Tổng quan và tài liệu
Khái quát về đất xám bạc màu miền Bắc Việt Nam
Việt Nam sở hữu tổng diện tích đất xám lên tới 19.970.642 ha, chủ yếu phân bố ở các khu vực đồi núi, vùng giáp ranh giữa đồi núi và đồng bằng, cũng như vùng phù sa cũ Đất xám hình thành từ nhiều quá trình tự nhiên, bao gồm rửa trôi, tích lũy sắt (Fe), nhôm (Al), chất hữu cơ và mùn, cùng với hiện tượng hoá chua.
Trong bảng phân loại đất năm 1996, nhóm đất xám đ−ợc chia ra 5 đơn vị:
Bảng 2.1 Các loại đất xám của Việt Nam Tên Việt Nam Tên Fao- Unesco Diện tích (ha) Phân bố Đất xám bạc màu
Trung du Bắc Bộ, Đông Nam Bộ và Tây Nguyên là những vùng có đất xám với các loại đất đặc trưng như đất xám có tầng loang lổ (Xl) thuộc Plinthic Acrisols (ACp) với diện tích 221.360 ha, và đất xám glây (Xg) thuộc Gleyic Acrisols (ACg) với diện tích 101.471 ha.
Trung du Bắc Bộ, Đông Nam Bộ và Tây Nguyên có diện tích đất xám feralit (Xf) lên tới 14.789.505 ha, phân bố chủ yếu ở hầu hết các tỉnh trong cả nước Bên cạnh đó, đất xám mùn (Xh) với loại đất humic acrisols (ACu) có diện tích 3.139.285 ha, thường xuất hiện ở những vùng có độ cao trên 7000m.
Đất xám Acrilsols tại Việt Nam có đặc điểm chung là thành phần cơ giới nhẹ, tính axit cao, độ no bazơ thấp, và mức dinh dưỡng tổng thể kém Những loại đất này thường có khả năng hấp thu thấp và dễ bị rửa trôi chất hòa tan Tuy nhiên, tính chất của từng loại đất xám có thể khác nhau tùy thuộc vào điều kiện phát sinh học và nông học, cũng như loại đá mẹ và khí hậu, sinh vật của từng khu vực.
Tổng quan các nghiên cứu về nguyên tố đồng
2.2.1 Giới thiệu về nguyên tố đồng Đồng là nguyên tố hoá học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cu và số nguyên tử bằng 29, khối l−ợng nguyên tử 63,546 đ.v và tên la tinh của Cu là cuprum Đồng là kim loại có màu vàng ánh đỏ, có độ dẫn điện và dẫn nhiệt cao Đồng là kim loại đ−ợc con ng−ời sử dụng sớm nhất khoảng 8000 tr−ớc công nguyên nh−ng dấu hiệu của việc luyện, nấu đồng và các sản phẩm là dụng cụ đồng thiếc ra đời khoảng 4000 năm trước công nguyên (theo Butts, 1980) [84] Đồng là vật liệu dễ dát mỏng, dễ uốn, vì vậy trong cuộc sống hiện đại đồng đ−ợc sử dụng rộng r-i trong sản xuất các sản phẩm: dây diện, que hàn đồng, tay nắm và các đồ vật khác trong xây dựng nhà cửa, đúc t−ợng, cuộn từ của nam châm điện, động cơ, đặc biệt là động cơ điện, ống chân không, đồ dùng nhà bếp, các loại nhạc khí, các hợp chất đồng sử dụng trong phân tích hoá học, trong thuốc bảo vệ thực vật, phân bón và sulfat đồng (II) sử dụng làm sạch nước
Trong sinh học, đồng là nguyên tố vi lượng quan trọng cho động thực vật bậc cao, xuất hiện trong nhiều enzym như cytochrom coxidas và Cu-Zn superoxid dismutas, đồng thời là trung tâm của hemocyanin, chất chuyên chở ôxy trong máu cua móng ngựa Theo tiêu chuẩn Mỹ, người lớn cần 0.9 mg đồng mỗi ngày, được vận chuyển chủ yếu trong máu qua ceruloplasmin và hấp thụ ở ruột non trước khi đến gan Bệnh Wilson xảy ra khi đồng không được bài tiết ra khỏi cơ thể, dẫn đến tổn thương n-o và gan Đồng và kẽm cạnh tranh trong quá trình hấp thụ, do đó, thừa một loại có thể gây thiếu hụt loại kia Nghiên cứu cho thấy những người mắc bệnh thần kinh như schizophrenia có nồng độ đồng cao hơn, nhưng mối quan hệ giữa nồng độ đồng và bệnh lý vẫn chưa rõ ràng.
