Bài giảng Hóa học môi trường

hụ thuộc vào giá trị pH, nồng độ và lực ion. Trong dung dịch, phân tử này đóng vai trò như một keo âm do sự ion hóa của các nhóm định chức axit. Axit fulvic là chất hữu cơ tan được cả trong axit và kiềm. Axit này chứa cacbon ít hơn và oxi nhiều hơn axit humic, còn các thành phần khác gần như tương tự. Nhóm định chức cacboxyl trong axit fulvic trội hơn trong axit humic do axit này có nhiều nhánh hơn (xem cấu tạo trong chương 2). Humin là phần chất hữu cơ đất không tan trong kiềm hoặc chất mùn. Chất này có cấu trúc gần giống axit humic nhưng có chứa ít nitơ hơn. Humin không tan là do liên kết với các khoáng như silicat và khoáng sét. 139 Trong thành phần của chất mùn còn có nhiều axit amin có tính axit, bazơ, trung tính và các axit amin chứa lưu huỳnh. Hợp chất mùn còn chứa một lượng nhỏ axit nucleic, các dẫn xuất của axit nucleic, clorophyl, sản phẩm thoái hóa của clorophyl, photpholipit và các vitamin. Trong quá trình mùn hóa (quá trình tạo thành mùn), vi sinh vật chuyển hóa các chất hữu cơ thành CO2 và lấy năng lượng sinh ra từ quá trình này. Ngoài ra, vi sinh vật còn liên kết nitơ với các hợp chất tạo thành trong quá trình phân hủy. Tỷ lệ nitơ/cacbon tăng từ 1/100 trong sinh khối thực vật tới 1/10 trong mùn khi quá trình mùn hóa kết thúc. Vì vậy, có thể thấy rằng, hợp chất mùn có chứa nhiều hợp chất có thành phần nitơ hữu cơ cao. Ngoài các hợp chất mùn điển hình nêu trên, còn tồn tại chất mùn không điển hình có nguồn gốc từ thực vật, động vật có vai trò trong phong hóa đá cung cấp chất dinh dưỡng cho cây. Đây chính là một nguồn bổ sung cho quá trình tạo thành mùn. Mặc dù chất mùn chỉ chiếm tỉ lệ nhỏ trong thành phần của đất, nhưng những hợp chất trong mùn có ảnh hưởng mạnh tới tính chất của đất: - Có thể giữ các nguyên tố vi lượng trong đất vì các chất trong mùn có khả năng liên kết mạnh với các ion kim loại. - Tạo thành các tác nhân đệm pH cho đất do có chứa các chất có tính axit, bazơ. - Làm tăng khả năng giữ ẩm cũng như khả năng hấp thụ các chất hữu cơ của đất do mùn liên kết được với các hạt đất. Bảng 3.5. Các loại hợp chất hữu cơ chính trong đất Loại hợp chất Thành phần Ghi chú Mùn Phần còn lại khó phân hủy của xác thực vật, thành phần chủ yếu gồm C, H và Đây là thành phần hữu cơ phổ biến nhất, cải thiện tính chất vật lý của đất, khả năng trao đổi chất dinh dưỡng, 140 O nơi lưu giữ lượng N sinh ra do cố định đạm Chất béo, chất nhựa và sáp Chứa chủ yếu các hợp chất C, H và O. Có thể chiết được bằng dung môi hữu cơ. Chiếm tỉ lệ nhỏ trong thành phần của hợp chất hữu cơ, có hại cho đất vì không thấm nước, có thể gây độc đối với câu trồng. Saccarit Xenlulozơ, tinh bột, chất gôm Là nguồn thức ăn chính của vi sinh vật, làm ổn định độ liên kết của đất. Hợp chất hữu cơ chứa nitơ Mùn chứa nitơ, amino axit, đường amino và các chất khác Cung cấp nitơ làm cho đất màu mỡ. Hợp chất chứa photpho Các este photphat, các photpho lipit, các axit phytic. Nguồn cung cấp P cho thực vật Chất hữu cơ trong đất thường nằm ở lớp đất trên cùng, ở những lớp đất phía dưới tỉ lệ của