MỞ ĐẦU 1. Tính c p thi t c tài - hus.vnu.edu.vnhus.vnu.edu.vn/sites/default/files/AnnFiles/TVCuong-Tom tat LA 21.5... · Đất xám bạc màu có thành phầ Fơ JLới

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Trong canh tác nông nghiệp, việc lạm dụng thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật, bón phân không

hợp lý…đã tạo cơ hội cho chất gây ô nhiễm, đặc biệt là hàm lượng kim lọai nặng tích lũy dần trong đất qua

các mùa vụ. Bên cạnh đó, phần lớn đất nông nghiệp ở nước ta là đất bạc màu, với đặc tính chua, nghèo kiệt

chất dinh dưỡng, dung tích hấp thu thấp, thường khô hạn và chai cứng, đất lại dễ bị tác động bởi quá trình

xói mòn, rửa trôi. Điều này càng làm suy giảm sức sản xuất của đất, giảm năng suất cây trồng, ảnh hưởng

trực tiếp tới chất lượng nông sản. Do đó, cần có những biện pháp cải tạo và xử lý ô nhiễm trong đất.

Thực tế hiện nay, do điều kiện kinh tế phát triển và sản xuất nông nghiệp bằng cơ giới hóa, từ đó thói

quen sử dụng phụ phẩm cây lúa của người dân đã thay đổi dẫn đến dư thừa một lượng rất lớn, chúng không

được quản lý tốt ở khắp các vùng miền ở Việt Nam. Tình trạng vứt bỏ rơm rạ, trấu ở trên đồng ruộng, kênh

rạch dẫn đến việc phân hủy chất hữu cơ tạo ra khí metan, ô nhiễm không khí, sự phân hủy chất hữu cơ làm

rửa trôi photpho, kim loại nặng trong môi trường đất gây ô nhiễm nguồn nước. Ngoài ra, việc đốt rơm, rạ

không những gây ô nhiễm môi trường, làm gia tăng khí nhà kính trong khí quyển mà còn ảnh hưởng tới sức

khỏe con người.

han sinh học là sản phẩm được nhiệt phân yếm khí từ các loại sinh khối hữu cơ giàu các on

và có nhiều tác dụng trong sản xuất và đời sống. hông phải ngẫu nhiên mà than sinh học được các nhà khoa

học ví như “vàng đen” của ngành nông nghiệp. Sự đề cao này xuất phát từ những đặc tính ưu việt của than

sinh học trong việc cải thiện tính chất đất và nâng cao suất cây trồng. Ngoài ra, than sinh học có thể tồn tại

nhiều năm trong đất với cấu tr c tơi xốp, diện tích ề mặt lớn và độ hấp phụ các chất cao nhờ đó còn được sử

dụng để xử lý ô nhiễm trong môi trường đất và môi trường nước bởi các tác nhân như: kim loại nặng, thuốc

trừ sâu, thuốc diệt cỏ,…

Xuất phát từ những yêu cầu khoa học và thực tiễn nêu trên, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng than sinh

học từ phụ phẩm cây lúa để cải tạo môi trường đất xám bạc màu” được tiến hành.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Luận án này được tiến hành với những mục tiêu sau đây:

- Đánh giá được khả năng cố định LN trong môi trường đất bạc màu của TSH.

- Đánh giá được khả năng ứng dụng TSH từ phế phụ phẩm cây l a để cải tạo tính chất đất xám bạc

3. Nội dung nghiên cứu

3.1. Nội dung 1. Phân tích, đánh giá tính chất lý hóa của đất xám bạc màu và TSH từ phụ

phẩm cây lúa.

3.2. Nội dung 2. Nghiên cứu khả năng cố định kim loại nặng của đất xám bạc màu khi được bổ sung

TSH.

3.2.1. Nghiên cứu khả năng xử lý kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) trong dung dịch môi trường

nước) của đất xám bạc màu sau khi bổ sung TSH theo thời gian, pH và nồng độ KLN.

3.2.2. Nghiên cứu khả năng cố định kim loại nặng Cu, P , Zn trong môi trường đất xám

bạc màu có bổ sung TSH ở các thời gian ủ khác nhau thông qua dịch chiết CaCl2 0,01M.

3.2.3. Nghiên cứu sự tích lũy kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) của thực vật trong trong môi

trường đất xám bạc màu có bổ sung TSH.

3.3. Nội dung 3. Nghiên cứu tác dụng ón cho đất xám bạc màu đến năng suất lúa và tính chất

đất.

2

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5.1. Ý nghĩa khoa học

Đề tài được thực hiện nhằm làm sáng tỏ khả năng cố định LN trong đất xám bạc màu sau khi

được bổ sung TSH từ phụ phẩm cây l a trong các điều kiện môi trường khác nhau. Đồng thời cung cấp cơ sở

dữ liệu về ứng dụng TSH trong cải tạo môi trường đất.

5.2. Ý nghĩa thực tiễn

Góp phần cải tạo môi trường đất xám bạc màu, sử dụng phế phụ phẩm sau trồng lúa bị dư

thừa, cải thiện tính chất lý hóa của đất, cố định LN và nâng cao năng suất lúa ở địa bàn nghiên cứu và địa

àn tương tự góp phần giảm phát thải khí nhà kính thông qua hoạt động bón TSH trả lại cho đất tăng cố

định các on trong đất).

5. Những đóng góp mới của đề tài

- Xác định được khả năng cải tạo và nâng cao một số tính chất lý hóa đất xám bạc màu của TSH sản xuất

từ phụ phẩm cây lúa.

- Xác định được khả năng cố định KLN của đất xám bạc màu có bổ sung TSH dưới tác động của một số

yếu tố môi trường như: p , thời gian, nồng độ các KLN và dung dịch chiết CaCl2 0,01M.

- Xác định được khả năng giảm hút thu KLN của đất xám bạc màu có bổ sung đối với cây rau

muống và hàm lượng bổ sung vào đất có thể gây tác hại đến sinh trưởng và phát triển của cây rau

muống.

