Ứng dụng mô hình hydrus – 1d để mô phỏng sự di chuyển của kim loại nặng (cu, pb, zn) trong đất lúa xã đại áng, huyện thanh trì, hà nội

ng dng mô hình Hydrus  1

 ng
s di chuyn ca kim loi nng (Cu, Pb, Zn)
i Áng, huyn Thanh Trì, 




ng

i hc Khoa hc T nhiên
LuChuyên ngành: Khoa hng; Mã s: 60 85 02
ng dn: TS. Nguyn Ngc Minh
o v: 2012


Abstract: ng quan tài liu (KLN  kim loi nng trong môi
 di chuyn ct, các yu t ng
ti s di chuyn ct, mô hình mô phng s phân b và di
chuyn cng nghiên cu (các mu
c thu thp  khu vc canh tác lúa ti Áng, huyn Thanh
Trì, Hà N         u.
t qu nghiên cu và tho lun.

Keywords: Khoa hng; Ô nhit; Ô nhim kim
loi nng; Công ngh chng ô nhim; Thanh Trì; Hà Ni

Content



 ô nhim 








. Nhng nghiên cu v t, làm ti cho
vic tìm ra nhng x thích hn và gim thiu nh






a chúng 





.







 





 . Vì th, vic mô phng s
di chuyn và bii cc bit này là m

i vi
các nhà khoa hc.
Khi nghiên cu v kh n ca các cht ô nhim nói chung và KLN
t, mô hình hóa là mt công c c s dng ngày càng
ph bin và dn chc hiu qu  i cái nhìn bao quát v ng
thái ca các cht ô nhi

t.
 tài c thc hin vi m n ca các KLN
u sâu phu din và theo thi gian  i Áng, huyn Thanh Trì,
Hà Ni.
. 





1.1.1. Nguồn gốc
Bao gm:
- Các ngun t t, lng khí quy
- Các ngun nhân to: nông nghip, công nghip, hong sinh ho

Cambell và cng s c to ra t các ngun t




o và ch ra rng các hong co ra mt








, 

15 li
vi Cd, 100 li vi Pb, 13 li vi Cu và 21 li vi Zn. Chc chn rng s
a các ngung s t








ng và HST.
1.1.2. Phân bố
Trong t nhiên, KLN có trong thành phn  


 khoáng




 . a mng KLN l 

 m tích.
 t
qua quá trình phong hóa.
Các nguyên t 





  
v tíng ln  tt gc; Các KLN khác
thâm nht thông qua lng khí quyn hay các ngun nhân to khác tp
trung ch yu  lt mt: Pb, Cd.
t, KLN có th tn ti  trng thái sau: hòa tan trong dung dt;
b gi li trong các khe h nh ct bi s chênh lc; liên kt vi keo
t, cht h, cacbonat, 

 i ca sinh vt hay
trong các th rt.
1.1.3. Sự chuyển hóa
Các n kim soát s chuyn hóa ca KLN t bao gm các
quá trình: vt lý, hóa hc và sinh hc.

- Các quá trình lý hóa hc
 S hòa tan và kt ta khoáng:
 S phân b c







:
 S to phc:
- Các quá trình sinh hc
- S c nh ti ch
 di chuyn ct
Khuếch tán và phân tán
Dòng chảy ưu thế
Di chuyển cùng với keo đâ
́
t
Sự di chuyển của phức hữu cơ – kim loại hòa tan
Rư
̉
a trôi va
̀
di chuyê
̉
n nhơ
̀
dòng chảy bề mặt

Bay hơi

1.3.1. pH
Kh  hong ca ion kim loi s gim khi pH
.  c cDennett (1932) quan sát thy
r 

 t tr











 c khác




t  trng thái khô pH là 4,5  5,0 

 6,5  7,0 khi





. Khi cc s  c li.
1.3.2. Thế oxy hóa khử
Khi dc vào rung, m thoáng khí ct lúa h thp, n oxy
gim làm cho Eh ct lúa h th