các chất hữu cơ thường rất thấp. Nguyên nhân là do ở những lớp đất mặt, số lượng vi sinh vật chứa trong đất lớn. Mặt khác, ở lớp đất trên cùng chứa nhiều khí hơn do tiếp xúc trực tiếp với không khí tạo điều kiện cho các vi khuẩn hiếu khí hoạt động mạnh. Chính nhờ hoạt động của vi sinh vật mà thành phần hóa học của lớp đất trên được thay đổi. 3.2. PHẢN ỨNG HÓA HỌC TRONG ĐẤT 3.2.1. Phản ứng tạo thành axit vô cơ trong đất Các phản ứng hình thành axit vô cơ trong đất thường bắt nguồn từ các loại khoáng. Ví dụ, khoáng pirit (FeS2) có trong đất sẽ bị oxi hóa thành axit sulfuric trong điều kiện thoáng khí. FeS2 + 7/2 O2 + H2O ⎯⎯→ Fe2+ + 2H+ + 2SO42- + 2 H2O Đây chính là phản ứng cơ bản, là nguồn gốc phát sinh của đất phèn (đất chua mặn, đất sulfat). 141 Các khoáng trên thường có nhiều ở vùng đất mặn ven biển. Nguyên nhân hình thành là do sự khử muối sunfat có nguồn gốc từ nước biển trong điều kiện yếm khí. Quá trình này xảy ra nhờ vi sinh vật khử sunfat. Na2SO4 + CH4 vi sinh vat khu sunfat ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ Na2S + CO2 + 2 H2O Na2SO4 + 4H2 vi sinh vat khu sunfat ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ Na2S + 4 H2O Na2S + CO2 + H2O ⎯⎯→ Na2CO3 + H2S Hiđro sulfua sẽ kết hợp với hợp chất sắt có trong đất, tạo thành sắt sulfua - FeS2 H2S + Fe(OH)2 + ½ O2 ⎯⎯→ FeS2 + 3 H2O Nếu môi trường thoáng khí thì FeS2 sẽ bị oxi hóa theo phản ứng trên tạo muối sắt và axit H2SO4. Trong điều kiện nhiệt đới, axit này sẽ phản ứng với các khoáng sét trong đất giải phóng muối Al2(SO4)3. Ion Al3+ do muối này điện ly ra rất độc hại với rễ của thực vật. 3.2.2. Phản ứng điều chỉnh độ pH của đất Thực vật chỉ có thể tồn tại và phát triển được trong các vùng đất có giá trị pH gần trung tính. Độ pH ảnh hưởng lớn tới hàm lượng các chất hòa tan trong đất, đặc biệt là các kim loại nặng. Với những loại đất có độ pH thấp (đất phèn) và đất có độ pH cao (đất kiềm), cần phải cải tạo để điều chỉnh độ pH của đất về giá trị hợp lý trước khi sử dụng để canh tác. Với đất chua người ta thường sử dụng phương pháp bón vôi hoặc CaCO3. {Keo đất}2H+ + CaCO3 ⎯⎯→ {Keo đất}Ca2+ + CO2 + H2O Đất có thể có môi trường kiềm ở những vùng có lượng mưa thấp do chứa các muối bazơ. Loại đất này có thể xử lý bằng muối nhôm hoặc sắt sulfat. Khi hòa tan các muối này vào nước nó sẽ thủy phân cho môi trường axit. 2Fe3+ + 3 −24SO + 6H2O ⎯⎯→ 2 Fe(OH)3 ↓ + 6H+ + 3 −24SO Ngoài phương pháp này người ta cũng có thể sử dụng lưu huỳnh để xử lý đất kiềm. Khi xử lý bằng lưu huỳnh, vi khuẩn có trong đất sẽ oxi hóa lưu huỳnh thành axit sulfuric. Đây là một phương pháp có hiệu quả về mặt kinh tế do lưu 142 huỳnh được sử dụng ở đây chính là sản phẩm phụ của quá trình tách S ra khỏi các nhiên liệu hóa thạch (đặc biệt là dầu mỏ nhằm làm giảm hàm lượng khí SO2 trong khí thải của động cơ – giảm ô nhiễm không khí). 