Sự tương tác giữa các thành phần môi trường đất – nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP. HỒ CHÍ MINH VIỆN KHCN & QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG Môn: Môi Trường Học Cơ Bản -------( ( (------ Đề tài SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC THÀNH PHẦN MÔI TRƯỜNG ĐẤT – NƯỚC
SINH VIÊN : TRẦN THỊ THÙY MSSV : 0770911 LỚP : ĐHMT3B VIỆN :KHCN & QLMT GVHD :GS.TSKH LÊ HUY BÁ TP. Hồ Chí Minh, Tháng 07 năm 2009 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN MỤC LỤC Trang Chương mở đầu 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Nội dung dung nghiên cứu 1 3. Giới hạn đề tài 1 4. Phương pháp nghiên cứu 2 5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 6. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 2 Chương I. Điều kiện môi trường vùng đất phèn 1. Sinh vật vùng đất phèn 4 1.1. Thực vật 4 1.2. Vi sinh vật và các động vật vùng đất phèn 5 2. Chế độ nước vùng đất phèn 6 3. Nước ngầm và chế độ nước ngầm 7 4. Ô nhiễm môi trường vùng đất phèn 8 4.1 Khái niệm về ô nhiễm đất 8 4.2 Tác nhân hóa học 8 4.3 Tác nhân sinh học 9 4.4 Tác nhân vật lý 9 4.5 Tiêu chuẩn đánh giá đất bị ô nhiễm 11 Chương II. Sự tương tác giữa các thành phần môi trường đất – nước trong quá trình hình thành đất phèn 1. Đất phèn 12 1.1 Định nghĩa 12 1.2 Nguồn gốc và quá trình phát triển đất phèn 12 1.3 Những nhân tố hình thành đất phèn 13 2. Sơ đồ diễn biến và quá trình hình thành đất phèn 15 3. Ảnh hưởng của vôi đến quá trình hình thành đất phèn 17 4. Phân loại đất phèn và đặc tính ly- hóa của đất phèn 18 4.1 Phân loại của nhân dân về vùng đất phèn 18 4.2 Đặc tính lý – hóa vùng đất phèn 20 5. Các chất trong đất phèn 21 6. Mối tương quan giữa các độc tố trong đất phèn 26 6.1 Mối tương quan giữa pH và hàm lượng S tổng số trong đất 27 Chương III. Ảnh hưởng của ô nhiễm phèn lên hệ sinh thái và biện pháp cải tạo đất phèn. 1. Các tác động tích cực của đất phèn lên hệ sinh thái. 28 2. Tác động tiêu cực của đất phèn lên hệ sinh thái 28 2.1. Tác nhân hóa học 28 2.2. Tác nhân sinh học 29 3. Các biện pháp cải tạo đất phèn 31 3.1. Cải tạo đất phèn bằng biện pháp thủy lợi 31 3.2. Cải tạo đất phèn bằng biện pháp khác 32 Chương IV Kết luận và kiến nghị 1. Kết luận 33 2. Kiến nghị 33 CHƯƠNG MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Như chúng ta đã biết, đất nước là ta là môt nước vẫn dựa trên nền sản xuất nông nghiệp là chủ yếu. Hay nói cách khác, đất là một nguồn tài nguyên rất quý giá của nhân dân ta. Nước chúng ta nói riêng và trên thế giới nói chung, có rất nhiều vùng đất bị nhiễm phèn. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển kinh tế nông nghiệp và hơn thế nữa nó còn ảnh hưởng đến môi trường xung quanh nó. Khi đi tìm hiểu về đề tài sự tương tác giữa các thành phần môi trường đất – nước, thì chúng ta phải thực hiện đề tài này trên đối tượng đất phèn. Vì đất phèn là đặc trưng cho môi trường nước trong đất xẩy ra quá trình tương tác trong đất phèn với các thành phần của đất và các thành phần trong nước. Nó mang tính cấp thiết, tính thực tế trong nông nghiệp và môi trường xung quanh nó, ngoài ra nó còn mang tính khoa học, tính mới. Và đề tài sau đây nhằm vào đất phèn, đề tài cần trình bày rõ ý nghĩa lý luận, ý nghĩa thực tế của đề tài “Sự tương tác giữa các thành phần môi trường đất – nước”. Nội dung nghiên cứu Đi nghiên cứu bản chất và nguồn gốc đất phèn, những nét chung về phân loại đất phèn. Xác định pH thấp ở những vùng đất bị nhiễm phèn, nghiên cứu tác hại với các độc tố trong đất phèn đề từ đó đưa ra các phương pháp cải tạo đất phèn trong nông nghiệp trồng trọt, nuôi trồng thủy sản. Giới hạn đề tài Trong đề tài này, em chỉ nghiên cứu về đất phèn và sự tương tác giữa các thành phần trong đất phèn. Đề tài nghiên cứu về nguồn gốc, quá trình hình thành, phát triển của đất phèn, đặc tính của đất phèn, sinh thái vùng đất phèn ở nhiều nước trên thế giới để từ đó đưa ra các biện pháp cải tạo và sử dụng đất phèn hợp lý. Ngoài ra còn đề cải tạo môi trường xung quanh vùng đất phèn được cải tạo. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp luận Nghiên cứu biến đổi thành phần hóa học của nước trong đất theo khoảng cách kênh tiêu trên đất phèn. Phương pháp và kỹ thuật chi tiết Phương pháp liên tiếp kĩ thuật rửa phèn, dựa vào các thí nghiệm trong khoa học trong công việc nghiên cứu đất phèn. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu ở những vùng đất phèn có pH thấp, hàm lượng cao của sunphát sắt, sunphát nhôm và số lượnglớn H2SO4 tự do ở trong đất. Phạm vi nghiên cứu Trong và ngoài nước với nhiều nước trên thế giới. Đến nay các nhà khoa học về cải tạo đất trên thế giới đã tổ chức thành công bốn hội nghị quốc tế lớn về đất phèn. Lần thứ nhất tại Wageningen Hà lan 8/1972, lần thứ 2 tại Bang kok Thái Lan 1/1981, lần thứ 3 tại Senegal 1986 và lần thứ 4 tại thành phố Hồ Chí Minh Việt Nam 3/ 1992. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước Đến nay đã có nhiều tác giả, nhiều học thuyết và trường phái nghiên cứu về đất phèn: Năm 1735 Peelman đã phát hiện ra một loại khoáng biến thành đất, đất này chua và được mang tên Argilla Vitrolacea. Người đầu tiên phát hiện ra đất phèn là VanBemmelen (1886), ông đã xác địnhđược giá trị rất thấp của pH, hàm lượng cao của sunphát sắt, sunphát nhôm và số lượng lớn H2SO4 tự do ở trong đất. Vào những năm 1960 nhà bác học Fritland đã nghiên cứu đất phèn ở đồng bằng Bắc Bộ và đã đưa ra một số kết luận sơ bộ về quá trình hình thành đất phèn vùng đồng bằng Bắc Bộ, cùng một số biện pháp cải tạo và sử dụng loại đất này. Cũng vào những năm 1960, Moorman đã nghiên cứu về đất phèn ở đồng bằng sông Cửu Long đã đề suất sơ bộ về quá trình hình thành đất phèn ở đồng bằng sông Cửu Long. Những cơ quan và tổ chức đã tham gia nghiên cứu về đất phèn như : Trường Đại học Thủy lợi. Viện Nghiên cứu Khoa học Thủy lợi. Trường Đại học Cần Thơ, Trường Đại học Tổng hợp Hà Nội, Trường ĐH Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Nông nghiệp T.P Hồ Chí Minh, trong đó có Lê Huy Bá là tác giả của cuốn sách “Những vấn đề về đất phèn Nam Bộ”. Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam, Viện Nông hoá thổ nhưỡng. Hiện nay Viện Nghiên cứu khoa học thủy lợi vừa mới hoàn thành dự án cải tạo đất phèn ở Quỳnh Phụ - Thái Bình do nước ngoài tài trợ. Viện nghiên cứu khoa học thủy lợi Nam Bộ đang thực hiện chương trình nghiên cứu cấp nhà nước ở đồng bằng sông Cửu Long. Nói chung các nhà khoa học về cải tạo đất đã khẳng định được bản chất và nguồn gốc đất phèn, những nét chung về phân loại đất phèn. Việc sử dụng và cải tạo đất phèn đã được nhiều người nghiên cứu tuy nhiên cũng còn nhiều điều còn chưa được sáng tỏ, đặc biệt việc cải tạo đất phèn phụ thuộc rất nhiều đến môi trường nơi nghiên cứu và tác động của con người trong quá trình cải tạo và sử dụng chúng. Việc nghiên cứu cải tạo đất phèn không thể thành công nếu chỉ nghiên cứu cải tạo đất cho từng khu vực cụ thể mà không chú ý đến việc cải tạo môi trường xung quanh vùng đất được cải tạo. Do quá trình hình thành và tính chất của đất phèn biến động và phụ thuộc rất lớn vào tác động của môi trường xung quanh nên không thể lấy kết quả nghiên cứu ở một nơi, áp dụng cho những nơi khác và kết quả của vùng này dùng cho vùng khác được. Chính vì vậy đối với mỗi vùng cụ thể cần có sự nghiên cứu phân tích và thí nghiệm riêng để tránh những sai sót đáng tiếc. Với những lý do nêu trên, việc nghiên cứu để hiểu rõ về nguồn gốc, quá trình hình thành, phát triển của đất phèn, đặc tính của đất phèn, sinh thái vùng đất phèn, biện pháp cải tạo và sử dụng đất phèn hợp lý là điều hết sức quan trọng và cần thiết, nhằm đảm bảo cuộc sống ổn định, tạo ra môi trường sống bình thường của nhân dân vùng đất phèn, khai thác nó một cách có hiệu quả phục vụ cho sự phát triển kinh tế xã hội nói chung và kinh tế nông nghiệp nói riêng. CHƯƠNG I ĐIỂU KIỆN MÔI TRƯỜNG VÙNG ĐẤT PHÈN Sinh vật vùng đất phèn Thực vật Để hiểu đầy đủ hơn về đất phèn ngoài việc nghiên cứu thực vật hiện tại đang sống trên đất phèn chúng ta cần nghiên cứu những thực vật xưa kia bị vùi lấp ở vùng đất phèn . Thực vật bị vùi lấp Đất phèn được hình thành ở vùng trũng. ở đó xưa kia là vịnh hay biển cạn, với nhiều loại thực vật phát triển. Thực vật thời kỳ trước lúc có đất phèn, thường phần lớn có các loại thực vật của rừng sú vẹt như : Bầu, mắm, đước đôi, đước nhọn, vẹt. Ngoài các loại thực vật kể trên trong tầng thực vật bị vùi lấp còn thấy xuất hiện các loại cây khác như : Dừa nước, chà là, tràm. Qua nghiên cứu người ta thấy, ở những vùng đất mà chỉ có các loại thực vật này chôn vùi thì S tổng số rất ít, không có khả năng gây chua nhiều, pH của đất ở vào khoảng 5,5 - 6 . Như vậy chủng loại và chiều sâu của các loại thực vật bị vùi lấp có ảnh hưởng lớn đến mức độ sinh phèn trong đất. Thực vật hiện tại Thực vật đang sống trên đất phèn cũng thay đổi theo tính chất của mỗi loại đất. Mỗi loại đất đều có một hệ thực vật thích ứng với nó - Đúng là “đất nào cây ấy” hay nhìn cây biết đất . Thực vật ở vùng phèn tiềm tàng thường có các loại cây Chà là, Ráng dại, Lác biển, bàng, năng kim. Nếu là vùng đất phèn tiềm tàng sâu trong nội địa, là vùng trũng ngập nước gần như quanh năm, gồm các loại thủy sinh mọc chìm dưới nước hoặc chìm trong nước một phần. Các loại cây này mọc thành rừng dày với bộ rễ khoẻ, làm giảm tốc độ dòng chảy, làm lắng đọng phù sa biển, chứa nhiều lưu huỳnh. Bản thân chúng cũng tích lũy lưu huỳnh, khi chết đi thải ra nhiều lưu huỳnh, là nguồn gốc đầu tiên sinh ra đất phèn. Chiều sâu tầng thực vật bị vùi lấp này thường thấy ở 1 - 2 m dưới mặt đất đối với đất phèn ở Đồng bằng Nam bộ, ở đồng bằng Bắc bộ như vùng Hải phòng, Thái Bình thấy ở độ sâu nông hơn 0,7 - 1,5 m. như : Súng co, sen, nhị cán vàng, nàng nỉ, nhị cán tròn, cỏ bấc, lúa ma, rau muống thân tím lá cứng và giòn, rau dừa, nghễ ... Ngoài các loại thực vật đã nói trên đối với các vùng nước phèn đứng yên hoặc những vùng sình lầy nhiều hữu cơ, chúng ta còn gặp các loại tảo ocdogigo và micropora rất nguy hiểm cho lúa vì nó sống được ở pH rất thấp và phát triển nhanh. Nghiên cứu kỹ về tảo giúp chúng ta sử dụng và quản lý đất phèn hợp lý. Vi sinh vật và các các động vật vùng đất phèn Vi sinh vật trong đất phèn Trong phần quá trình hình thành đất phèn, chúng ta đã đề cập đến vai trò của vi sinh vật. Có nhiều loại vi sinh vật trong đất phèn, vai trò của chúng cũng khác nhau trong quá trình hình thành đất phèn. Nhưng chúng thực sự có ý nghĩa trong việc tăng tốc độ hình thành đất phèn. Nhiều tác giả cho rằng trong đất phèn có các loài vi khuẩn: Thiobacillus, Thiodans, Thiobacillus Ferroxidans và các loại vi sinh vật sắt. Có nhiều loài sống được trong điều kiện PH rất thấp (pH=2). Các loài vi khuẩn trong đất phèn lấy năng lượng để sống từ các phản ứng oxy hoá và phản ứng khử trong quá trình tạo phèn, chúng có vai trò rất lớn trong việc thúc đẩy nhanh quá trình hình thành phèn, kể cả ở giai đoạn oxy hoá và giaiđoạn khử. Trong đất phèn, số lượng vi sinh vật có ích rất hiếm. Nhưng vào năm 1972 Murthy đã phân lập, nuôi cấy được một loài vi khuẩn thuộc Azotobacteracede từ than bùn có độ chua (pH = 2.5-4.2 ) đã phát triển được trên đất phèn. Loại vi khuẩn này có khả năng cố định đạm 1-10 mg /1g với thời gian là một tuần lễ nuôi cấy. Đây là một khả năng mới, mở đường cho việc tạo đạm dễ tiêu bằng sinh vật học cho đất phèn Những động vật nhìn thấy được Ở đất phèn trung bình và phèn nhiều, rất ít hoặc không có các động vật nhìn thấy được như giun, dế, mối. Thường chỉ thấy xuất hiện các loại kiến đen, kiến vàng và một vài loại rệp. ở vùng phèn nhiều pH = 2,5-3 kể cả đỉa cũng không thấy xuất hiện, rất ít tôm á, nếu có thì cũng không phát triển được, thường đầu to nhưng thân và đuôi bé. Ở vùng đất phèn ít, các loại động vật phong phú hơn về chủng loại gần như vùng nước ngọt. Những vùng đất phèn tiềm tàng hiện có ảnh hưởng nước lợ thì sinh vật có khá nhiều như : cua, còng, tôm, cá... Những vùng đất phèn tiềm tàng nội địa, có nước ngập thường xuyên trên mặt ruộng thì các loại động vật khá phong phú: cá, tôm, tép, ếch, chuột, rắn, rết , đỉa ...