. 

  ca cp
ht sét   , 














 u kin oxy hóa kh ng ti các dng
tn ti ct. Ví d  u kin oxy hóa thì Mn kt ti dm
nh hoc kt h u kin kh Mn b hòa tan nhi
1.3.3. Chất hữu cơ của đất

ng ca CHC lên s di chuyn c 

 
chiS 

 u vào ln, hoc do s
phân hy chu kin y







  

.
  . Khi DOM
di chuyn xung t nhng KLN liên kt vi chúng.
1.3.4. Sự hình thành các hơ
̣
p chất hóa hc của KLN trong đất
S hình thành các hp cht hóa hc là mt trong nhng yu s quan trng nh
ng ti kh ng, hòa tan và d tiêu ca KLN. Ion KLN có th kt hp vi
các cu t hp cht hoc trong vùng r. Các cu t
 là các hydroxit, cacbonat, sunfat, nitrat, clorit, DOM hoc phi t chelat.
1.3.5. Sự phong hóa và biến đổi khoáng vật đất






























 u kin kh mnh duy trì thi gian dài làm chk
s phong hóa khoáng silicat  t nghèo st. Mi loi khoáng khác nhau có kh 
hp ph i vi KLN. Vì th, s bii khoáng sét có liên quan trc tip
ti s ng có CEC lu kin

m c t trng lúa hình thành t        hình thành smectit
(

, 2008).
1.3.6. Hoạt động canh tác
    n
s di chuyn ca KLN xung t Hong cày b



p làm
i dng tn ti ca KLN  t

. 







i các tt mt
 do ving s d

, thuc tr sâu, bùn thi, 



,





.

Vu kin ngc, hin có mt s c xây dng chuyên bi
mô phng s di chuyn ca các cht ô nhim t lc b mt, ví d 
Hydrus  1D (

 , 1998), RICEWQ (

, 1999), GLEAMS-
PADDY (

, 2003).
Mô hình Hydrus  c gii thiu b
có kh ng quá trình thm thc và s di chuyn các cht hòa tan trong
mt không gian mt chiu vi mt s u ki c xây
dng d

 c là n cht hòa tan trong dung dch
 S ng cht hòa tan b hp ph
  c,
  (M L-3) là dung trng, D (L2 T-1) là h s phân tán ca pha lng, q (L
T-1) m dòng, t (T) và X (L) biu din thi gian và phân b không
gian.

ng nghiên cu
c thu th






 

i Áng, huyn
Thanh Trì, Hà N



10/2011.



 (0 ÷ 25, 25 ÷ 50, 50 ÷ 75 75 ÷ 100 cm) 















, 



, .


















 , 









 72 

 0 ÷ 25 cm, 




.

* Một số đặc tính lý hóa hc cơ bản: Các ch tiêu lý hóa hnh theo các
ng trong phòng thí nghim. Thành ph  c xác
u x ng (oriented mount).
* Xác đnh sự tch ly KLN trong tng mặt đất canh tác huyn Thanh Trì : Ly mu
b mt  phá mng KLN tng s  Xây dng b


 .
* Xác đnh dạng tồn tại của KLN trong đất: nh dng liên kt ca KLN trong
t bt liên tip.
* Xác đnh khả năng hấp phụ của đất: bằng phương pháp hấp phụ. Mc
trn vi các dung dch mui ca KLN (CuSO
4
.5H
2
O, ZnSO
4
, Pb(NO
3

)
2
) vi t l t :
dung dng KLN trong dung dch lc bng AAS.
* Phương pháp mô phỏng sự di chuyển của KLN theo chiều sâu phẫu din: S dng
mô hình Hydrus   mô phng s di chuyn ca KLN theo chiu sâu phu din
t nghiên cu.
 
3.1. 




















