ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN QUANG HUY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA pH, MỘT SỐ ION VÀ CHẤT HỮU CƠ HÒA TAN ĐẾN TRẠNG THÁI KEO SÉT TRONG ĐẤT LÚA HUYỆN THANH TRÌ, HÀ NỘI Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 60440301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN NGỌC MINH Hà Nội - 2013 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn thạc sỹ này, trước hết xin chân thành cảm ơn tới TS Nguyễn Ngọc Minh, thầy tận tình bảo, hướng dẫn hoàn thành tốt luận văn Đồng thời xin chân thành cảm ơn tới ThS Chu Anh Đào hỗ trợ tạo điều kiện tốt cho suốt trình nghiên cứu thực nghiệm đề tài Tôi xin cảm ơn cô chú, anh chị Trung tâm Kỹ thuật Môi trường An toàn Hóa chất, Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để thực đề tài nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn ban chủ nhiệm khoa Khoa học Môi trường thầy cô giáo khoa Khoa học Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội động viên giúp đỡ trình hoàn thành luận văn Cuối cùng, muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè quan tâm, động viên, đóng góp ý kiến giúp trình hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 12 năm 2013 Tác giả Nguyễn Quang Huy MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí địa lý, điều kiện khí hậu – địa chất – thủy văn huyện Thanh Trì 1.1.1 Vị trí địa lý 1.1.2 Điều kiện khí hậu – thủy văn 1.2 Keo đất khả hấp phụ đất 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Đặc tính keo đất 1.2.3 Phân loại keo đất 1.2.4 Các loại keo sét đất 14 1.3 Ảnh hưởng số tính chất lý hóa đến đặc tính keo khoáng sét đất 19 CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.22 2.1 Đối tượng nghiên cứu 22 2.2 Nội dung nghiên cứu 22 2.3 Phương pháp nghiên cứu 22 2.3.1 Tách cấp hạt sét 22 2.3.2 Xác định tính chất lý – hóa học đất 23 2.3.3 Tách chiết axit humic 23 2.3.4 Xác định thành phần khoáng sét 23 2.3.5 Thí nghiệm phân tán ống nghiệm 24 CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 26 3.1 Một số đặc tính lý – hóa học đất nghiên cứu 26 3.2 Thành phần khoáng sét mẫu đất nghiên cứu 28 3.3 Ảnh hưởng pH, ion chất hữu hòa tan đến trạng thái keo sét đất nghiên cứu 30 3.3.1 Ảnh hưởng pH 30 3.3.2 Ảnh hưởng cation 32 3.3.3 Ảnh hưởng anion 35 3.3.4 Ảnh hưởng axit humic 38 3.4 Ảnh hưởng nước tưới tới trạng thái keo sét đất nghiên cứu 40 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .42 TÀI LIỆU THAM KHẢO .44 PHỤ LỤC 51 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Vai trò kích thước hạt hình thành diện tích bề mặt đất thịt trung bình Bảng 2: Sự ngưng tụ keo sét phụ thuộc hoá trị chất điện giải Bảng 3: Một số tính chất mẫu đất nghiên cứu xã Đại Áng 26 Bảng 4: Thành phần cấp hạt tầng đất (USDA) 27 Bảng 5: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng pH 30 Bảng 6: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng Na+ 32 Bảng 7: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng Ca2+ 33 Bảng 8: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng Al3+ 34 Bảng 9: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng Cl- 36 Bảng 10: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng SO42- 36 Bảng 11: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng PO43- 37 Bảng 12: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng axit humic 38 Bảng 13: Kết phân tích thành phần nước tưới từ sông Nhuệ 40 Bảng 14: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng mẫu nước tưới 41 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Sơ đồ cấu tạo mixen keo (theo N.I Gorbunov) Hình 2: Sơ đồ cấu tạo keo âm (theo Gorbunov) Hình 3: Sơ đồ cấu tạo keo dương (theo Gorbunov) 10 Hình 4: Sơ đồ cấu tạo keo axit humic (theo Gorbunov) 11 Hình 5: Sơ đồ cấu tạo keo nhôm silicat (theo Gorbunov) 12 Hình 6: Sơ đồ cấu tạo khối tứ diện oxit silic, phiến oxit silic khối bát diện, phiến gipxit 15 Hình 7: Sơ đồ cấu trúc kaolinit 16 Hình 8: Sơ đồ cấu trúc montmorilonit 17 Hình 9: Sơ đồ cấu trúc hydromica 18 Hình 10: Nhiễu xạ đồ X-ray mẫu đất nghiên cứu (độ sâu – 25 cm) 29 Hình 11: Ảnh hưởng pH lên khả phân tán khoáng sét 31 Hình 12: Ảnh hưởng Na+ lên khả phân tán khoáng sét 33 Hình 13: Ảnh hưởng Ca2+ lên khả phân tán khoáng sét 34 Hình 14: Ảnh hưởng Al3+ lên khả phân tán khoáng sét 35 Hình 15: Ảnh hưởng Cl- lên khả phân tán khoáng sét 36 Hình 16: Ảnh hưởng SO42- lên khả phân tán khoáng sét 37 Hình 17: Ảnh hưởng PO43- lên khả phân tán khoáng sét 37 Hình 18: Ảnh hưởng axit humic đến khả phân tán sét 39 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT AH Axit humic CEC Dung tích trao đổi cation CHC Chất hữu KĐ Kinh độ Đông KLN Kim loại nặng TPCG Thành phần giới VB Vĩ độ Bắc LỜI MỞ ĐẦU Sự tồn khoáng sét môi trường nước hình thành hệ keo, hệ tán keo (phân tán) hay hệ tụ keo (keo tụ) Hệ tán keo tạo trạng thái bền vững nhiệt động cho dung dịch Trong đó, hệ tụ keo không bền vững mặt nhiệt động có xu hướng tạo đoàn lạp liên kết lớn thông qua trình tái liên kết hạt để làm giảm sức căng bề mặt Trạng thái tồn khoáng sét (tán keo, tụ keo) đất định độ bền học đất, khả giữ nước, giữ dinh dưỡng khả tích lũy KLN đất Các yếu tố môi trường pH, ion, chất hữu hòa tan có khả tác động tới khoáng sét thông qua chế riêng biệt ảnh hưởng tới dạng tồn khoáng sét Môi trường đất trồng lúa nước dạng môi trường đặc thù Việc dẫn nước vào ruộng làm giảm mạnh trình trao đổi khí thông thường đất khí Do canh tác điều kiện ngập nước, trạng thái khử chiếm ưu đất làm cho tính chất đất diễn biến theo chiều hướng khác nhiều so với đất ban đầu chưa trồng lúa, hình thành loại đất với đặc tính đặc trưng Tác động nước tưới môi trường đất lúa không dừng lại việc làm thay đổi trạng thái ngập nước mà thành phần nước tưới, tính chất nước tưới gây ảnh hưởng định Trên sở đề tài:”Nghiên cứu ảnh hưởng pH, số ion chất hữu hòa tan đến trạng thái keo sét đất lúa huyện Thanh Trì, Hà Nội” Được thực với mục đich xác định động thái, dạng tồn khoáng sét điều kiện môi trường khác Nghiên cứu tiền đề cần thiết cho phân tích tích lũy đồng di chuyển KLN khoáng sét đất sau này, qua tìm giải pháp hạn chế ô nhiễm KLN hạn chế nguy sét, dinh dưỡng đất khu vực CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí địa lý, điều kiện khí hậu – địa chất – thủy văn huyện Thanh Trì 1.1.1 Vị trí địa lý Thanh Trì huyện nằm phía Đông nam Hà Nội, với diện tích 63,17km2 Huyện có thị trấn 15 xã - Phía Bắc giáp quận Hoàng Mai - Phía Tây Bắc giáp quận Thanh Xuân - Phía Tây giáp Hà Đông - Phía Đông giáp huyện Gia Lâm - Phía Nam giáp Thanh Oai, Thường Tín 1.1.2 Điều kiện khí hậu – thủy văn • Khí hậu Huyện Thanh Trì nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa với mùa chủ yếu năm: Mùa nóng mùa lạnh Các tháng 4, 10 coi tháng chuyển tiếp tạo cho Thanh Trì có mùa Xuân, Hạ, Thu, Đông Nhiệt độ trung bình năm 23,90C Nắng trung bình năm 1640 Bức xạ trung bình 4272 Kcal/m2/tháng Lượng mưa trung bình năm 1649 mm, lượng bốc trung bình năm 938 mm Độ ẩm không khí trung bình năm 83% Trong năm có hai mùa gió chính: Gió mùa Đông nam gió mùa Đông bắc Hàng năm chịu ảnh hưởng trực tiếp khoảng – bão Bão mạnh lên tới cấp 9, cấp 10 Bão thường trùng với thời kỳ nước sông Hồng lên cao đe dọa không sản xuất nông nghiệp đời sống người dân Do chịu ảnh hưởng mạnh gió mùa nên khí hậu biến động thất thường, ảnh hưởng sâu sắc tới mùa vụ sản xuất nông nghiệp trình sinh trưởng loại trồng Thanh Trì có mùa đông lạnh khô thời gian ngắn đầu mùa Đông, đầu mùa Xuân nhiệt độ không khí ẩm lên, có mưa phùn lên độ ẩm cao phù hợp với loại rau, ôn đới phát triển Nếu đảm bảo điều kiện vật tư, kỹ thuật phát triển vụ Đông rải rộng diện tích đất canh tác huyện • Thủy văn Trên địa bàn huyện có sông lớn chảy qua sông Hồng, sông Nhuệ, sông Tô Lịch, sông Ngừ, sông Sét, sông Kim Ngưu… Bên cạnh có diện tích lớn hồ đầm với hồ đầm Yên Sở, Linh Đàm, Định Công, Pháp Vân Chế độ thủy văn sông huyện chịu ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp chế độ thủy văn sông Hồng phân thành mùa rõ rệt: Mùa lũ từ tháng đến tháng 10, mùa cạn từ tháng năm sau • Địa chất – địa mạo: Toàn huyện có loại đất sau: - Đất phù sa không bồi, glây yếu: Diện tích khoảng 2422 phân bố nơi có địa hình cao trung bình, tập trung xã Định Công, Đại Kim, Thanh Liệt, Hoàng Liệt, Tam Hiệp… Đất có màu nâu tươi hay nâu xám, pH từ trung tính đến chua, thành phần giới từ cát pha đến thịt nặng, chất dinh dưỡng tổng số từ đến giàu, chất dễ tiêu Đây loại đất thuận lợi cho phát triển thực phẩm, lương thực loại hoa màu - Đất phù sa không bồi có glây: Diện