( như vùng Đồng Tháp Mười ). Chế độ nước vùng đất phèn Chế độ nước là một trong những nhân tố cấu thành, phát triển và cải tạo đất phèn, nước có thể làm tăng hay giảm hàm lượng phèn trong đất. Chế độ nước và chất lượng nước còn ảnh hưởng trực tiếp đến cây trồng, năng suất cây trồng, đến việc sử dụng, cải tạo đất phèn và ảnh hưởng đến đời sống của nhân dân vùng đất phèn. Về chế độ nước, có thể chia ra vùng có ảnh hưởng của thủy triều và vùng không có ảnh hưởng của thủy triều, vùng ảnh hưởng lũ và vùng không bị ảnh hưởng lũ. Trong đó lại có thể chia ra vùng ảnh hưởng thủy triều thường xuyên, đỉnh và chân chiều cao và vùng thủy triều chỉ ít tháng trong năm, chênh lệch ít. Vùng ít hoặc không có thủy triều liên quan đến nước ngọt hay phèn có ngập lụt hay không và thời gian ngập. Chế độ nước ở 4 vùng phèn như đã nêu phù hợp với quá trình hình thành, phát triển của đất phèn và tính chất đất phèn của 4 vùng đặc trưng đó. Xin giới thiệu một số kết quả nghiên cứu các vùng cả về chế độ nước phèn. Nước là yếu tố hết sức linh hoạt. Các ion trong nước lại càng linh hoạt. Vì vậy, sự biến đổi giữa vùng này và vùng khác hết sức khác nhau. Trong một ngày, chế độ nước có thể thay đổi, thậm chí trong một thửa ruộng cũng có thể thay đổi : chỗ này và chỗ kia khác nhau. Vì vậy, không thể có một công thức chung nhất cho vùng nước phèn được. Càng cụ thể về ngày tháng, thời gian, địa điểm vị trí lấy mẫu bao nhiêu càng chính xác bấy nhiêu. Nước ngầm và chế độ nước ngầm Vùng ven biển ĐBSCL có nguồn nước dưới đất khá phong phú, chứa trong các phức hệ Holocene, pleistocene, Pliocene, Miocene. Nước ngầm tầng nông Holocene, có mối liên hệ với nước mặt và bị nhiễm mặn. Một số vùng nước ngầm ở một số tầng khác cũng bị nhiễm mặn, nên trữ lượng nước ngọt bị hạn chế. Chế độ nước ngầm, chất lượng nước ngầm, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hình thành, phát triển, sử dụng và cải tạo đất phèn. Nước ngầm cao, quá trình hoá phèn do oxy hoá khó hình thành, nhưng quá trình cải tạo phèn gặp khó khăn và việc tiêu thoát nước khi rửa khó thực hiện, quá trình tái nhiễm phèn do nước ngầm rễ sảy ra. Đối với những vùng phèn tiềm tàng mực nước ngầm dâng cao có tác dụng tốt trong việc hạn chế hoá phèn. ở vùng phèn hoạt động đang được cải tạo thì nước ngầm cao gây khó khăn cho thau rửa, rễ bị tái nhiễm phèn trong mùa khô. Đối với những vùng mực nước ngầm biến động lớn theo mùa, mùa khô mực nước ngầm hạ thấp dưới tầng pyrit, thì quá trình hoá phèn xảy ra rất mãnh liệt, tầng Jorosit ngày càng phát triển. Vì vậy việc duy trì mực nước ngầm trong đất phèn đối với từng loại đất phèn là khác nhau và là công việc rất cần thiết trong cải tạo và sử dụng đất phèn. Chất lượng nước ngầm trong đất phèn thường rất kém - thông thường pH thấp , các chất dinh dưỡng thấp và các độc tố khá cao, ví dụ mẫu phân tích nước ngầm vùng đất chua mặn Hải Phòng thể hiện như bảng 13, 14 (độ sâu lấy nước ngầm 0,8 m). Tuy chất lượng nước ngầm vùng đất phèn xấu nhưng nó lại giữ vị trí rất quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển đất phèn. Chế độ nước nói chung và chế độ nước ngầm nói riêng, có ý nghĩa quyết định đến quá trình oxy hoá của đất phèn. Quá trình oxy hoá đất phèn , đặc biệt ở đất phèn tiềm tàng kéo theo sự hạ thấp của pH và tăng hàm lượng các độc tố trong đất như Al3+, Mg2+ , Fe2+, Fe3+, Mn+, SO42- .Kết quả nghiên cứu cụ thể dưới đây, chứng tỏ vai trò quyết định của nước trong quá trình phát triển của đất phèn và ý nghĩa của nó trong việc dùng nước để cải tạo và sử dụng đất phèn . Kết quả nghiên cứu sự biến động của pH của các tầng đất khác nhau theo thời gian trong quá trình oxy hoá, kéo theo sự tăng nhanh hàm lượng các độc tố trong đất phèn được thể hiện như sau: Phẫu diện được chia thành 4 tầng với các đặc điểm sau: - Tầng1: Ap, (0 - 20 cm ) Màu cà phê sáng (10 YR 6/ 3) .đất tươi , xốp , sét pha cát trung bình , cấu trúc không tảng cục , không sụt trong HCl. Ranh giới với tầng 2 không rõ nét, chuyển đổi từ từ. - Tầng 2: Cm, ( 20 - 50 cm ) Màu cà phê (10YR 5/ 3 ). Tươi ,chặt , sét pha cát trung bình, cấu trúc tảng cục , không sụt trong HCl .Ranh giới với tầng 3 rõ nét . - Tầng 3:Abj ( 50-90 cm ) Màu đen , xuất hiện một số vết vàng của Jarosit (2,5Y5/6 ), màu đen cuả Sunphit (2,5 Y 2/0 ) .Đất sét pha cát, không sụt trong HCl . Ranh giới với tầng 4 không rõ nét, chuyển đổi từ từ. - Tầng 4: Gb (90-100 cm ) Tầng glay (5 Y 3/1 ) thường xuyên ngập trong nước .Đất cát, nhiều xác thực vật dạng bã chè .Không sụt trong HCl. Ô nhiểm môi trường vùng đất phèn Khái niệm về ô nhiễm đất - Ô nhiễm được xem là tất cả các hiện tượng (chủ yếu là tác động nhân sinh do gián tiếp hoặc trực tiếp) làm nhiễm bẩn môi trường đất bởi các tác nhân gây ô nhiễm (Poihetauts). Có rất nhiều nguồn mà qua đó đất nhận được những hợp chất lạ có tác động làm giảm độ phì nhiêu trong đất. - Nếu căn cứ vào các tác động gây ô nhiễm, phân ra làm các loại: {+ Do phế thải công nghiệp {+ Do phế thải sinh hoạt {+ Do hoạt động sản xuất nông nghiệp {+Do ảnh hưởng của bầu khí quyển. * Tác nhân gây ô nhiễm: - Tác nhân hoá học - Tác nhân sinh học - Tác nhân vật lý 4.2. Tác nhân hoá học - Do trong đất, trong nước vùng đất phèn nặng và trung bình xuất hiện hàm lượng cao của các độc tố. Do việc dùng nhiều phân bón hoá học, thuốc trừ sâu, diệt cỏ và chất kích thích sinh trưởng, dẫn đến sự lan truyền độc tố từ vùng này sang vùng khác. Ngoài ra còn do phế thải của hoạt động công nghiệp cũng như sinh hoạt. - Do những vùng đất phèn nặng và trung bình: Khi xuất hiện những vùng phèn nặng và trung bình, các độc tố trong đất xuất hiện với hàm lượng cao thì chúng không chỉ xuất hiện và gây ảnh hưởng tại những vùng đất phèn, mà do ảnh hưởng của chế độ nước trong khu vực các độc tố sẽ lan truyền sang những khu vực lân cận: +Làm đất bị nhiễm chua, nhiễm mặn. +Tính chất hoá học của đất bị thay đổi. +Chất lượng nước bị thay đổi theo chiều hướng bất lợi. + Chất lượng nước ngầm bị nhiễm bẩn - Do sử dụng phân bón. Khi bón phân khoáng chỉ có 50% được cây trồng sử dụng. Lượng còn lại tham gia vào vấn đề gây ô nhiễm môi trường đất. - Do thuốc trừ sâu, diệt cỏ. + Hay gây nên hiện tượng “ phóng đại sinh học’’ Tác động mạnh mẽ nhất đến môi trường đất - Do chất thải công nghiệp, sinh hoạt. + Chứa sản phẩm độc hại ở dạng rắn. Nhiều nghiên cứu gần đây đã chứng minh 50% chất thải công nghiệp là rắn: than, bụi, sỉ, quặng..vv. Và từ đó ước tính 15% gây độc hại và nguy hiểm cho con người và đất đai. Chất thải sinh hoạt ở dạng rắn cũng chiếm tỷ trọng lớn. + Chất thải công nghiệp là các hoá chất kim loại nặng như: Cu, Pb, Cs, Hg, Cd... thường chứa nhiều trong rác phế thải của ngành luyện kim màu, sản xuất ôtô. + Trong