3.2.3. Phản ứng trao đổi ion trong đất Trong đất có chứa keo đất mang điện tích âm, nên nó có khả năng hấp phụ và trao đổi các cation – đây là một trong những tính chất quan trọng của đất. Nhờ khả năng trao đổi cation mà trong đất tồn tại các ion đa lượng như kali, canxi, magie và các ion vi lượng khác cần cho sự phát triển của thực vật. Khi thực vật hấp thụ các cation kim loại, ion H+ sẽ đi vào và thế chỗ của các ion kim loại trong keo đất, ví dụ: {Keo đất}Mg2+ + 2 CO2 + 2 H2O ⎯⎯→ {Keo đất}2H+ + Mg2+ + 2 −3HCO Do ảnh hưởng của quá trình này nên các ion kim loại chứa trong đất sẽ bị rửa trôi bởi nước chứa axit cacbonic và đất sẽ bị chua hóa. Phản ứng trao đổi giữa cation hấp phụ của đất và cation của dung dịch muối xảy ra theo đúng tỉ lệ đương lượng. Khi đất hấp phụ một cation nào đó từ dung dịch thì nó có sẽ chuyển vào dung dịch một số lượng tương đương cation khác. Ví dụ: {Keo đất}Ca2+ + 2 KCl ⎯⎯→←⎯ {Keo đất}2K+ + CaCl2 Các phản ứng trao đổi cation là phản ứng thuận nghịch. Phản ứng phụ thuộc vào thành phần của đất, nồng độ dung dịch, thể tích, bản chất cation trao đổi và tính chất của đất. Khi bón các loại phân bón chứa KCl, NH4Cl, NaNO3vào đất sẽ xảy ra phản ứng tách các ion khác ra khỏi đất làm thay đổi thành phần, số lượng và nồng độ dung dịch đất. Các cation của muối đi vào các phản ứng hấp phụ trao đổi với keo đất, khi cây trồng đồng hóa một loại cation nào đó thì nồng độ của nó trong dung dịch giảm, do đó cation đó lại được chuyển vào dung dịch bằng cách trao đổi với ion H+ hay các cation khác trong dung dịch đất. 143 Phản ứng trao đổi ion trong đất xảy ra với tốc độ nhanh, cân bằng được thiết lập chỉ trong vòng một vài phút. Điều này được giải thích do quá trình trao đổi cation xảy ra chủ yếu trên bề mặt của các keo đất phân tán nhỏ. Các cation khác nhau được hấp thụ vào đất với tỉ lệ khác nhau phụ thuộc vào khối lượng nguyên tử và điện tích của nó. Khối lượng nguyên tử của nó càng lớn thì nó càng bị hấp phụ mạnh và bị tách ra khỏi đất càng khó. Vì vậy, năng lượng hấp phụ cation tăng theo hóa trị. Các cation hóa trị 2 và 3 mang điện tích cao, bởi vậy nó bị hấp phụ mạnh hơn so với cation hóa trị 1. Đối với các cation có cùng hóa trị, năng lượng hấp phụ cation tăng theo khối lượng nguyên tử của chúng. Li+ < Na+ < +4NH < K + < Rb+ Tuy nhiên, trong dãy ion trên có một ngoại lệ là ion +4NH có khối lượng nhỏ hơn (18 đvC) nhưng bị xếp trước ion Na+ (23 đvC). Điều này được giải thích do ảnh hưởng của kích thước cation làm giảm khả năng hiđrat hóa của chúng: Na+ = 0,098 (Ao) và +4NH = 0,143 (A o). Cation bị hiđrat hóa càng yếu thì bị kéo do bề mặt càng mạnh, nghĩa là sự có mặt của lớp màng hiđrat hóa làm giảm năng lượng hấp phụ cation. Khả năng hấp phụ cation của các cation hóa trị 2 và hóa trị 3 như sau: Mg2+ < Ca2+ < Co2+ Al3+ < Fe3+ Ion H+ là trường hợp đặc biệt, ion này có khối lượng bé nhất, nhưng lại có năng lượng hấp phụ lớn kéo theo khả năng tách các cation khác ra khỏi phức hệ hấp phụ lớn. Điều đó được giải thích rằng ion H+ trong dung dịch liên kết với các phân tử nước tạo thành ion hiđroxoni (H3O+). Đường kính của ion này là 0,135 Ao, bị hiđrat hóa thấp nhất, bởi vậy nó bị hấp phụ mạnh hơn các cation hóa trị 1, thậm chí cả cation hóa trị 2. Theo các tính toán chi tiết thì năng lượng hấp phụ của H+ bằng 4 lần so với Ca2+ và 17 lần so với Na+. Điều này giải thích vì sao đất rất dễ bị chua hóa khi trong thành phần của nước có chứa hàm lượng CO2 cao. Ngoài ra, 144 đất còn bị axit hóa do axit hữu cơ hòa tan, do quá trình thủy phân của muối nhôm. Trong các trường hợp này pH của đất có thể giảm xuống đến 4,5 hoặc thậm chí thấp hơn. Tổng lượng cation hấp phụ có khả năng trao đổi trong đất được gọi là dung tích hấp phụ và được tính bằng m∋g/100 g đất. Dung tích hấp phụ phụ thuộc vào thành phần của đất, hàm lượng tổng số phần tử keo trong đất và phản ứng của môi trường. Đất có nhiều phần tử phân tán nhỏ thì dung tích hấp phụ sẽ lớn. Đất sét và đất sét pha có dung tích hấp phụ lớn hơn đất cát và đất cát pha. Giá trị dung tích hấp phụ còn phụ thuộc vào lượng mùn trong đất, hàm lượng mùn càng lớn thì dung tích hấp phụ cation càng cao. Trong tất cả các loại đất, thành phần các cation hấp phụ có ảnh hưởng lớn đến tính chất lý – hóa của đất. Các cation còn làm keo tụ các keo đất, khả năng làm keo tụ của các cation phụ thuộc vào hóa trị và khối lượng nguyên tử. Các cation có điện tích càng cao làm keo tụ đất càng mạnh, lớn nhất là ion hóa trị 3, sau đó đến các ion hóa trị 2 và cuối cùng là ion hóa trị 1, ngoại lệ với ion H+ . Khả năng làm keo tụ các ion được sắp xếp như sau: Li+ < +4NH < Na + < K+ < Mg2+ < Ca2+ < H+ < Fe3+ < Al3+ Tác dụng keo tụ làm cải thiện cấu trúc đất cũng như cải thiện tính chất lí – hóa của đất. Bên cạnh đó, thành phần cation hấp phụ trao đổi ảnh hưởng rất nhiều đến độ phì của đất khi bón các loại phân khoáng và cải tạo đất. Thành phần các cation hấp phụ trong đất là nguồn dinh dưỡng cho cây trồng, chúng bị giữ lại trong keo đất và không bị rửa trôi, đồng thời được trao đổi rất dễ vào dung dịch đất để cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. 3.3. SỰ XÓI MÒN VÀ THOÁI HÓA ĐẤT Đất là một nguồn tài nguyên quý, rất nhạy cảm với các tác động từ môi trường. Hiện nay, các yếu tố môi trường tác động mạnh nhất đến nguồn tài nguyên đất là xói mòn do nước, do gió hoặc do ảnh hưởng từ việc canh tác không thích hợp hoặc do các yếu tố khí hậu, thời tiết. Các yếu tố trên tác động mạnh tới môi 145 trường đất làm mất tính năng sản xuất của đất, suy thoái môi trường đất và dẫn đến hậu quả là nhiều vùng đất rộng lớn trở nên khô cằn – sa mạc hóa. 3.3.1. Xói mòn đất Đất bị xói mòn mạnh do hai yếu tố: gió và nước. Xói mòn do gió xảy ra bất cứ khi nào đất bị khô, trống hoặc gần như trống, trọc và tốc độ gió vượt qua ngưỡng thì nó bắt đầu làm di chuyển các hạt cát. Các dạng di chuyển ở đây gồm di chuyển theo bề mặt trượt, di chuyển đột ngột và di chuyển lơ lửng. Các hạt đất và cát lớn thường di chuyển theo dạng trượt, lăn dọc theo bề mặt đất vì chúng có khối lượng khá lớn không thể bay lên cao khỏi bề mặt. Các hạt đất và cát nhẹ hơn được gió đẩy lên di chuyển đột ngột và lơ lửng trong không khí bởi luồng gió có phương thẳng đứng. Đất, cát di chuyển theo dạng trượt trên bề mặt và bằng cách nhảy cóc gây nên nhiều hậu quả tai hại tại chỗ, trong khi đó những hạt di chuyển đột ngột