(Luận án tiến sĩ) nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ phụ phẩm cây lúa để cải tạo môi trường đất xám bạc màu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.32 MB, 156 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
TRẦN VIẾT CƯỜNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THAN SINH HỌC TỪ PHỤ PHẨM
CÂY LÚA ĐỂ CẢI TẠO MÔI TRƯỜNG ĐẤT XÁM BẠC MÀU
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Hà Nội - 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
TRẦN VIẾT CƯỜNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THAN SINH HỌC TỪ PHỤ PHẨM
CÂY LÚA ĐỂ CẢI TẠO MÔI TRƯỜNG ĐẤT XÁM BẠC MÀU
Chuyên ngành: Môi trường đất và nước
Mã số: 62440303
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. Phạm Quang Hà
PGS. TS. Nguyễn Mạnh Khải
Hà Nội - 2015
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tơi
dưới sự hướng dẫn trực tiếp của tập thể cán bộ hướng dẫn, các số liệu trình
bày trong luận án là trung thực từ các kết quả nghiên cứu thực hiện luận án
của cá nhân tôi. Để thực hiện luận án, tôi đã trực tiếp tham gia một số đề tài
nghiên cứu liên quan và đã được các chủ trì đồng ý để phục vụ cho luận án
nghiên cứu sinh của tôi như là kết quả tham gia đào tạo của đề tài. Một số kết
quả đã được chúng tôi công bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành với sự
đồng ý của các đồng tác giả phù hợp với các qui định hiện hành.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này và các kết quả
nghiên cứu trong luận án của mình.
Tác giả luận án
Trần Viết Cường
LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành luận án này tơi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý
thầy, cô trong Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã quan
tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình và có nhiều nhận xét, góp ý q báu trong q
trình thực hiện đề tài.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Phạm Quang Hà và
PGS.TS Nguyễn Mạnh Khải đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn,
quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong q trình
cơng tác cũng như thực hiện luận án.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến PGS. TS. Mai Văn Trịnh, chủ nhiệm đề tài
về sản xuất và ứng dụng than sinh học cấp thành phố của Sở KH & CN Hà
Nội năm 2010 -2011, đã cho phép tơi cùng tham gia thực hiện và hồn thành
một số kết quả nghiên cứu của luận án này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn của mình tới Lãnh đạo Viện Mơi trường Nông
nghiệp, lãnh đạo các đơn vị và đồng nghiệp nơi tôi làm việc luôn quan tâm,
hỗ trợ, chia sẻ, động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Lãnh đạo trường Đại học Hà Tĩnh và
tập thể cán bộ Khoa Sư phạm Tự nhiên đã tạo mọi điều kiện để tơi hồn thành
Luận án này.
Tơi cũng xin gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo và người dân ở xã Bắc Phú,
huyện Sóc Sơn, Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ tơi trong q trình triển khai
thí nghiệm ứng dụng TSH.
Tơi xin bày tỏ lịng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc đến gia đình đã tạo
mọi điều kiện tốt nhất để tơi có thể hồn thành tốt mọi cơng việc trong q
trình thực hiện luận án.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2015
Tác giả
Trần Viết Cường
MỤC LỤC
MỤC LỤC ..................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................. 3
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................... 4
DANH MỤC HÌNH ....................................................................................... 5
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 7
Chương 1 - TỔNG QUAN ........................................................................... 11
1.1. Tình hình sử dụng phụ phẩm cây lúa ................................................ 11
1.1.1. Tình hình sử dụng phụ phẩm cây lúa trên thế giới ..................... 11
1.1.2. Tình hình thu gom và sử dụng phụ phẩm cây lúa ở Việt Nam ..... 13
1.1.3. Ảnh hưởng của một số hình thức xử lý phụ phẩm cây lúa đến mơi
trường đất và chu trình các bon ............................................................. 17
1.2. Đất xám bạc màu ............................................................................. 20
1.2.1. Sự phân bố, phân loại đất xám bạc màu..................................... 21
1.2.2. Tính chất đất xám bạc màu ........................................................ 22
1.2.3. Kim loại nặng trong đất xám bạc màu ....................................... 22
1.2.4. Các biện pháp cải tạo đất xám bạc màu..................................... 23
1.3. Ô nhiễm kim loại nặng và các biện pháp xử lý ................................. 27
1.3.1. Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất............................... 27
1.3.2. Các dạng kim loại nặng trong đất .............................................. 29
1.3.3. Sự tồn tại và chuyển hóa Cu, Pb và Zn trong đất ....................... 29
1.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính linh động của kim loại nặng trong
môi trường đất ....................................................................................... 31
1.3.5. Mối quan hệ giữa kim loại nặng trong môi trường đất và nước . 35
1.3.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hút thu kim loại nặng của
thực vật .................................................................................................. 37
1.3.7. Một số phương pháp xử lý đất ô nhiễm KLN .............................. 38
1.3.8. Các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước ..................... 41
1.4. Tổng quan về sản xuất và ứng dụng than sinh học ........................... 46
1.4.1. Đặc tính của TSH....................................................................... 47
1.4.2. Than sinh học cô lập các bon trong đất và giảm phát thải khí nhà
kính 50
1.4.3. Than sinh học cải tạo đất và nâng cao năng suất cây trồng ....... 52
1.4.4. Than sinh học xử lý môi trường đất ô nhiễm .............................. 55
1
1.4.5. Tải lượng than sinh học của đất và các tác động bất lợi ............ 60
Chương 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................ 62
2.1. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................... 62
2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................. 63
2.2.1. Phương pháp điều tra và thu thập tài liệu .................................. 63
2.2.2. Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu ........................................... 63
2.2.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm và các chỉ tiêu theo dõi ............. 63