đất, tính trị độc và gây độc của các kim loại nặng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: ôxy hoá khử, pH, số lượng nước và phức chất mà nó hoà tan các kim loại nặng. 4.3. Tác nhân sinh học - Sự ô nhiễm này xuất hiện do những phương pháp đổ bỏ chất thải mất vệ sinh, loại tưới, thải sinh hoạt, bón trực tiếp cho cây, cho đất. Sử dụng phân không đúng kỹ thuật, vì trong đó chứa nhiều vi khuẩn gây bệnh → gây nên hậu quả cho con người, gia súc. -Nhiều loại vi khuẩn trong đất phèn lan truyền theo nước gây nên một số bệnh đối với nhân dân vùng đất phèn 4.4. Tác nhân vật lý - Ô nhiễm nhiệt: khi nhiệt độ đất tăng gây ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật trong đất, ảnh hưởng đến phân giải chất hữu cơ. Trong nhiều trường hợp ảnh hưởng đến chất dinh dưỡng. Nhiệt độ tăng làm giảm lượng D2 hoà tan trong dung dịch đất dẫn đến thế cân bằng sang xu thế khử. Quá trình phân huỷ chất hữu cơ sang kị khí, sinh ra sản phẩm độc : CH4, NH3, H2S và các andehit. + Quặng thải bỏ của các nhà máy nhiệt điện, luyện kim. + Đốt rẫy, cháy rừng. - Các tác nhân phóng xạ: + Phế thải của các trung tâm nghiên cứu, bệnh viện.. + Để đo người ta có hệ số cô đặc: Tỉ lệ nồng độ chất phóng xạ tích huỷ trong cơ thể và lượng đó trong môi trường. * Ô nhiễm đất phèn: - Nguyên nhân: + Ngoài các nguyên nhân đã nêu trên còn kể đến: + Do quá trình tưới tiêu không hợp lý làm xuất hiện quá trình mặn hoá, phèn hoá. - Độc tố sản sinh trong quá trình phèn hoá: + Trong quá trình phèn hoá do điều kiện môi trường biến đổi từ trạng thái khử chuyển sang trạng thái oxi hoá trị số pH giảm và giảm đột ngột (trung bình từ 1,5 đến 2,5 đơn vị) và là nguyên nhân chính dẫn đến sự hình thành các độc tố (là hệ quả của quá trình oxy hoá). Khi pH ≤ 3: Fe, Al, SO42- xuất hiện nhiều và linh động. Làm rễ cây không hút chất dinh dưỡng (Al). Fe làm cho rễ chặt không hô hấp được. Chúng ta đều biết Al có tương quan nghịch với giá trị pH. ở nồng độ 1 - 2 ppm Al đã có tác động xấu với cây trồng. Khi đất bị phèn nặng, pH thấp, Al tích trữ trong các mô của hệ rễ ngăn chặn sự kéo dài và phân chia của tế bào, ức chế hoạt động của các enzim làm nhiễm xúc tác cho việc tổng hợp các chất trong vách tế bào, làm cho bộ rễ cuả cây cằn cỗi, lông hút rụng, phát triển không bình thường và dẫn đến chết. Độc tố H2S và Pyrit xuất hiện do kết quả của quá trình khử Sunphat trong điều kiện yếm khí, đặc biệt là đất có nhiều xác sú vẹt. - Sự lan truyền nước phèn từ vùng này sang vùng khác thông qua hệ thống kênh rạch. - Ngoài ra đa số phân bố ở vùng ven biển → nhiễm mặn (chua mặn): Cl- Na+. 4.5. Tiêu chuẩn đánh giá đất bị ô nhiễm - Hiện chưa có một phương pháp nào hoàn chỉnh để đánh giá tình trạng mẫu đất bị ô nhiễm vì bản thân việc này rất phức tạp. CHƯƠNG III SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC THÀNH PHẦN MÔI TRƯỜNG ĐẤT NƯỚC TRONG QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH ĐẤT PHÈN Đất phèn Định nghĩa Đất phèn, đất chua phèn hay đất chua là các thuật ngữ khác nhau để chỉ loại đất có độ pH thấp, thường là từ 5,5 trở xuống. Có khi pH chỉ còn 3 hoặc 2. Thủ phạm chủ yếu trong đất phèn là nhôm (Al) và Sắt (Fe). Nguồn gốc và quá trình hình thành đất phèn Nghiên cứu đất phèn ở miền Bắc Việt Nam, Fritlan cho rằng đất phèn giàu sunphát và sunphat là do lưu huỳnh (S ) trong nước lợ và không liên quan đến sú vẹt. Qua các thí nghiệm, kết hợp với điều tra thực tế trong dịp lập bản đồ đất cho miền Bắc Việt Nam, Fritlan đã giải thích sự hình thành đất phèn: S có trong nước biển theothuỷ triều và vùng nước lợ. Còn sắt , nhôm (Fe, Al ) do sự phóng thích của các keo sét và sự rửa trôi theo dòng chảy, trầm tích ở vùng nước lợ, cùng với S lắng đọng trong phù sa, tạo nên phèn. Quan điểm này chưa giải thích được những nơi có chế độ nước của các con sông giống nhau, ảnh hưởng thuỷ triều như nhau, nhưng có vùng tạo phèn, có vùng không tạo phèn. Moorman và những người cộng sự cho rằng sự hình thành đất phèn xuất hiện ở vùng nước lợ, có thuỷ triều xâm nhập và có sự tham gia của vi sinh vật với các điều kiện và các giai đoạn sau: Ion SO4-2 bị khử trong điều kiện thiếu oxy, có sự tham gia của vi sinh vật yếm khí. Trong giai đoạn này cần phải có đầy đủ hữu cơ để làm nguồn thức ăn cho vi sinh vật yếm khí Thiobacillus... . Tiếp đó phản ứng giữa sunphure H2S với sắt có trong đất để tạo thành FeS2 (Pirit). Giai đoạn này nếu có đủ canxi thì không sinh ra phèn. Nhưng nếu thiếu canxi thì phản ứng tiếp tục ở giai đoạn 3. Nếu có oxy xâm nhập, quá trình oxy hoá FeS2 sẽ xảy ra để tạo thành FeSO4 và H2SO4 theo phản ứng: 2H2O +2FeS2 +7O2 → 2FeSO4 + 2H2SO4 Sau khi đã có axit H2SO4 và FeSO4, trong điều kiện có đủ oxy và vi sinh vật, sunphat sắt III được hình thành: 2FeSO4 + H2SO4 + O → Fe2 (SO4)3 + H2O Trong đất xuất hiện từng vệt màu vàng trấu, chính là màu vàng của Fe2(SO4)3 Theo tác giả ở đây cũng có phản ứng thuận nghịch : Fe2(SO4)3 + 2H2O → 2FeSO4(OH) +H2SO4. Axit sunphuric mới được tạo thành gây chua cho đất và sẽ phản ứng mạnh với các khoáng sét để tạo thành sunphat nhôm , natri ,và kali theo phương trình phản ứng sau : Al2O3SiO2 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + Silic hydroxyt Thực tế trong đất phèn không chỉ có các hợp chất vô cơ mà còn có những hợp chất hữu cơ phèn, hay hữu - vô cơ, mà ở đây tác giả chỉ mới nói đến đơn thuần là các phản ứng của các hợp chất vô cơ.Cũng tương tự như vậy ,Van Rees (1972) cho rằng có ba điều kiện để hình thành đất phèn: Có điều kiện để khử SO42- có nguồn gốc từ nước biển và đất trầm tích , để tạo thành sunphua sắt và các sunphua khác. Sau đó cần có môi trường oxy hoá để oxy hoá sunphua sắt tạo ra H2SO4 ,Al2(SO4)3 hayFeSO4 .