Đồng trong tự nhiên chủ yếu tồn tại dưới dạng khoáng chất như azurit (2CuCO3·Cu(OH)2) và malachit (CuCO3·Cu(OH)2), cùng với các nguồn khác như chalcopyrit (CuFeS2), bornit (Cu5FeS4), covellit (CuS), chalcocit (Cu2S) và ôxit curit (Cu2O) Hầu hết đồng được khai thác từ các mỏ lộ thiên với hàm lượng đồng thấp hơn 1%, điển hình là mỏ Chuquicamata ở Chile và mỏ El Chino ở New Mexico.
Trong thực tế, có nhiều loại hợp kim của đồng, bao gồm hợp kim với thiếc và kẽm Đồng có hai trạng thái ôxi hoá chính: đồng (I) (Cu +1) ít ổn định và đồng (II) (Cu +2) ổn định hơn, tạo thành các muối màu lam hoặc lục lam Trong điều kiện không bình thường, trạng thái Cu +3 cũng có thể xuất hiện Hai ôxit đồng ổn định là ôxit đồng (II) (CuO) và ôxit đồng (I) (Cu 2 O), được sử dụng để chế tạo oxit yttri bari đồng, là cơ sở cho nhiều chất siêu dẫn dị thường.
Các muối đồng phổ biến bao gồm cacbonat đồng (II) CuCO3, một chất màu xanh lục thường xuất hiện trên các mái che bằng đồng Sulfat đồng (II) CuSO4.5H2O, với màu xanh lam, là hóa chất phổ biến nhất của đồng trong phòng thí nghiệm, được sử dụng chủ yếu như thuốc diệt nấm Ngoài ra, còn có một số muối đồng khác như clorua đồng (I) CuCl, clorua đồng (II) CuCl2 và sunfua đồng (II) CuS.
Các hợp chất của đồng là chất độc, với 30g sulfat đồng có khả năng gây tử vong Đồng kim loại dạng bột dễ cháy, và nồng độ đồng trong nước lớn hơn 1mg/lít có thể làm bẩn quần áo và đồ vật giặt trong nước đó Nồng độ an toàn của đồng trong nước uống cho con người dao động từ 1,5 đến 2 mg/lít, trong khi mức cao nhất có thể chịu đựng về đồng trong chế độ ăn uống đối với người lớn là 10 mg/ngày.
Tổng l−ợng đồng đ−a vào sử dụng trên thế giới từ cổ x−a đến năm 1980
Theo ước tính, khoảng 170 triệu tấn đồng sẽ được sử dụng trong tương lai gần, với lượng đồng được đưa vào sử dụng dự kiến sẽ tăng gấp đôi (Nriagu, 1979a) Sự gia tăng cung cấp đồng trong nhiều lĩnh vực khác nhau đã dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Đồng có mặt trong đất không chỉ từ hàm lượng tự nhiên trong đá mẹ mà còn do nhiều nguồn khác nhau như: đốt than đá, dầu, gỗ, rác thải đô thị, khai thác mỏ, hoạt động nấu kim loại, công nghiệp nặng (bao gồm mạ và gia công kim loại), thu gom rác thải, bùn thải từ cống rãnh, và các hoạt động nông nghiệp như sử dụng phân bón chứa đồng, phân hữu cơ, và thuốc diệt nấm.
2.2.2 Phản ứng của nguyên tố đồng trong đất với thành phần đất
Quá trình điều khiển sự cố định Cu gắn kết với các phần tử của đất có liên quan đến những hiện t−ợng sau:
2 Sự hút giữ và ng−ng kết
3 Sự tạo phức và tạo càng chelat vô cơ
4 Sự cố định do vi sinh vật
Cơ chế hấp phụ Cu và những vấn đề liên quan đến đặc tính lý hoá của
Nhiều nhà khoa học như McLaren, Crawford và McBride đã nghiên cứu sâu về khả năng hấp phụ ion Cu trong đất Tất cả các loại đất khoáng đều có khả năng hấp phụ ion Cu từ dung dịch, và đặc tính này phụ thuộc vào điện tích bề mặt của chất hấp phụ pH của đất có ảnh hưởng mạnh mẽ đến điện tích bề mặt, do đó, sự hấp phụ Cu theo điện tích và pH là yếu tố quan trọng, đặc biệt trong các loại đất có chứa nhiều khoáng chất với điện tích khác nhau.
Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng đất khoáng có khả năng hấp phụ đồng (Cu) từ 30-1000 àmol/g, với khả năng hấp phụ cao nhất ở các nhóm oxit Fe và Mn, hyđrôxit Al và Fe không kết tinh, cùng với các loại sét như montmorillonite, vermiculite và imogolite Harter cho rằng mối liên hệ giữa sự hấp phụ Cu và tổng lượng bazơ trong đất mặt là đáng chú ý, trong khi ở các lớp đất nằm ngay dưới lớp đất mặt, sự hấp phụ Cu lại gắn chặt với lượng sét vermiculite.
Quá trình hấp phụ không đặc trưng bao gồm hút giữ, ngưng kết và thay thế, trong đó một số khoáng chất đất như Hyđrôxit Al và Fe, cacbonat, phosphat và sét silicat có khả năng giữ Cu trong đất ở dạng không thể khuếch tán Đây là phần cố định nhất của Cu trong đất.
Sự tạo phức và chelat là những phản ứng quan trọng trong việc điều khiển trạng thái của Cu trong đất Khả năng giữ Cu của thành phần hữu cơ trong đất đã được nhiều nghiên cứu đề cập, cho thấy rằng lượng và loại chất hữu cơ ảnh hưởng lớn đến khả năng giữ và hòa tan Cu Nghiên cứu của Stevenson và Fitch chỉ ra rằng lượng Cu 2+ lớn nhất được giữ lại để tạo thành axit humic và fulvic tương ứng với sự hấp phụ từ 48 đến 160 mg Cu trên mỗi gram axit humic Theo Sapek, khả năng hấp phụ tối đa của đất than bùn – phân chuồng dao động từ 130 – 190 me/100g đất, trong khi Ovcharenko và cộng sự ước tính lượng Cu hấp phụ là 3,3g/kg axit humic Do đó, sự hấp phụ Cu phụ thuộc vào đặc tính lý hóa của các chất hữu cơ trong đất.
Vi sinh vật đóng vai trò nổi bật trong việc giữ Cu ở lớp đất mặt L−ợng
Cu được giữ lại trong đất nhờ vào sự biến đổi của sinh khối vi sinh vật, chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như mật độ kim loại, tính chất đất và mùa vụ McBride và Blasiak cho rằng ái lực lớn của Cu với việc tạo phức hữu cơ giúp các dạng Cu hữu cơ hòa tan tồn tại trong hầu hết các dung dịch đất ở nhiều mức pH Sự hình thành phức hữu cơ của Cu có tác động đáng kể đến tính sẵn có sinh học và khả năng di chuyển của Cu trong đất Các hợp chất có khối lượng phân tử thấp được giải phóng trong quá trình phân huỷ thực vật, chất thải động vật hoặc từ bùn nước thải có thể làm tăng tính sẵn có sinh học của Cu trong đất cho cây trồng.
2.2.3 Ô nhiễm đất do nguyên tố Cu và ảnh hưởng của Cu đối với cây trồng
* Ô nhiễm đất do nguyên tố Cu
Ô nhiễm đất do đồng (Cu) xảy ra từ việc sử dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, chất thải công nghiệp và đô thị, cũng như từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp Các nguồn thải này góp phần làm gia tăng mức độ ô nhiễm trong môi trường đất.
Ô nhiễm đồng (Cu) trong đất chủ yếu xuất phát từ quá trình ăn mòn của các vật liệu hợp kim như ống dẫn và dây điện, với nguồn ô nhiễm chính đến từ các nhà máy luyện kim màu và làng nghề tái chế kim loại Hàm lượng đồng trên bề mặt đất giảm dần theo khoảng cách từ nguồn ô nhiễm Ô nhiễm đồng không chỉ ảnh hưởng xấu đến môi trường địa phương mà còn góp phần gây ô nhiễm không khí toàn cầu Nồng độ chất ô nhiễm đồng trong không khí biến đổi giữa các khu vực chuyên biệt, với giá trị cao nhất ở trung tâm châu Âu; theo Heindrichs và Mayer, lượng đồng trong không khí ở Tây Đức đạt 224g/ha/năm.