Tổng quan và tài liệu
Khái quát về đất xám bạc màu miền Bắc Việt Nam
Việt Nam có tổng diện tích đất xám lên tới 19.970.642 ha, chủ yếu phân bố ở các vùng đồi núi, khu vực giáp ranh giữa đồi núi và đồng bằng, cũng như vùng phù sa cũ Đất xám được hình thành từ các quá trình tự nhiên như rửa trôi, tích lũy sắt (Fe), nhôm (Al), cùng với sự tích lũy chất hữu cơ và mùn, và quá trình 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
Khu vực Trung du Bắc Bộ, Đông Nam Bộ và Tây Nguyên có sự phân bố đa dạng về loại đất, trong đó nổi bật là đất xám có tầng loang lổ (Xl) thuộc loại Plinthic Acrisols (ACp) với diện tích 221.360 ha, và đất xám glây (Xg) thuộc loại 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 bổ hầu hết ở các tỉnh trong cả nước Bên cạnh đó, đất xám mùn (Xh) với diện tích 3.139.285 ha cũng được ghi nhận, đặc biệt ở những khu vực có độ cao trên 7000m.
Đất xám Acrilsols tại Việt Nam có đặc điểm chung là thành phần cơ giới nhẹ, độ pH thấp, độ no bazơ thấp và dinh dưỡng tổng số nghèo Những loại đất này thường có khả năng hấp thu kém và dễ bị rửa trôi các chất hòa tan Tuy nhiên, tính chất của từng loại đất xám có thể khác nhau tùy thuộc vào đặc điểm phát sinh học và nông học, cũng như loại đá mẹ và điều kiện khí hậu, sinh vật của từng vùng.
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 thiết yếu cho động thực vật bậc cao, tham gia vào nhiều enzym quan trọng như cytochrom coxidas và Cu-Zn superoxid dismutas, cũng như là trung tâm của hemocyanin, chất chuyên chở ôxy trong máu của cua móng ngựa Tiêu chuẩn đồng cho người lớn khỏe mạnh tại Mỹ là 0.9 mg/ngày, và đồng được vận chuyển chủ yếu trong máu bởi ceruloplasmin, được hấp thụ ở ruột non và vận chuyển tới gan qua albumin Bệnh Wilson xảy ra khi đồng không được bài tiết ra khỏi gan và mật, dẫn đến tổn thương n-o và gan nếu không điều trị Kẽm và đồng cạnh tranh trong hấp thụ, do đó, chế độ ăn uống dư thừa một trong hai có thể gây thiếu hụt chất 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 tự nhiên xuất hiện chủ yếu dưới dạng khoáng chất như azurit (2CuCO3·Cu(OH)2) và malachit (CuCO3·Cu(OH)2), cùng với các khoáng sản khác như chalcopyrit (CuFeS2), bornit (Cu5FeS4), covellit (CuS), chalcocit (Cu2S) và ôxit curit (Cu2O) Phần lớn đồng được khai thác từ các mỏ lộ thiên, trong đó có mỏ Chuquicamata ở Chile và mỏ El Chino ở New Mexico, nơi chứa ít hơn 1% đồng.
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 ra các muối màu lam hoặc lục lam Dưới điều kiện không bình thường, có thể hình thành trạng thái Cu +3 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, nền tảng 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, và sulfat đồng (II) CuSO4.5H2O, được biết đến với màu xanh lam, là hóa chất thường dùng nhất trong phòng thí nghiệm, chủ yếu dùng làm 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 rất độc, với chỉ 30g sulfat đồng có thể gây tử vong Đồng kim loại dạng bột dễ cháy, trong khi nồng độ đồng trong nước lớn hơn 1mg/lít có thể để lại vết bẩn trên quần áo Nồng độ an toàn của đồng trong nước uống cho con người dao động từ 1,5 đến 2 mg/lít Mức tối đa có thể chịu đựng về đồng trong chế độ ăn uống cho 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 Nriagu (1979a), ước tính khoảng 170 triệu tấn đồng sẽ được đưa vào sử dụng trong tương lai, gấp đôi so với hiện tại Sự gia tăng này trong việc cung cấp đồng, đặc biệt trong nhiều lĩnh vực khác nhau, là nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm môi trường.