tích 1715 ha, phân bố tập trung xã Tả Thanh Oai, Đại Áng Tân Triều, nằm nơi có địa hình thấp Đất có glây màu xám xanh, dẻo, thành phần giới trung bình đến nặng, độ phì nhiêu tiềm tàng khá, nghèo lân dễ tiêu - Đất phù sa bồi, trung tính, kiềm yếu: Diện tích 739 phân bố dải đất đê sông Hồng thuộc xã Lĩnh Nam, Trần Phú, Yên Mĩ, Duyên Hà Vạn Phúc Phần lớn loại đất có thành phần giới cát pha, khả giữ màu, giữ nước không bị chua - Đất phù sa không bồi, glây mạnh: Diện tích 60 nằm rải rác nơi trũng, lòng chảo thuộc xã Đại Kim, Thanh Liệp, Tứ Hiệp Ngũ Hiệp, hàng năm bị ngập nước liên tục vào mùa hè, nên đất thường tình trạng yếm khí, tỷ lệ mùn khá, độ chua pH từ 4,5 – ảnh hưởng chất hữu chưa phân giải - Đất phù sa bồi hàng năm trung tính kiềm yếu: Diện tích 197 ha, phân bố thành dải đất dọc theo bờ sông Hồng xã Thanh Trì, Lĩnh Nam, Vạn Phúc, Yên Sở Duyên Hà Nơi có địa hình cao, đất có thành phần giới khoáng sét với Na+, làm giảm tương đối khả tụ keo khoáng sét Độ truyền qua tối đa dung dịch cân giảm dần (83% với Cl-; 73,11% với SO42- 47,53% với PO43-) theo chiều tăng hóa trị, điều đồng nghĩa với tốc độ keo tụ khoáng sét dung dịch giảm dần Kết cho thấy anion hóa trị cao khả cạnh tranh hấp phụ vào bề mặt rìa lớn thúc đẩy trình tán keo Khả thúc đẩy trạng thái tán keo ảnh hưởng anion giảm theo thứ tự sau: PO43- > SO42- > Cl- 3.3.4 Ảnh hưởng axit humic Các anion hữu (humat) bị hấp phụ khoáng sét làm điện tích âm tổng thể khoáng sét tăng thêm Kết anion hữu có mặt nhiều tán keo thúc đẩy Thí nghiệm ảnh hưởng axit humic (axit humic hòa tan dung dịch NaOH 0,01M) tiến hành nồng độ axit humic khác dung dịch Kết ảnh hưởng axit humic tới khả phân tán khoáng sét trình bày rõ bảng đây: Bảng 12: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng axit humic Nồng độ (mg.L-1) T (%) 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,42 1,38 0,94 0,87 0,86 0,86 Sự ảnh hưởng anion hữu đến đặc tính keo khoáng sét thực với axit humic nồng độ khác dung dịch cân Sau 3h quan sát thí nghiệm tụ keo ống nghiệm với ảnh hưởng AH, kết cho thấy tốc độ phân tán khoáng sét tỉ lệ thuận với tăng dần nồng độ AH, tương ứng với khả keo tụ giảm dần Thí nghiệm tiến hành pH = Độ truyền qua T% thấp tất nồng độ humat (T < 1,42%) Cụ thể nồng độ AH < 0,1 mg.L1- mức độ keo tụ khoáng sét lớn nhất, biểu thị độ truyền qua lớn (T = 1,42%) Ở nồng độ AH cao (> 0,2 mg.L-1) khả phân tán gia tăng, biểu mức độ truyền qua thấp so với nồng độ thấp (T ~ 0,9%) 38 Bước nhảy chuyển trạng thái keo sét không rõ rệt nhận thấy mức nồng độ từ 0,1 – 0,2 mg.L-1 tương ứng với độ truyền qua 1,38 – 0,93% Như có mặt AH thúc đẩy trình phân tán khoáng sét Trong đất axit hữu (axit humic…) biết đến keo âm đất, liên kết axit với khoáng sét trở lên âm điện dẫn đến hạt sét bị phân tán mạnh Bên cạnh liên kết thành phức với cation (vd: Na – axit humic) làm cho nồng độ ion dung dịch giảm Đây lý dẫn đến hạt sét phân tán nhiều làm cho cấu trúc bền chặt đất giảm Hình 18: Ảnh hưởng axit humic đến khả phân tán sét Sự tác động kép pH AH tới khoáng sét thể rõ thí nghiệm Tại pH = khoáng sét có khả phân tán mạnh điện tích bề mặt rìa tích điện âm hơn, nhiên mặt AH sau 3h quan sát tốc độ keo tụ diễn Khi có mặt AH tốc độ keo tụ lại diễn vừa phụ thuộc vào pH, đồng thời phụ thuộc vào nồng độ AH Nếu dung dịch pH = có hàm lượng AH thấp tụ keo diễn (ở mức độ nhỏ), nồng độ tăng lên lại thúc đẩy trình tán keo khoáng sét Ở pH cao, có mặt AH tạo liên kết hữu – sét, hạt sét tích điện âm nhiều dễ dàng đẩy tạo phân tán khoáng sét 39 dung dịch Hơn nồng độ AH cao lượng điện tích âm tạo nhiều đồng thời làm giảm pH làm tăng trình thúc đẩy phân tán khoáng sét Ở pH thấp, axit hữu có ưu hấp phụ vào vị trí mang điện tích dương phần rìa khoáng sét tùy thuộc theo mức độ mạnh yếu, cấu tạo mạch cacbon, khối lượng phân tử… Sự hấp phụ lên phần rìa tinh thể khoáng sét annion cản trở hình thành cấu trúc “card house” (Van Olphen, 1977; Gu Doner, 1993; Penner Lagaly, 2001) môi trường có phản ứng axit thúc đẩy tán keo 3.4 Ảnh hưởng nước tưới tới trạng thái keo sét đất nghiên cứu Trong trường hợp nghiên cứu, nguồn nước dẫn vào ruộng lúa Thanh Trì nguồn nước thải đô thị từ sông Nhuệ Sử dụng nước thải làm nước tưới cho canh tác nông nghiệp việc làm phổ biến vùng ngoại ô đô