2.2.4. Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích ...................................... 73
2.2.5. Phương pháp xử lý số liệu.......................................................... 74
Chương 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .......................... 75
3.1. Tính chất lý hóa của đất bạc màu và TSH ........................................ 75
3.2. Tính chất lý hóa của vật liệu phối trộn sau 4 tuần ủ.......................... 77
3.2.1. Mối quan hệ giữa điện tích bề mặt và pH của đất sau khi bổ sung
TSH 82
3.3. Khả năng xử lý Cu, Pb và Zn của TSH............................................. 84
3.3.1. Khả năng đệm pH của TSH ........................................................ 84
3.3.2. Khả năng xử lý Cu của TSH ....................................................... 86
3.3.3. Khả năng xử lý Pb của TSH ....................................................... 87
3.3.4. Khả năng xử lý Zn của TSH ....................................................... 87
3.4. Khả năng xử lý Cu, Pb và Zn của đất sau khi bổ sung TSH.............. 88
3.4.1. Khả năng xử lý Cu của đất sau khi bổ sung TSH........................ 89
3.4.2. Khả năng xử lý Pb của đất sau khi bổ sung TSH ........................ 93
3.4.3. Khả năng xử lý Zn của đất sau khi bổ sung TSH ........................ 97
3.5. Khả năng cố định Cu, Pb và Zn trong môi trường đất .................... 102
3.5.1. Khả năng cố định KLN của TSH dưới tác động của dịch chiết
CaCl2 0,01 M ....................................................................................... 103
3.5.2. Ảnh hưởng của TSH đến các chỉ tiêu sinh trưởng và sự tích lũy
KLN của cây rau muống....................................................................... 110
3.6. Ảnh hưởng của TSH đến năng suất và một số tính chất đất bạc màu
trồng lúa .................................................................................................. 117
3.6.1. Ảnh hưởng của than sinh học đến năng suất lúa ...................... 118
3.6.2. Ảnh hưởng của than sinh học đến tính chất đất........................ 122
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................... 126
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 130
2
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AAS
Phương pháp quang phổ hấp thụ ngun tử
AC
Than hoạt tính (Activated carbon)
ANC
Khả năng trung hịa axit (Acid Neutralizing Capacity)
BF
Hệ số tích lũy sinh học (Bioaccumulation Factor)
BLC
Khả năng chịu tải than sinh học của đất
(Biochar Loading Capacity)
CEC
Khả năng trao đổi cation
CV
Sai số thí nghiệm
FAO
Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc
KHM
Ký hiệu mẫu
LSD
Sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa (Least Significant Difference)
KLN
Kim loại nặng
PCP
Phencyclidine
PAH
Polycyclic aromatic hydrocarbons
QCVN
Quy chuẩn Việt Nam
SOM
Chất hữu cơ trong đất (Soil Organic Matter)
TCVN
Tiêu chuẩn Việt Nam
TC
Các bon tổng số
TOC
Các bon hữu cơ tổng số
TSH
Than sinh học
UNESCO Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên hiệp quốc
V
Thể tích
W
Khối lượng
WHC
Khả năng giữ nước (Water Holding Capacity)/ sức chứa ẩm tối đa
3
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Sản lượng lúa và phụ phẩm cây lúa trên thế giới năm 2009 ......... 11
Bảng 1.2. Một số hình thức sử dụng rơm rạ và trấu ở các nước trên thế giới12
Bảng 1.3. Tỷ lệ các hình thức sử dụng rơm rạ tại một số tỉnh ở Việt Nam .... 14
Bảng 1.4. Tỷ lệ các hình thức sử dụng trấu tại một số tỉnh ở Việt Nam ........ 15
Bảng 1.4. Thành phần trong một số chất đốt ................................................ 16
Bảng 1.5. Thành phần một số loại tro .......................................................... 16
Bảng 1.6. Hàm lượng trung bình Cu, Pb, Cu và Cd (mg.kg-1 đất) trong đất
xám theo các loại đá mẹ khác nhau .............................................................. 23
Bảng 1.7. Thành phần kim loại vết trong một số khống vật điển hình ......... 28
Bảng 1.8. Thành phần còn lại sau nhiệt phân dưới tác động của nhiệt độ và
thời gian lưu khác nhau ................................................................................ 48
Bảng 1.9. Phạm vi tương đối của bốn thành phần chính của than sinh học .. 49
Bảng 1.10. Thành phần các nguyên tố có trong một số loại TSH.................. 49
Bảng 2.1. Tính chất TSH sản xuất theo phương pháp nhiệt phân gián tiếp từ
vật liệu rơm rạ và trấu ................................................................................. 62
Bảng 2.2. Tỉ lệ phối trộn vật liệu và nồng độ gây nhiễm của các KLN ......... 70
Bảng 2.3. Các cơng thức và lượng các bon có trong TSH bón vào thí nghiệm
..................................................................................................................... 71
Bảng 2.4. Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích ........................................ 73
Bảng 3.1. Một số tính chất lý hóa của đất xám bạc màu và TSH .................. 75
Bảng 3.2. Một số tính chất hóa lý của đất thay đổi sau khi bổ sung TSH ...... 78
Bảng 3.3. Sự thay đổi pH của dung dịch Cu2+ sau khi bổ sung TSH ............. 86
Bảng 3.4. Sự thay đổi pH của dung dịch Pb2+ sau khi bổ sung TSH ............. 87
Bảng 3.5. Sự thay đổi pH của dung dịch Zn2+ sau khi bổ sung TSH ............. 87
Bảng 3.6. Các tham số mô tả động học hấp phụ Cu của vật liệu .................. 90
Bảng 3.7. Các tham số mô tả động học hấp phụ Pb của vật liệu. ................. 94
Bảng 3.8. Các tham số mô tả động học hấp phụ Zn của vật liệu. .................. 98
Bảng 3.9. Hàm lượng Cu, Pb và Zn và hệ số tích luỹ sinh học của cây rau
muống sau thí nghiệm ................................................................................ 115
Bảng 3.10: Hàm lượng KLN tích lũy trong cây và hàm lượng KLN chiết được
bằng dung dịch CaCl2 0,01 M .................................................................... 116
Bảng 3.11. Năng suất lúa trong 4 vụ thí nghiệm ......................................... 119
Bảng 3.12. Các chỉ tiêu hóa học đất sau 4 vụ canh tác lúa ......................... 122
4
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc dưới kính hiển vi của TSH .............................................. 49
Hình 3.1. pH của đất xám bạc màu sau khi bổ sung TSH ............................. 79
Hình 3.2. CEC của đất xám bạc màu sau khi bổ sung TSH .......................... 79
Hình 3.3. Hàm lượng cation được chiết rút bởi CH 3COONH4 của đất xám bạc
màu sau khi bổ sung TSH ............................................................................. 80