và lơ lửng lại có nhiều tác động ngoại vi khác ngoài khu vực. Ví dụ tại sa mạc Sahara, loại gió harmattan (gió khô) thường mang đi những lượng rất lớn bụi (bão cát) tới những vùng rất xa vào các tháng mùa khô. Những hiện tượng này xảy ra trong một thời gian rất ngắn (chỉ vài chục phút) nhưng gây ra những hậu quả cực kì tai hại. Cát bị gió thổi bay kéo theo hình thành và di chuyển các đụn cát, hậu quả là chúng xâm lấn đất trồng và đất ở. Những tai biến này kéo theo hiện tượng di dân do mất đất đai nhà cửa và các bệnh đối với con người về đường hô hấp. Xói mòn do gió tác động rất xấu tới lớp đất trên bề mặt giàu chất dinh dưỡng và khoáng chất, nếu không có các biện pháp bảo vệ thì lớp đất trên bề mặt bị phá hủy rất nhanh. Để hạn chế xói mòn do gió, người ta thường cho trồng những loại cây trồng phù hợp trên những vùng đất này. Thông thường, loài cây hay được trồng là cây bạch đàn, keo dậu hoặc các loại cây bản địa. Các loài cây này được trồng theo hàng đôi, hàng ba xung quanh các vùng đất trang trại để chắn gió và làm giảm hiện tượng xói mòn do gió. Ngoài tác dụng chắn gió, các loại cây trồng còn cung cấp cho đất một lớp thảm che phủ thực vật, tăng khả năng giữ nước và tăng lượng chất hữu cơ cho đất. 146 Hiện tượng xói mòn do gió thường gặp ở những vùng đất có khí hậu khô nóng và ít mưa. Ngược lại, xói mòn do nước thường xảy ra phổ biến và ở mức độ cao hơn. Người ta đã tính toán được mỗi năm sông Mississipi xói mòn hàng triệu tấn đất bề mặt và cuốn chúng ra biển. Theo số liệu thống kê được, khoảng một phần ba lượng đất trên tầng đất mặt của Mỹ đã bị xói mòn và cuốn trôi ra đại dương kể từ khi trên lục địa này bắt đầu có hoạt động canh tác. Nguyên nhân chủ yếu của tình trạng đất bị xói mòn là hoạt động canh tác không hợp lí. Xói mòn thường xảy ra mạnh ở các vùng đất trồng cây theo luống. Khoảng đất trống không được che phủ thực vật giữa các luống rất dễ bị nước mưa và gió cuốn đi. Bên cạnh đó, việc thâm canh liên tục trong nhiều năm, không dành thời gian cho quá trình tự khôi phục làm cho đất trở nên suy thoái cũng là một nguyên nhân làm cho đất bị xói mòn. Ở Việt Nam, xói mòn đất là loại hình gây thiệt hại nghiêm trọng hơn cả, làm cho đất trở nên nghèo, chua, khô, rắn và suy giảm sức sản xuất. Đất bị xói mòn mạnh chiếm 17% diện tích tự nhiên cả nước và 25% diện tích đất đồi núi, trong đó có 1,5% diện tích gần như đã mất khả năng sản xuất. So với các nước trong khu vực, Việt Nam đứng hàng thứ 5/10 nước Đông Nam á có xói mòn do nước ở mức trung bình cho đến cực kỳ nghiêm trọng. 3.3.2. Axit hóa môi trường đất Axit hóa môi trường đất là hiện tượng đất ngày càng bị chua hóa do các nguyên nhân tự nhiên và do hoạt động sản xuất của con người. Những nguyên nhân tự nhiên bao gồm: mưa axit, sự rửa trôi đất trong thời gian dài, hô hấp của vi sinh vật và trong thành phần của các chất hữu cơ phân hủy. Mưa axit làm nồng độ ion H+ trong đất và nước tăng lên rất nhanh. Ion H+ được bổ sung vào đất qua hiện tượng lắng đọng ướt (ion H+ thâm nhập vào đất cùng với nước mưa) và lắng đọng khô (do sự thâm nhập