Kí

hiu
mu
 sâu
(cm)
pH
KCl

CEC
(cmol/kg)
CHC
(% C)
SiO
2

(%)
Fe
2
O
3

(%)
Al
2
O
3

(%)

0 - 25
6,88

22,95
3,16
59,00
7,51
17,05
25 - 50
7,00
23,56
2.42
60,08
5,43
14,50
50 - 75
6,92
19,38
2,60
62,26
5,59
18,00
75 - 100
6,94
17,50
2,60
59,86
5,43
17,05

0 - 25
6,34
18,10

3,40
58,36
6,39
16,41
25 - 50
6,66
15,31
3,34
60,06
6,55
15,93
50 - 75
7,00
14,20
2,61
63,80
6,39
15,85
75 - 100
6,87
13,26
2,97
62,84
6,55
16,81

0 - 25
6,51
20,20
2,72

51,98
5,91
17,05
25 - 50
6,47
19,89
2,62
59,06
6,55
17,05
50 - 75
7,05
17,99
2,38
58,00
5,27
21,19
75 - 100
6,92
16,75
2,18
47,62
4,31
21,67
t nghiên cu có phn ng trung tính, hàm 
vai trò quan tri vi CEC ct.
Kí
hiu
mu
 sâu

(cm)
Thành phn cp ht (%)
Dung
trng
(g/cm
3
)
TPCG
Sét
(<0,002mm)
Limon
(0,002-0,05mm)
Cát
(>0,05mm)

0 - 25
30
45
25
1,32
Tht sét
25 - 50
27
61
12
1,31
Tht sét pha
limon
50 - 75
34

46
20
1,29
Tht sét
75 - 100
42
44
14
1,25
Sét pha limon

0 - 25
27
55
18
1,32
Tht sét pha
limon
25 - 50
29
53
18
1,31
Tht sét pha
limon
50 - 75
32
45
23
1,31

Tht sét
75 - 100
40
45
15
1,26
Sét pha limon

0 - 25
40
45
15
1,26
Sét pha limon
25 - 50
38
43
19
1,27
Tht sét pha
limon
50 - 75
33
42
25
1,3
Tht sét
75 - 100
35
46

19
1,28
Tht sét pha
limon
t có TPCG nng.
Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X đối với cấp hạt sét tách ra từ mẫu đất tầng 0 ÷ 20
cm cho thấy khoáng sét trong đất khá phức tạp với thành phần chủ yếu gồm: illit,
kaolinit, clorit
3.2. 

































 
.








X Đi ng
X Đi ng
X Đi ng
Hình 1.






, Pb, 



.

3.3. 




, 









 






 . 



4
OAc, , 






 , 









 10 ÷ 16%




 .  













 

. 









. 













 







.
Hu h





 dng F5 (53 ÷
73% 



65 ÷ 81% 

). Phn F5 cm mt ph
( i vng hp ca Cu và Pb.
S phân b ca  tuân theo th t sau:
- : F5> F4 > F3 > F2 > F1.
- Pb: F5 > F3 > F4 > F2 > F1.
- : F3 > F5 > F2 , F4 > F1


Kt qu ca thí nghim hp ph cho thy: khi n KLN trong dung dch ban
ng KLN b hp ph trên pha rng này có th
quan sát thy  tt c các mu và  tt c các tng; và kh p ph Pb ca các mu
t là cao nhi cùng nh nhi vi Zn.
T thí nghim hp ph, xây dng nhit Freundlich  xác
nh h s u vào cho mô hình HYDRUS  
M
Hng s
Freundlich
0  25 cm
25  50 cm
50  75 cm
75  100 cm
Cu
K
F
23,69
21,65
20,54
22,62
n
0,72
0,78
0,85
0,74
R
2
0,96
0,97

