LÊN MÔI TRƯỜNG SINH THÁI
4.1. PHÈN HÓA (Sulphate Acidification)
4.1.1. Đ)nh nghĩa :
Phèn hóa là quá trình chuyển hóa và tích tụ tăng dần các ion độc Al^*, Fe'^*, Fe^*, SÒị~, H* và acid sulphiiric làm giảm p H trong m ôi trường đất, nước, biến các môi trường này từ chỗ không phèn, không độc trở nên ph èn và độc, thậm chi rất độc.
Quá trình phèn hóa biểu hiện ở hai mặt :
- Môi trường đất và nước đang ở dạng phèn tiềm tàng (Potential acid sulphate soils) bị oxy hóa trở thành phèn hoạt tính. Đó là hiện tượng oxy hóa của Pyrite để trở thành Jarosite và những ion độc hòa tan kể trên,
- Môi trường nước và đất vốn chưa bị phèn nay bị nhiễm phền (Acid sulphate contimanation) từ các nơi khác theo dòng nước đưa đến.
Sau đây xin nói rõ hơn về hai quá trình đó.
4 .1 .1 .2 . Q u á t r ì n h p h è n h ó a t ừ đ ấ t p h è n t i ề m t à n g
- Nguồn s : S04~ hay các dạng lưu huỳnh hữu cơ tích lũy trong cây sú, vẹt bị vùi lâ’p, phân giải yếm khí (vi khuẩn Clostridium Thiobacillus Thodans) tạo thành CO2 và axít hữu cơ, H2S. Luu huỳnh trong nước biển theo thủy triều vào vùng nước mặn, lìước lợ,
- Nguồn Fe, AI ; Quá trình íeralit hóa làm tích tụ Fe, AI do phân hủy keo sắt, quá trình rửa trôi, tích tụ Fe hữu cơ trong cây, Al, Fe có trong keo sét và bị rửa trôi theo dòng chảy đi đến vùng nước lợ.
- Các dạng hợp chát của lưu huỳnh gồm sulphate bị khử thành sulíìt (SO3 ) dưứi điều kiện thiếu oxy và có vi khuẩn BaciUus và có chất hữu cơ làm thức àn : H2S phản ứng với Fe trong keo sét tạo thành Pyrit (FeS2>.
- Đến đây, tạo thành đất phèn tiềm tàng. Nếu có CaCOa sẽ không sinh phèn ở giai đoạn tiếp do phản ứng ; CaCOa + so l" -*■ CaS04 + COã^. Đất phèn tiềm tàng đă hình thành khi tổng Bazơ < tổng SO4”. Quá trinh phèn hóa bắt đầu từ đây :
- Trong điều kiện dề tiẽp xúc với không khí, ví dụ khi lớp đất trên khô nứt nẻ và lớp Pyrit ở dưới ẩm ướt tiếp xúc được với oxy không khí, Pyrii bị oxy hóa :
2FeS2 + 7O2 + 2H2O ^ 2FeS04 '¥2H9SO4.
Hay là : FeS2 + 15/4 O2 (diss) + 7/2 H2O Fe(0H)3 + 2H2SO4. Như vật cứ m ột mol Pyrit tiêu thụ 3,75 mol oxy hòa tan và sinh ra 2 mol acid Sulfuaric.
Mặt khác phản ứng tạo ơarosite cùng tiến hành :
FeS2 + 15/4 O2 + 5/2 H2O + 1/3 1/3 KFea (S04)2(0H)e + + 4/3SOl' + 3H""
Phản ứng này xảy ra trong điều kiện thế oxy hóa khử Eh > 400 mV, quá trình đó sẽ tạo ra môi trường có pH = 3 - 4.
- Sau đó,ở điều kiện đủ oxy và có vi khuẩn Thiobacillus Peroxidans, sẽ bị khử thành Fế*’ :
2FeS0 4 + O2 + H2SO4 —> Fe2 (804)3 H2O Đồng thời :
1/3 KPea (804)2 (0H)6 + HgO -> 1/3 + Ee{0 H)3 + 2/3 s o l" + H"".
và tạo thành sản phẩm có phản ứng thuận nghịch :
Fe2(S04)3 + H2O <— > 2FeS04(0H)3 + H2SO4
- Acid sulphuaric tạo thành tiếp tục phản ứng với các lớp Âlumỉnsilicate trong khoáng sét trong đất, giải phóng ra rất nhiều đồng thời tạo ra dạng liên kết với Fe, K, sulphat, tạo thành sulphat kép sắt, nhôm :
H2SO4 + AI2O3 . SÌO3 -♦ Al2(S04)3 + Sì(0 H)4.
