ĐÁNH GIÁ NGUỒN PHÁT SINH, HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG ĐỒNG (Cu) VÀ KẼM (Zn) TRONG ĐẤT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG ĐẤT TẠI VÙNG TRỒNG CÂY CÓ MÚI HUYỆN BẮC TÂN UYÊN, BÌNH DƯƠNG.

Phương pháp Nghiên cứu khoa học là tổ hợp các thao tác, biện pháp thực tiễn hoặc lí thuyết mà nhà khoa học sử dụng để nhận thức, khám phá đối tượng, tạo ra hệ thống những kiến thức về đối tượng. Đặc trưng của phương pháp NCKH (a) Phương pháp là cách thức làm việc của chủ thể do chủ thể lựa chọn.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HCM

-ĐỀ CƯƠNG MÔN PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

ĐÁNH GIÁ NGUỒN PHÁT SINH, HÀM LƯỢNG KIM LOẠI NẶNG ĐỒNG (Cu) VÀ KẼM (Zn) TRONG ĐẤT VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG ĐẤT TẠI VÙNG TRỒNG CÂY CÓ MÚI

HUYỆN BẮC TÂN UYÊN, BÌNH DƯƠNG.

Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường.

GVHD: PGS.TS Lê Quốc Tuấn

HVCH: Phan Trung Hải

Danh mục chữ viết tắt

BVMT Bảo vệ môi trường

BVTV Bảo vệ thực vật

Danh mục hình ảnh

Danh mục bảng biểu

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Đất đai là tài nguyên vô cùng quý giá Đất là giá đỡ cho toàn bộ sự sống củacon người và là tư liệu sản xuất chủ yếu của ngành nông nghiệp Đặc điểm đất đaiảnh hưởng lớn đến quy mô, cơ cấu và phân bố của ngành nông nghiệp Vai trò củađất đai càng lớn khi dân số ngày càng đông, nhu cầu dùng đất làm nơi cư trú, làm tưliệu sản xuất,… ngày càng tăng và nông nghiệp phát triển, trở thành ngành kinh tếchủ đạo

Hoạt động quản lý chất lượng môi trường đất là tập hợp các quá trình quản lýnhằm đảm bảo chất lượng môi trường theo những mục tiêu đã định Quản lý chấtlượng môi trường đất bao gồm từ việc thu thập, tổ chức, hệ thống quản lýthông tin

về chất lượng môi trường dựa trên các thông số, chỉ thị, chỉ số đo đạc thực tếđểđánh giá hiện trạng chất lượng môi trường dựa trên các ngưỡng tiêu chuẩn đánhgiáhay mục tiêu định sắn, đồng thời bao gồm việc lập và tổ chức thực hiện cácchiến lược,chính sách, tiêu chuẩn chất lượng môi trường, các kế hoạch, vận dụngcác công cụ quảnlý môi trường nhằm đảm bảo chất lượng môi trường đất theo cácmục tiêu ngắn hạn và dàihạn Ngoài ra, còn bao gồm các hoạt động thanh tra giámsát chất lượng môi trường, nhằm nâng cao nhận thức và hiệu quả của các hành độngBVMT

Theo thống kê cửa Sở NN – PTNT tính đến cuối năm 2017 tổng diện tíchcây ăn trái trên toàn địa bàn tỉnh là khoảng 5.400 hécta Trong đó, nổi bật là cácvùng trồng cam, quýt, bưởi ở xã Hiếu Liêm, Lạc An, Thường Tân, Tân Mỹ, TânĐịnh-huyện Bắc Tân Uyên Nhờ những điều kiện thổ nhưỡng thuận lợi bên cạnh đócòn có sự hỗ trợ của tỉnh về nguồn vốn đầu tư, đến nay diện tích trồng cây ăn trái có

múi tại đây đã được mở rộng hơn 2.000 hécta trong đó chủ yếu là các loại cam,quýt, bưởi

Trong canh tác cây có múi, để giúp cây trồng phát triển tốt, cho sản phẩm đạtnăng suất thì việc sử dụng phân bón là điều không thể tránh khỏi Trong phân bón( hữu cơ và vô cơ) ngoài thành phần chính là 3 nguyên tố dinh dưỡng đa lượng đạm(N), lân (P) và kali (K) còn có thêm sự có mặt của các nguyên tố dinh dưỡng trunglượng và vi lượng Trong đó các nguyên tố vi lượng như đồng( Cu), kẽm( Zn),…đóng vai trò như chất mang để thúc đẩyquá trình hấp thu vào cây được nhanh vàthuận lợi, nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón Bên cạnh đó việc sử dụng, thuốc trừsâu, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc diệt nấm lá đã đóng góp một lượng nhất định KLNvào đất mà theo 1 nghiên cứu của Brunetto.G và các cộng sự (2017) trên vùng đấttrồng cây ăn trái đã chỉ ra điều này

Xuất phát từ những thực tế nêu trên, việc đánh giá hàm lượng KLN

đồng(Cu) và kẽm(Zn) trong đất là điều cần thiết nhằm đưa ra các nhận định về chất lượng môi trường đất củng như thực trạng phát sinh nguồn kim loại nặng vào đất Trên cơ sở đó có những giải pháp để quản lý chất lượng đất hiệu quả hơn trong trường hợp nếu chưa ô nhiễm hoặc đã bị ô nhiễm KLN

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

- Thu thập số liệu, đánh giá hiện trạng sử dụng phân bón, thuốc BVTV, thuốctrừ sâu, các loại thuốc diệt nấm

- Đánh giá hàm lượng KLN đồng( Cu) và kẽm (Zn) trong môi trường đất

- Đề xuất quản lý chất lượng đất hiệu quả

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu

1.1.1 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Năm 2012, Cao Việt Hà đã thực hiện đề tài nghiên cứu: “Đánh giá tình hình

ô nhiễm chì và đồng trong đất nông nghiệp huyện Văn Lâm tỉnh Hưng Yên” Kết

quả phân tích hàm lượng và dạng tồn tại của Cu và Pb trong 50 mẫu đất nôngnghiệp của huyện Văn Lâm tỉnh Hưng Yên cho thấy hàm lượng Cu tổng số trongđất dao động khá rộng từ 21.91 - 91.06ppm, Pb từ 24.25 - 948.77ppm Đất nôngnghiệp liền kề các làng nghề tái chế kim loại của xã Chỉ Đạo và các khu côngnghiệp Phố Nối A và khu công nghiệp Như Quỳnh đã bị ô nhiễm Cu và Pb (hàmlượng Cu tổng số vượt so với QCVN 03:2008/BTNMT từ 1.28 - 1.82 lần, hàmlượng Pb tổng số vượt QCVN 03:2008/BTNMT từ 2.14 - 13.55 lần) Đất tại khuvực làng nghề của xã Chỉ Đạo bị ô nhiễm Pb rất nặng, hàm lượng Pb trong đất ởđây vượt 10.03 - 13.55 lần so với QCVN 03:2008/BTNMT

Năm 2014, Nguyễn Thị Lan Hương đã thực hiện đề tài nghiên cứu: “Nghiêncứu hàm lượng Cu, Pb, Zn trong đất nông nghiệp do ảnh hưởng của nước tưới sông

Nhuệ” Nghiên cứu cho thấy, các mẫu đất - nước được lấy tại hai thời điểm 7/2011

(mùa mưa) và tháng 3/2012 (mùa khô), dọc theo chiều dài sông Nhuệ từ cống LiênMạc - Hà Nội đến Phủ Lý - Hà Nam để nghiên cứu ảnh hưởng của nước tưới đến sựtích lũy hàm lượng Cu, Pb và Zn trong đất Hàm lượng Cu và Zn trong các mẫu đất