0,97
0,99
Pb
K
F

26,08
24,07
26,82
23,89
N
0,86
0,82
0,72
0,69
R
2
0,94
0,94
0,99
0,98
Zn
K
F

17,03
16,64
16,84
13,14
N

0,67
0,67
0,66
0,85
R
2
0.98
0,95
0,95
0,99
M
Cu
K
F

22,80
20,32
17,26
17,69
N
0,55
0,55
0,70
0,80
R
2
0,94
0,97
0,98
0,98

Pb
K
F

23,83
21,29
20,79
20,10
n
0,71
0,70
0,64
0,78
R
2
0,98
0,99
0,92
0,99
Zn
K
F

14,44
14,78
13,86
14,19
N
0,60
0,61

0,76
0,59
R
2
0,97
0,99
0,95
0,99
M
Cu
K
F

15,28
13,19
13,11
13,07
n
0,51
0,58
0,54
0,54
R
2
0,88
0,96
0,98
0,94
Pb
K

F

17,15
16,95
17,11
15,35
N
0,63
0,61
0,64
0,67
R
2
0,95
0,99
0,97
0,98
Zn
K
F

10,63
12,03
11,74
12,11
n
0,56
0,50
0,54
0,56

R
2
0,98
0,98
0,99
0,99
 Hng s K
F
: Pb > Cu > Zn  t nghiên cu có kh p ph Pb >
Cu > Zn. 

c mt nghiên cu có h s i vi c ba KLN  t
bão hòa các v i ln.
3.5. 

















* Mẫu ĐA1:






Cu
Pb
Zn


* Mẫu ĐA2:






Cu
Pb
Zn



* Mẫu ĐA3:

Cu
Pb
Zn
 
Kt qu mô phng ch ra rng, trong s ba KLN thì Zn là nguyên t 
lc ra khi ct thí nghim gi i Cu và Pb. tính trung bình Pb, Cu,
Zn s mt khong 500 ÷ i vi Pb), 390 ÷ i vi Cu), 310 ÷ 380
i vi Zn) thì mi di chuyc chiu này cho thy, kh 
di chuyn xung các tng sâu ca Cu và Zn li Pb. Do b gi li  các tt
bên trên, Pb có kh m tt mt, trong khi Zn và Cu có kh 
nhic ng

Pb, Zn).
 S i mc trên b mt;
 S xut hin ca các dòng ch trong phu dit;
 ng;
 S di chuyn ct (khoáng sét) trong phu din;
 












1. 
t nghiên cu có phn ng trung tính (pH
KCl
ng CHC cao
ng sét chim t l t nghiên cu (23 ÷ 42%).
Tuy nhiên, thành pht ch yu là các loi khoáng có kh p ph kém
bao gm: illit, kaolinit và clorit.
:
 : F5> F4 > F3 > F2 > F1.
 Pb: F5 > F3 > F4 > F2 > F1.
 : F5 > F3 > F2 , F4 > F1.








  1 các tt > 50 cm, kh


 i các tt bên trên; 







t tuân theo th t: Zn > Cu > Pb. Tính trung bình Pb s mt khong 500 
650 ngày, Cu s mt khong 390  480 ngày và Zn s mt khong 310  380 






 sâu 1m  y có th thy rt nghiên cu có kh 


i vi các KLN (Cu, Pb, Zn).

Mô hình Hydrus  1



i mt bc tranh tng quát v s di chuyn ca
 



 ng ca các KLN trong khu
vc nghiên cu, cn xem xét ti vai trò ca các hp pht ti s hp ph các cht ô
nhim này: 








, CHC, 

 phytolith, 










, 

























. S i ch  t lúa c






 kéo theo nhi v thành phn hóa hc, tính cha
ng thái ca các KLN tr ng yu t này s c


References
Tài liu ting Vit:
1. 



(2010), 








(Pb) (Cd) 








, 








, 








, 







, .
2. 