Hình 3.4. Độ kiềm tổng số của đất xám bạc màu sau khi bổ sung TSH ......... 80
Hình 3.5. Khả năng giữ nước của đất xám bạc màu sau khi bổ sung TSH .... 81
Hình 3.6. Sự phụ thuộc điện tích bề mặt vào pH của đất sau khi bổ sung TS.82
Hình 3.7. Biến thiên pH của dung dịch khi thêm H+ hoặc OH- đối với hệ có bổ
sung TSH và đối chứng ................................................................................ 85
Hình 3.8. Động học quá trình hấp phụ Cu bởi vật liệu theo thời gian .......... 89
Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Cu của vật liệu ............ 91
Hình 3.10. Ảnh hưởng giữa tỉ lệ vật liệu/ nồng độ Cu và hàm lượng Cu bị hấp
phụ. .............................................................................................................. 92
Hình 3.11. Động học quá trình hấp phụ Pb bởi vật liệu theo thời gian ......... 93
Hình 3.12. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Pb bởi vật liệu .......... 95
Hình 3.13. Ảnh hưởng giữa tỉ lệ vật liệu/ nồng độ Pb và hàm lượng Pb bị hấp
phụ ............................................................................................................... 96
Hình 3.14. Động học quá trình hấp phụ Zn bởi vật liệu theo thời gian. ........ 97
Hình 3.15. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Zn của vật liệu. ......... 99
Hình 3.16. Ảnh hưởng giữa tỉ lệ vật liệu/ nồng độ Zn và hàm lượng Zn bị hấp
phụ ............................................................................................................. 100
Hình 3.17. Hàm lượng Cu được chiết bởi dung dịch CaCl2 0,01 M theo thời
gian ............................................................................................................ 104
Hình 3.18. pH của dung dịch CaCl2 0,01 M trong thí nghiệm chiết Cu theo
thời gian ..................................................................................................... 104
Hình 3.19. Hàm lượng Pb được chiết bởi dung dịch CaCl2 0,01 M theo thời
gian ............................................................................................................ 105
Hình 3.20. pH của dung dịch CaCl2 0,01 M trong thí nghiệm chiết Pb theo
thời gian ..................................................................................................... 105
Hình 3.21. Hàm lượng Zn được chiết bởi dung dịch CaCl2 0,01 M theo thời
gian ............................................................................................................ 106
Hình 3.22. pH của dung dịch CaCl2 0,01 M trong thí nghiệm chiết Zn theo
thời gian ..................................................................................................... 107
Hình 3.23. Ảnh hưởng của pH và hàm lượng KLN chiết từ CaCl2 0,01 M .. 109
5
Hình 3.24. Khối lượng tươi của cây rau muống trong thí nghiệm gây nhiễm
Cu, Pb, Zn trong đất có bổ sung TSH ......................................................... 111
Hình 3.25. Khối lượng khơ của cây rau muống trong thí nghiệm gây nhiễm
Cu, Pb, Zn trong đất có bổ sung TSH ......................................................... 112
Hình 3.26. Chiều cao của cây rau muống trong thí nghiệm gây nhiễm Cu, Pb,
Zn trong đất có bổ sung TSH ...................................................................... 112
Hình 3.27. Diện tích lá cây rau muống trong thí nghiệm gây nhiễm Cu, Pb, Zn
trong đất có bổ sung TSH ........................................................................... 113
Hình 3.28. Ảnh hưởng của hàm lượng các bon bón vào đất và năng suất lúa
................................................................................................................... 120
Hình 3.29. Ảnh hưởng giữa hàm lượng các bon bón vào đất và một số tính
chất đất ...................................................................................................... 123
Hình 3.30. Màu sắc tầng đất 0 - 30 cm sau 4 vụ thí nghiệm. ...................... 124
6
MỞ ĐẦU
1.
Tính cấp thiết của đề tài
Trong canh tác nơng nghiệp việc lạm dụng thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ
thực vật, bón phân khơng hợp lý,… tạo ra nguy cơ gây ô nhiễm môi trường
đất, đặc biệt là kim lọai nặng (KLN) tích lũy dần trong đất qua các mùa vụ
canh tác. Bên cạnh đó, đất nơng nghiệp ở nước ta phần lớn là đất xám bạc
màu, với đặc tính chua, nghèo kiệt chất dinh dưỡng, dung tích hấp thu thấp,
thường khơ hạn, chai cứng và có thành phần cơ giới nhẹ vì vậy dễ bị tác động
bởi quá trình xói mịn, rửa trơi dinh dưỡng. Điều này càng làm suy giảm sức
sản xuất của đất dẫn đến giảm năng suất cây trồng. Nếu đất bị ô nhiễm, KLN
dễ dàng bị hút thu bởi cây trồng, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng nông sản
hoặc chúng dễ bị rửa trôi gây ơ nhiễm nguồn nước. Do đó, cần có những biện
pháp cải tạo và xử lý ô nhiễm trong đất.
Thực tế hiện nay, do điều kiện kinh tế phát triển và sản xuất nơng
nghiệp bằng cơ giới hóa, từ đó thói quen sử dụng phụ phẩm cây lúa của người
dân đã thay đổi dẫn đến dư thừa một lượng rất lớn, chúng không được quản lý
tốt ở khắp các vùng miền ở Việt Nam. Tình trạng vứt bỏ rơm rạ trên đồng
ruộng, trấu ở các kênh rạch từ các nhà máy xay xát. Sự lãng phí này dẫn đến
chất hữu cơ dư thừa bị phân hủy tạo ra khí metan ơ nhiễm khơng khí, sự phân
hủy chất hữu cơ có thể làm rửa trôi phốt pho, kim loại nặng trong mơi trường
đất làm ơ nhiễm nguồn nước. Ngồi ra, việc đốt rơm, rạ không những gây ô
nhiễm môi trường, làm gia tăng khí nhà kính trong khí quyển mà cịn ảnh
hưởng tới sức khỏe con người.
Than sinh học (TSH) là sản phẩm được nhiệt phân yếm khí từ các loại
sinh khối hữu cơ giàu các bon và có nhiều tác dụng trong sản xuất và đời
sống. Không phải ngẫu nhiên mà TSH được các nhà khoa học ví như “vàng
đen” của ngành nông nghiệp. Sự đề cao này xuất phát từ những đặc tính ưu
việt của TSH trong việc cải thiện tính chất đất và nâng cao năng suất cây
7
trồng. Ngồi ra, TSH có thể tồn tại nhiều năm trong đất với cấu trúc tơi xốp,
diện tích bề mặt lớn và độ hấp phụ các chất cao nhờ đó cịn được sử dụng để
xử lý ơ nhiễm trong mơi trường đất và môi trường nước bởi các tác nhân như:
KLN, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ,…
Xuất phát từ những yêu cầu khoa học và thực tiễn nêu trên, đề tài
“Nghiên cứu ứng dụng than sinh học từ phụ phẩm cây lúa để cải tạo môi
trường đất xám bạc màu” được tiến hành.
2.
Mục tiêu nghiên cứu
Luận án này được tiến hành với những mục tiêu sau đây:
- Đánh giá được khả năng cố định KLN trong môi trường đất xám bạc
màu của TSH.
- Đánh giá được khả năng ứng dụng TSH từ phế phụ phẩm cây lúa để
cải tạo tính chất đất xám bạc màu và nâng cao năng suất cây trồng.
3.