- Ứng dụng thành công để nâng cao năng suất và cải tạo một số tính chất lý hóa của đất xám bạc

màu trồng lúa tại óc ơn, à Nội.

Chƣơng 1 - TỔNG QUAN

1.1. Tình hình sử dụng phụ phẩm cây lúa

1.1.1. Tình hình sử dụng phụ phẩm cây lúa trên thế giới

Nhu cầu gạo dự kiến sẽ vẫn mạnh mẽ trong vài thập kỷ tới do sự tăng trưởng kinh tế và dân số

ở các nước châu Phi và châu Á. Đến năm 2020, tổng lượng tiêu thụ gạo sẽ là 450 triệu tấn, tăng 6,6%

so với 422 triệu tấn vào năm 2007. Nhìn chung, ngành sản xuất lúa gạo sẽ vẫn duy trì ổn định trong

một thời gian dài, dẫn đến việc phụ phẩm từ cây lúa vẫn ở mức cao.

1.1.2. Tình hình thu gom và sử dụng phụ phẩm cây lúa ở Việt Nam

Với sản lượng l a ước tính năm 2013 của cả nước trên 40 triệu tấn, nếu tính tỉ lệ thu hoạch là 1,0 và

tỉ lệ giữa trọng lượng trấu trên trọng lượng hạt là 0,2 thì cả nước có trên 40 triệu tấn rơm rạ và trên 8 triệu tấn

trấu. Đây là một nguồn nguyên nhiên liệu rất lớn.

Hiện tượng đốt rơm rạ ngay trên đồng ruộng hiện nay đã lan ra khá phổ biến ở vùng đồng bằng sông

Hồng và đồng bằng sông Cửu Long. Biện pháp xử lý này vừa không đem lại hiệu quả kinh tế mà còn gây

lãng phí, làm ô nhiễm môi trường và trong tương lai gần có thể phải loại bỏ.

1.1.3. Ảnh hưởng của một số hình thức xử lý phụ phẩm cây lúa đến môi trường đất và chu trình

các bon

Hình thức đốt phụ phẩm có lợi trong việc dọn dẹp đồng ruộng nhanh chóng và có thể diệt mầm bệnh

của vụ trước cho vụ tiếp theo. Tuy nhiên, hình thức đốt có thể gây ra tác hại lớn đến môi trường đất, quá

trình đốt không chỉ làm gây ô nhiễm môi trường và gia tăng khí nhà kính CO2, CO, NOx,..) mà còn làm ảnh

hưởng đến môi trường đất. Vùi rơm rạ vào đất là việc hoàn trả lại cho đất một phần các nguyên tố dinh

dưỡng mà cây l a đã lấy đi từ đất. Ttuy nhiên điều này có thể bị ảnh hưởng bởi mầm bệnh từ vụ trước để lại.

3

Bên canh đó, rơm rạ tươi phân hủy trong điều kiện ngập nước thường sản sinh ra các axit hữu cơ gây ra ngộ

độc cho rễ lúa hay làm giảm khả năng hấp thụ dưỡng chất, ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và năng suất của

lúa.

rong môi trường đất ô nhiễm, các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến tính di động của KLN là

pH, chất hấp phụ, sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ và vô cơ, ao gồm cả axit humic và fulvic, các dịch

tiết từ rễ cây và chất dinh dưỡng. Phản ứng oxi hóa khử có thể huy động hoặc cố định các kim loại, tùy thuộc

vào từng kim loại và môi trường. Vì vậy, trong canh tác lúa, việc vùi phụ phẩm hoặc sử dụng phân compost

chứa nhiều chất hữu cơ trong môi trường ngập nước (có tính khử) có thể làm cho các kim loại nặng trở nên

linh động hơn.

1.2. Đất xám bạc màu

Đất xám bạc màu là tên gọi theo Việt Nam cho loại đất Haplic Acrisols (FAO- UNESCO) thuộc nhóm

đất xám. Đất xám bạc màu chủ yếu phát triển trên nền phù sa cổ, đá macma axit và đá cát, phân ố tập trung

ở Đông Nam ộ, Tây Nguyên và Trung du Bắc bộ

1.2.1. Sự phân bố, phân loại đất bạc màu.

Diện tích đất xám bạc màu của cả nước là khoảng 3 triệu ha. Nhóm đất xám bạc màu phân bố chủ

yếu ở Đông Nam ộ, Tây Nguyên và Trung du Bắc bộ.

1.2.2. Tính chất đất bạc màu.

Đất xám bạc màu có thành phần cơ giới từ nhẹ đến trung bình, dung trọng từ 1,30-1,50 g/cm3; tỷ

trọng 2,65-2,70; độ ẩm: tầng đất 50-70cm đến 250cm thường xuyên bằng 80-100% so với độ ẩm trữ cực đại

nhưng đất bị nén chặt nên mùa khô chỉ từ 21- 24%; độ xốp 43-45%; sức chứa ẩm đồng ruộng 27-31%; độ ẩm

cây héo 5-7%. Đất có phản ứng từ chua vừa đến rất chua, pHKCl phổ biến từ 3,0-4,5; hàm lượng mùn tầng đất

mặt từ nghèo đến rất nghèo (0,50-1,50%); các chất tổng số và dễ tiêu đều nghèo. Nghèo cation trao đổi (Ca++

+ Mg++

< 2 meq/100g đất ; độ no azơ và dung tích hấp thu thấp.

1.2.3. Kim loại nặng trong đất xám bạc màu

Hàm lượng kim loại nặng trong nhóm đất xám bạc màu ở Việt Nam đa số đều nằm dưới ngưỡng so

với QCVN 03:2008/BTNMT, mặc dù hàm lượng trung bình KLN của đất xám bạc màu đều ở ngưỡng cho

phép tuy nhiên ở một số khu vực bị ảnh hưởng của nước thải từ các làng nghề truyền thống, khu công nghiệp

và đô thị lớn đã thấy xuất hiện ô nhiễm kim lọai nặng vì vậy cần chú ý đến ô nhiễm đất và có các biện pháp

đề phòng.