đo được tại một số vị trí vượt quá tiêu chuẩn cho phép đối với hàm lượng KLNtrong đất (QCVN 03:2008/BTNMT) Mối tương quan giữa hàm lượng Cu, Pb, Zntrong nước và trong đất là khá cao, hệ số tương quan Pearson dao động từ 0.79 –0.91 Điều đó chứng tỏ rằng việc sử dụng nước tưới của sông Nhuệ ảnh hưởng đến

sự tích lũy hàm lượng Cu, Pb và Zn trong đất Tại điểm có hàm lượng Cu, Pb, Zn

trong nước tưới thấp thì hàm lượng trong đất cũng rất thấp, ngược lại tại điểm cóhàm lượng Cu, Pb, Zn trong nước tưới cao thì hàm lượng trong đất cũng tăng cao.

Năm 2015, Đỗ Phương Thảo đã thực hiện đề tài nghiên cứu:“Đánh giá sựtích lũy KLN trong đất chuyên canh trồng rau thuộc khu vực phường Túc Duyên,

thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên” Nghiên cứu cho thấy, hàm lượng đồng(

Cu) trong đất dao động từ 17.37 - 34.02mg/kg đất khô, thấp hơn nhiều so vớiQCVN 03:2008/BTNMT Hàm lượng Pb trong đất dao động từ 28.54 - 47.99mg/kgđất khô, nằm dưới ngưỡng cho phép trong QCVN 03:2008/BTNMT Đất ở vùngchuyên canh trồng rau phường Túc Duyên không bị ô nhiễm Cu, Pb Hàm lượng Zntrong đất dao động từ 200 - 205mg/kg đất khô, vượt quá quy chuẩn cho phép khôngđáng kể, từ 0 - 2.5%

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Năm 2009, Vesna Weingerl đã thực hiện đề tài nghiên cứu về sự tích lũyKLN đồng và kẽm tại vùng đất trồng nho tại Slovania Kết quả nghiên cứu cho thấyhàm lượng đồng( Cu) và kẽm (Zn) vượt quá giới hạn cho phép mà nguyên nhân là

do việc sử dụng lượng phân bón tổng hợp trong thời gian dài thiếu kiểm soát

Năm 2014, Siti Norbaya Mat Ripin và cộng sự đã thực hiện đề tài nghiên

cứu: “ Phân tích và đánh giá ô nhiễm KLN trong đất ở khu vực Perlis ” Từ nghiên

cứu đã kết luận, nồng độ của 5 KLN (Cu, Cr, Ni, Cd, Pb) trong đất xung quanh khuvực Perlis nhằm đánh giá sự phân bố của ô nhiễm KLN gây ra bởi quá trình côngnghiệp hóa, đô thị hóa và các hoạt động trong nông nghiệp Các mẫu đất được lấy ở

độ sâu từ 0 - 15cm, tại 18 vị trí xung quanh khu vực Perlis Những mẫu đất (kíchthước hạt 2mm) thu được sẽ chuyển tới máy nghiền, tổng nồng độ KLN được phântích bằng máy phổ phát xạ nguyên tử ICP-MS Sau khi tiến hành phân tích KLN

Cu, Cr, Ni, Cd và Pb trong đất lần lượt dao động: 0.38 - 240.59, 0.642 - 3.921,0.689 - 2.398, 0 - 0.63 và 0.39 - 27.47mg/kg Nồng độ KLN trong đất dao động theohướng giảm dần như sau: Cu>Pb>Cr>Ni>Cd Từ kết quả trên chỉ ra rằng mức độ

KLN trong đất gần những khu công nghiệp là cao nhất so với khu vực khác ở Perlis.Chỉ số ô nhiễm cho thấy rằng chỉ 11% Cu và 6% Cd được đánh giá là đã bị ô nhiễmmột cách nặng nề Trong khi đó, kết quả của việc kết hợp giữa nồng độ KLN vàđánh giá KLN đã chỉ ra rằng các hoạt động công nghiệp và phát thải của phươngtiện giao thông là nguồn phát thải Cu, Cd và Pb, trong khi đó Cr, Ni chủ yếu từnguồn gốc tự nhiên Sự gia tăng dân số ảnh hưởng đến môi trường, đặc biệt sự giatăng tải lượng ô nhiễm đã thay đổi tiêu cực đến hệ sinh thái tự nhiên và giảm đadạng sinh học.