Luận điểm khoa học
Đặt ra nghiên cứu này dựa trên những luận điểm sau:
Việc nghiên cứu cải tạo đất xám bạc màu đã được tiến hành từ thập
niên 70 của thế kỷ trước và đã có nhiều phương pháp cải tạo được đề xuất như
bón vơi, cày sâu, bón phù sa sơng, bón phân hữu cơ,… Các phương pháp đưa
ra đều nhằm mục đích nâng cao độ phì của đất, trong đó bao gồm cải thiện
tính chất hóa lý của đất và tăng khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng.
Tuy nhiên hiện nay, việc lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật, bón phân khơng
hợp lý,… dẫn đến KLN tích lũy dần trong đất gây ơ nhiễm mơi trường và ảnh
hưởng đến chất lượng nông sản. Các biện pháp cải tạo trước đây ít nhiều cũng
gặp hạn chế trong việc cải tạo môi trường đất bị ô nhiễm KLN.
Bên cạnh đó, nước ta là nước sản xuất lúa gạo nên lượng phụ phẩm từ
cây lúa dư thừa ngày càng nhiều, một trong các lý do đó là tập quán sử dụng
phụ phẩm của người dân đã thay đổi.
Thành phố Hà Nội cũng như một số thành phố lớn trên cả nước hiện
nay đang chịu tác động bởi ô nhiễm khói bụi từ việc đốt phụ phẩm dư thừa
8
sau mỗi vụ thu hoạch ở các vùng ven đô thị. Sóc Sơn là một huyện ven đơ của
thành phố Hà Nội, có diện tích đất xám bạc lớn nhất so với các huyện cịn lại
(trên 10.500 ha). Chính vì vậy, ở đây cần có phương thức xử lý phụ phẩm sao
cho vừa cải tạo đất vừa giảm thiểu những tác động do việc đốt phụ phẩm gây
nên.
Than sinh học có cấu trúc các bon với độ xốp cao và diện tích bề mặt
lớn, có thể hoạt động như là một chất hấp phụ tương tự như một số đặc tính
của than hoạt tính, nó có thể tồn tại trong đất với thời gian dài và do đó nó
đóng vai trị quan trọng trong việc kiểm sốt các chất ơ nhiễm trong môi
trường và như một chất ổn định các bon trong đất.
Than sinh học sản xuất từ phụ phẩm cây lúa ở quy mơ nơng hộ và
nhóm nơng hộ cũng đã được áp dụng ở một số tỉnh trên cả nước trong những
năm gần đây. Quy trình sản xuất TSH đơn giản, dễ thực hiện, người dân có
thể tự sản xuất được.
Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng TSH trong cải tạo mơi trường đất sẽ
góp phần làm giảm lượng phụ phẩm dư thừa, giảm phát thải khí nhà kính gây
ơ nhiễm mơi trường và có thể cải tạo mơi trường đất xám bạc màu, trong đó
cải thiện tính chất của đất và giảm tích lũy KLN trong nơng sản và rửa trôi
KLN vào nguồn nước.
4.
Nội dung nghiên cứu
4.1. Nội dung 1. Phân tích tính chất đất xám bạc màu, TSH và đánh giá
khả năng cải tạo một số tính chất lý hóa của đất sau khi bổ sung TSH.
4.2. Nội dung 2. Nghiên cứu khả năng cải tạo đất xám bạc màu bị ô
nhiễm KLN của TSH.
4.2.1. Nghiên cứu khả năng xử lý KLN (Cu, Pb, Zn) của TSH và đất
xám bạc màu sau khi bổ sung TSH trong nước.
4.2.2. Nghiên cứu khả năng cố định KLN (Cu, Pb, Zn) trong đất xám
bạc màu có bổ sung TSH bằng dịch chiết CaCl2 0,01 M.
9
4.2.3. Nghiên cứu khả năng hút thu KLN (Cu, Pb, Zn) của cây rau
muống trong môi trường đất xám bạc màu có bổ sung TSH.
4.3. Nội dung 3. Nghiên cứu ảnh hưởng của TSH đến năng suất lúa và
tính chất đất xám bạc màu.
5.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
5.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài được thực hiện nhằm làm sáng tỏ khả năng cố định KLN và nâng
cao năng suất cây trồng của TSH từ phụ phẩm cây lúa khi được bổ sung vào
đất xám bạc màu thơng qua việc phân tích, đánh giá kết quả của các thí
nghiệm trong phịng, trong nhà lưới và trên đồng ruộng. Đồng thời cung cấp
cơ sở dữ liệu về ứng dụng TSH trong cải tạo môi trường đất.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu góp phần cải tạo mơi trường đất xám bạc màu, sử dụng phế
phụ phẩm sau trồng lúa bị dư thừa, cải thiện tính chất lý hóa của đất, cố định
KLN và nâng cao năng suất lúa, hạn chế ô nhiễm nguồn nước. Nghiên cứu
ứng dụng thành công TSH để nâng cao năng suất và cải tạo một số tính chất
lý hóa trên diện tích 500 m2 đất xám bạc màu trồng lúa tại Sóc Sơn, Hà Nội.
6.
Những đóng góp mới của đề tài
- Xác định được khả năng cải tạo và nâng cao một số tính chất lý hóa
đất xám bạc màu của TSH sản xuất từ phụ phẩm cây lúa.
- Xác định được khả năng cố định KLN của đất xám bạc màu có bổ
sung TSH dưới tác động của một số yếu tố môi trường pH, thời gian, nồng độ
các KLN và dung dịch chiết CaCl2 0,01 M.
- Xác định được khả năng giảm hút thu KLN của đất xám bạc màu có
bổ sung TSH đối với cây rau muống và hàm lượng bổ sung TSH vào đất ảnh
hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây rau muống.
10
Chương 1 - TỔNG QUAN
1.1.
Tình hình sử dụng phụ phẩm cây lúa
1.1.1. Tình hình sử dụng phụ phẩm cây lúa trên thế giới
Lúa gạo là thực phẩm quan trọng đối với khoảng một nửa dân số thế
giới. Riêng khu vực châu Á đã sản xuất 618,24 triệu tấn, hơn 90% tổng sản
lượng gạo toàn cầu (Bảng 1.1). Thống kê trong năm 2009 cho thấy, Trung
Quốc đã sản xuất 196,7 triệu tấn lúa trên diện tích 29,8 triệu ha, trong khi
Ấn Độ đã sản xuất 133,7 triệu tấn lúa trên diện tích 41,9 triệu ha [81].
Mặc dù Trung Quốc và Ấn Độ sản xuất lúa gạo lớn nhất trên thế giới
nhưng số lượng xuất khẩu của họ là tương đối thấp do nhu cầu lớn từ dân
số của họ.