(2004), 





 , 




, .
3. c (2004), : Nguyên t i hc Khoa hc T i
hc Quc gia Hà Ni.
4. Trnh Quang Huy (2006), : T  t nông nghi
Nông Nghip Hà Ni, Tr 1, 2, 28.
5. (2000), ng, NXB Giáo dc, Hà Ni.
6. n Xuân C, Bùi Th Ngc, Trn Khc Hip, Cái

c phân bón cây trng, NXB Giáo dc,
Hà Ni.
7. n Khc Hip, Trnh Th Thanh (1996), : Hoá hc nông
nghii hc Quc gia Hà Ni, Hà Ni.
8. Nguyn Ngc Minh, Phng dng mô hình Hydrus-
 di chuyt trp chí Khoa hi hc Qu


, 26-5S, tr. 823830.
9. Nguyn Ngc Minh, Phm Th Dinh, Lý Th Hng, Nguyn Th  
 Huyn, Lê Th  Khánh Ly, Nguyn Th 
Quang, Nguyn Th Thúy (2011), Nghiên cu tách chit Phytolith t  làm vt
liu x lý ô nhim, Hi ngh khoa hc sinh viên , 







 , 




, 
Tài liu ting Anh:
10. Adriano, D. C. (2001), Trace Elements in Terrestrial Environments:
Biogeochemistry, Bioavailability and Risks of Metals (2nd Ed.), p. 860, Springer, New
York.

11. 
142.
12. Ahumada, I., Mendoza
1519.
13. Al‐Wabel, M. A., Heil, D. M., Westfalland, D. G., and Barbarick, K. A. (2002),

Qual, 31, pp. 11571165.
14. 
pp. 2939. Blackie, London; Wiley, New York.
15. 124. Blackie,
London; Wiley, New York.
16. 
22.
17.       entration, pH and surface charge effect on
589.
18. Barbosa, A. E., and Hvitved‐

151159.
19. Barrel, M. S., Zuber, R. D., Collins, R. D., Malina, J. F., Charbeneau, R. J., and
Ward, G. H. (1993), A review and evaluation of literature pertaining to quality and control
of pollution from highway runoff and construction, Centre of Research in water resources,
Bureaus of Engineering Research, University of Texas, Austin, CRWR 239.
20. 
        in
Ecosys-tems (R. Naidu, W. S. R. Gupta, S. Rogers, R. S. Kookana, N. S. Bolan, and D. C.
Adriano, Eds.), pp. 253
21.             
hazardou         
213217.
22. Boekhold, A. E., TemminghoV , E. J. M ., and Vanderzee, S. E. A. T. M. (1993),


J. Soil. Sci, 44, pp. 8596.
23. Brooks, R. R. (1987), Serpentine and its Vegetation, Dioscorides Press, Portland.
24.               
chim. Acta, 32, pp. 397414.
25. Brooks, R. R., Reeves, R. D., Baker, A. J. M., Rizzo, j.A. and Ferreira, H. D.
        
Geographic Research, 6 (2), pp. 205219.
26. Buchter, B., DavidoV , B., Amacher, M. C., Hinz, C., Iskandar, I. K., and Selim, H.
            
379.
27.  contaminants in

535548.
28. 
        ‐ri   
Environ. Qual, 31, pp. 573580.
29. Carrillo-         
 178.
30. Camobreco, V. J., Richards, B. K., Steenhuis, T. S., Peverly, J. H., and McBride, M.
          
750.
31.              t of

Heavy Metals in the Environment, Vol.2, pp. 760763, Heidelberg International
Conference, CEP Consultants, Edinburgh.
32. Cantwell, M., Burgess, R. M., and Kest      
partitioning of metals from anoxic estuarine sediments during perios of simulated
5334.
33.            ted


1360.
34. 
, 58, pp. 14151420.
35. 

pp. 32943303.
36. Chubin, R. G., and Street, J. J. (198
228.
37. 
, pp. 117.
38.        
metals in a abandoned mining areas; a case study if Strauss Pit, the Drake mining area
Environ. Geol,
40, pp. 655663.
39. 

18, pp. 33253333.
40. Colbourn, P. and Thornton, I
of Soil Science, 29, pp. 513526.
41. 
Jour. Agric. Res, 15, pp. 321329.
42. Darmony, R. G., Foss, J. E., Intosh, 
          
Environ. Qual, 12 , pp. 231236.
43.           
metal release          
15811586.
44. Delolme, C., Hebrard‐Labit, C., Spadini, L., and Gaudet, J. P. (2004),


the p224.
45. 
Agric, Jour, 20, p. 518.
46. Dowdy, R. H., Latterell, J. J., Hinesly, T. D., Grossman, R. B., and Sullivan, D. L.
            