Al2(S04)3 sinh ra làm đất chua (pH < 2). làm kết tủa các keo sét và chất lơ lửng trong nước nên nước trong. Nước càng trong càng phèn, nông dân gọi là “phèn lạnh". Nếu nựớc không tĩõng mầ có mầu vầng ìh phèn sắt chiếm ưu thế, nông dên gọi là "phèn nóng". Kết quả quá trình phèn hóa này là tạo ra các muối FeS0 4 , Al2(S04)3 và H2SO4.
Từ đây chúng lại phân ly ra :
FeS04 <—> Pe^-^ + SOl";
H2SO4 <—> 2H* + so l' ;
AI2 (804)3 <—> 2A1^‘" + 3S0l".
Làm cho trong nước hay trong dung dịch đất giàu H*, Al^*, và s o l ” gây độc cho hầu hết sinh vật. ‘
• Xem thém ‘ Những vấn đề Đất Phền Nam Bộ* Lê Huy Bá. NXB. TP. HCM, 1982
Hình 11. C h u y ể n h ó a m àu s ắ c ở tần g Pyrite trong q u á trình P h ồ n h ó a.
(Lô Huy Bá. 1982)
4.1.3. Quá trình phén hóa do nhlẻm phẻn.
Quá trình này biểu hiện sự phèn hóa do nước ô nhiễm phèn từ nơi khác đưa đến. Mức độ hóa phèn của môi trường phụ thuộc vào ;
- Nồng đ ộ đ ộ c t ô ' trong n g u ồ n n ư ớ c ô n h i ễ m .
Nồng độ độc tô' trong nước càng cao thì ô nhiễm càng nặng nề, có thể làm cá tôm chết nhanh chóng. Hiện tượng tôm chết sau mỗi trận mưa đầu mùa là một ví dụ. Nước ruộng tôm đang không bị phèn, sau trận mưa, độc chất từ trên bờ hay từ nơi khác chảy đến, làm giảm pH đột ngột, từ pH = 6,5 xuấng 3,5. Tôm rất mẫn cảm với phèn nên tai họa không tránh khỏi. Điều mà nhiều người không nhận ra vi chỉ sau đố vài giờ nước triều lên xóa hết mọi dấu vết của phèn, nên độ pH ỉúc này vẫn bằng 6,5 ! Đó cũng là nguyên nhân làm lúa chết khi có trận mưa đầu mCia.
- Loại phèn (Loại dộc tố chiếm ưu thế trong nước ô nhỉẻm) :
Nếu là phèn nhôm (nông dân quen gọi là phèn lạnh) thi ảnh hưởng gây thiệt hại của nó rất nhanh và tác động hầu hết đến các loại sinh vật, lúa, tôm, cá, chim, và cả con người nữa. Nhưbg nếu là phèn sát thi độ gây hại nhẹ hơn. Nếu nguồn nước bị nhiễm phèn nhôm thì việc xử lý khố khăn hơn, việc dầu tiên là phải nâng pH > 6,5 sau đó mới lắng lọc có hiệu quả. Còn phèn sắt thì cần có oxy hóa chuyển Fế*’ thành Fe sau đó mới lắng lọc.
- Lượng nước ô nhiễm :
Khối lượng nước ô nhiễm càng lớn thì độ nhiễm và diện tích bị nhiễm càng lớn. Vùng thượng nguồn xổ phèn làm hè thu hoặc đống xuân thường gây cho vùng hạ ỉưu bị nhiễm phèn, gây chết hoa màu, vườn cây trái.
- Thời gian lưu nước ô nhiễm đó :
Thời gian lưu nước ô nhiễm càng lâu thì độ phèn hóa càng cao, diện tíd ỉ bị nhiễm phèn càng rộng, nguồn nước ngầm càng dễ có cơ hội nhiễm phèn cao hơn. Bởi vì các độc tố có đủ thời gian thấm sáu vào các tầng dất, nước.
Ic
- Loại đất nơi bị phèn hóa :
Loại đâ't nơi bị phèn hóa nếu là đất nhiều cát, ít sét, ít mùn thì khả năng gây độc nhanh chống và mức độ gây hại cũng rất cao. Nhưng nếu đất ớ dó nhiều sét, nhất là nhiều mùn thì khả năng hóa phèn chậm hơn, mức độ gãy hại nhẹ hơn. Bởi vì, sét và nhất là mùn có tính hấp phụ rất cao, nó có thê hâp phụ vài trăm meq/lOOgr đất. Cho nên lượng cation
bị hấp phụ giữ chặt trên bề mặt hạt keo sét, keo mùn, không gây hại bằng ờ t rường hợp đát cát. Tuy nhiên khá năng rửa phèn cũng do đó mà ở đát sét, mùn kẽm hơn so với đất cát. Trong trường hợp ô nhiễm nước cũng vậy, nếu nước co nhiều phù sa, nhiều dạng mùn thì khả năng gây hại của hóa phèn khỗng cao bằng trong nước trong. Bởi vì các cation, đậc biệt với sẽ tạo nén phức càng cua Al-keo sét là sự kết hợp giữa keo sét mang điện âm và nhôm mang điện dương, vì vậy nó vó hiệu hóa được độc tính của nhôm và sắt trong môi trường.