Bảng 1.1. Sản lượng lúa và phụ phẩm cây lúa trên thế giới năm 2009
Khu vực
Châu Phi
Châu Mỹ
Châu Á
Trung Quốc
Ấn Độ
Indonesia
Bangladesh
Châu Âu
Châu đại dương
Thế giới
a
b
Sản lượng
(triệu tấn)
24,51
38,1
618,24
196,68
133,7
64,4
47,72
4,1
0,29
685,24
Rơm rạa
(triệu tấn)
24,51
38,1
618,24
196,68
133,7
64,4
47,72
4,1
0,29
685,24
Trấub
(triệu tấn)
4,9
7,62
123,65
39,336
26,74
12,88
9,544
0,82
0,058
137,05
Nguồn: [81]
tỉ lệ so với sản lượng là 1
tỉ lệ so với sản lượng là 0,2
Nhu cầu gạo dự kiến sẽ vẫn mạnh mẽ trong vài thập kỷ tới do sự
tăng trưởng kinh tế và dân số ở các nước châu Phi và châu Á [138]. Dự
đoán rằng đến năm 2020, tổng lượng tiêu thụ gạo sẽ là 450 triệu tấn, tăng
6,6% so với 422 triệu tấn vào năm 2007 [169]. Nhìn chung, ngành sản
11
xuất lúa gạo sẽ vẫn duy trì ổn định trong một thời gian dài, dẫn đến việc
phụ phẩm từ cây lúa vẫn ở mức cao (Bảng 1.1).
Việc sử dụng phụ phẩm cây lúa cho các mục đích khác nhau ở các
nước cũng khác nhau. Ví dụ như ở Indonesia, phụ phẩm cây lúa chủ yếu được
sử dụng cho mục đích năng lượng hoặc đốt bỏ trên đồng ruộng. Ở Philippin
chủ yếu sử dụng cho cung cấp năng lượng, sản xuất phân bón hoặc đốt bỏ. Ở
Trung Quốc, phụ phẩm chủ yếu được sử dụng để sản xuất phân bón và làm
thức ăn gia súc hoặc đốt bỏ (Bảng 1.2).
Bảng 1.2. Một số hình thức sử dụng rơm rạ và trấu ở các nước trên thế giới
Hình thức sử dụng
Quốc gia
Cung cấp năng lượng
Indonesia , Nepal, Thái Lan, Malaysia,
Philippin, Thụy Sỹ, Nigeria.
Phân bón
Philippin, Israel, Trung Quốc.
Thức ăn cho động vật
Lebanon, Pakistan, Syria, Iraq, Israel,
Tanzania, Trung Quốc, châu Mỹ.
Trồng nấm
Trung Quốc, Nhật Bản, Mỹ.
Đốt cháy
Trung Quốc, Mỹ, Philippin, Indonesia.
Nguồn: [23]
Gần đây việc đốt phụ phẩm cây lúa thường được tiến hành sau khi
thu hoạch, thực tế đây là hoạt động phổ biến nhất của việc xử lý rơm rạ tại
nhiều quốc gia ở châu Á [172]. Theo một cuộc khảo sát tại Thái Lan, 90%
rơm rạ trong vụ thu hoạch cao điểm giữa tháng mười một và tháng mười
hai được xử lý bằng cách đốt cháy trên đồng ruộng [170].
Do việc đốt làm ảnh hưởng đến vấn đề sức khỏe và môi trường,
nhiều quốc gia đã áp đặt các quy định mới để hạn chế các hoạt động đốt
phụ phẩm trên đồng ruộng [102]. Gần đây, rơm rạ và trấu đã được sử
dụng làm vật liệu xây dựng [185], làm vật liệu hấp phụ KLN [114] và sử
dụng vào mục đích sản xuất năng lượng và nhiên liệu.
12
Rơm rạ và trấu giống như nhiều loại sinh khối khác có chứa nhiều
xenlulo và có một số đặc tính phù hợp để làm nguyên liệu cho việc chuyển
đổi sinh hóa thành nhiên liệu như ethanol [181]. Rơm rạ cũng có tiềm năng
sử dụng như một nguồn sinh khối để sản xuất năng lượng, nhưng việc ứng
dụng với quy mô lớn của nó khá hạn chế so với việc sử dụng trấu [48].
Việc sử dụng trấu để sản xuất điện đã được áp dụng phổ biến ở những khu
vực do có nguồn cung dồi dào từ các nhà máy xay xát lúa. Ngược lại, việc
thu gom rơm rạ là khó khăn hơn do các vấn đề liên quan đến vận chuyển,
xử lý và thu gom từ đồng ruộng [69].
1.1.2. Tình hình thu gom và sử dụng phụ phẩm cây lúa ở Việt Nam
Các hình thức thu gom, sử dụng và xử lý các phụ phẩm cây lúa chủ yếu
là rơm rạ, là khá đa dạng và không thống nhất. Tùy theo điều kiện từng vùng
và tập quán sử dụng của từng địa phương mà hình thức thu gom, sử dụng và
xử lý rơm rạ sau thu hoạch cũng rất khác nhau.
Với sản lượng lúa ước tính năm 2013 của cả nước trên 40 triệu tấn
[24], nếu tính tỉ lệ thu hoạch là 1,0 và tỉ lệ giữa khối lượng trấu trên khối
lượng hạt là 0,2 thì cả nước có trên 40 triệu tấn rơm rạ và trên 8 triệu tấn trấu.
Đây là một nguồn nguyên nhiên liệu rất lớn.
Đặc điểm của sản xuất nơng nghiệp ở nước ta có quy mô nhỏ, việc thu
gom và sử dụng rơm rạ đều bằng các hình thức thủ cơng. Rơm rạ thường
được dự trữ ngoài trời nên phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết, chưa khai thác
được hết lợi ích từ lượng rơm đã dự trữ.
Theo kết quả điều tra trong năm 2015 cho thấy, việc sử dụng rơm ra
ngày nay vẫn còn nhiêu mục đích khác nhau. Tuy nhiên đa số rơm rạ được để
lại tại ruộng sau đó đốt bỏ: 42,2%, hoặc vùi lại: 16,2%, làm thức ăn cho đại
gia súc: 18%, Ủ làm phân: 5,5%, chất độn chuồng nuôi: 5,6%, tủ gốc: 4,7%,
ngồi ra cịn sử dụng làm nấm, chất đốt nhưng không đáng kể (Bảng 1.3).
13
Một số tỉnh vùng ĐBSCL rơm đã được thu gom, đóng bánh bằng cơ giới và
bán cho thương lái.