thị Việt Nam Sử dụng nước thải làm nước tưới tận dụng nguồn dinh dưỡng nước thải, nhiên nguồn nước thải có chứa nhiều yếu tố gây hại cho thể người Việc phân tích số tính chất nước bao gồm: pH, hàm lượng ion… giúp đánh giá ảnh hưởng nước tưới sử dụng tới trạng thái keo sét đất xác Kết phân tích thành phần nước trình bày bảng sau: Bảng 13: Kết phân tích thành phần nước tưới từ sông Nhuệ SO42- PO43- Cl- Ca2+ Mẫu pH M1 7,05 3,13 < 0,001 1,52 M2 7,52 1,56 < 0,001 2,26 0,88 M3 7,00 1,04 < 0,001 1,34 1,16 (mmol.L-1) Từ kết phân tích thành phần nước ta thấy nồng độ pH mẫu thí nghệm tương đối cao, từ (mẫu M3) đến 7,52 (mẫu M2) Kết ảnh hưởng pH (mục 3.3) với pH > khoáng sét chuyển trạng thái phân tán Tại mức pH cao trình cho proton vị trí bề mặt rìa khoáng sét làm cho lưới điện tích bề mặt có xu hướng âm điện điều làm gia tăng khả phân tán khoáng sét 40 Nồng độ Ca2+ nước cao (0,88 mmol.L-1 – 1,52 mmol.L-1), nồng độ cation cao ảnh hưởng tới khả keo tụ khoáng sét Kết phân tích ảnh hưởng Ca2+ (mục 3.3.2) khoảng nồng độ chuyển trạng thái Ca2+ 0,5 – 1,5 mmolc.L-1 Sự có mặt anion (Cl-, SO42-, PO43-) gia tăng khả phân tán khoáng sét dung dịch Tuy nhiên với nồng độ dung dịch thấp (dưới 2,26 mmol.L-1 với Cl-; 3,13 mmol.L-1 với SO42và nhỏ 0,001 mmol.L-1 với PO43-) ảnh hưởng không rõ rệt Kết thí nghiệm phân tán ống nghiệm mẫu nước cho thấy ảnh hưởng thực tế nước tưới tới trạng thái keo sét đất lúa khu vực nghiên cứu Bảng 14: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng mẫu nước tưới Mẫu M1 M2 M3 T (%) 14,8 1,13 2,65 Nhìn chung mẫu, khoáng sét tồn chủ yếu trạng thái tán keo, biểu độ truyền qua thấp (T% < 15%) Trong mẫu M1 có độ truyền qua lớn (14,8%) điều cho thấy có ảnh hưởng keo tụ (tốc độ chậm) Các mẫu M2 M3 tán keo gần hoàn toàn (T% < 3%), độ truyền qua giảm dần theo trình tự M1 > M3 > M2 tương đồng với chiều giảm nồng độ Ca2+ mẫu Kết lần khẳng định lại ảnh hưởng nồng độ cation tới trạng thái keo tụ khoáng sét dung dịch đất Nồng độ cation cao thúc đẩy keo tụ khoáng sét Như vậy, nước tưới từ sông Nhuệ thúc đẩy trạng thái phân tán hạt keo đất lúa xã Đại Áng, huyện Thanh Trì, điều ảnh hưởng tới cấu trúc bền chặt đất, đất dễ bị dinh dưỡng, độ phì sét 41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đất nghiên cứu có phản ứng trung tính (pHKCl = 6,34 ÷ 7,00); hàm lượng CHC cao (%C = 1,3 ÷ 1,7%) Đây điều kiện thuận lợi cho phân tán khoáng sét Hàm lượng sét chiếm tỷ lệ cao đất nghiên cứu (27 ÷ 40%) Tuy nhiên, thành phần sét đất chủ yếu loại khoáng có khả hấp phụ bao gồm: illit, kaolinit clorit Đây khoáng có khả trương nở trữ nước kém, chúng thuộc nhóm có CEC thấp, có điện tích cấu trúc cao, khả hydrat hóa hạn chế, kích thước cấp hạt lớn bề mặt âm điện… nên khả phân tán Nồng độ cation dung dịch có ảnh hưởng mạnh tới đặc tính keo sét đất Nồng độ cation cao khả tụ keo khoáng sét tăng Sự ảnh hưởng cation hóa trị khác đến khả keo tụ khoáng sét giảm dần theo thứ tự: Al3+ > Ca2+ > Na+ Ngược lại, nồng độ anion dung dịch lại thúc phân tán khoáng sét dung dịch đất, hóa trị anion ảnh hưởng tới trạng thái phân tán khoáng sét giảm dần theo thứ tự: PO43- > SO42- > Cl- Chất hữu hòa tan (axit humic) pH ảnh hưởng tới trạng thái kéo sét đất Ở pH thấp (1 – 3) thúc đẩy trạng thái keo tụ, ngược lại pH cao (4 – 10) trạng thái keo tán lại gia tăng Tương tự có mặt axit humic thúc đẩy tán keo dung dịch đất Kết nghiên cứu thực tế nước tưới lấy từ sông Nhuệ (khu vực nghiên cứu) cho kết pH cao (7 – 7,5), nồng độ ion nước thấp (0,01 mmol.L-1 – mmol.L-1) Vì sử dụng nước tưới cho khu vực keo sét chủ yếu tồn trạng thái tán keo, tốc độ tụ keo chậm Kiến nghị Dựa đặc tính keo khoáng sét ảnh hưởng yếu tố môi trường pH, ion CHC… khéo léo lựa chọn phương pháp cải tạo vào bảo vệ đất cách hợp lý sau vụ canh tác, tránh tượng rửa trôi làm dinh dưỡng độ phì đất Việc bón phân làm pH đất tăng lên dẫn đến thúc đẩy trình phân tán cấp hạt sét Bổ sung CHC cho đất khu 42 vực (nếu có) dẫn đến nguy sét khỏi đất có chứa lượng lớn ion anion hữu (đặc biệt axit humic) Do bổ sung CHC cần kết hợp biện pháp che phủ tốt để giảm tác động dòng chảy Nghiên cứu trạng thái tồn keo sét môi trường đất lúa tiền đề cần thiết cho phân tích tích lũy đồng di chuyển KLN khoáng sét đất sau này, qua tìm giải pháp hạn chế ô nhiễm