1.2.4. Các biện pháp cải tạo và nâng cao độ phì nhiêu đất bạc màu

Có nhiều biện pháp cải tạo đất bạc màu đã được triển khai ứng dụng, mục tiêu của các biện pháp này

nhằm nâng cao độ phì nhiêu của đất và làm tăng năng suất cây trồng.

1.2.4.1. Biện pháp cày sâu

1.2.4.2. Bón vôi

1.2.4.3. Bón phù sa sông và đất đỏ

1.2.4.4. Biện pháp thủy lợi

1.2.4.5. Luân canh tăng vụ cây trồng

1.2.4.6. Tăng cường bón chất hữu cơ

1.3. Tổng quan về ô nhiễm kim loại nặng và các biện pháp xử lý

1.3.1. Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất.

4

1.3.1.1. Nguồn gốc tự nhiên

1.3.1.2. Nguồn gốc nhân tạo

+ Ô nhiễm do chất thải công nghiệp

+ Ô nhiễm đất do sản xuất nông nghiệp

1.3.2. Các dạng kim loại nặng trong đất

Kim loại được tìm thấy trong một hoặc nhiều trạng thái, như: 1 òa tan trong dung dịch đất; 2)

Chiếm giữ ở các vị trí trao đổi ở thành phần đất vô cơ; 3 ấp phụ trên các thành phần vô cơ của đất; 4) Kết

hợp với chất hữu cơ không hòa tan; 5 ết tủa ở dạng các chất rắn tinh khiết hoặc hỗn hợp; 6) Có mặt trong

cấu trúc của các khoáng vật thứ cấp; 7) Có mặt trong cấu trúc của khoáng sơ cấp.

1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự linh động hay cố định kim loại nặng trong môi trường đất

Các phản ứng trong môi trường đất, ví dụ acid/ azơ, kết tủa/hòa tan, quá trình oxy hóa/khử, hấp thụ

hoặc quá trình trao đổi ion có thể ảnh hưởng đến sự thay đổi nồng độ và tính linh động kim loại trong môi

trường đất. Độc tính, tính di động và phản ứng phụ thuộc vào đặc tính của từng kim loại và phụ thuộc vào

một số điều kiện như p , Eh, nhiệt độ, độ ẩm, các phức chất, cường độ ion, điều kiện oxi hóa khử, v.v...

1.3.4. Mối quan hệ giữa kim loại nặng trong môi trường đất và nước

Tính chất hóa học và tính chất vật lý của chất ô nhiễm ảnh hưởng đến sự di chuyển của kim loại

trong đất và nước. KLN tồn tại ở ba dạng trong kết cấu đất: các chất ô nhiễm hòa tan trong dung dịch đất,

chất ô nhiễm hấp phụ trên bề mặt đất và chất ô nhiễm cố định hóa học dạng hợp chất rắn. Các tính chất hóa

học và vật lý của đất sẽ ảnh hưởng đến các dạng kim loại và tính linh động của nó từ đó có thể lựa chọn công

nghệ phù hợp để xử lý.

1.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến hấp thu kim loại nặng vào thực vật

Khả năng dễ tiêu và hút thu KLN của thực vật bị ảnh hưởng bởi các đặc tính lý hóa của môi trường

đất như: p , hàm lượng khoáng sét, chất hữu cơ, CEC và hàm lượng LN trong đất. hông thường pH thấp,

thành phần cơ giới nhẹ, độ mùn thấp, thực vật hút KLN mạnh.

1.3.6. Một số phương pháp truyền thống xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng

- Phương pháp xử lý đất ô nhiễm LN ằng thực vật phytoremendiation

- Phương pháp đào và chuyển chỗ Dig and aul :

- Phương pháp cố định hoặc cô đặc ta ilization/ olidification

- Phương pháp thuỷ tinh hoá Vitrification

- Phương pháp rửa đất oil washing

1.3.7. Các phương pháp xử lý kim loại nặng trong nước

Xử lý LN trong nước được thực hiện các phương pháp phổ iến sau: ết tủa hóa học; rao đổi ion;

ấp phụ; Chất hấp phụ sinh học; Màng lọc; Đông tụ và keo tụ; uyển nổi và Công nghệ điện hóa,...

1.4. Tổng quan về sản xuất và ứng than sinh học

Trong những năm gần đây, ngày càng nhận được sự ch ý như là một cách tiếp cận thân thiện

môi trường, đặc biệt trong chiến lượnc giảm nhẹ biến đổi khí hậu. được định nghĩa là vật liệu giàu các

bon, cấp hạt mịn, xốp, được sản xuất bằng cách nhiệt phân từ sinh khối hữu cơ trong điều kiện oxy hạn chế

và ở nhiệt độ tương đối thấp (<700oC).

1.4.1. Đặc tính của TSH

Thông tin về các đặc tính lý hóa học của TSH rất hạn chế. Tuy nhiên tổng hợp từ nhiều nguồn TSH

cho thấy lượng thu được là 28,5%, hàm lượng car on trong là 79,6% và năng suất carbon là

49,9%. Các yếu tố chính quyết định đặc tính của TSH là: (1) loại chất hữu cơ dùng để nhiệt phân, (2) môi

5

trường nhiệt phân (ví dụ nhiệt độ, khí) (3) chất bổ sung trong quá trình nhiệt phân. Nguồn hữu cơ cung cấp

cho hun than có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng , hàm lượng dinh dưỡng và chất dễ tiêu.

1.4.2. Than sinh học cải tạo đất và nâng cao năng suất cây trồng

1.4.2.1. TSH cải thiện dinh dưỡng dễ tiêu cây trồng.

Bón TSH có thể làm tăng p và giảm nhôm di động trong đất chua, tại các vùng đất nhiệt đới bị

khoáng hóa mạnh thâm canh cao. Bón làm tăng p đất đối với rất nhiều loại thành phần cơ giới khác

nhau, mức tăng có thể lên tới 1,2 đơn vị pH.