Bảng 1.3. Tỷ lệ các hình thức sử dụng rơm rạ tại một số tỉnh ở Việt Nam, (%)
Thức Chất
Đốt tại Vùi tại
Làm
Địa phương
Ủ phân ăn gia độn
ruộng ruộng
Nấm
súc chuồng
Tủ
gốc
Làm
chất
đốt
Bán
-
-
Sơn La
75,5
5,0
4,5
10,0
5,0
-
Lào Cai
70,0
10,0
2,0
3,0
5,5
-
9,5
-
-
Phú Thọ
60,0
20,0
1,0
6,0
-
-
13,0
-
-
Bắc Giang
30,3
25,0
11,7
23,0
-
5,0
-
5,0
-
Nam Định
26,0
30,0
15,0
14,0
5,0
-
5,0
5,0
-
Hà Tĩnh
24,0
15,0
40,0
10,0
1,5
2,0
7,5
-
Bình Định
15,0
20,0
35,0
10,0
-
5,0
5,0
-
Bến tre
45,0
10,0
30,0
5,0
-
4,0
-
6,0
Tiền giang
32,0
12,0
7,5
6,0
8,5
-
6,0
-
28,0
Sóc Trăng
45,0
15,0
4,0
11,0
7,5
-
2,5
-
15,0
Tỷ lệ % TB
42,2
16,2
5,5
18,0
5,6
0,6
4,7
10,0
2,3
4,9
Nguồn: [3]
Đối với vỏ trấu nông dân chủ yếu sử dụng làm chất đốt, ở các tỉnh
ĐBSCL có nhiều nhà máy xay xát, trấu được gom lại và cung cấp cho các nhà
máy sấy, lượng trấu sử dụng làm chất đốt là 60,2%, dùng lót chuồng ni:
17,4%, Ủ phân: 14,1% (Bảng 1.4). Một số tỉnh đã có xưởng sản xuất thanh
củi trấu như Bến Tre, Sóc Trăng, Tiền Giang, Nam Định.
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu sử dụng các chế phẩm sinh
học để xử lý rơm rạ rất được quan tâm, khi bổ sung vi sinh vật vào rơm rạ như
Arpergillus, Trichoderma, Penicillium, Pseudomonas, Bacillus và Azotobacter,
Pleurotus sojarcaju và Trichoderma viride thì rơm rạ phân hủy nhanh hơn.
Một trong những thành tựu gần đây của Viện Lúa ĐBSCL là nghiên cứu, tuyển
chọn và sản xuất thành công chế phẩm Trichoderma có khả năng xử lý rơm rạ
14
trực tiếp ngồi đồng với quy mơ lớn, giảm chi phí thu gom rơm, vận chuyển và
đánh đống ủ. Kết quả bước đầu đã tận dụng được nguồn rơm rạ tại chỗ phục vụ
cho sản xuất lúa, góp phần ổn định sự bền vững cho đất lúa thâm canh tăng
năng suất, giảm chi phí phân bón hóa học và góp phần gia tăng hiệu quả kinh tế
trồng lúa, đáp ứng chiến lược sản xuất nông nghiệp bền vững và bảo vệ tốt mơi
trường [31].
Bảng 1.4. Tỷ lệ các hình thức sử dụng trấu tại một số tỉnh ở Việt Nam, (%)
Chất đốt
Ủ phân
Lót chuồng
Than sinh
học
Tủ gốc
Sơn La
50,5
25,0
20,3
-
4,2
Lào Cai
70,0
8,5
15,6
-
5,9
Phú Thọ
74,5
10,5
15,0
-
-
Bắc Giang
62,0
20,0
12,0
-
6,0
Nam Định
46,4
20,0
25,0
4,6
4,0
Hà Tĩnh
65,3
15,0
9,7
-
10,0
Bình Định
51,0
4,5
44,5
-
-
Bến tre
55,0
10,0
15,0
15,0
5,0
Tiền giang
60,5
15,0
12,4
10,0
2,1
Sóc Trăng
66,3
12,0
4,7
15,0
2,0
Tỷ lệ % TB
60,2
14,1
17,4
4,5
3,9
Nguồn: [3]
Địa phương
Than trấu và củi trấu có thể thay thế nhiên liệu hóa thạch, đặc biệt là đối
với nước nơng nghiệp như nước ta. Vỏ trấu không cháy dễ dàng để thành ngọn
lửa trừ khi có khơng khí thổi qua. Vỏ trấu có khả năng chống ẩm và mục rữa nên
nó là vật liệu cách nhiệt tốt. Khi đốt cháy vỏ trấu tạo ra một lượng tro khoảng 17
- 26%, cao hơn rất nhiều so với gỗ 0,2 - 2%, do đó, nó là một nguồn năng lượng
tái tạo có giá trị [23].
15
Phương pháp xử lý rơm rạ bằng phương pháp đốt không thu hồi nhiệt
lượng là phương pháp vốn được người nông dân Nam bộ sử dụng từ lâu để
tiêu hủy lượng rơm rạ trên đồng ruộng và tro sau quá trình cháy được xem là
phân bón. Theo phân tích của Viện Thổ nhưỡng Nơng hóa (2005), % hàm
lượng tro trong một số loại chất đốt cho thấy tỷ lệ của vỏ trấu và rơm là cao
hơn đáng kể (Bảng 1.4).
Bảng 1.5. Thành phần trong một số chất đốt, (%)
Vỏ trấu
Rơm
Gỗ
Chất dễ bay hơi
64,7
69,7
85
Các bon
15,7
11,1
13
Tro
19,6
19,2
2
Nguồn: [32]
Tính chất
Nghiên cứu cũng cho thấy thành phần một số nguyên tố dinh dưỡng
trong rơm rạ như N = 0,5%, P2O5 = 0,2% và K2O = 0,6 - 1,5%, đồng thời một
số thành phần của một số loại tro từ các phụ phẩm trồng trọt (rơm rạ, trấu,
thân ngơ) được phân tích và đánh giá là có lợi cho cây trồng (Bảng 1.5).
Bảng 1.6. Thành phần một số loại tro, (%)
STT Loại tro
% tan % tan
trong
trong SiO2 Al2O 3 Fe2O 3 P2O 5 K 2O
nước
HCl
CaO
1
Rạ chiêm
3,2
13,3
86,7
2,04
3,19
0,9
2,0
2,6
2
Rạ mùa
6,8
18,2
81,8
0
3,29
1,2
4,1
3,8
3
Rạ nếp
5,9
11,0
89,0
0,3
1,29
0,6
3,5
1,7
4
Trấu
4,2
4,6
95,4
0
2,39
0,6
2,5
0,8
5
Thân ngô
13,7
36,2
63,8
0
2,09
9,5
8,3
5,2
Nguồn: [32].