KLN hạn chế nguy rửa trôi khoáng sét đất khu vực ruộng lúa xã Đại Áng, huyện Thanh Trì, Hà Nội 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: Trần Văn Chính (2000), Giáo trình thổ nhưỡng học, NXB Bộ Giáo dục & Đào tạo, Hà Nội Dương Văn Đảm (2004), Nguyên tố vi lượng phân vi lượng, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Lê Đức (2004), Giáo trình: Nguyên tố vi lượng, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Trịnh Quang Huy (2006), Giáo trình: Tồn dư hoá chất nông nghiệp, Trường ĐH Nông Nghiệp Hà Nội, Tr 1, 2, 28 Lê Văn Khoa (2000), Giáo trình: Đất Môi trường, NXB Giáo dục, Hà Nội Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Cự, Bùi Thị Ngọc Dung, Lê Đức, Trần Khắc Hiệp, Cái Văn Tranh (2000), Phương pháp phân tích đất nước phân bón trồng, NXB Giáo dục, Hà Nội Lê Văn Khoa, Trần Khắc Hiệp, Trịnh Thị Thanh (1996), Giáo trình: Hoá học nông nghiệp, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, Hà Nội Vũ Thị Mộng Mến (2011), Thành phần khoáng sét đặc tính keo cấp hạt sét đất đồi khu vực Sóc Sơn – Hà Nội, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học KHTN – Đại học QGHN, Hà Nội Nguyễn Ngọc Minh, Đào Châu Thu (2012), Khoáng sét đất khả ứng dụng lĩnh vực môi trường, NXB Giáo dục, Hà Nội 10 Nguyễn Ngọc Minh, Phạm Thị Dinh, Lý Thị Hằng, Nguyễn Thị Thu Hương, Trương Thị Huyền, Lê Thị Liên, Đào Thị Khánh Ly, Nguyễn Thị Mai Phương, Phạm Văn Quang, Nguyễn Thị Thúy (2011), Nghiên cứu tách chiết Phytolith từ lúa để làm vật liệu xử lý ô nhiễm, Hội nghị khoa học sinh viên, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia, Hà Nội 11 Nguyễn Ngọc Minh, Nguyễn Phước Cẩm Liên, Nguyễn Xuân Hưng, Hoàng thị Thanh Hiếu (2010), Ảnh hưởng pH axit humic đến khả phân 44 tán sét dung dịch: ứng dụng tách cấp hạt sét khỏi mẫu bentonic Cổ Định – Thanh Hóa, Tạp chí khoa học đất 12 Khương Minh Phượng (2012), Ứng dụng mô hình Hydrus – 1D để mô di chuyển kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) đất lúa xã Đại Áng, huyện Thanh Trì, Hà Nội, Luận văn thạc sỹ khoa học môi trường, Trường Đại học KHTN - Đại học QGHN, Hà Nội 13 Trần Kông Tấu (2005), Vật lý thổ nhưỡng môi trường, NXB ĐHQG Hà Nội 14 Đào Châu Thu (1986), Kết nghiên cứu thành phần khoáng sét số loại đất Việt Nam phương pháp tia Rowntgen, Tạp chí KHTH Nông nghiệp 15 Lê Văn Tiềm, Trần Kông Tấu (1983), Phân tích đất trồng, NXB Nông nghiệp Hà Nội Tài liệu tiếng Anh: Berti, W R., and Ryan, J A (2003), “Inplace inactivation and natural ecological restoration technologies (IINERT)”, Bioavailability, Toxicity and Risk Relationships in Ecosys-tems (R Naidu, W S R Gupta, S Rogers, R S Kookana, N S Bolan, and D C Adriano, Eds.), pp 253–269, Science Publishers, Inc, En field, NH, USA Boekhold, A E., TemminghoV , E J M , and Vanderzee, S E A T M (1993), “Influence of electrolyte composition and pH on cadmium sorption by an acid sandy soil”, J Soil Sci, 44, pp 85 – 96 Brian L McNeal.(1966), “Clay Mineral Variability in Some Punjab Soils”, Williams & Wilkins Chan K Y., Mead J A (1988), “Surface physical properties of a sandy loam soil under diffirent tillage practices”, Australian Journal of Soil Research, 26, 549 – 559 Chorom M., Rengasamy P., Murray R S (1995), “Clay dispersion as influenced by pH and Net Particle Charge of Sodic Soil”, Australian Journal of Soil Research, 32, 1243 – 1252 45 Coote J H., Lovick T A (1998), “Effects of volume loading on paraventriculo – spinal neurons in the rat”, Journal of the Autonomic Nervous System, 25, 135 – 140 Chung, S.O., Kim, H.S., Kim, J.S (2003), “Model development for nutrient loading from paddy rice fields”, Agric Water Manage, 62, pp 1–17 Conner, S D (1918), “Soil acidity as affected by moisture conditions of the soil”, Jour Agric Res, 15, pp 321–329 D Penner and G Lagaly, Appl Clay Sci., 2001 10 Frankenberger, W T., and Losi, M E (1995), “Applications of bioremediation in the cleanup of heavy metals and metalloids”, Bioremediation: Science and Applications, (H D Skipper and R F Turco, Eds.), pp 173–210, Soil Sci Soc Am Spec Publ no 43, Madison, WI 11 Frenkel H., Frey M V., Levy G J (1992), “Critical flocculation concentration of reference and soil clays in the absence or presence of organic and inorganic anions”, Clays