1.4.2.2. TSH cải thiện khả năng giữ dinh dưỡng.

TSH không những cải thiện hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu mà còn tăng cả khả năng giữ dinh dưỡng

trong đất. Nếu trộn một lượng lớn TSH từ cây gỗ cứng vào đất thì CEC có thể tăng 50% so với đối chứng

nhưng với một lượng TSH nhỏ thì vẫn tăng CEC trong đất trong khi đó ón tro than hoặc tro ay thì cũng

không tăng khả năng giữ dinh dưỡng của đất.

1.4.2.3. TSH cải thiện khả năng giữ nước, ổn định cấu trúc đất và làm giảm mức độ thấm

sâu của các chất trong đất

TSH có thể nâng cao lượng nước dễ tiêu cho cây trồng và giảm xói mòn đất. Những đặc tính lý hóa

học của các loại đất nghèo hữu cơ thường được cải thiện bằng các hình thức canh tác gắn liền với việc sử

dụng chất hữu cơ như phân xanh, chất thải hữu cơ và các chất mùn từ than.

TSH có thể hạn chế sự thấm sâu các chất gây ô nhiễm trong đất nông nghiệp. Điều này có thể do bởi

khả năng h t ám của đối với các chất hòa tan như là Al3+

, NO3-, PO4

3- và các ion hòa tan khác.

1.4.2.4. TSH tăng năng suất cây trồng.

Bón vào đất làm tăng đáng kể tỷ lệ nảy mầm của hạt giống, sự sinh trưởng phát triển và năng

suất cây trồng. Tỷ lệ nảy mầm có thể tăng 30%, chiều cao cây tăng 24% và sinh khối cũng tăng 13% so với

đối chứng. Nếu bón 0,5 tấn TSH/ha thì chiều cao của cây sugi tăng thêm 1,26 đến 1,35 lần và sản lượng tăng

2,3 đến 2,4 lần. Với cây hàng năm năng suất có thể tăng 200% nếu được ón lượng TSH cao.

1.4.3. Than sinh học xử lý môi trường đất ô nhiễm

Các chất ô nhiễm có thể gây độc hại đối với hệ sinh thái nếu chúng di chuyển vào đất và đi vào cây

trồng, sinh vật hoặc thấm vào nước ngầm. đã được chứng minh là một chất hấp phụ hiệu quả các chất

gây ô nhiễm khác nhau, chất hữu cơ và chất vô cơ vì ch ng có diện tích bề mặt lớn và có cấu tr c đặc biệt.

1.4.3.1. Xử lý ô nhiễm kim loại nặng

Về xử lý kim loại nặng, nhiều báo cáo đã cho rằng TSH có hiều quả cao trong việc loại bỏ kim loại

nặng trong dung dịch và trong đất. Dịch chiết axit chứa Cu (II) và Pb (II) giảm 19,7 - 100% và 18,6 - 77%

tương ứng với sự tăng của hàm lượng TSH thêm vào. Khi 5mmol/kg của các kim loại nặng này thêm vào,

với công thức có 3% và 5% đã làm giảm Pb (II) từ 2 và 3 lần, cao hơn mẫu không có TSH.

1.4.3.2. Xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ

có khả năng loại ỏ các chất ô nhiễm hữu cơ trong đất, nước và trầm tích, và do đó làm giảm

khả năng dễ tiêu của ch ng và ngăn các chất độc hại chuyển từ môi trường vào thực vật và tiếp tục cho sinh

vật trong đó có con người. ết quả cho thấy 2-14% sulfamethoxazole đã di chuyển qua đất có ổ sung

so với 60% trong dung dịch của đất không ổ sung .

1.4.3.3. Than sinh học tác động lên thuốc trừ sâu

iệu quả giảm thuốc xông 1,3- dichloropropene trong đất có ổ sung . ết quả cho thấy trong

đất có ổ sung 1% , lượng 1,3-dichloropropene phải cần gấp đôi mới đủ để diệt được giun tròn. iệu

quả cao của việc ứng dụng về hiệu lực của artrazine trên đất có kiểm soát cỏ dại và cho thấy rằng liều

6

lượng thêm vào đất 1% trọng lượng có thể cần tăng 3-4 lần để diệt được cỏ dại theo mong muốn.

ọ cũng lưu ý rằng mức độ ảnh hưởng của lên hiệu quả của thuốc trừ cỏ phụ thuộc vào tính chất hóa

học và cơ chế hoạt động của ch ng.

1.4.3.4. Xử lý các chất ô nhiễm khác và làm phân ủ

Ủ phân compost là một trong những iện pháp ứng dụng rộng rãi đối với quá trình tái chế chất thải

nông nghiệp, điều mà có thể tránh được những ất lợi do các độc tố khi ón trực tiếp vào đất. như một

nhân tố có tác động lớn có thể th c đẩy quá trình quá trình ủ không chỉ tạo cấu tr c và ổ sung chất khô mà

còn cung cấp C và năng lượng cho các vi sinh vật. là tác nhân tối ưu hóa cho quá trình ủ phân gia s c

gia cầm ằng cách làm giảm mùi hôi và mất N cũng như tạo ra loại phân ủ có thành phần dinh dưỡng cân

ằng.

1.4.4. Tải lượng than sinh học của đất và các tác động bất lợi

Tải lượng TSH của đất

Đất erra Preta đất đen ở Brazin đã được chứng minh chứa khoảng 50 tấn C ha-1

dạng TSH, xuống

độ sâu khoảng 1 mét và loại đất này rất màu mỡ khi so sánh với đất xung quanh. Điều này đã dẫn đến ý

tưởng có thể áp dụng cho đất trong việc cô lập các bon và duy trì hoặc cải thiện chức năng sản xuất của

đất, cũng như các điều chỉnh các chức năng và chức năng môi trường sống của đất. Các thí nghiệm đối

chứng đã được thực hiện để xem xét các tác động của các tỉ lệ ứng dụng khác nhau của trong đất. Chất

hữu cơ của một số loại đất ở châu Âu đã có hàm lượng khoảng 14% (có thể lên đến 45%) TSH. Tải lượng

lên đến 140 tấn C ha-1

đất nhiệt đới) vẫn có ảnh hưởng tích cực đến năng suất.