123.
47. -induced structural dynamics in
paddy soils of south east China 
178.
48. 
338.
49. Frankenberger, W. T., and Benson, S. (Eds.) (1994), Selenium in the Environment,
Marcel Dekker, New York.
50. 
 Science and Applications,
(H. D. Skipper and R. F. Turco, Eds.), pp. 173210, Soil Sci. Soc. Am. Spec. Publ. no. 43,
Madison, WI.
51. Fergusson, J. E. (1990), The heavy elements: Chemitry, Environmental Impact and
Health Effects, Pergamon Press, London.
52. 
          
Sediments, (R. A. Baker, Ed.), Vol. 2, pp. 425443, Publishers, Inc., Ann Arbor, MI.
53.           
216.
54. Gimeno‐
the applica-tion of inorganic fertilizers and pes     
Pollut, 92 , pp. 1925.
55. 
Adv. Soil Sci, 5, pp. 174200.
56. ress, Beijing,

pp. 233260.
57. Gong, Z. T., Chen, H. Z., Yuan, D.G, Zhao. Y. G., Wu, Y. J., Zhang, G. L. (2007),

Sci. Bull, 52, pp. 10711079.
58. Gooddy, D. C., Shand, P., Kinniburgh, D. G., and van Riemdsjik, W. H. (1995),
‐ 
pp. 265285.
59. eds: A
39.
60. 
release in wetland soils controlled by organic matter mobility or Fe-oxyhydroxides
face Sci, 314, pp. 490501.
61. Grybos, M., Davranche, M., Gruau, G., Petitjean, P., Pédrot, M. (2009),
                 
19.
62. Hal
Exp. Bot, 53, pp. 111.
63.            
associated metals on the roots of mine‐    viron. Sci.
Technol, 35, pp. 38633868.
64. 
soil moisture regime and rice cultivation on mineralogical characteristics of paddy soils of
mol. Int. J. Soil Sci, 3, pp.138148.
65.              

140.
66. Hoffman, M. R., Yost, E. C., Eisenrich, S. J., and Maier, W. J. (1981),

661.
67. ility of metals in


pp. 1926.
68. Huang, P. M., Violante, A., Bollag, J. M., and Vityakon, P. (2005), Soil abiotic and
biotic interactions and impact on the terrestrial ecosystem and human welfare, Science
Publishers, Plymouth, UK.
69. Janssen, R. P. T., Peijnenburg, W . J. G. M ., Postuma, R., and van den Hoop, M. A.

between 
24702478.
70.         
1385.
71.            
632.
72.          -exchange capacity
measurements on 
Miner, 34, pp. 9398.
73. 
74.
74.       
70.
75. 
492.
76.            
725.
77. 
60.
78.             
complex            
Environ. Technol, 12, pp. 11071116.
79. 

838.
80. Kelle
a soil ‐
1560.
81. Kögel-Knabner, I., Amelung, W., Cao, Z., Fiedler, S., Frenzel, P., Jahn, R.,

157, pp. 114.
82. Kohut, C. K. (1994), Chemistry and mineral stability in saline, alkaline soil
environments, Doctoral thesis, University of Alberta, Edmonton, AB, Canada.
83.               
           
Amsterdam, Netherlands.
84.          el phytotoxicity in
1960.
85.           
         
Huang, J. ‐M. Bollag, and N. Senesi, Eds.), Wiley and Sons, Chichester, UK.
86.            
 20.
87. Le, D., Pham, V. K., Le, B. V. B., Duong, T.O. (2000), Preliminary study on
adsorption capacity and diffusion rate of heavy metals in Red River alluvial soil at
         
Conference, University of Science on EnvironmentalScience, Vietnam National University
Publishing House-2000, p. 152.