Đồng trong đất không chỉ đến từ hàm lượng tự nhiên trong đá mẹ mà còn được bổ sung qua nhiều nguồn khác nhau Các hoạt động như đốt than đá, dầu, gỗ, và rác thải thành phố, cùng với khai thác mỏ và sản xuất kim loại, đều góp phần làm tăng lượng đồng trong đất Ngoài ra, ngành công nghiệp nặng, bao gồm mạ và gia công kim loại, cũng như việc thu gom và nghiền rác thải, đều là những nguồn chính Cuối cùng, sản xuất nông nghiệp, thông qua việc sử dụng phân bón chứa đồng, phân hữu cơ và thuốc diệt nấm, cũng đóng góp vào hàm lượng đồng trong đất.
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
Cu trong đất đã được nhiều nhà khoa học như McLaren và Crawford, McBride nghiên cứu chuyên sâu 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 đất ảnh hưởng mạnh đến điện tích bề mặt, do đó, sự hấp phụ Cu theo điện tích và pH là rất đáng kể, đặc biệt trong những loại đất có lượng khoáng với điện tích khác nhau.
Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng các loại đất khoáng có khả năng hấp phụ đồng (Cu) trong khoảng 30-1000 àmol/g, với lượng Cu hấp phụ cao nhất ở nhóm oxit sắt (Fe) và mangan (Mn), cũng như hyđrôxit nhôm (Al) và sắt không kết tinh, cùng các loại sét như montmorillonite, vermiculite và imogolite Harter [67] nhấn mạnh rằng mối quan hệ giữa sự hấp phụ Cu và tổng lượng bazơ trong đất mặt là rất đáng chú ý, trong khi ở các lớp đất nằm ngay dưới lớp đất mặt, sự hấp phụ Cu lại có liên quan chặt chẽ với lượng sét vermiculite.
Quá trình hút giữ và thay thế trong đất được gọi là sự hấp phụ không đặc trưng Một số khoáng chất như Hyđrôxit Al và Fe, cacbonat, phosphat, và sét silicat có khả năng giữ Cu trong đất ở dạng không thể khuếch tán, tạo thành phần cố định nhất của Cu trong môi trường đất.
Sự tạo phức và chelat là những phản ứng quan trọng quyết định trạng thái của Cu trong đất Khả năng giữ Cu của thành phần hữu cơ trong đất được nghiên cứu bởi nhiều tác giả, cho thấy rằng sự giữ Cu và khả năng hòa tan của nó phụ thuộc vào loại và lượng chất hữu cơ 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 tính toán được lượng Cu hấp phụ là 3,3g/kg axit humic Như vậy, mức độ 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 sinh khối vi sinh vật và chịu tác động của nhiều yếu tố như mật độ kim loại, tính chất đất và mùa vụ McBride và Blasiak cho rằng do ái lực lớn của Cu với sự tạo phức hữu cơ, các dạng Cu hữu cơ hòa tan có mặt trong hầu hết các dung dịch đất ở dải pH rộng Sự tạo phức hữu cơ của Cu ảnh hưởng đến tính sẵn có sinh học và sự di chuyển của Cu trong đất Các hợp chất có khối lượng phân tử thấp từ quá trình phân huỷ thực vật, chất thải động vật hay bùn nước thải có thể làm tăng tính sẵn có sinh học của Cu trong đất đối với 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) là hệ quả từ việc sử dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, và các chất thải công nghiệp, 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, ảnh hưởng đến chất lượng đất và sức khỏe môi trường.
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 các làng nghề tái chế kim loại Hàm lượng đồng trên lớp đất mặt giảm dần theo khoảng cách từ nguồn ô nhiễm Ô nhiễm Cu không chỉ ảnh hưởng xấu đến môi trường địa phương mà còn góp phần gây ô nhiễm không khí toàn cầu Chất ô nhiễm Cu từ bụi phóng xạ trong không khí có sự khác biệt lớn giữa các khu vực chuyên biệt, với giá trị cao nhất tại trung tâm châu Âu Theo Heindrichs và Mayer, lượng Cu trong không khí ở Tây Đức là 224g/ha/năm.