Khả năng gây cháy

Một yếu tố cần quan tâm về khả năng chịu tải TSH của đất là nguy cơ gây cháy âm ỉ. Chất hữu cơ

của đất ở trạng thái khô có khả năng cháy âm ỉ dưới mặt đất liên tục trong khoảng thời gian dài. Điều này là

khả năng cao khi trong đất có tỉ lệ TSH lớn và ở trong điều kiện đủ khô có thể tạo điều kiện cho việc cháy

âm ỉ trong đất. Việc bắt lửa cháy như vậy có thể xảy ra ở cả tự nhiên và nhân tạo, ví dụ như chị cháy bởi sét

tấn công, hoặc do hoạt động đốt phụ phẩm của con người.

Chƣơng 2 - ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu

- Đất xám bạc màu (Haplic Acrisols được lấy tại xã Bắc Phú, huyện óc ơn, thành phố Hà Nội.

- TSH từ phụ phẩm nông nghiệp (vật liệu rơm rạ và trấu) sau thu hoạch tại ruộng nghiên cứu.

- Rau muống (Ipomoea aquatica) được gieo từ hạt.

- L a hang Dân 18 được sử dụng phổ biến tại huyện óc ơn, thành phố Hà Nội.

2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu

Để thực hiện được các nội dung nghiên cứu đề tài đã sử dụng các phương pháp như: Phương pháp

điều tra thu thập tài liệu; Phương pháp lấy mẫu và xử lý mẫu;

Phương pháp ố trí thí nghiệm:

Thí nghiệm 1: đánh giá sự thay đổi tính chất hóa lý của đất sau khi phối trộn TSH. Mục đích của

nghiên cứu này nhằm đánh giá khả năng cải tạo một số tính chất đất xám bạc màu sau khi bổ sung TSH, phối

trộn vào đất xám bạc màu với các tỉ lệ 0%, 1%; 5%; 10% TSH theo trọng lượng sau thời gian ủ 4 tuần.

Thí nghiệm 2: đánh giá ảnh hưởng của pH đến sự biến thiên điện tích bề mặt của đất xám bạc màu

sau khi bổ sung TSH

Thí nghiệm 3: đánh giá khả năng xử lý KLN của TSH. Mục đích của thí nghiệm này nhằm đánh giá

khả năng xử lý KLN của TSH trong dung dịch dưới sự biến thiên của pH.

7

Thí nghiệm 4: đánh giá khả năng cố định KLN của đất xám bạc màu sau khi bổ sung TSH. Mục tiêu

của nghiên cứu này nhằm đánh giá khả năng cố định KLN của đất xám bạc màu có bổ sung TSH theo các tỉ

lệ 0%, 1%, 5%, 10% TSH trong dung dịch chứa LN dưới tác động của các yếu tố: thời gian hấp phụ, pH và

nồng độ KLN.

Thí nghiệm 5: thí nghiệm đánh giá khả năng cố định KLN của đất xám bạc màu có bổ sung TSH

dưới tác động của dung dịch chiết CaCl2 0,01 M. Mục đích nhằm đánh giá khả năng cố định KLN của đất

xám bạc màu đã phối trộn dưới tác động của môi trường dung dịch CaCl2 0,01 M theo thời gian.

Thí nghiệm 6: đánh giá khả năng h t thu LN của cây rau muống trong môi trường đất xám bạc

màu có bổ sung TSH. Mục đích của thí nghiệm này nhằm đánh giá khả cố định LN được gây nhiễm nhân

tạo trong môi trường đất xám bạc màu có bổ sung TSH,

Thí nghiệm 7: thí nghiệm đánh giá khả năng cải tạo đất và nâng cao năng suất cho cây lúa của TSH.

Mục đích của thí nghiệm nhằm đánh giá khả năng cải tạo một số tính chất lý hóa đất xám bạc màu và nâng

cao năng suất cây lúa của TSH.

Các chỉ tiêu theo dõi trong vật liệu như: p , CEC, các cation kiềm, KLN, N, P, K tổng số, khả năng

giữ nước, điện tích bề mặt. Các chỉ tiêu được phân tích bằng các phương pháp thông dụng trong phòng thí

nghiệm.

Số liệu được xử lý tính toán thống kê mô tả và so sánh sự khác biệt các giá trị trung bình trên Excel.

Sử dụng các phương trình động học Lagergren và Elovich để mô tả động học hấp phụ của vật liệu và khả

năng chiết KLN của dung dịch CaCl2 0,01 M trong thí nghiệm.

Chƣơng 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Tính chất lý hóa của đất bạc màu và TSH

Tiến hành phân tích một số chỉ tiêu hóa lý của đất xám bạc màu và TSH cho thấy,

Đất bạc màu có pHH2O = 5,2, pHKCl = 4,2 (tỷ lệ chiết 1:2,5 , hàm lượng CaCO3 thấp, Ca-CaCO3 =

0,004%. Khả năng trao đổi cation thấp, CEC = 9,24 cmolc/kg, các cation hòa tan Ca2+

, Mg2+

, K+ và Na

+ có

giá trị tương ứng là 2,0, 0,2, 0,2 và 0,1 cmol/kg. KLN tổng số Cu, Pb và Zn có giá trị tương ứng là 25,73,

13,11 và 74,59 mg/kg và đều ở dưới tiêu chuẩn cho phép LN trong đất (QCVN 03:2008/BTNMT). Khả

năng giữ nước (WHC) thấp, W C = 36,6%. Điện tích bề mặt là -4,2 mmolc/kg.

