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)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.77 MB, 65 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Nguyễn Thị Duyên
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH ĐỊA HÓA VÙNG ĐẤT TẠI
BA VÌ (HÀ NỘI) VÀ HƢỚNG HÓA (QUẢNG TRỊ) ĐỐI VỚI
SỰ PHÁT TRIỂN CÂY CỌC RÀO (Jatropha curcas)
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội – 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Nguyễn Thị Duyên
NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH ĐỊA HÓA VÙNG ĐẤT TẠI
BA VÌ (HÀ NỘI) VÀ HƢỚNG 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
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Hà Nội – 2014
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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
HV: Nguyễn Thị Duyên
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 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
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG 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
CHƢƠNG 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
HV: Nguyễn Thị Duyên
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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
HV: Nguyễn Thị Duyên
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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
HV: Nguyễn Thị Duyên
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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
HV: Nguyễn Thị Duyên
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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,
HV: Nguyễn Thị Duyên
1
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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 Hƣớng 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.
Nhiệm vụ:
1. Điều tra, thu thập tài liệu liên quan đến điều kiện tự nhiên, địa chất, khí hậu khu
vực Ba Vì và Hướng Hóa;
2. Tổng quan nghiên cứu về cây Cọc rào trên thế giới và tại Việt Nam; đặc điểm
sinh thái 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.
HV: Nguyễn Thị Duyên
2
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
CHƢƠNG 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
HV: Nguyễn Thị Duyên
3
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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 Hƣớng 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
HV: Nguyễn Thị Duyên
4
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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 0C (Brittaine và Lutaladio, 2010).
HV: Nguyễn Thị Duyên
5
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
Cây Jatropha
Chống xói mòn
Hàng rào
Cột chống cho cây vanilla
Phân xanh
Làm củi
Quả
Cải tạo/làm sạch đất
Sản xuất khí đốt sinh học
Lá
Làm thuốc
Chống viêm
Vỏ quả
Cải tạo/làm sạch đất
Sản xuất khí đốt sinh học
Làm thuốc
Chống viêm
Hạt
Dầu sinh học
Thuốc trừ sâu/chất diệt nhuyễn thể
Thức ăn/cỏ khô cho gia súc
(không độc hại)
Dầu hạt
Nhiên liệu (dầu sinh học/SVO)
Làm xà phòng
Thuốc trừ sâu
Làm thuốc
Mủ cây
Làm lành vết thương
Làm thuốc
Bã hạt
Phân bón hữu cơ
Sản xuất khí đốt sinh học
Cỏ khô cho gia súc
(không độc hại)
Vỏ hạt
Chất đốt dễ cháy
Phân bón hữu cơ
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.
Năng suất của hạt giống sẽ giảm đáng kể khi nhiệt độ trung bình năm giảm xuống
HV: Nguyễn Thị Duyên
6
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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
HV: Nguyễn Thị Duyên
7
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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
HV: Nguyễn Thị Duyên
8
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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
HV: Nguyễn Thị Duyên
9
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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
HV: Nguyễn Thị Duyên
10
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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
HV: Nguyễn Thị Duyên
11
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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 lƣợng Cu, Mn, Zn trong các môi trƣờng đất và đá (ppm)
Nguyên tố
Cu
Mn
Zn
Vỏ Trái
đất
50
1000
75
Granit
Bazan
12
500
50
90
1500
100
Phiến
sét
50
850
90
Cát kết
Đá vôi
Đất
30
460
30
5,5
620
20
30
1000
90
Nguồn: Bowen (1979); Wedeppohl (1974); Taylor (1964).
HV: Nguyễn Thị Duyên
12
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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 lƣợng Cu, Mn và Zn trong thực vật và môi trƣờng nƣớc (ppm)
Nƣớc ngọt
Nƣớc biển
Thực vật
0,2 – 30
0,3
5 – 30
8
0,02 – 130
0,3
20 – 300
30
0,2 – 100
4
27 – 150
Nguyên tố
Trung bình
Dao động
Cu
10
Mn
Zn
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
HV: Nguyễn Thị Duyên
13
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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.
HV: Nguyễn Thị Duyên
14
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
Sinh vật đất
Chết
sống
2,4x107 2,9x105
0,2
130
Sự lắng đọng khí quyển
Dòng
chảy nước
170
Công nghiệp
Muối biển
560
Khí quyển
Phát xạ điện
129
Bụi –gió thổi
25
Hệ thống hạt
Hệ sinh thái
nước ngọt
Hấp thụ
6
80
Phân bón và nước
2
100
Đất
6,7 x107
Hòa tan
Sinh vât biển
Chết
sống
>500
40
Phân hủy
2
Chôn sâu
Nâng lên
Trầm tích
7,5x1011
Thủy nhiệt
.7x107
Kết tủa
6
Nước ngầm
Outflux
.1x107
Nhiên liệu
hoán thạch
Hòa tan
Cu lắng đọng
1,5x108
4700
618
Sự lắng đọng khí quyển
3,6
Thoát ra từ núi lửa
Khí quyển 26
Nước lỗ rỗng
4,8x107
Hình 1.3. Chu kỳ toàn cầu của Cu (102 tấn Cu và 102 tấn Cu/năm)
Nguồn: Bashkin và Howarth, 2002
HV: Nguyễn Thị Duyên
15
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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
HV: Nguyễn Thị Duyên
16
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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).
HV: Nguyễn Thị Duyên
17
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
Luận văn Thạc sĩ Khoa học
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
(aQ23tb), hệ tầng Vĩnh Phúc (Q13vp), hệ tầng Hà Nội (Q12-3hn), hệ tầng Phan Lương
(N13pl), hệ tầng Sông Bôi bao gồm Phân hệ tầng trên (T2-3sb2) và Phân hệ tầng dưới
(T2-3sb1), hệ tầng Viên Nam (P3vn), hệ tầng Na Vang (P1-2nv), hệ tầng Si Phay (P12sp),
hệ tầng Thạch Khoán (NP-€1tk), hệ tầng Ngòi Chi (AR?nc), hệ tầng Núi Con
Coi (AR?nv) (Hoàng Ngọc Kỷ, 2005). Khu vực nghiên cứu xã Cẩm Lĩnh nằm trên
HV: Nguyễn Thị Duyên
18
NHD: TS. Nguyễn Thị Hoàng Hà