trực tiếp của SO2 và NOx). Bên cạnh đó còn xảy ra quá trình oxi hóa NH3 và ion +4NH cũng là một nguồn làm tăng nồng độ ion H+ trong nước. Người ta đã tính toán được, khối 147 lượng ion H+ được bổ sung từ các nguồn này có thể lên tới 0,8 – 4,1 kg H+/ha/năm (nguồn Rowell and Wild, 1985). Quá trình hô hấp của vi sinh vật cũng tạo ra khí CO2 hòa tan trong dung dịch đất và hình thành nên axit H2CO3. Các chất hữu cơ phân hủy trong đất tạo ra axit humic và fulvic cũng làm tăng hàm lượng ion H+ trong đất. Ngoài ra, các quá trình tự nhiên khác làm axit hóa đất còn bao gồm sự phát triển của thảm thực vật và quá trình nitrat hóa. Trong thời kì sinh trưởng và phát triển, thực vật hấp thụ các cation bazơ và thải ra ion H+ qua hệ rễ. Nitrat hóa là quá trình oxi hóa các hợp chất hữu cơ chứa nitơ, ví dụ oxi hóa +4NH thành nitrat và ion H + nhờ vi khuẩn nitrat hóa (nitrobacter). + 4NH + 3/2 O2 ⎯⎯→ −3NO + 4 H+ Tất cả các quá trình trên đều tạo ra ion H+ trong đất, ion H+ thay thế các ion bazơ trên bề mặt hấp phụ của keo đất và rửa trôi chúng, đặc biệt là trong những vùng có lượng mưa lớn hơn lượng nước bốc hơi. Các nguyên nhân axit hóa đất từ hoạt động sản xuất của con người bao gồm: - Việc sử dụng phân khoáng liên tục với liều lượng cao trong các hệ thống nông nghiệp. Ví dụ việc, bón các loại phân đạm sẽ làm tăng quá trình nitrat hóa, các ion −3NO trong đất lớn hơn nhu cầu sử dụng của cây trồng thì chúng sẽ bị rửa trôi. Hiện tượng chua hóa đất trồng trọt xảy ra mạnh mẽ ở vùng đồng bằng sông Hồng do sử dụng liên tục lượng phân bón vô cơ. - Do việc canh tác cây trồng không hợp lí, ví dụ việc trồng nhiều các loại cây rừng lá kim gồm thông các loại, sa mộcVì các loại cây này có độ che phủ mặt đất lớn, đặc biệt là khả năng giữ lại các chất ô nhiễm có tính axit từ khí quyển, sau đó giải phóng ra môi trường đất thông qua dòng nước mưa xuyên qua các tán lá và dòng chảy theo thân cây. Một nguồn axit nhân sinh quan trọng khác có trong đất và trong nước mặt là quá trình lắng đọng từ khí quyển. Các loại khí thải từ các hoạt động công 148 nghiệp, từ các phương tiện giao thông chứa hàm lượng SO2 và NOx cao. Các khí này hòa tan trong nước tạo thành các loại axit mạnh như H2SO4 hoặc HNO3 và lắng đọng xuống đất qua hiện tượng giáng thủy. Các axit trên phân ly rất mạnh trong nước và dung dịch đất làm cho pH của đất giảm xuống rất thấp SO2 + H2O ⎯⎯→ H2SO3 H2SO3 ⎯⎯→ H+ + −23SO SO2 + ½ O2 as mat troi⎯⎯⎯⎯→ SO3 SO3 2H O+⎯⎯⎯→ H2SO4 H2SO4 ⎯⎯→ 2H+ + −24SO 2 N2O + O2 ⎯⎯→ 4NO 4NO 22O+⎯⎯⎯→ 4NO2 4NO2 22H O+⎯⎯⎯→ 2 HNO3 + 2HNO2 HNO3 ⎯⎯→ H+ + −3NO HNO2 ⎯⎯→ H+ + NO2- Tại Việt Nam, kết quả phân tích thành phần hóa học của nước mưa tại các điểm Việt Trì, Láng, Cúc Phương, Phù Liễn, Ninh Bình và Thanh Hóa cho thấy đều có sự lắng đọng ướt cục bộ từ nước mưa. Ở quanh khu công nghiệp Việt Trì đã xuất hiện mưa axit gần như quanh năm và cục bộ tại các khu vực có các điểm công nghiệp tập trung. Có trận mưa pH = 4,37, có trận pH = 4,58. Đặc biệt, ở Phủ Liễn năm 1991 đã xuất hiện độ pH trung bình tháng của nước mưa là 5,2; 5,4; 5,5. Ở Cúc Phương