Ngược lại với những đặc tính trên, TSH trong nghiên cứu có pH kiềm tính, pHH2O = 10,6, pHKCl =

10,0 (tỷ lệ chiết 1:10), phù hợp với hàm lượng CaCO3 khá cao có trong TSH, Ca-CaCO3 = 1%. CEC của

khá cao, đạt 80,43 cmolc/kg, các cation hòa tan Ca2+

, Mg2+

, K+ và Na

+ có giá trị tương ứng là 16,8, 6,9,

229,8 và 8,5 cmol/kg. KLN tổng số Cu, Pb và Zn có giá trị tương ứng là 0,73, 2,10 và 13,93 mg/kg. Khả

năng giữ nước cao, W C = 82,2%. Điện tích bề mặt là -20,0 mmolc/kg.

3.2. Tính chất lý hóa của vật liệu phối trộn sau 4 tuần ủ

Thí nghiệm ủ các vật liệu đã phối trộn TSH với đất xám bạc màu theo các tỉ lệ 0%, 1%; 5%; 10%

TSH trong buồng và duy trì ở 75% khả năng giữ nước sau 4 tuần cho kết quả ở TSH có thể gián tiếp ảnh

hưởng đến khả năng dễ tiêu của các chất dinh dưỡng bằng cách thay đổi độ pH của đất.

So với đối chứng (0% TSH), Bổ sung TSH theo các tỉ lệ 1%; 5%; 10% TSH tương ứng làm tăng

pHH20 lên 1,3, 3,1 và 4,0 đơn vị và pHKCl tăng lên 1,2, 3,2 và 4,1 đơn vị.

CEC của TSH cao góp phần làm cho CEC của đất tăng lên với mức tăng của hàm lượng TSH. So với

đối chứng (0% TSH), bổ sung với các mức 1%; 5%; 10% TSH vào làm CEC của đất tăng lên tương ứng 0,6,

3,4 và 8,3 cmolc/kg.

8

cũng làm tăng các cation Ca, Mg, và Na trong đất, Ca tăng từ 2,2 đến 4,2 cmol/kg, Mg tăng

từ 0,3 đến 1,0 cmol/kg, tăng từ 2,5 đến 24,5 cmol/kg và Na tăng từ 0,2 đến 0,9 cmol/kg tương ứng với 1%;

5% và 10% ón vào đất. Các cation này góp phần làm tăng p của đất đồng thời cung cấp dinh dưỡng

cho cây trồng khi bổ sung vào đất.

cũng làm độ kiềm tổng số (Ca-CaCO3) của đất tăng lên so với mức tăng của ón vào đất,

Ca-CaCO3 tăng 0,013, 0,05 và 0,09% tương ứng với 1%, 5% và 10% ón vào đất.

Hình 3.1 ÷ 3.5. Sự thay đổi một số chỉ tiêu lý hóa trong đất sau khi bổ sung than sinh học

Hình 3.6. Sự phụ thuộc điện tích bề mặt vào pH của đất sau khi bổ sung TSH

Đất xám bạc màu và TSH sau khi phối trộn ở các tỉ lệ khác nhau đều mang điện tích âm và biến đổi

theo p môi trường, p càng cao thì điện tích âm của vật liệu càng lớn. pH của môi trường thay đổi từ 2,1

đến 11,2 thì điện tích mặt của vật liệu có tỉ lệ phối trộn 0%, 1%; 5%; 10% TSH biến đổi tương ứng từ -1,4 ÷

-12,4; -1,3 ÷ -11,7; -1,8 ÷ -12,4; -2,1 ÷ -16,1 mmolc/kg. Như vậy, điện tích âm bề mặt của đất tăng theo tỉ lệ

tăng của hàm lượng TSH.

Các bằng chứng trên cho thấy, việc bổ sung vào đất có tác dụng cải tạo đất một cách rõ rệt.

Mẫu đất sau khi được phối trộn với TSH ở các tỷ lệ khác nhau với khoảng thời gian 4 tuần ủ đã cho thấy có

9

sự tăng lên về các chỉ tiêu p , CEC, cation trao đổi, độ giữ nước của đất và điện tích bề mặt so với mẫu đối

chứng. Qua đó có thể khẳng định vai trò cải tạo môi trường đất xám bạc màu bởi TSH.

3.3. Khả năng xử lý Cu, Pb và Zn của TSH trong môi trƣờng nƣớc

3.3.1. Khả năng đệm pH của TSH

Khi thêm H+ hoặc OH

- vào dung dịch, tại hệ không có bổ sung , p dao động trong khoảng từ

2,1 đến 11,9. Đối với các hệ có bổ sung TSH, pH của dung dịch hầu như không đổi đáng kể so với sự thay

đổi pH của dung dịch đối chứng mặc dù lượng H+ hoặc OH

- thêm vào tương đương nhau. p của mẫu thử

nghiệm dao động trong khoảng từ 8,6 đến 10,7 (Hình 3.7), chứng tỏ TSH có khả năng đệm tốt.

Khả năng đệm của TSH là số mol của H+ hoặc OH

- thêm vào 1 lít dung dịch có bổ sung để pH

của nó tăng lên hoặc giảm xuống 1 đơn vị. Theo tính toán cho thấy, trung bình khả năng đệm axit của hệ có

bổ sung TSH (TSH-Cu, TSH-Pb, TSH-Zn) là 9,6 mmol H+/L và khả năng đệm azơ của hệ có bổ sung TSH

là 18,5 mmolOH-/L.