and Clay minerals, 5, 515 – 521 12 Fergusson, J E (1990), “The heavy elements: Chemitry, Environmental Impact and Health Effects”, Pergamon Press, London 13 Garrison Sposito (1939), “The chemistry of soils”, Oxford University Press, New York 14 Gedroiz, K K (1924), “Soils unsaturated with bases Method for determining in soils the hydrogen present in an absorbed condition Soil requirements of lime as a neutralizing agent”, Zur Opit Agron 15 Goldberg S., Forster H S (1990), “Effect of saturating cation, pH, and aluminum and iron oxide on the flocculation of kaolinite and montmorillonite”, Clays and Clay minerals 35, 220 – 227 16 Gong, Z T (1986), “Origin, evolution and classification of paddy soils in China”, Adv Soil Sci, 5, pp 174 – 200 17 Gong, Z T., Xu, Q (1990), “Paddy soils, Soils of China”, Science Press, Beijing, pp 233–260 18 Gong, Z T., Chen, H Z., Yuan, D.G, Zhao Y G., Wu, Y J., Zhang, G L (2007), “The temporal and spatial distribution of ancient rice in China and its implications”, Chin Sci Bull, 52, pp 1071 – 1079 46 19 Hall, J L (2002), “Cellular mechanism for metal detoxi fication and tolerance”, J Exp Bot, 53, pp – 11 20 Hassannezhad, H., Pashaee, A., Khormali, F., Mohammadian, M (2008), “Effect of soil moisture regime and rice cultivation on mineralogical characteristics of paddy soils of Mazandarran Province, Northern Iran”, Amol Int J Soil Sci, 3, pp.138 – 148 21 Hees P A W V., Jonesb D L., Jentschkeb G., Godboldb D L (2005), “Oranic acid concentrations in soil solution: effects of young coniferous trees and ectomycorrhizal fungi”, Soil Biology and Biochemistry, 37, 771 – 776 22 Jackson, M L 1968, “Weathering of primary and secondary minerals in soils”, Trans 9th Int Congr Soil Sci 23 Jones A J., Lai R., Huggins D R (1997), “Soil erosion and productivity rearch: A regional approach”, American Journal of Alternative Agriculture 12 185 – 192 24 Kukier, U., and Chaney, R L (2001), “Amelioration of nickel phytotoxicity in much and mineral soils”, J Environ Qual, 30, pp 1949 – 1960 25 Kurek, E (2002), “Microbial mobilization of metals from soil minerals under aerobic conditions”, Interactions Between Soil Particles and Microorganisms (P M Huang, J ‐M Bollag, and N Senesi, Eds.), Wiley and Sons, Chichester, UK 26 Lal R (1990), “Soil erosion in the tropics: principle and management”, 550pp 27 Lapayrie F., Chhilves G A., Bhem C A (1987), “Oxalic acid synthesis by the mycorrhizal fungus paxillus involutus”, New Phytologis, 106, 193 – 146 28 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 Trungvan commune, Tuliem district, Hanoi”; 47 Proceedings of the Second Scientific Conference, University of Science on EnvironmentalScience, Vietnam National University Publishing House2000, p.152 29 Lee, S Z., Allen, H E., Huang, C P., Sparks, D L., Sanders, P F., and Peijnenburg, W J G M (1996), “Predicting soil‐water partition coefficients for cadmium”, Environ Sci Technol, 30, pp 3418 – 3424 30 Ling W., Ren L., Gao Y., Zhu X., Sun B (2009), “Impact of low – molecular – weight organic acids on the availability of phenanthrene and pyrene in soil”, Soil Biology and Biochemistry, 41, 2187 – 2195 31 Ma, Q Y., Traina, S J., Logan, T J., and Ryan, J A (1993), “In situ lead immobilization by apatite”, Environ Sci Technol, 27, pp.1803 – 1810 32 Martin, M H., Coughtrey, P J and Ward, P (1979), “Historical aspects of heavy metal pollution in the Gordano Valley”, Proceedings of the Bristol Natural History Society, 37, pp 91 – 97 33 Maskall, J E., and Thornton, I (1998), “Chemical partitioning of heavy metals in soils, clays and rocks at historical lead smelting sites”, Water, Air Soil Pollut., 108, pp 391 – 409 34 Nguyen N.M., Dultz S., Kasbohm J (2009), “Simulation of retention and transport of copper, lead and zinc in a paddy soil of the Red River Delta, Vietnam”, Agriculture, Ecosystems and Environment ,129, pp 8–16 35 Nierop, K G J., Jansen, B., Verstraten, J A (2002), “Dissolved organic matter, aluminium and iron interactions: precipitation induced by metal carbon ratio, pH and competition”, Sci Total En`viron, 300, pp 201–211 36 Olphen V (1977), “An introduction to clay colloid Chemistry”, 2nd ed: John Wiley & Sons, New York 48 37 Pacyna, J