năm 1990, từ tháng 1 đến tháng 10, pH của nước mưa đo được dao động trong khoảng 5,1 ÷ 5,91. Do cơ sở dữ liệu và lưới quan trắc ít lại chưa tiêu biểu nên chưa thể đánh giá đầy đủ về sự lắng đọng axít, nhưng điều chắc chắn là ở nước ta đã có dấu hiệu lắng đọng axít cục bộ. Cuối năm 1993 ở khu vực thị trấn Nhà Bè, các xã Phú Xuân, Phú Mỹ và một số xã lân cận đã xuất hiện một trận mưa diện rộng 100 km2 có màu đen lục và mùi hôi, hàm lượng nitrít khá lớn, có nhiều tạp chất hữu cơ, lượng cặn không tan cao và sơ bộ có thể khẳng định trận mưa này đã bị axít hóa. 149 Báo cáo hiện trạng môi trường Việt Nam 1997 và 1998 cũng khẳng định rằng, có dấu hiệu mưa axít ở Lào Cai và ở phía nam tại Minh Hải, Trà Vinh, thành phố Hồ Chí Minh và phụ cận, Bình Dương, Đồng Tháp. So sánh giữa năm 1997 và 1998 thì hiện tượng này đã gia tăng. Ở xung quanh Nhà máy supephôtphat Lâm Thao, đất đã bị axít hóa (pH = 1,9 ÷ 3,5). Bảng 3.6. Những qui định đối với tính chất của nước mưa pH Tính chất < 4,0 Mang tính axit nặng 4,0 ≤ pH < 4,9 Mang tính axit 4,9 ≤ pH < 5,5 Mang tính axit nhẹ 5,6 Trung tính 5,6 < pH < 6,0 Mang tính kiềm nhẹ 6,0 ≤ pH < 7,0 Mang tính kiềm pH > 7,0 Mang tính kiềm cao Tác hại lớn nhất của việc axit hóa đất là quá trình hòa tan các ion kim loại nặng trong đất, đặc biệt là kim loại nhôm. Nhôm hạn chế hay thậm chí làm ngừng sự phát triển của bộ rễ, và ảnh hưởng tới sự hấp phụ và trao đổi của các chất dinh dưỡng khác như là canxi và photpho. 3.3.3. Sa mạc hóa Sa mạc hóa là quá trình đất bị bạc màu, hạn hán, không còn khả năng canh tác và nuôi sống cây trồng. Ở nước ta thường xảy ra quá trình hoang mạc hóa (một dạng ở mức độ thấp của sa mạc hóa) là chủ yếu. Vùng Nam Trung Bộ với hai tỉnh có hiện tượng hoang mạc hóa nhiều nhất là Ninh Thuận và Bình Thuận. Các nguyên nhân gây ra hoang mạc hóa ở vùng này là xói mòn, rửa trôi, lũ lụt, hạn hán, xói lở bờ biển, mặn hóa do triều cường... Quá trình sa mạc hóa thường xảy ra ở những vùng khô hạn trên thế giới, với nguyên nhân chủ yếu từ các hoạt động của con người. Bên cạnh đó, việc chăn thả gia súc ăn cỏ nhiều cũng gây nên hiện tượng sa mạc hóa. Các vùng đất bị sa 150 mạc hóa do các hoạt động nhân tạo nhiều nhất trên thế giới hiện nay là Achentina, Sahara, Uzbekistan, vùng Tây Nam nước Mỹ, Syria và Mali. Có thể tóm tắt, sa mạc hóa là quá trình có liên quan đến rất nhiều yếu tố như: xói mòn, sự thay đổi thời tiết, tình trạng khô hạn kéo dài, giảm sự màu mỡ và hàm lượng mùn trong đất, thoái hóa các thành phần hóa học của đất. Trong các yếu tố đã nêu ở trên thì cũng không thể không kể đến hiện tượng phá rừng, phá rừng là một vấn nạn có liên quan trực tiếp tới tình trạng sa mạc hóa. Càng ở những nước nghèo thì hiện tượng phá rừng diễn ra càng mạnh, đặc biệt là ở những vùng rừng nhiệt đới – nơi có mặt của hầu hết các loài động thực vật trên trái đất. Nạn phá rừng gây ra sự tuyệt chủng của nhiều loài sinh vật quí, suy thoái đất do xói mòn, thất thoát chất dinh dưỡng của đất và lũ lụt ở hạ nguồn. 3.4. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT Theo quan điểm sinh thái học, đất là một nguồn tài nguyên tái tạo, là vật mang của nhiều hệ sinh thái trên trái đất. Con người tác động vào đất cũng chính là tác động vào các hệ sinh thái mà đất mang trên mình nó. Trong quá trình sinh hoạt, lao động và sản xuất, con người đã đưa vào đất nhiều chất thải và chất gây ô nhiễm. Các chất này không những đã gây ra tình trạng ô nhiễm đất mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng tới các nguồn nước tự nhiên, bao gồm cả nước mặt và nước ngầm. Vậy ô nhiễm môi trường đất được xem là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất bởi các chất gây ô nhiễm. 3.4.1. Khái quát chung Con người sử dụng đất có thể dẫn tới hư tại tới đất, do việc sản xuất ra rất nhiều chất ô nhiễm, làm giảm lượng chất hữu cơ trong đất, làm giảm độ phì của lớp đất bề mặt do hiện tượng xói mòn. Sự suy giảm các chất hữu cơ và giảm độ phì do hiện tượng xói mòn cũng như sử dụng đất vượt quá giới hạn đã gây ra các vấn đề trong nông nghiệp. Tuy nhiên, ô nhiễm môi trường đất đã trở thành một vấn đề bắt nguồn từ quá trình công nghiệp hóa. Các nhân tố vật lý và các yếu tố sinh học cũng có thể gây ra ô nhiễm đất, nhưng hầu hết các dạng ô nhiễm đất đều 151 được gây ra bởi các chất hóa học. Chất lượng đất được đánh giá dựa vào tiềm năng và thực tế sử dụng. Bên cạnh đó, đối với nông nghiệp, chất lượng sử dụng đất còn phụ thuộc vào thành phần của hai nhân tố là hàm lượng các kim loại nặng và dư lượng thuốc bảo vệ thực vật. Những chất thải này không những gây ra ô nhiễm đất ở các mức độ khác nhau mà còn gây ra ô nhiễm nước và ô nhiễm nước ngầm. Trong những nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm đất, có thể liệt kê ra đây một số nguyên nhân chính như sau: - Dân số ngày càng tăng làm cho nhu cầu về lương thực thực phẩm của con người tăng lên. Con người phải đẩy mạnh khai thác tài nguyên đất, chặt phá rừng, tăng cường quay vòng sản xuất, sử dụng một khối lượng lớn các loại phân bón hoá học và các hóa chất bảo vệ thực vật. Điều này đã làm cho đất bị giảm độ phì nhiêu, ô nhiễm nặng nề do dư lượng phân hoá học và hóa chất bảo vệ thực vật. - Do nhu cầu mở rộng các khu dân cư, đô thị hoá, phát triển các khu công nghiệp và mạng lưới giao thông. Đây là hoạt động rất tích cực cho phát triển kinh tế xã hội của các quốc gia. Nhưng do hoạt động quy hoạch không đồng bộ nên đã gây ra ô nhiễm nặng nề môi trường đất do chất thải sinh hoạt và chất thải công nghiệp. - Do con người tàn phá các khu rừng, làm đẩy mạnh quá trình rửa trôi và xói mòn... Do môi trường đất có những đặc thù riêng, và một số tác nhân gây ô nhiễm có thể cùng nguồn gốc nhưng lại gây những tác động bất lợi rất khác biệt. Vì vậy, việc phân loại theo tác nhân gây ô nhiễm đất sẽ phù hợp hơn với môi trường đất • Ô nhiễm đất do tác nhân hoá học: Bao gồm phân bón N, P (dư lượng phân bón trong đất), hóa chất bảo vệ thực vật (clo hữu cơ, DDT, lindan, aldrin, photpho hữu cơ v.v.), chất thải công nghiệp và sinh hoạt (kim loại nặng, độ kiềm, độ axit v.v...). • Ô nhiễm đất do tác nhân sinh học: Trực khuẩn lỵ, thương hàn, các loạ