Hình 3.7. Biến thiên pH của dung dịch khi thêm H+ hoặc OH

- đối với hệ có bổ sung TSH và đối chứng

3.3.2. Khả năng xử lý Cu của TSH

Cũng trong thí nghiệm 3, tiến hành khảo sát sự thay đổi của p và phân tích hàm lượng KLN còn lại

trong dung dịch cho thấy:

Bảng 3.4. Sự thay đổi pH của dung dịch Cu2+


Thí

nghiệm

Ban

đầu Bổ sung TSH, tỷ lệ vật liệu và dung dịch chứa kim loại là 1:45

pH 4,42 8,6 9,1 9,3 9,7 9,9 10,0 10,0 10,1 10,3 10,3 10,7

Cu

(mg/L) 74 0,17 0,22 1,20 2,25 2,56 1,04 2,43 2,58 3,01 2,69 2,02

Hiệu suất

(%) 0 99,8 99,7 98,4 97,0 96,5 98,6 96,7 96,5 95,9 96,4 97,3

Theo bảng 3.4, pH dung dịch chứa kim loại Cu ở trạng thái cân bằng dao động từ 8,6 đến 10,7. Nồng

độ Cu còn lại trong dung dịch dao động 0,17 – 3,01 mg/L tương ứng với hiệu suất xử lý của Cu của TSH dao

động 95,9 – 99,8%. Trong thí nghiệm, hiệu suất kết tủa đạt cao nhất ở pH = 8,6.

3.3.3. Khả năng xử lý Pb của TSH

Bảng 3.5. Sự thay đổi pH của dung dịch Pb2+


Thí

nghiệm

Ban


pH 4,96 8,9 9,1 9,4 9,5 9,8 9,8 9,8 9,9 10,0 10,1 10,2

10

Pb (mg/L) 183,8 1,06 2,57 2,77 2,18 3,94 3,36 3,37 2,78 2,67 2,66 2,74

Hiệu suất

(%) 0 99,4 98,6 98,5 98,8 97,9 98,2 98,2 98,5 98,6 98,6 98,5

Theo bảng 3.5, pH dung dịch chứa kim loại Pb ở trạng thái cân bằng dao động từ 8,9 đến 10,2. Nồng

độ Pb còn lại trong dung dịch dao động 1,06 – 3,94 mg/L tương ứng với hiệu suất xử lý của Pb của TSH dao

động 97,9 – 99,4%. Trong thí nghiệm, hiệu suất kết tủa đạt cao nhất ở pH = 8,9.

3.3.4. Khả năng xử lý Zn của TSH

Theo bảng 3.6, pH dung dịch chứa kim loại Zn ở trạng thái cân bằng dao động từ 8,9 đến 9,9. Nồng

độ Zn còn lại trong dung dịch dao động 0,63 – 1,62 mg/L tương ứng với hiệu suất xử lý của Zn của TSH dao

động 98,1 – 99,3%. Kết quả thí nghiệm cho thấy, hiệu suất kết tủa trong thí nghiệm đạt cao nhất ở pH = 9,4.

Bảng 3.6. Sự thay đổi pH của dung dịch Zn2+


Thí

nghiệm

Ban


pH-Zn 4,3 9,0 8,9 9,2 9,4 9,5 9,6 9,5 9,7 9,7 9,9 9,9

Zn

(mg/L) 83,5 0,66 0,98 1,39 0,63 1,62 0,68 1,32 1,05 1,04 1,47 1,31

Hiệu suất

(%) 0 99,2 98,8 98,3 99,3 98,1 99,2 98,4 98,7 98,8 98,2 98,4

3.4. Khả năng cố định Cu, Pb và Zn của đất sau khi bổ sung TSH

Ngoài việc đánh giá khả năng xử lý LN trong môi trường nước của TSH, nghiên cứu cũng ố trí thí

nghiệm đánh giá khả năng hấp phụ KLN của đất trong môi trường nước sau khi bổ sung dưới tác động

của các yếu tố môi trường (thời gian hấp phụ, pH và nồng độ KLN). Nghiên cứu sử dụng phương trình

Lagergren (bậc 1) mô tả quá trình động học hấp phụ và đánh giá sự hấp phụ của kim loại trên mẫu nghiên

cứu về mức độ phù hợp với mô hình Freundlich.

3.4.1. Khả năng hấp phụ Cu của đất phối trộn với TSH

3.4.1.1. Động học hấp phụ của Cu

Hình 3.8. Động học quá trình hấp phụ Cu bởi vật liệu theo thời gian

Lượng Cu bị hấp phụ bởi vật liệu tăng lên theo thời gian. Tốc độ hấp phụ của cả bốn vật liệu đều

tăng nhanh trong khoảng 40 ph t đầu tiên.

Đối với vật liệu 0% đối chứng), tốc độ tăng từ 0,01 – 0,13 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,007

mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Cu bởi

vật liệu hầu như không tăng <0,006 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ % lượng Cu bị

11

hấp phụ/tổng lượng Cu đạt 64,2%. Đối với vật liệu 1%TSH, tốc độ tăng từ 0,01 – 0,25 mg/g/ph t, sau đó

giảm xuống 0,007 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc

độ hấp phụ Cu bởi vật liệu hầu như không tăng <0,007 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp

phụ đạt 71,4%. Đối với vật liệu 5%TSH, tốc độ tăng từ 0,01 – 0,34 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,009

mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Cu bởi

vật liệu hầu như không tăng <0,009 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ đạt 92,1%. Đối

với vật liệu 10%TSH, tốc độ tăng từ 0,01 – 0,43 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,009 mg/g/phút ở khoảng

thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Cu bởi vật liệu hầu như

không tăng <0,009 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ đạt 99,4%. Như vậy, tốc độ hấp

phụ và hiệu suất hấp phụ Cu của vật liệu tăng theo tỉ lệ tăng của TSH bổ sung vào.

Bảng 3.7. Các tham số mô tả động học hấp phụ Cu của vật liệu

KHM q>120

(mg/g)

qe

(mg/g) k Phương trình R

2

0%TSH 0,35 0,34 -0,042

qt=qe(1-e-kt

)

0,97

1%TSH 0,45 0,44 -0,039 0,92

5%TSH 0,56 0,55 -0,042 0,89

10%TSH 0,64 0,63 -0,041 0,85

q>120 giá trị trung bình Cu đo được sau 120 ph t đo từ thực nghiệm

qe lượng Cu hấp phụ tại thời điểm cân ằng tính từ phương trình hồi quy giữa ln qe - qt) và t.