Đất trở nên chua, hoá phèn. Nếu trong đất có CaCO3 thì phản ứng tiếp tục theo một chiều hướng sau : 2CaCO3 + 2H2SO4 → CaSO4 .2H2O + 2CO2 Khi đó Na+ , Mg+2 đã hấp thụ sẵn trong đất (nước lợ chứa nhiều Mg+ , Na +) ở môi trường nước lợ sẽ bị Ca2+ thay thế làm đất tốt hơn và không trở nên phèn nữa . Những nhân tố cấu thành chất phèn Có nhiều tác giả, nhiều học thuyết và trường phái nói về nguồn gốc của đất phèn. Nhưng những nhân tố cấu thành đất phèn ở đồng bằng nước ta có thể nêu ra như sau: Sự có mặt với số lượng lớn của lưu huỳnh (S) và hợp chất của lưu huỳnh SO42-, H2S , FeS, FeS2 ở trong đất. S được tạo thành trong đất từ hai con đường: - Con đường thứ nhất : S, SO42- hay các dạng khác của S được tích lũy từ xác động thực vật đặc biệt là thảm thực vật rừng ngập mặn phổ biến là các loại thực vật Phitophova và Avicermia (Các loại sú vẹt). Rừng sú vẹt trong điều kiện nước biển, nước lợ, đã tích lũy nhiều S trong cây, trong rễ, nhờ một áp suất thẩm thấu 5 - 6 at và bộ rễ khoẻ và hệ thống rễ lớn. Khi rừng sú vẹt bị phù xa vùi lấp, quá trình phân giải trong điều kiện yếm khí xảy ra có sự tham gia của vi khuẩn Closdium, Thiobacillus, Thiodans để tạo ra S, rồi các hợp chất của nó là H2S, FeS và FeS2. - Con đường thứ hai: của sự tạo thành SO42- hay S là trong mẫu chất trong nước biển. Nước biển xâm nhập vào đất theo nước ngầm hoặc nước mặt. Hai con đường này xẩy ra liên tục trong nhiều năm. Trong đất có đầy đủ chất hữu cơ làm nguồn thức ăn cho các vi sinh vật yếm khí (Closidium, Thiobacillus, Thiocidans), là nơi tích luỹ các dạng lưu huỳnh trong đất. ở những loại đất có hàm lượng chất hữu cơ nhỏ hơn 1% thì khó có khả năng hình thành đất phèn. Sự có mặt với số lượng lớn của sắt hoặc nhôm. Nước ta là một nước nhiệt đới, quá trình Feralit hoá xảy ra mạnh do đó sắt nhôm thường có số lượng lớn do quá trình phân hủy keo sét, rửa trôi và tích tụ, ở các vùng rừng sú vẹt, vùng biển cạn có hoặc không có sú vẹt. Trong đất có hàm lượng rất nhỏ của canxi, chất có thể trung hoà axit sulfuric (H2SO4) được hình thành trong quá trình oxy hoá pyrit. Nếu trong đất có hàm lượng cao của canxi thì quá trình oxy hoá sẽ xảy ra theo chiều hướng khác, đất có thể không hình thành đất phèn 5. Đất thường xuyên chuyển từ trạng thái khử sang ôxy hoá và ngược lại do ảnh hưởng của chế độ triều, chế độ nước và chế độ khí hậu trong vùng. Mực nước ngầm cao, nhiễm mặn, hoặc nhiễm phèn và thay đổi theo mùa. Trồng trọt, quản lý khai thác tùy tiện, không khoa học. Quá trình diễn biến và sơ đồ tạo thành đất phèn Quá trình hình thành đất phèn rất phức tạp, đặc biệt quá trình diễn biễn của nó, bởi vì : thực tế trong đất phèn không chỉ có các hợp chất vô cơ mà còn có những hợp chất hữu cơ phèn, hay hữu - vô cơ. Các phản ứng tạo thành đất phèn không đơn thuần là phản ứng của các lượng chất vô cơ mà nó còn là phản ứng của các lượng chất hữu cơ, có sự tham gia tích cực của một số loại vi sinh vật yếm khí và háo khí. Thực chất trong quá trình hình thành đất phèn các phản ứng vô cơ luôn tồn tại và liên tục, nhưng xảy ra rất chậm chạp so với quá trình sinh học. Nói chung qúa trình diễn biến và sơ đồ tạo thành đất phèn có thể thông qua các bước chính như sau: Lưu huỳnh được tích tụ trong đất dưới dạng SO2-4 , trong điều kiện yếm khí (thiếu ôxy) và có đủ chất hữu cơ sẽ tạo thành sunphure.
+ 2 CH2O → 2HCO3 + H2S Do đất chứa nhiều sắt, trong điều kiện yếm khí sunphit và pyrit được tạo thành. 3H2S + 2Fe(OH )3 → 2FeS + S + 6H2O FeS là hợp chất không bền vững, dễ chuyển thành FeS2. FeS + S → FeS2. Con đường chuyển hoá của sắt, kết hợp với S không chỉ đơn thuần hoá học mà còn có sự tham gia của các vi sinh vật yếm khí và các vi sinh vật sắt để tạo thành FeS và FeS2. Thực ra trong dung dịch đất, FeS và FeS2 có thể ở dạng FeS2nH2O (Hydrotryolite ). Đó là một dạng của pyrit không tinh thể, dạng này làm cho đất có màu sám đen, dù chỉ là một hàm lượng rất ít. Khi tháo nước mặt và hạ thấp mực nước ngầm xuống dưới tầng pyrit, bằng con đường tự nhiên hoặc nhân tạo, các quá trình ôxy hoá bắt đầu xảy ra. Quá trình oxy hoá FeS 2FeS + 9/2 O2 + 2H2O → Fe2O3 + 2H2SO4 Quá trình oxy hoá FeS2 2FeS2 + 7O2 + 2H 2O → 2FeSO4 + 2H2SO4 Đồng thời các muối sunphat nhôm, sunphat sắt cũng được tạo thành: Sau khi FeSO4 và H2SO4 được hình thành, nếu tiếp tục quá trình ôxy hoá thì sunphat sắt III và sunphat nhôm được hình thành như sau : 4FeSO4 + 2H2SO4 + O2 → 2Fe2(SO4)3 + 2H2O Fe2(SO4)3 + 6H2O → 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 Al 2O3SiO2 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + SiO23H2O Sản phẩm của các quá trình oxy hoá sunphit và pyrit là H2SO4.axit H2SO4 và các muối sunphat là nguyên nhân gây chua trong đất. Khi quá trình oxy hoá xảy ra pH trong đất giảm rất nhanh và rõ rệt, ở đất phèn nặng pH H2O có thể giảm xuống 2,5 - 3, pH KCl giảm xuống 2,0 - 2,5. (Sự chênh lệch độ chua khi oxy hoá tầng sinh phèn thường đạt trên 2,5 đơn vị) Quá trình này chỉ xảy ra khi trong đất có hàm lượng rất nhỏ CaCO3. Nếu đất được ngập nước thường xuyên, tức đất vẫn ở trạng thái khử, không xuất hiện hệ vi sinh vật oxy hoá và trong đất có hàm lượng rất nhỏ CaCO3 thì đất đó được gọi là đất phèn tiềm tàng (đất có khả năng sinh phèn lớn khi xảy ra quá trình oxy hoá). Jarosit được hình thành Fe(SO4) +1/4O2 +3/2H2O +1/3K+ → 1/3 KFe3(SO4)2(OH)6 + H+ +1/3SO2-4 Khi pH trong đất tăng thì phản ứng trên xảy ra theo chiều ngược lại: KFe3(SO4)2(OH)6 → 3 FeO.OH + K+ + 3H+ + 2SO2-4 Khi các hợp chất Fe2(SO4)3 và KFe3(SO4)2(OH)6 xuất hiện trong đất, làm cho chất có màu vàng đặc trưng (vàng trấu, vàng rơm). Sunphát nhôm là muối rất độc đối với con người, động vật và thực vật. Ảnh hưởng của vôi đến quá trình hình thành đất phèn Vôi đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành đất phèn và cải tạo đất phèn. Trong quá trình hình thành đất phèn nếu trong đất có hàm lượng canxi cao thì quá trình oxy hoá có thể xảy ra theo chiều hướng khác. Khi quá trình oxy hoá pyrit xảy ra axit sunphuric được hình thành và gây chua cho đất, nhưng nếu trong đất có hàm lượng canxi đủ để trung hoà lượng H2SO4 được tạo ra thì đất không thể chuyển thành đất chua . CaCO3 + H2SO4 → CaSO4H2O + CO2 Sau đó Al 3+ và Fe đã được hấp thụ trong đất ở môi trường nước lợ sẽ bị Ca2+ thay thế làm đất tốt hơn và không trở nên phèn nữa . Để đưa ra một khái niệm về khả năng hình thành phèn hay không hình thành phèn, người ta so sánh tổng số Bazơ và tổng số SO2-4 ở trong đất. Hay nói một cách khác pH của đất phụ thuộc vào tỷ số S/ Bazơ. Cũng từ đó người ta đưa ra sự tương quan giữa Ca, S có trong đất trầm tích theo 4 trường hợp về sự hình thành hay không hình thành phèn. Có 4 trường hợp xảy ra: - Trường hợp 1: Xảy ra khi đất giàu canxi và nghèo S - Trường hợp 4 : Xảy ra khi đất ít canxi nhưng ít S. Hai trường hợp này không thể sinh ra đất phèn. - Trường hợp 2 : Giàu canxi nhưng lại