạp dọc theo biên giới Việt – Lào Nhiều con sông, hàng trăm con suối, khe nước nhỏ, hồ ao, nước ngầm là nguồn cung cấp nước dồi dào cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của người dân huyện

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp tổng hợp và kế thừa tài liệu

Trong luận văn này, học viên đã tiến hành thu thập, tổng hợp và phân tích các tài liệu, số liệu, kết quả nghiên cứu liên quan đến khu vực Ba Vì (Hà Nội) và Hướng Hoá (Quảng Trị) Các nguồn tài liệu quan trọng phục vụ cho luận văn bao gồm các bài báo được đăng tải trên tạp chí về khoa học trong và ngoài nước, các sách chuyên đề về địa chất, môi trường, hoá học… Mục đích của phương pháp này

là đánh giá được hiện trạng tài liệu, xây dựng các bước thực hiện luận văn, tham khảo và chọn lọc những ví dụ điển hình có liên quan đến nội dung của luận văn Các tài liệu thu được dùng để viết phần tổng quan, phần phương pháp phân tích, so sánh và nhận định với các kết quả thực tế mà học viên đã thực hiện

2.2 Phương pháp khảo sát thực địa và lấy mẫu

Khảo sát thực địa và lấy mẫu tại vườn khảo nghiệm giống cây trồng với diện tích 2,7 ha thuộc thôn Bằng Tạ (xã Cẩm Lĩnh, Ba Vì, Hà Nội) và hai lô (lô 6 với diện tích 1,8 ha và lô 12 với diện tích 1,5 ha) thuộc thôn Xa Bai (xã Hướng Linh, Hướng Hóa, Quảng Trị) tương ứng được thực hiện vào tháng 11 và 12 năm 2012

Hình 2.1 Lấy mẫu đất tại khu vực Ba Vì và Hướng Hóa

Đối với mẫu đất: lấy mẫu hỗn hợp của tầng đất trên cùng (20 cm) (Hình 2.1) Mẫu sau khi thu được đựng trong các túi nhựa polyethylene được kí hiệu theo quy định và đem về phòng thí nghiệm

Đối với mẫu cây, lấy rễ, cành, lá, cây non và hạt (nếu có), mẫu sau khi thu được bọc vào giấy chuyên dụng, cho vào giấy bóng kính, ký hiệu theo quy định và chuyển về phòng thí nghiệm để thực hiện các bước xử lý và phân tích tiếp theo

Số lượng mẫu lấy tại Ba Vì bao gồm 11 mẫu đất và 03 mẫu cây (mỗi mẫu lấy

cả rễ, cành và lá) Số lượng mẫu lấy tại Hướng Hóa bao gồm 10 mẫu đất và 03 mẫu cây (mỗi mẫu lấy cả rễ, cành và lá, có 1 cây thêm mẫu hạt)

2.3 Phương pháp xử lý và phân tích mẫu

2.3.1 Mẫu đất

Đối với mẫu đất để phân tích các chỉ tiêu độ ẩm, nitrat (NO3-) và amoni (NH4+), mẫu được vận chuyển ngay về phòng thí nghiệm để tiến hành xác định các thông số trên

Độ ẩm: đất được xác định % chênh lệch giữa 10 g mẫu tươi và lượng mẫu đó

sau khi sấy ở 105 0C đến khối lượng không đổi

Nitrat: cho 20 g đất tươi và 100 ml nước cất vào bình (với tỉ lệ đất : nước = 1

: 5) rồi đem lắc bằng máy khoảng 5 phút Đem dung dịch đã được lọc qua giấy cô cạn trên bếp cách cát Sau đó cho 1ml dung dịch axit disunfuaphenic vào bình; khuấy tan hết cặn bám trên thành và đáy bình rồi để yên 10 phút, tiếp tục cho từ từ dung dịch NaOH 10% vào bình đến khi dung dịch trong bình chuyển sang màu vàng chanh nhạt thì đem dung dịch soi màu ở bước sóng λ= 430 nm

Amoni: cân 10g đất tươi vào bình tam giác 250 ml và hút 100 ml dung dịch

KCl 0,1N vào bình (tỉ lệ đất : hóa chất = 1 : 10), đem lắc bằng máy khoảng 5 phút rồi để lắng trong 1 giờ Hút 10 ml dung dịch đã được lọc và 2 ml chỉ thị netle vào bình định mức, thêm nước cất đến vạch 50 ml, đậy nắp và lắc đều Tiếp tục tiến hành làm mẫu trắng (tương tự như trên nhưng thay 10 ml dung dịch lọc bằng nước cất) Sau đó đem mẫu thật và mẫu trắng soi màu ở bước sóng λ = 430 nm

Đối với các chỉ tiêu còn lại, mẫu đất lấy về được hong khô kịp thời, nhặt sạch các xác thực vật, sỏi… sau đó được dàn mỏng trên giấy sạch và phơi khô ở nhiệt độ phòng đến khối lượng không đổi

Thành phần cơ giới: cho đất (đất thịt và thịt nặng lấy 10 – 15 g; đất cát và cát

pha lấy 20 – 30 g), 200 ml nước cất, 2 ml dung dịch NaOH 1N vào chai nhựa, đóng chặt nắp và gắn vào máy quay trong 2 giờ Sau đó cho hỗn hợp qua rây 0,5 mm, phần không lọt qua rây được sấy khô ở nhiệt độ 105 0C để xác định thành phần cát; phần lọt qua rây cho vào ống nghiệm, cho thêm nước cất đến vạch 1l, khuấy đều và xác định tỷ lệ cấp hạt theo Katrinski – Gluskop

Độ chua trao đổi: cho 10 g đất qua rây 1 mm và 25 ml dung dịch KCl 1N

vào bình tam giác 100 ml, lắc trong 15 phút rồi để trong 2 giờ, sau đó vừa lắc nhẹ

để tạo dung dịch huyền phù vừa đo pH của dung dịch bằng máy đo pH

Nitơ tổng số (Nts): cho 10 ml dung dịch phá mẫu, 20 ml dung dịch NaOH

40% vào ống keldan của máy cất và cho 25 ml dung dịch H3BO3 4% đã chỉ thị Tasiro vào bình tam giác 250 ml; đặt bình và ống keldan vào hai đầu ống nối của máy Sau 4 phút chạy máy, dung dịch từ ống keldan được chuyển hết sang bình tam giác, khi dung dịch đã có màu xanh lục, đem chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,1N đến khi nó chuyển màu lam Ghi lại lượng HCl đã dùng trên buret Từ lượng HCl sử dụng sẽ tính ra hàm lượng Nts có trong mẫu đất

Nitơ dễ tiêu (Ndt): cho lần lượt 15 g đất qua rây 1 mm, 75 ml dung dịch

H2SO4 0,5 N vào bình tam giác 100 ml, đem lắc trong 3 phút, để yên qua đêm rồi lọc qua giấy lọc Tiếp theo, cho lần lượt 25 ml dung dịch lọc, 1 viên kẽm, 5 ml dung dịch H2SO4 98% vào bình tam giác 100 ml Đậy bình bằng một chiếc phễu nhỏ và đem đun trên bếp điện Đến khi thấy thoát khói trắng và dung dịch có màu nâu thì cho thêm vào 2 ml dung dịch K2Cr2O7 10% và đun tiếp cho đến khi dung dịch có màu xanh lục Sau đó tiến hành cất và chuẩn độ như đối với nitơ tổng số