Đốt thu hồi nhiệt lượng ở quy mô nhỏ, các chất thải dễ cháy được sử
dụng thay thế củi để đun nấu phục vụ sinh hoạt trong gia đình như nấu nướng,
16
đun nước, sưởi ấm. Biện pháp này tuy có tận dụng được nhiệt lượng có trong
chất thải nhưng hiệu suất sử dụng năng lượng khơng cao vì các bếp đun cịn
thủ cơng, tổn thất nhiệt lớn. Mặt khác, biện pháp này cũng gây ô nhiễm cục
bộ trong không gian chật hẹp của các bếp đun ở vùng nông thôn [34].
Đốt thu hồi nhiệt lượng ở quy mô công nghiệp, như đã nói ở các phần
trước, nhiệt trị của một số thành phần dễ cháy trong chất thải nông nghiệp
tương đối cao [34]. Nếu có những biện pháp thu gom và xử lý tập trung thì sẽ
đem lại hiệu quả kinh tế rất lớn, mặt khác phương pháp đốt quy mô cơng
nghiệp có xử lý khói sẽ đảm bảo xử lý triệt để chất thải không gây ô nhiễm
môi trường. Năng lượng nhiệt trong q trình đốt có thể được sử dụng cho:
các lò hơi, lò sưởi, các thiết bị sấy, các ngành công nghiệp cần nhiệt và đặc
biệt là để sản xuất nhiệt điện.
Hiện tượng đốt rơm rạ ngay trên đồng ruộng hiện nay đã lan ra khá phổ
biến ở vùng đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long. Trước kia,
lượng rơm rạ này được bà con sử dụng làm nhiên liệu đun nấu, nhưng hiện
nay một số hộ gia đình có điều kiện đã sử dụng bếp gas nên rơm rạ được đốt
bỏ gây lãng phí nguồn năng lượng và ảnh hưởng xấu đến mơi trường khơng
khí, gây ra hiện tượng khói mù cản trở tầm nhìn của người điều khiển phương
tiện giao thông. Biện pháp xử lý này vừa không đem lại hiệu quả kinh tế mà
cịn gây lãng phí, làm ơ nhiễm mơi trường và trong tương lai gần có thể phải
loại bỏ [4].
1.1.3. Ảnh hưởng của một số hình thức xử lý phụ phẩm cây lúa đến
mơi trường đất và chu trình các bon
Vật chất hữu cơ tạo ra sự liên kết giữa sinh quyển, địa quyển, thủy
quyển và khí quyển. Do vậy nó đóng vai trị then chốt trong việc ổn định hệ
sinh thái. Tổng các bon hữu cơ trong đất ước tính khoảng 1,22x10 18 2,46x1018 g [45]. Lượng các bon trong bể chứa nhiên liệu hóa thạch ước tính
17
khoảng 5 x 1018 g. Tuy nhiên bể chứa các bon này không hoạt động trừ khi bị
đốt cháy. Ngược lại, các bon hữu cơ của đất luôn tương tác với khí quyển nên
nó ảnh hưởng trực tiếp đến nồng độ các bon khí quyển. Các bon trong đất đi
vào khí quyển qua q trình phân hủy các vật chất hữu cơ tạo thành CO2 và
CH4. Ngược lại CO2 khí quyển đi vào đất và cây chủ yếu qua quá trình quang
hợp của cây trồng. Lượng các bon được dự trữ trong đất lớn hơn gấp 3 - 4 lần
C trong sinh khối. Do vậy, việc làm tăng khả năng lưu giữ các bon trong đất
có thể được cho là biện pháp bảo tồn các bon hiệu quả hơn là làm tăng lượng
sinh khối trên mặt đất [46].
Chất hữu cơ trong đất (SOM) được coi là thành phần quan trọng liên
quan đến độ phì của đất và năng suất cây trồng vì nó các tác động lớn đến tính
chất vật lý, hóa học cũng như đặc tính sinh học của đất [153, 165]. SOM tăng
lên sẽ làm tăng độ phì nhiêu đất, ảnh hưởng tích cực đến q trình tích lũy
sinh khối trên mặt đất.
Trong sản xuất nơng nghiệp, hình thức đốt phụ phẩm có lợi trong việc
dọn dẹp đồng ruộng nhanh chóng và có thể diệt mầm bệnh của vụ trước cho
vụ tiếp theo. Tuy nhiên, hình thức đốt có thể gây ra tác hại lớn đến mơi trường
đất, q trình đốt khơng chỉ làm gây ơ nhiễm mơi trường và gia tăng khí nhà
kính (CO2, CO, NOx, ...) mà cịn làm ảnh hưởng đến mơi trường đất. Đốt rơm
rạ trực tiếp trên ruộng có tác động mạnh đến nhiệt độ đất, làm suy giảm đáng
kể số lượng các vi sinh vật trong đất. Số lượng vi khuẩn ở tầng 0 - 2 cm giảm
đi 20 lần, xạ khuẩn và nấm giảm 5 lần ở cách đốt phân tán; trong khi ở cách
đốt tập trung số lượng vi khuẩn giảm đi 250 lần, xạ khuẩn giảm 55 lần và nấm
giảm 33 lần so với trước khi đốt. Đốt rơm rạ tập trung tuy làm nhiệt độ đất
tăng cao hơn so với đốt phân tán nhưng có ảnh hưởng trực tiếp mạnh hơn đến
các vi sinh vật đất. Tuy nhiên, đốt tập trung có ưu điểm hơn so với đốt phân
18
tán là diện tích bị tác động nhỏ nên sự phục hồi của khu hệ vi sinh vật đất sau
khi đốt diễn ra nhanh chóng hơn [27].
Vùi rơm rạ vào đất là việc hoàn trả lại cho đất một phần các nguyên tố
dinh dưỡng mà cây lúa đã lấy đi từ đất nên nó có tác dụng bảo tồn nguồn dự
trữ dinh dưỡng của đất về lâu dài. Vì thế, vùi rơm rạ vào đất có thể trở thành
lợi ích bền vững lâu dài về nguồn cung cấp N, tuy nhiên điều này có thể bị
ảnh hưởng bởi mầm bệnh từ vụ trước để lại.
Ở Việt Nam, việc vùi rơm rạ vào đất lúa nước cũng được người dân áp
dụng khá phổ biến. Tuy nhiên, rơm rạ tươi phân hủy trong điều kiện ngập
nước thường sản sinh ra các axit hữu cơ gây ra ngộ độc cho rễ lúa hay làm
giảm khả năng hấp thụ dưỡng chất, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và năng
suất của lúa [14].