cũng giàu S nên đất có thể sinh ra phèn cục bộ. - Trường hợp 3 : Trong đất ít canxi, nhưng lại giàu S nên đất dễ sinh ra phèn và hàm lượng phèn sẽ cao. (CaCO3 < 3 lần hàm lượng S tổng số). Tuy nhiên sự hữu hiệu của CaCO3 trong quá trình hình thành phèn và cải tạo đất phèn còn phụ thuộc vào môi trường đất, nước, chính xác hơn là còn phụ thuộc vào sự có mặt của khí Cacbonic (CO2). Vì trong dung dịch đất và nước, nếu hàm lượng CO2 càng cao thì càng tạo ra nhiều Ca ( HCO3) 2 theo phản ứng sau: CO2 hoà tan vào nước H2O + CO2 → H2CO3 H2CO3 + CaCO3 → Ca (HCO3 )2 Vì Ca(HCO3 )2 dễ tan trong nước và dễ rửa trôi vì vậy đất trầm tích vẫn thiếu canxi mặc dù trong nước mặt vẫn có canxi hoà tan Phân loại đất phèn và đặc tính lý-hóa của đất phèn Phân loại đất phèn là vấn đề rất phức tạp, không chỉ đối với Việt Nam mà cho cả các nước khác trên thế giới. Có nhiều quan điểm và trường phái về phân loại đất phèn. Trên thế giới hiện nay có các bảng phân loại Nga, của FAO, cuả Mỹ, của Hà Lan và của Pháp. Đồng thời còn tùy thuộc vào mục đích sử dụng và cải tạo mà người ta phân loại đất phèn theo các cách khác nhau. Đất phèn được xác định bởi sự có mặt trong phẫu diện 2 loại tầng chẩn đoán: - Tầng sinh phèn (Sunfidic horizon) - Tầng phèn (Sunfuric horizon) Đất chỉ có tầng sinh phèn gọi là đất phèn tiềm tàng, đất chỉ có tầng phèn hoặc cả 2 tầng gọi là đất phèn hoạt động. Phân loại của nhân dân vùng đất phèn Nhân dân vùng đất phèn Nam Bộ xếp loại đất phèn theo kinh nghiệm sản xuất và đặc trưng hình thái của đất phèn hoặc theo phẫu diện đất phèn. Phèn nóng: Chủ yếu do sunphat sắt FeSO4 , Fe2(SO4)3 tạo thành, ít nhôm và sunphat nhôm. Mức độ độc hại loại phèn này ít hơn so với phèn nhôm. Trên mặt nước ở ruông, ở kênh thường có một lớp váng vàng . Váng vàng này dính vào tay chân khi làm ruộng, thường gây ngứa và dễ gây mục quần áo. Phèn lạnh : Chủ yếu do sunphat Nhôm tạo nên Al2(SO4)3, loại này độc hại hơn phèn nóng. Nước trên ruộng và trong kênh mương ở khu vực đất phèn này trong suốt (nhìn thấy đáy kênh mương). ở những vùng này, trong vụ hè thu, nếu không đủ nước tưới dễ bị “xi” phèn gây chết lúa và cây cối. Các loại động thực vật rất khó sống và phát triển ở vùng này. Phèn đỏ : Một số vùng ở miền tây gọi là phèn đỏ, về bản chất phèn đỏ cũng như phèn nóng, do Sunphát Sắt và Oxyt sắt ngâm nước gây nên. Nước trên ruộng thường có váng vàng đỏ ánh trên mặt. Mức độ độc hại không cao. Phèn trắng : Về bản chất phèn trắng giống như phèn lạnh, do Sunphát nhôm gây nên. Ở những vùng phèn nhiều và thiếu nước vào cuối mùa khô, muối Al2(SO4)3 bốc lên mặt và kết tinh thành những hạt muối tròn có đường kính vài milimét dính với nhau thành từng cụm, khi ẩm thì nhờn trơn, khi khô thì dòn, nhẹ, dễ vỡ, dễ tan vào nước. Ở những vùng đất phèn xuất hiện loại muối này trên mặt đất vào cuối mùa khô tức là đã đạt đến đỉnh cao của sự độc hại, vào những trận mưa đầu mùa nếu lượng mưa không đủ lớn để rửa trôi và đưa muối này ra những kênh lớn hoặc thấm xuống tầng sâu mà đọng lại ở một số vùng trũng, thấp thì nước rất trong, nhưng rất độc hại. Trâu bò, lợn gà uống phải nước này dễ bị chướng bụng và có thể dẫn đến tử vong. Phèn đen : Những vùng phèn có tầng hữu cơ lẫn lộn với hợp chất phèn thường gặp ở những vùng trũng hoặc vùng rừng U minh. Phẫu diện thường có mầu đen, mức độ phèn phụ thuộc vào môi trường nước xung quang và đặc điểm về nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm. Diện tích loại đất này không lớn, mức độ phèn cũng không như loại phèn trắng và phèn lạnh.
Đặc tính lý – hóa vùng đất phèn a. Lý tính vùng đất phèn Thành phần cơ giới Thành phần cơ giới đất phèn Nam Bộ thường có tỉ lệ sét cao 50 - 65%. Thông thường ở các tầng sâu tỉ lệ sét cao hơn. Tuy nhiên, có thể xếp chung thành phần cơ giới của đất phèn Nam bộ là sét đến sét nặng. Thành phần cơ giới nặng (sét cao) của đất phèn gắn liền với quá trình hình thành của nó. Đất phèn lắng tụ trong phù sa biển, mà biển ở đây do bồi đắp của phù sa sông Cửu Long dòng chảy chậm, nguồn đưa đi xa (từ Campuchia, Lào, thậm chí từ Tây Tạng - Trung Quốc), nên vật liệu được mang về bồi đắp lên vịnh hoặc biển cũ thường rất mịn. Thành phần rất mịn này đã tạo nên tỉ lệ sét cao, thành phần cơ giới nặng. + Đặc điểm này cũng ảnh hưởng đến quá trình hình thành phèn và gây nhiều khó khăn cho quá trình sử dụng và cải tạo đất phèn. + Thành phần cơ giới của đất phèn thuộc đồng bằng Bắc Bộ thường có hàm lượng sét cao hơn các loại đất khác ở khu vực, nhưng vẫn nhỏ hơn ở đồng bằng Nam Bộ Thành phần cấu tạo của sét Bằng phương pháp nhiễu xạ quang tuyến X, năm 1976 xử lý 2 mẫu đất ở khu thí nghiệm trường Đại học Cần Thơ, Huỳnh Công Thọ và Kazahido (Nhật) đã cho biết: thành phần khoáng sét ở các tầng đất của phẫu diện đều giống nhau và có các loại: Khoáng Illite: Đây là một khoáng chủ yếu trong thành phần sét của đất và được nhận biết bởi các đỉnh của cấu trúc có độ dài 10Ao, 5Ao, 3,3Ao. Khoáng Kaolinnite loại có số lượng tương đối sau Illite nhận biết bởi các đỉnh 7,1A0 , 3,56 Ao . Tính trương co của đất phèn Các kết quả nghiên cứu cho thấy độ trương co của đất phèn phụ thuộc nhiều vào tỉ lệ sét, hàm lượng hữu cơ và độ ẩm trong đất được ghi nhận ở bảng 17. Bảng 17
Qua bảng thấy: tính trương co của đất phèn rất lớn do hàm lượng sét cao và hàm lượng hữu cơ lớn. Khi khoáng sét mất nước sẽ co lại. Mặt khác, khi chất hữu cơ mất nước, cũng teo lại đã làm cho tỷ lệ co của đất này lớn. Như vậy, nguyên nhân của sự trương co lớn có liên quan trực tiếp đến hàm lượng hữu cơ và hàm lượng sét trong đất. Tính trương co của đất phèn có thể làm cho cây trồng bị đứt rễ khi đất cạn nước và có liên quan đến công tác thủy lợi như xây dựng công trình, nứt nẻ bờ kênh, mất nước trên kênh, vỡ kênh và hiện thẩm lậu của nước trong ruộng phèn... Hóa tính vùng đất phèn Nói đến đất phèn, thường người ta nói đến tính chất hoá học, vì tính chất hoá học đóng vai trò quyết định đất phèn hay không phèn và mức độ phèn. Nó còn quyết định đến năng suất và phẩm chất cây trồng, quyết định số lượng và chất lượng phân bón cần thiết, loại cây trồng, biện pháp thủy lợi và môi sinh. Nghiên cứu về tính chất hoá học của đất phèn có tầm quan trọng đặc biệt trong việc sử dụng, cải tạo đất phèn. Hàm lượng các chất trong đất phèn: - Lượng tổng số : Lượng toàn bộ có trong đất, có thể chất đó ở dạng hợp chất hay đơn chất, hữu cơ hay vô cơ, dễ tan hay không tan. - Lượng dễ tiêu : Lượng của một chất nào đó, có khả năng dễ tan vào dung dịch đất để cây trồng có thể sử dụng được. -Ion trao đổi : hàm lượng các ion và cation trao đổi trong phức hệ hấp thụ đất Thành phần hoá học của các chất trong đất phèn rất dễ thay đổi theo thời gian và các điều kiện bên ngoài như : nước ngập hay cạn, bón vôi hay không bón, để trống hay có cây che phủ, lên liếp hay để nguyên ... Các chất trong đất phèn Canxi trong đất phèn Canxi trong đất được giải phóng từ các nguồn đá vôi CaCO3 tạo thành dạng CaSO4.2H2O hoặc CaCl2 trong đất phèn. Vai trò của canxi trong đất phèn được thể hiện rất rõ nét qua việc trung hoà Axit H2SO4, được tạo ra trong quá trình Oxy hoá như đã trình bày ở phần vai trò của vôi đối với sự hình thành đất phèn, ngoài ra canxi còn có tác dụng làm tăng năng xuất và phẩm chất cây trồng. Nhưng cần lưu ý rằng trong điều kiện yếm khí, giàu CO2 thì CaCO3 được tạo thành cacbont Canxi. CaCO3 + CO2+ H2O → Ca (HCO3) 2 rất linh hoạt, dễ bị rửa trôi. Manhê (Mg+2) trong phèn Manhe (Mg+2) trong đất phèn Manhê thường đi kèm với canxi. Tuy nhiên những hợp chất của Mg+2 bền hơn là hợp chất của Ca+2 và ở trong đất manhê thường ở dạng MgSO4, trong đất phèn mặn có cả MgCl2. Vì Mg+2 có nhiều trong nước lợ, nước biển nên những vùng đất phèn có ảnh hưởng của thủy triều, đều có Mg+2. Khi Mg+2 tăng độ phèn có thể giảm, nhưng vai trò của nó thấp hơn canxi. Clay-Al + Mg 2++Na+ → clay - Mg, Na +Al3+. Khi pH trong đất cao nhôm sẽ bị kết tủa theo phương trình sau: Al3+ + 3H2O →Al(OH)3 + 3H+. Lượng Mg+2 trao đổi ở đất phèn thường cao hơn Ca+2 khoảng 0,1- 17 lđl/100g. Cũng như canxi, manhê có ít ở đất phèn nhiều còn ở đất phèn mặn và phèn tiềm tàng ven biển, giàu manhê hơn. Manhê cần cho cây trồng, ở đất phèn không có biểu hiện thiếu manhê. Natri trong đất phèn Về mùa khô, Na+ bốc lên mặt tạo thành một lớp muối NaCl trên lớp bùn mỏng, khô cong, nứt nẻ, nên mặt đất khô có nổi lên những lấm tấm li ti trắng đục của muối. Sự có mặt của Na+ hạn chế sự ảnh hưởng của các ion phèn như Al+3, Fe+2, Fe+3 và tạo nên NaOH, làm pH tăng lên, tức là hạn chế bớt phèn. Tuy nhiên, lượng Na+ quá lớn thì sẽ tạo nên phèn mặn và có thể tạo nên Na2CO3. Chất này ở phạm vi 0,1% đã hạn chế sự sinh trưởng của cây, nếu trên 0,2% nhiều cây trồng bị chết. Trong một số trường hợp người ta dùng nước mặn để tưới cho đất phèn, làm giảm hàm lượng phèn trong đất. Tuy nhiên điều này không nên thực hiện thường xuyên vì sẽ làm đất trai cứng, rồi không thể canh tác được. Ở vùng phèn mặn có thể Natri sẽ tham gia phản ứng hoá học : 2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O hoặc : NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + HCl Và phản ứng trực tiếp : Na2SO4 + 2C → Na2S + 2CO2 Na2S + 2H2CO3 → 2NaHCO3 + H2S 2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O Na2CO3 được tích lũy và sẽ gây độc. Tuy nhiên điều này không xảy ra ở vùng đất phèn. Chỉ xảy ra ở đất mặn hoặc mặn phèn. Ở đất phèn nhiều có thể Na là dinh dưỡng có tác dụng hạn chế ảnh hưởng của Al3+, Fe, nâng cao pH và cải tạo đất phèn nhưng ở đất phèn mặn Na lại là yếu tố hạn chế sự phát triển của cây trồng. Lân (P2O5) trong đất phèn Lân trong đất có nhiều dạng : Lân hữu cơ và lân vô cơ hoặc lân đang hoà tan. Ví dụ dạng PO4-3. Lân hữu cơ là lân liên kết với chất hữu cơ. Đó là hợp chất lân trong thân thể vi sinh vật ở rễ cây. Trong hàng ngàn mẫu đất phèn, lượng lân tổng số ít, chỉ trong khoảng 0,01 - 0,05%. Nhưng đất phèn ít và phèn mặn, do pH cao, nên lân tổng số có cao hơn và có khi đến 0,1% trọng lượng đất khô. Nguyên nhân của sự có nghèo lân ở đất phèn vì pH thấp, độ hoà tan và tái tạo của lân yếu. Mặt khác, lân vô cơ trong đất chủ yếu là dạng photphat -canxi có khả năng thủy phân. Nhưng trong đất phèn đã nghèo canxi và một phần tạo thành hydroxyl Apatit Ca5(PO4)3OH, là một chất bền trong đất. Theo phản ứng : 7Ca3(PO4) 2+ 4H2O → Ca(H2PO4) 2 + 4Ca5(PO4) 3OH Hoặc là : 2H3PO4 + Al2(SO4) 3 → 3H2SO4 + 2AlPO4 2H3PO4 + Fe2(SO4) 3 → 3H2SO4 + 2FePO4 hoặc còn gặp dạng Al2(OH) 3PO4 và Fe2(OH) 3PO4 Nhôm Độc chất nhôm có hoá trị là +3 (Al+3). Trong dung dịch khi pH = 4,1 nhôm sẽ lắng tụ (điểm đó được gọi là điểm trầm lắng của nhôm). Trong môi trường axit H2SO4, Al+3 có khả năng di động mạnh. Nhôm trong đất phèn, một phần là sản phẩm của sự rửa trôi tích tụ, trong quá trình Feralit; phần chủ yếu do quá trình phèn hoá : sau khi đã có H2SO4, trong đất, H2SO4 liền tác dụng vào keo đất đã giải phóng ra Al+3 tự do, trong điều kiện đó pH giảm xuống 2- 3,5 trong dung dịch, Al+3 có thể ở dạng Al+3 tự do, cũng có thể liên kết với sắt, kali, và sunphat, tạo nên những sunphat sắt II và sunphát sắt III, nhôm lơ lửng trong nước, khi gặp những hạt bụi sét, sẽ kéo các hạt bụi này lắng xuống đáy ruộng đó cũng chính là nguyên nhân làm cho nước ở các vùng đất phèn nhôm rất trong. Trong các tầng đất phèn Al+3 thường rất cao và rất biến động. Có lúc từ vài chục ppm, rồi tăng cao đột ngột 500 - 1000 - 1500 và có khi trên 2000 ppm, khi pH giảm. Nhôm biến động rất phức tạp, tuy nhiên các nghiên cứu lại cho thấy nó có quan hệ khá chặt chẽ với pH ở trong đất. Sắt Sắt trong đất phèn có 2 hoá trị : Fe+2 và Fe+3 + Fe+2: Dễ tan trong nước và khi tan gây chua cho đất. Trong môi trường axit sunphuric, sắt di động mạnh, có thể ở các dạng Fe(OH)2, FeSO4, Fe2(SO4)3 hay Fe(HCO3)2, cũng có khi là hợp chất sắt hữu cơ. Khi pH vượt quá 4,5 thì Fe(OH)2 có hiện tượng trầm lắng trong dung dịch, và tan nhiều trong điều kiện pH ≤ 3,5. Trong dung dịch Fe+2 gây chua, sự tăng của Fe+2 làm giảm pH. Mối tương quan này không được chặt chẽ. So với Al+3 thì Fe+2 và Fe+3 cũng làm pH giảm, tuy nhiên Fe+2 và Fe+3 làm giảm pH chậm hơn so với Al+3 và nồng độ cao hơn mới làm pH giảm nhiều. Trong dung dich đất nhiều nhôm có thể làm pH hạ thấp tới 2,2, trong dung dịch nhiều sắt chỉ có thể làm cho pH hạ tới 2,5. Sắt trong đất có thể ở dạng FeS2 hay FeS dưới tầng Pyrit và có mặt trong các phản ứng khử. Trong tầng Jarosit, nó ở dạng KFe3(SO4)2(OH)6hay ở dạng Fe2(SO4)3.3H20, hay Fe2(SO4)3 và một số dưới dạng Fe(OH)3, FeO, Fe2O3. Nếu là hợp chất của Fe+3 có gốc lưu huỳnh thường có màu vàng “rơm”, nếu