Năm 2014, Efstratios Kelepertzis đã thực hiện đề tài nghiên cứu:“Tích luỹ KLN trong đất nông nghiệp ở Địa Trung Hải: Từ khu vực lòng chảo Argolida, Peloponnese, Hi Lạp” Từ nghiên cứu đã kết luận, việc sử dụng quá mức các chế

phẩm hóa học cho việc gia tăng mùa vụ là một trong những nguyên nhân góp phầnđáng kể vào việc làm tăng cao nồng độ KLN trong đất nông nghiệp mà được cho là

có khả năng gây hại đến sức khỏe con người thông qua chuỗi thức ăn Trong nghiêncứu này, một loạt các KLN được xác định trong 132 mẫu đất nông nghiệp ở khu vựcArgolida, Peloponnese, Hy Lạp Với mục đích nhận biết hình thức tích lũy củaKLN Nồng độ trung bình của Cu, Pb, Zn, Ni, Co, Mn, As, Cd, Cr và Fe lần lượttương ứng là 65.23, 20.10, 72.75, 120.30, 20.60, 956.50, 7.10, 0.45, 72.30 và27,10mg/kg Sự khác biệt có ý nghĩa thống kê đối với Cu, Zn, Pb và Cd được tìmthấy giữa đất nông nghiệp và đất đối chứng tại cùng một khu vực Phân tích thànhphần nhóm để tìm hiểu xem KLN có nguồn gốc từ con người hay tự nhiên Việc sửdụng một lượng lớn thuốc diệt nấm và phân bón trong một thời gian dài đã cho cáckết quả sau Cu, Zn, Cd, Pb và As thì tích lũy trong các ruộng đất nông nghiệp trongkhi đó lượng Co, Ni, Cr và Fe được kiểm soát trong tự nhiên

1.2 Tổng quan về cơ sở lý thuyết

1.2.1 Tổng quan về kim loại nặng

1.2.1.2 Nguồn gốc phát sinh KLN trong đất

KLN hiện diện trong tự nhiên đều có trong đất và nước, hàm lượng củachúng thường tăng cao do tác động của con người Các KLN do tác động của conngười là nguồn gây ô nhiễm KLN chủ yếu khi chúng đi vào môi trường đất vànước Các kim loại do hoạt động của con người như As, Cd, Cu, Ni và Zn thải raước tính là nhiều hơn so với nguồn kim loại có trong tự nhiên, đặc biệt đối với chì

17 lần Nguồn KLN đi vào đất và nước do tác động của con người bằng các con

đường chủ yếu như bón phân, bã bùn cống và thuốc bảo vệ thực vật và các conđường phụ như khai khoáng và kỹ nghệ hay lắng đọng từ không khí (Hình 1.1)

Hình 1 1 Ô nhiễm KLN do tác động của con người đối với đất và nước

Kim loại trong đất ban đầu một phần được sinh ra từ các quá trình hoạt độngđịa hoá của khoáng vật mẹ và đi vào đất thông qua quá trình phong hoá hoá học.Tuy nhiên, với quá trình phong hoá hoá học thì lượng kim loại đi vào đất là khôngđáng kể mà chủ yếu kim loại đi vào đất là do các hoạt động sản xuất của con người.Các hoạt động đó bao gồm:

- Hoạt động sản xuất công nghiệp:

+ Công nghiệp nhựa: Co, Cr, Cd, Hg

+ Công nghiệp dệt: Zn, Al, Ti, Sn

+ Công nghiệp sản xuất vi mạch: Cu, Ni, Cd, Zn, Sb

+ Bảo quản gỗ: Cu, Cr, As

+ Mỹ nghệ: Pb, Ni, Cr

- Hoạt động sản xuất nông nghiệp:

+ Sử dụng phân bón hoá học: As, Cd, Mn, U, V và Zn trong một số phân photphat.+ Sử dụng phân chuồng: As, Cu, As, Zn

+ Sử dụng TBVTV: Cu, Mn và Zn trong thuốc trừ nấm, As và Pb trong thuốc sử dụngđối với cây ăn quả

+ Nước tưới: có thể thải ra Cd, Pb, Se

- Hoạt động khai khoáng quặng chứa kim loại:

+ Đào, xới và cặn thải - nhiễm bẩn thông qua phong hoá, xói mòn do gió thải ra As,

Cd, Hg, Pb Cặn thải khếch tán do sông - trầm tích trên đất do lũ, nạo vét sông,…thải ra As, Cd, Hg, Pb

+ Vận chuyển trong quá trình tuyển quặng - vận chuyển theo gió lên trên đất thải ra

As, Cd, Hg, Pb Khai khoáng - nhiễm bẩn do bụi thải ra As, Cd, Hg, Pb, Sb, Se.+ Công nghiệp sắt thép: Cu, Ni, Pb

+ Khói linh động: Mo, Pb cùng với Br, Cl và V.

+ Đốt cháy xăng, dầu (bao gồm các trạm xăng): As, Pb, Sb, Se, U, V, Zn và Cd

- Kim loại từ rác thải:

+ Bùn cặn: Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, V, Zn

+ Rửa trôi từ đất: As, Cd, Fe, Pb

+ Phế thải: Cd, Cr, Cu, Pb, Zn

+ Đốt rác, bụi than: Cu và Pb

Dựa vào nguồn gốc phát sinh kim loại trong môi trường đất ở trên, ta có thểthấy rằng, lượng KLN trong môi trường đất của khu vực Nam Tân Uyên có đượcngoài do hoạt động phong hoá hoá học của quá trình hoạt động địa hoá của khoángvật mẹ, ngoài ra còn do hoạt động sản xuất nông nghiệp gây nên Chính vì vậy, vấn

đề cấp bách hiện nay của khu vực Nam Tân Uyên nói riêng và của TX Tân Uyênnói chung là phải tìm ra cách quản lý hiệu quả nhằm hạn chế tích lũy KLN trongđất

1.2.1.3 Tính chất

KLN không bị phân hủy sinh học, không độc khi ở dạng nguyên tố tự donhưng nguy hiểm đối với sinh vật sống khi ở dạng cation do khả năng gắn kết vớicác chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm

Đối với con người, có khoảng 12 nguyên tố KLN gây độc như Pb, Hg, Al,

As, Cd, Ni,… Một số KLN được tìm thấy trong cơ thể và thiết yếu cho sức khỏecon người, chẳng hạn như Fe, Zn, Mg, Co, Mn, Mo và Cu mặc dù với lượng rất ítnhưng nó hiện diện trong quá trình chuyển hóa Tuy nhiên, ở mức thừa của cácnguyên tố thiết yếu có thể nguy hại đến đời sống của sinh vật

Các nguyên tố kim loại còn lại là các nguyên tố không thiết yếu và có thểgây độc tính cao khi hiện diện trong cơ thể, tuy nhiên tính độc chỉ thể hiện khichúng đi vào chuỗi thức ăn Các nguyên tố này bao gồm Hg, Ni, Pb, As, Cd, Al, Pt

và Cu ở dạng ion kim loại Chúng đi vào cơ thể qua các con đường hấp thụ của cơthể như hô hấp, tiêu hóa và qua da Nếu KLN đi vào cơ thể và tích lũy bên trong tế

bào lớn hơn sự phân giải chúng thì chúng sẽ tăng dần và sự ngộ độc sẽ xuất hiện.