M., Semb, A and Hanssen, J E (1984), “Emission and longrange transport of trace elements in Europe”, Tellus (Series B), 36B (3), pp 163–178 38 Penner D., Lagaly G (2001), “Influence of anions on the theological properties of clay mineral dispersions”, Applied Clay Science 19, 131 – 142 39 Rao M A., Violante A., Gianfreda L (1999), “Interaction of acid phosphatase with clays, organic molecules and organo – mineral complexes: kinetics and stability”, Soil Biology and Biochemistry 32, 1007 – 1014 40 Renkou X., Chengbao L., Gouliang J (2004), “Effect of low – molecular – weight organic anions on electrokinetic properties of variable charge soils”, Journal of Colloid and Interface Science, 277, 243 – 247 41 Richards, B K., Steenhuis, T S., Peverly, J H., and Mc Bride, M B (1998), “Metal mobility at an old, heavily‐loaded sludge application site”, Environ Pollut, 99, pp 365–377 42 Ryan, J., Scheckel, K G., Berti, W R., Brown, S L., Casteel, S W., Chaney, R L., Hallfrisch, J., Doolan, M., Grevatt, P., Maddaloni, M , and Mosby, D (2004), “Reducing children ’s risks from lead in soil”, Environ Sci Technol, 38 ,pp 19A–24A 43 Sahrawat K L (2005), “Fertility and organic matter in submerged rice soil”, Curr Sci, 88, pp 735–739 44 Shanmuganathan, R T., and Oades, J M (1983), “Modification of soil physical properties by addition of calcium compounds”, Aust.J Soil Res 45 Sterckeman, T., Douay, F., Proix, N., and Fourrier, H (2000), “Vertical distribution of Cd, Pb and Zn in soils near smelters in the North of France”, Environ Pollut, 107, pp 377–389 49 46 Tanji, K.K., Gao, S., Scardaci, S.C., Chow, A.T (2003), “Characterization redox status of paddy soils with incorporated rice straw”, Geoderma, 114, pp 333–353 47 Tejada M., Gonzalez J L (2007), “Influence of organic amendments on soil structure and soil loss under simulated rain”, Soil and Tillage Research 93, 197 – 205 48 Tran, Y T., Bajracharya, K., and Barry, D A (1998), “Anomalous cadmium adsorption in flow interruption experiments”, Geoderma, 84, pp 169–184 49 US Environmental Protection Agency (1979), “Criteria for Classification of Solid Waste Disposal Facilities and Practices”, Federal Register, 44, pp 53 438–53 468 50 H Van Olphen (1977), “An introduction to clay colloid chemistry”, John Wiley & Sons 51 Wang, C.X., Mo, Z., Wang, H., Wang, Z.J., Cao, Z.H (2003), “The transportation, time-dependent distribution of heavy metals in paddy crops”, Chemosphere, 50, pp 717–723 52 Wickramasinghe, D B., Rowell, D L (2006), “The release of silicon from amorphous silica and rice straw in Sri Lankan soils”, Biol Fertil Soils, 42, pp 231–240 53 Wingenfelder, U., Hansen, C., Furrer, G., and Schulin, R (2005), “Removal of heavy metals from mine waters by zeolites”, Environ Sci Technol, 39, pp 4606–4613 50 PHỤ LỤC I Phương pháp phân tích thông số lý hóa môi trường đất - Xác định pHKCl: sử dụng pH meter đo huyền phù 1:5 đất dung dịch KCl 1N - Xác định dung tích trao đổi cation (CEC) theo phương pháp amoniaxetat (phương pháp Schachtschabel) - Xác định hàm lượng chất hữu theo phương pháp Walkley – Black - Xác định hàm lượng SiO2: nung chảy mẫu với hỗn hợp cacbonat (Na2CO3 + K2CO3) để chuyển silic mẫu dạng silicat dễ tan axit Kết tủa H2SiO3 thu nung nhiệt độ 950 – 1000oC để chuyển dạng SiO2 - Xác định hàm lượng Fe2O3: chuẩn độ trực tiếp Fe (III) dung dịch EDTA tiêu chuẩn với thị axit sunfosalixilic môi trường pH = 1,5 ÷ - Xác định hàm lượng Al2O3: tạo phức Al – EDTA, sau chuẩn độ EDTA dư dung dịch Zn2+ tiêu chuẩn với thị xylenol da cam pH = 5,7 - Xác định thành phần giới theo phương pháp sử dụng ống hút Robinson Nguyên tắc dùng dung dịch kiềm khuếch tán hạt đất, sau để yên huyền phù cho hạt đất lắng với tốc độ khác (theo định luật Stoke) Dùng ống hút Robinson hút huyền phù độ sâu thời gian lắng khác để tách loại cỡ hạt từ dùng phương pháp khối lượng xác định thành phần phần trăm khối lượng loại cỡ hạt II Ảnh hưởng Fe2+ Mn2+ đến khả phân tán khoáng sét Ảnh hưởng Fe2+ Bảng 15: Kết đo độ truyền qua ảnh hưởng Fe2+ Nồng độ (mmolc.L-1) T (%) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,79 0,93 10,94 32,89 83,17 84,92 51 Hình 19: Ảnh hưởng Fe2+ lên khả phân tán khoáng sét Ảnh hưởng Mn2+ Bảng 16: Kết đo độ truyên qua ảnh hưởng Mn2+ Nồng độ (mmolc.L-1) T (%) 0,2 0,4 0,88 5,79 0,6 0,8 34,12 58,61 74,99 1,5 87,3 88,72 Hình 20: Ảnh hưởng Mn2+ lên khả phân tán khoáng sét 52 [...]