là oxyt hay hydroxyt Fe+3 sẽ có màu vàng xỉn của rỉ sắt. Trong đất lượng Fe+2 dễ chuyển thành Fe+3 khi có điều kiện oxy hoá (thoáng khí). Ngược lại Fe+3 sẽ chuyển thành Fe+2 khi ngập nước và yếm khí. Fe+3 trong Fe(OH)3 có chỉ số trầm lắng khi pH = 3,5. Nghĩa là ở pH ≥3,5. Fe(OH)3 đã có khả năng bắt đầu kết tủa. Tuy nhiên, khi trời nắng, thì sự kết tủa này ở pH cao hơn. Fe+3 là một ion kém linh động hơn Fe+2 và ít gây độc hơn. Trong rất nhiều mẫu phân tích, Fe+2 xuất hiện ở đất chua có khả năng nhiều hơn Fe+3 (còn dạng hợp chất thì ngược lại). Mối tương quan giữa pH và Fe2+ cũng như pH với Fe3+ không được chặt chẽ nhưng mối tương quan giữa pH với Fe lại khá chặt chẽ (xem đồ thị số 21) Sunphat (SO4-2 ) và lưu huỳnh (S) trong đất phèn Lưu huỳnh và sunphat là nguyên nhân đầu tiên gây ra đất phèn, hàm lượng tổng số S% trong tầng Jarosit hoặc tầng Pyrit (ở đất phèn tiềm tàng) là chỉ số để phân biệt đất phèn hoặc không phèn. Theo nhiều tài liệu công bố thì đất được gọi là đất phèn khi hàm lượng S tổng số ở trong đất lớn hơn hay bằng 0,7% (xem bảng 22).
Trong đất phèn lưu huỳnh có thể ở dạng FeS, FeS2, H2S, S tự do, dạng lưu huỳnh hữu cơ hoặc là dạng SO3, SO2 hay SO4-2 . Trong đó có dạng gây độc là H2S, SO3-2 , SO2 và SO4-2. Với một lượng nhỏ lưu huỳnh là dinh dưỡng cho cây (trong cây tích lũy từ 0,1 - 15% trong thực vật) và bình thường là 2,0 - 5,0%. Nếu vượt quá lượng này, sẽ gây độc cho cây. Sự gây độc của S không phải vì tính chất hoá học của S mà vì ngưng tụ cao của muối có hại cho đời sống (Presiman) và các hợp chất của nó ở các dạng Pyrite, Jarosite, axit sunphuaric. Có hai khái niệm lưu huỳnh tổng số : bao gồm tất cả các dạng lưu huỳnh, và lưu huỳnh dạng SO4+. Dạng này ta thường gặp khá nhiều. Nó có thể ở H2SO4 phân ly, FeSO4, Al2(SO4)3, hay dạng kết tủa Fe2(SO4)3. Pyrit Pyrit là hợp chất của lưu huỳnh và sắt, là sản phẩm của quá trình yếm khí dưới sự tác động của các vi sinh vật yếm khí. Quá trình Oxy hoá Pyrit sẽ tạo ra axit, gây chua cho đất và gây hại cho cây trồng, súc vật và con người. Sự tích tụ của pyrit trong đất được thực hiện trong điều kiện ngập nước, đất trầm tích trong nước mặn và có nhiều chất hữu cơ, nhiều vi sinh vật yếm khí có khả năng phân huỷ các chất hữu cơ làm cho các ion sunphat hoà tan trở thành sunphit, ion sắt III trở thành ion sắt II. Nguồn chính của các sunphat là từ nước biển (nước sông chứa rất ít sunphát hoà tan). Jarosit Jarosit là một hợp chất, là kết quả của quá trình oxyhoá sunphite và Pyrit (đã được trình bày phần cấu tạo đất phèn). Trong đất khi đã xuất hiện Jarosit tức là pH trong đất thấp, kéo theo việc tăng hàm lượng các độc tố gây hại cho cây. Trong thực tế không chỉ các độc tố Al3+, Fe3+, Fe+, SO42-, Cl-, H+ gây hại cho cây mà chính hợp chất Jarosit được hình thành cũng tham gia phá huỷ các bộ rễ của cây. Clo (Cl-) Trong đất phèn nhiều hiện tại thì Cl ít (< 0,1%), nhưng đất phèn mặn và phèn tiềm tàng, có thể Cl- còn rất cao. Nó có thể ở dạng muối ăn NaCl hoặc là HCl. ở những vùng ảnh hưởng của nước mặn cần xét đến tác hại của Cl-. Tuy nhiên, so với SO42- thì Cl- là chất linh động, dễ hoà tan và rửa trôi, nên việc thau rửa thuận lợi. Mối tương quan giữa các độc tố trong đất phèn Các phần trên chúng ta thấy sự biến động độc chất rất phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố. Tuy nhiên sự biến động đó, cũng có quy luật nhất định, nhiều tác giả đi sâu nghiên cứu các mối tương quan này và đã cho những kết quả khá trùng hợp nhau. Mối tương quan giữa các độc chất trong đất phèn đã dược thể hiện ở phần trình bày các độc tố và sự biến đổi của nó. ở đó chúng ta đã thấy mối tương quan giữa pH với nhôm III, với sắt, với sunphat... – ở đây xin trình bày kết quả nghiên cứu của viện nghiên cứu khoa học thủy lợi Nam Bộ, chuyên sâu về mối quan hệ giữa các độc tố trong đất phèn – nắm vững mối quan hệ này giúp chúng ta hiểu sâu sắc hơn về đất phèn và có những phương án thích hợp trong sử dụng, cải tạo và dự báo về đất phèn. Như vậy, nếu ta có một tác động nào đó làm giảm một độc chất thì có khả năng kéo theo sự giảm các độc chất còn lại (trừ một vài trường hợp). Mối tương quan giữa pH và hàm lượng S tổng số trong đất Kết quả nghiên cứu ở đất phèn tiềm tàng ở Niuziland và Gambia cho ta thấy mối quan hệ giữa pH trong các tầng đất tỷ lệ nghịch với hàm lượng tổng số S% trong tầng đất đó. ở các tầng Go (tầng mặt) do hàm lượng S nhỏ (Pyrit nhỏ) dù có tiêu nước (bị Oxy hoá) cũng không thể chuyển thành tầng Jarosit. ở tầng kế tiếp Gro hàm lượng S% có tăng nhưng không lớn – ở đây khi tiêu nước có thể xuất hiện Jarosit nhưng pH trong đất không hạ quá thấp được. ở tầng Pyrit (Gr) có hàm lượng S cao – 1%. Khi tiêu nước, quá trình oxy hoá xuất hiện, đất chuyển thành rất chua, pH trong đất hạ rất thấp. CHƯƠNG III ẢNH HƯỞNG CỦA Ô NHIỄM PHÈN LÊN HỆ SINH THÁI VÀ BIỆN PHÁP CẢI TẠO ĐẤT PHÈN Các tác động tích cực của đất phèn lên hệ sinh thái Nói chung đất phèn là một loại đất xấu, hầu như chỉ có những tác động tiêu cực đến hệ sinh thái, tuy nhiên nhờ có sự có mặt của đất phèn mà làm phong phú thêm những loại vi sinh vật trên hành tinh của chúng ta. Môi trường vùng đất phèn đã tạo điều kiện cho các hệ vi sinh vật phát triển, làm cho hệ sinh vật được phong phú, làm cân bằng hệ sinh thái. Đất phèn còn là môi trường sinh sống của rất nhiều loại vi sinh vật, mà chúng là thức ăn, cho những loại vi sinh vật có ích sinh sống và phát triển. 2. Các tác động tiêu cực của đất phèn lên hệ sinh thái 2.1. Tác nhân hoá học - Do trong đất, trong nước vùng đất phèn nặng và trung bình xuất hiện hàm lượng cao của các độc tố. Do việc dùng nhiều phân bón hoá học, thuốc trừ sâu, diệt cỏ và chất kích thích sinh trưởng, dẫn đến sự lan truyền độc tố từ vùng này sang vùng khác. Ngoài ra còn do phế thải của hoạt động công nghiệp cũng như sinh hoạt. - Do những vùng đất phèn nặng và trung bình: Khi xuất hiện những vùng phèn nặng và trung bình, các độc tố trong đất xuất hiện với hàm lượng cao thì chúng không chỉ xuất hiện và gây ảnh hưởng tại những vùng đất phèn, mà do ảnh hưởng của chế độ nước trong khu vực các độc tố sẽ lan truyền sang những khu vực lân cận: +Làm đất bị nhiễm chua, nhiễm mặn. +Tính chất hoá học của đất bị thay đổi. +Chất lượng nước bị thay đổi theo chiều hướng bất lợi.