Quá trình ngập nước trong trồng lúa cũng có tác động mạnh đến sự
phân hủy các chất hữu cơ và hình thành chất mùn đất. Trong điều kiện kỵ khí,
tốc độ phân hủy của các chất hữu cơ ở đất ngập nước xảy ra chậm hơn ở các
đất khô [71]. Sản phẩm của quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều
kiện ngập nước là rất đa dạng. Sản phẩm phân hủy chất hữu cơ ở đất khô
thường là CO 2, NO3-, SO42-, H2O và các chất mùn bền vững, còn ở đất ngập
nước là CO2, H2O, NH4+, CH 4, H2S, các hợp chất amin, các axit mùn khơng
hồn tồn hoặc từng phần của chúng. Tuy nhiên, giai đoạn đầu của quá trình
phân hủy các chất hữu cơ ở cả điều kiện đất khô và đất ướt đều xảy ra tương
tự như nhau cho đến khi hình thành axit pyruvic. Lúc này nếu trong điều kiện
ngập nước, các sản phẩm trung gian sẽ bị khử đến rượu và một số axit hữu cơ
khác. Một phần trong chúng có thể tiếp tục bị khử thành CH4 hoặc CO2 [150].
Trong môi trường đất ô nhiễm, KLN có thể tham gia vào một loạt các
phản ứng hóa học và sinh học phức tạp. Các yếu tố quan trọng nhất ảnh
hưởng đến tính di động của chúng là pH, chất hấp phụ, sự hiện diện của các
19
hợp chất hữu cơ và vô cơ, bao gồm cả axit humic và fulvic, các dịch tiết từ rễ
cây và chất dinh dưỡng. Hơn nữa, phản ứng oxi hóa khử, cả sinh học và phi
sinh học, có tầm quan trọng trong việc kiểm sốt trạng thái oxy hóa ảnh
hưởng tới tính di động và độc tính của nhiều nguyên tố, chẳng hạn như Cr,
Se, Co, Pb, As, Ni và Cu. Phản ứng oxi hóa khử có thể huy động hoặc cố định
các kim loại, tùy thuộc vào từng kim loại và mơi trường. Vì vậy, trong canh
tác lúa, việc vùi phụ phẩm hoặc sử dụng phân ủ com pốt chứa nhiều chất hữu
cơ trong mơi trường ngập nước (có tính khử) có thể làm cho các KLN trở nên
linh động hơn [175].
Tóm lại, các phương pháp sử dụng phụ phẩm nơng nghiệp ở trên đều có
những ưu điểm và nhược điểm trong canh tác nông nghiệp cũng như tác động
đến mơi trường. Tuy nhiên xét ở góc độ thời gian thì các bon có trong chất
hữu cơ sẽ sớm bị ô xi hóa hoặc khử thành CO2 hay CH4 quay trở lại khí quyển
và sẽ làm giảm q trình cơ lập các bon trong đất. Bên cạnh đó, việc tìm thêm
phương pháp sử dụng phụ phẩm nhằm làm giảm lượng phụ phẩm dư thừa
ngày càng nhiều cũng là việc cần được khuyến khích.
1.2.
Đất xám bạc màu
Đất xám bạc màu là tên gọi theo phân loại của Việt Nam cho loại đất
Haplic Acrisols theo FAO - UNESCO, thuộc nhóm đất xám (Acrisols). Đất
xám bạc màu chủ yếu phát triển trên nền phù sa cổ, đá macma axit và đá cát,
phân bố tập trung ở Đông Nam bộ, Tây Nguyên và Trung du Bắc bộ [12].
Địa hình đại diện chung cho đất bạc màu là dốc thoai thoải hướng
xuống đồng bằng phù sa mới. Trên từng cánh đồng là ruộng bậc thang mấp
mơ gợn sóng thường bị phân cắt bởi những dải đồi thấp hoặc ngòi suối. Tùy
thuộc nguồn gốc đá mẹ, địa hình, khí hậu, chế độ canh tác, … mà hình thái
phẫu diện có khác nhau, song trong phẫu diện phổ biến thường có ba tầng rõ
rệt: tầng bạc màu, tầng đế cày, tầng đất nền. Đất xám bạc màu hình thành trên
20
phù sa cổ, các loại đá mẹ như granit, liparit, phiến thạch, sa thạch,… khi
phong hóa có thành phần cơ giới nhẹ. Do điều kiện địa hình nằm tiếp giáp
giữa vùng trung du đồi thấp và vùng đồng bằng phù sa mới hiện đại. Địa thế
lồi lõm, thường gợn sóng, dốc thoải, nghiêng về phía đồng bằng phù sa các
con sơng lớn. Chính do địa hình như vậy nên làm cho đất dễ bị bào mịn, rửa
trơi các chất màu mỡ. Bên cạnh đó, do nằm trong điều kiện khí hậu nhiệt đới
gió mùa, về mùa hè mưa nhiều và tập trung, nhiệt độ bình quân cao, từ tháng
5 đến tháng 10 nhiệt độ mặt đất thường 30 - 35oC, về mùa đông khô hanh,
mùa đông xuân rất hạn. Độ ẩm lớp đất mặt thấp, thường dưới 60% so với độ
trữ ẩm cực đại, nhưng khi mưa thì lại sình dính nhão nhoét. Mặt khác, vùng
đất bạc màu đã trải qua nhiều chế độ canh tác lạc hậu, bóc lột đất như cấy
chay, tưới tháo nước tràn bờ làm trôi màu của đất. Ngồi hiện tượng rửa trơi
trên bề mặt, cịn có hiện tượng rửa trơi theo chiều thẳng đứng. Các cation trao
đổi như canxi, magiê,… và các hạt keo sét bị rửa trơi theo chiều sâu rồi tích tụ
lại ở các tầng đất phía dưới làm cho phẫu diện đất trở nên không đồng nhất
[17].
1.2.1. Sự phân bố, phân loại đất xám bạc màu
Diện tích đất xám bạc màu của cả nước khoảng 3 triệu ha. Nhóm đất
xám bạc màu phân bố chủ yếu ở Đông Nam bộ, Tây Nguyên và Trung du Bắc
bộ (Vĩnh Phúc, Bắc Giang, Bắc Ninh, Thái Nguyên…), chia thành các đơn vị
như sau:
- Đất xám bạc màu trên đất phù sa cổ, diện tích khoảng 1,4 triệu ha.
- Đất xám bạc màu glây trên phù sa cổ, diện tích khoảng 400 nghìn ha.
- Đất xám bạc màu trên sản phẩm phong hóa của macma axit và đá cát, diện
tích khoảng 1,3 triệu ha [9].
21