... keo, trờn mt nhõn keo cú lp in kộp, lp nm sỏt ht nhõn gi l lp ion quyt nh th, lp ion ngoi mang in trỏi du gi l lp ion bự éa s ion ca lp ion bự nm sỏt lp ion quyt nh th gi l tng ion khụng di chuyn, nhng ion cũn li nm xa cỏch tng ion quyt nh th lm thnh tng ion khuch tỏn éa s keo t cú lp ion quyt nh th mang in õm éiu cn lu ý l trong t nhng ion trờn lp in bự cú th trao i vi nhng ion trong dung dch tip... cht cng cao 6 c Keo t cú mang in éõy l mt c tớnh rt quan trng ca keo t m cỏc ht t cú kớch thc ln khụng cú Do ht keo cú kớch thc rt nh nờn ht nhõn ca keo cú th hp ph lờn trờn b mt cỏc ion khỏc nhau S hp ph ny ph thuc vo bn cht ca keo Tu thuc vo cu trỳc ca ht keo m keo t cú th mang in õm hoc in dng Trong t cú keo õm, keo dng v keo lng tớnh Phn ln keo t mang in õm d Trng thỏi tn ti ca keo t Keo t cú th tn... loi keo t Nhng keo t ph bin l axit humic, axit silicic, hydroxit st, nhụm v keo sột Núi chung hm lng keo ph thuc t l sột v mựn trong t, t cng nhiu sột v mựn thỡ cng cha nhiu keo Ngi ta phõn loi keo t da vo cỏc yu t sau: 8 a Da vo tớnh mang in Theo tớnh mang in ca keo, cú th chia keo t thnh cỏc loi: Keo õm, keo dng v keo lng tớnh + Keo õm (asidoit) Trờn mt nhõn keo mang in õm hay núi cỏch khỏc l lp ion. .. cỏc phõn t trong dung dch, keo hu c to thnh do quỏ trỡnh bin hoỏ xỏc hu c trong t Keo vụ c kt hp vi keo hu c thnh keo hu c vụ c Cu to chung ca keo t (hỡnh 1) nh sau: Phn trong cựng ca ht keo (mixen keo) l nhõn keo, ú l mt hp cht phc tp cú cu to vụ nh hỡnh hoc tinh th Thụng thng keo vụ c cú nhõn l axit silisic, nhụm silicat, oxớt st, oxớt nhụm Keo vụ c bn, nú ch b phỏ hu sau mt thi gian di Keo hu c... nhng anion Cỏc ion trờn lp in bự l H+ hoc cỏc cation khỏc Ký hiu keo õm l X-H Trong t, keo õm chim a s Thng gp l axit silicic, axit humic, keo sột Vớ d cu to keo axit silicic nh hỡnh 2 Phõn t axit silicic trờn b mt ht nhõn phõn ly thnh cỏc ion: H2SiO3 = 2H+ + SiO32Anion SiO32- c hp ph ngay trờn b mt ht nhõn lm thnh tng ion quyt nh th H+ l ion bự phõn phi tng ion khụng di chuyn v khuch tỏn khuếch Ion. .. éi vi keo Al(OH)3 khi pH < 8,1 biu hin keo dng, khi pH > 8,1 l keo õm (im ng in ca keo ti pH = 8,1): Al(OH)3 + HCl Al(OH)2+ + Cl- + H2O (keo dng) Al(OH)3 + NaOH Al(OH)2O- + Na+ + H2O (keo õm) 10 b Da vo thnh phn hoỏ hc Da vo thnh phn hoỏ hc cú th chia keo t thnh cỏc loi: Keo hu c, keo vụ c v keo hu c vụ c + Keo hu c Keo hu c to thnh do s bin hoỏ xỏc sinh vt trong t Núi chung lp t mt cha nhiu keo hu... H+ H+ H+ H+ H+ + Hỡnh 2: S cu to keo õm (theo Gorbunov) + Keo dng (Basidoit) Trờn lp ion quyt nh th hiu l cỏc cation, cũn lp in bự l ion OHv cỏc anion khỏc Ký hiu keo dng l X-OH Cỏc keo dng thng gp trong t l Fe(OH)3, Al(OH)3 (trong mụi trng axit) Cng cú th l kaolinit do quỏ trỡnh ion hoỏ to thnh keo dng: O3SiO2(OH)Al2(OH)3 [ O3SiO2(OH)Al2(OH)2]+ + OH- Vớ d cu to keo Fe(OH)3 (hỡnh 3) 9 khuếch Io n... (Ampholitoit) Keo ny mang in õm hay dng ph thuc vo phn ng ca mụi trng xung quanh Cỏc ion trao i cú th l H+, OH- hoc cỏc ion khỏc Ký hiu keo ny l X-O-H Cỏc keo lng tớnh trong t thng gp l Fe(OH)3, Al(OH)3, Vớ d: i vi keo Fe(OH)3, khi pH < 7,1 biu hin keo dng, nhng khi pH > 7,1 biu hin keo õm (keo ny cú im ng in ti pH = 7,1): Fe(OH)3 + HCl Fe(OH)2+ + Cl- +H2O (keo dng) Fe(OH)3 + NaOH Fe(OH)2O- + Na+ + H2O (keo. .. hoc hn hỏn kộo di lm cho t khụ thỡ keo a nc cng cú th ngng t do mng nc quanh nú b mt + Keo ngng t do s liờn kt hai ht keo mang in trỏi du: Nh trờn ó núi, a s keo t mang in õm Tuy nhiờn vn gp mt s keo mang in dng nh keo Fe(OH)3, Al(OH)3, khi keo õm v keo dng kt hp vi nhau, sau lỳc trung ho in to thnh gel hn hp Nu s lng keo õm nhiu gp bi keo dng thỡ cỏc keo õm bao bc keo dng to thnh mng bo v mang in õm,... bn ca t (TPCG, pH, CEC, CHC, hm lng st nhụm tng s) u cú nhng nh hng nht nh ti tớnh cht keo sột Keo t ph bin l axit humic, axit silicic, hydroxit st, nhụm v keo sột Núi chung hm lng keo ph thuc t l sột v mựn trong t, t cng nhiu sột v mựn thỡ cng cha nhiu keo Cỏc yu t pH, TPCG hay CHC cú nh hng ti dung tớch trao i cation (CEC) ca keo t, t ú gõy ra nhng nh hng trc tip ti tc tỏn keo t keo ca khoỏng sột