Do vậy người ta bị ngộ độc không những với hàm lượng cao của KLN mà cả khivới hàm lượng thấp và thời gian kéo dài sẽ đạt đến hàm lượng gây độc Tính độc hạicủa các KLN được thể hiện qua:

- Một số KLN có thể bị chuyển từ độc thấp sang dạng độc cao hơn trong mộtvài điều kiện môi trường, ví dụ thủy ngân

- Sự tích tụ và khuếch đại sinh học của các kim loại này qua chuổi thức ăn cóthể làm tổn hại các hoạt động sinh lý bình thường và sau cùng gây nguy hiểm chosức khỏe của con người

- Tính độc của các nguyên tố này có thể ở một nồng độ rất thấp khoảng

0.1-10 mg/L

1.2.1.4 Các dạng tồn tại KLN trong đất

Khi đánh giá sự tích luỹ của KLN trong đất mà chỉ xem xét hàm lượng tổng

số thì chưa thể đánh giá đúng độ độc của chúng đối với cây trồng cũng như chiềuhướng biến đổi của chúng ở trong đất Chúng có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhaunhưng chủ yếu ở các dạng sau đây: dạng linh động, liên kết với hữu cơ, liên kết vớigốc cacbonat, với oxit sắt, với oxit mangan

- Dạng linh động:

Các KLN được hấp phụ trên bề mặt các hạt đất (hạt sét, các oxit sắt và oxitmangan bị solvat hoá, các axit mùn) Đây là dạng mà cây trồng dễ hấp thu trong quátrình hút dinh dưỡng và nước vào cơ thể

- Dạng liên kết cacbonat:

Các KLN tồn tại dưới dạng các muối cacbonat (CO32-) trong đất Sự tồn tại

và liên kết của các dạng này phụ thuộc rất nhiều vào pH của đất cũng như lượng

- Dạng liên kết oxit sắt, oxit mangan:

Dạng này dễ hình thành do các oxit sắt và oxit mangan tồn tại trong đất nhưkết von đá ong, vật liệu gắn kết giữa các hạt đất Các oxit này là những chất loại bỏrất tốt các KLN nhờ quá trình nhiệt động học không ổn định dưới điều kiện khử

- Dạng liên kết với chất hữu cơ:

KLN liên kết với các chất hữu cơ khác nhau trong đất như: sinh vật đất, sảnphẩm phân giải của chất hữu cơ, chất hữu cơ bao phủ bên ngoài hạt đất Do đặc tínhtạo phức và peptit hoá của các chất hữu cơ làm cho các kim loại tích luỹ lại trongđất (các chất hữu cơ bị oxy hoá, phân giải dẫn đến sự giải phóng các KLN vào đất)

- Dạng còn lại:

Bao gồm các KLN nằm trong cấu trúc tinh thể của các khoáng vật nguyênsinh và thứ sinh Dạng này rất khó giải phóng ra môi trường dưới các điều kiện tựnhiên bình thường Do tác dụng của các quá trình phong hoá, đặc biệt là phong hoáhoá học và phong hoá sinh học mà các KLN dần dần được giải phóng ra môi trườngđất

1.2.1.5 Tính độc của một số KLN

• Tính độc của Cu

Đối với cây trồng: Theo kết quả nghiên cứu của nhiều công trình cho thấy Cu

có vai trò rất quan trọng đối với phát triển của cây trồng Cây trồng thiếu Cu thường

có tỷ lệ quang hợp bất thường, điều này cho thấy Cu có liên quan đến mức phản ứngoxit hoá của cây Lý do chính của điều này là trong cây thiếu chất Cu thì quá trìnhoxit hoá Acid Ascorbic bị chậm, Cu hình thành một số lớn chất hữu cơ tổng hợp vớiprotein, Acid amin và một số chất khác mà chúng ta thường gặp trong nước trái cây

Ngoài những ảnh hưởng do thiếu Cu, thì việc thừa Cu cũng xảy ra nhữngbiểu hiện ngộ độc mà chúng có thể dẫn tới tình trạng cây chết Lý do của việc này là