B ản g 4.1. Các chỉ tiêu dánh giá các loại đất phèn
Loại đ ấ t phèn pH tươi Al^*. ppm soĩ .% Cl'. %
Đất phèn hiện tại 3 - 4 150 - 3.000 0.1 -0 .7 0,0 - 0,05 Phèn nhièu 2 .5 - 4.0 500 - 3.000 0,2 - 0.7 < 0,05 Phèn ít, trung bình 3.5 - 4.0 300 > 500 0,2 • 0,3 < 0,05
Phèn mặn 4.5 > 500 0,1 - 0,3 0.05 - 0,07
Mặn phèn 5.5 - 6.0 < 500 0 ,1 -0 .2 0.07 - 0.1
Đất phen đang chuyển hóa 0,4 - 4.0 20 0 - 2.000 0.3 - 0.6
Đất phèn tiềm tàng 5 - 7 Vết 0,09 - 0 .1
4.1.4. Ảnh hưdng của phồn hóa 4.1.4.1. N h ôm (Al)
Nhôm gáy độc ở dạng chủ yếu ở dạng Nhưng cation này lại sinh ra khi phán ly Al2(S0 4 )3. Đây là loại muối khi khô thì có dạng tinh thể giòn tan, nhẹ xôp; ẩm thì có dạng nhờn trơn. Đây là cation dộc nhất trong đất phèn. Lúa bị ngộ độc sẽ mất hết lông hút, rễ ngắn, nhâ't là trọng lượng rễ bị átih hưởng lớn. trong đất phèn có nồng dộ từ 150 đến 3.000 ppm.
Nồng độ = 500 ppm gây độc cho lúa; = 800 ppm gây chết và
= 1.000 ppm gây chết nhanh chóng. pH - 3,5 ([Al^*] = 400 - 500 ppm) ức chế quá trình nảy mầm của cao lương. Trong vật chât sông nhôm trung bình chi chứa 50 ppm.
4.1.4.2. Sđt (Fe Fe
Sắt gây độc ở dạng và một ít ở dạng Fế^. Chúng có thể được xuất hiện từ hợp chất FeS04 hay Fe(0H)2, FeS, Fe(HC0 3 )2: Fe2(S0 4 )3; hay các hợp chất sắt hữu cơ. Trong đất phèn, nồng độ Fế^, hay Fế*’ khoảng từ vài trăm đến 3.000 ppm.
Fe^* kết hợp với H2S tạo thành FeS bám sát vào rễ cây, gây ngộ độc cho câỵ Nồng độ [Fế*’] > 600 ppm bắt đầu có ảnh hưởng; [Fế*’l > 1.000 ppm gây chết cho lúa. dễ bị oxy hóa thành Fe ^ có độ hòa tan thấp, ít độc hơn.
bám dính quanh rễ cây làm khả năng trao đổi chất của cây bị hạn chế. Fế^ gây độc cho cây non, bộ phận rễ bị đen, chóp rễ bị vẹt, trong cây tích lũy cao Fe. Điện th ế oxy hóa khử thay dểi khi đâ't ngập gây ảnh hưdng khả năng hòa tan và cung cấp dinh dưỡng và gây ngộ độc yếm khí cho cây (tạo Fế*‘).
4.1.4.3. Sunphat ís o l”) và lưu huỳnh (S)
Dạng gây độc của iưu huỳnh H2S, SO3", SO2, s o l ”. Trong điều kiện bình thường lưu huỳnh là dinh dưỡng cho cây (trong cây tích lũy 0,1 - 15% tro thực vật). Trong đất phèn, tổng số luu huỳnh có thể có nồng độ là 2,0 - 5,0%. LiAi huỳnh gây độc do ngưag tụ cao của muối có hại cho dời sống. S/S0 4~ = 1 ,5 -2 . lon S04~ rửa trôi chậm, gây ngộ độc cho cây, khó khăn trong sản xuất.
Đất phèn nhiều sol” = 4.000 ppm, đất phèn đang chuyển hóa : 2.000 - 5.000 ppm.