Phương trình Lagergren mô tả động học hấp phụ Cu bởi vật liệu 0%, 1%; 5%; 10% TSH có hằng số

hấp phụ Lagergren (k) của Cu tương ứng với các giá trị 0,042, 0,039, 0,042, 0,041.

Sự khác biệt không có ý nghĩa giữa các giá trị thực nghiệm (q>120) và tính toán hồi quy (qe) cùng với

hệ số tương quan R cao 0,85 – 0,97) thể hiện phương trình Lagergren mô tả tốt động học hấp phụ Cu bởi vật

liệu trong nghiên cứu.

3.4.1.2. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Cu

Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng Cu bị hấp phụ bởi TSH

Sự tăng lên của pH trong dung dịch cân bằng có tác động thuận đến sự hấp phụ Cu của vật liệu. Đối

với vật liệu 0%TSH, Cu bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,17 mg/g ở p = 5,94 tương ứng với hiệu suất

97,96%. Với vật liệu 1%TSH, Cu bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,05 mg/g ở p = 6,78 tương ứng với

hiệu suất 98,01%. Với vật liệu 5%TSH, Cu bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,25 mg/g ở pH = 6,58

12

tương ứng với hiệu suất 98,31%. Với vật liệu 10%TSH, Cu bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,48 mg/g ở

p = 7,27 tương ứng với hiệu suất 98,96%.

Từ kết quả trên cho thấy, ở vật liệu có mức phối trộn cao hơn làm tăng p trong dung dịch cao

hơn và hiệu suất hấp phụ Cu cũng cao hơn so với vật liệu có mức phối trộn TSH thấp.

3.4.1.3. Tỉ lệ vật liệu/ nồng độ Cu

Hình 3.10. Mối liên hệ giữa nồng độ Cu trong dung dịch ban đầu (mmol/L) và hàm lượng Cu hấp phụ bởi

vật liệu (mg/g)

Mối tương quan giữa hàm lượng Cu bị hấp phụ với nồng độ Cu trong dung dịch an đầu được biểu

diễn ở hình 3. 10. Ở cả 4 vật liệu, lượng Cu bị hấp phụ có xu hướng tăng lên khi tăng hàm lượng Cu trong

dung dịch an đầu từ 0,2 đến 1,0 mmol/L. Với tỉ lệ 0% , lượng Cu bị hấp phụ tăng lên từ 0,24 đến 0,62

mg/g và đạt bão hòa ở nồng độ an đầu là 0,6 mmol/L, tương ứng với hệ số tương quan R2) là 0,81. Ở các

mức bổ sung 1% , 5% và 10% , lượng Cu bị hấp phụ tăng lên tương ứng từ 0,6 đến 1,37 mg/g,

từ 0,64 đến 2,94 mg/g và từ 0,66 đến 3,12 mg/g, hệ số tương quan khá chặt tương ứng với R2 là 0,94, 0,994

và 0,995. Từ các đường hấp phụ cho thấy, vật liệu có bổ sung TSH hấp phụ chưa đạt đến trạng thái bão hòa

và còn có khả năng hấp phụ thêm Cu.

3.4.2. Khả năng hấp phụ Pb của đất phối trộn với TSH

3.4.2.1. Động học hấp phụ của Pb

Hình 3.11. Động học quá trình hấp phụ Pb bởi vật liệu theo thời gian

Lượng Pb bị hấp phụ bởi vật liệu tăng lên theo thời gian. Tốc độ hấp phụ của cả bốn vật liệu đều



mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Pb bởi

vật liệu hầu như không tăng <0,014 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ % lượng Pb bị

hấp phụ/tổng lượng P đạt 92,5%. Đối với vật liệu 1%TSH, tốc độ tăng từ 0,02 – 0,25 mg/g/ph t, sau đó

13

giảm xuống 0,01 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ

hấp phụ Pb bởi vật liệu hầu như không tăng <0,014 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ

đạt 94,4%. Đối với vật liệu 5%TSH, tốc độ tăng từ 0,02 – 0,42 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,015

mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Pb bởi



thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Pb bởi vật liệu hầu như

không tăng <0,017 mg/g/phút). Tại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ đạt 99,5%. Như vậy, tốc độ hấp

phụ và hiệu suất hấp phụ Pb của vật liệu tăng theo tỉ lệ tăng của TSH bổ sung vào. Phương trình Lagergren

mô tả động học hấp phụ Pb bởi vật liệu 0%, 1%; 5%; 10% TSH có hằng số hấp phụ Lagergren (k) của Pb

tương ứng với các giá trị 0,053, 0,040, 0,039, 0,048.


hệ số tương quan R2 cao (0,95 – 0,99) thể hiện phương trình Lagergren mô tả tốt động học hấp phụ Pb bởi

vật liệu trong nghiên cứu.

Bảng 3.8. Các tham số mô tả động học hấp phụ Pb của vật liệu.

KHM q>120

(mg/g) qe


2

0%TSH 0,86 0,86 -0,054

qt=qe(1-e-kt

)

0,99

1%TSH 0,93 0,93 -0,040 0,99

5%TSH 0,96 0,96 -0,039 0,93

10%TSH 1,03 1,03 -0,048 0,94

q>120 giá trị trung ình Pb đo được sau 120 ph t đo từ thực nghiệm

qe lượng Pb hấp phụ tại thời điểm cân ằng tính từ phương trình hồi quy giữa ln qe - qt) và t.

3.4.2.2. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Pb

Sự tăng lên của pH trong dung dịch cân bằng có tác động thuận đến sự hấp phụ Pb của vật liệu. Đối

với vật liệu 0%TSH, Pb bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 7,95 mg/g ở p = 7,80 tương ứng với hiệu suất

97,1%. Với vật liệu 1%TSH, Pb bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 8,08 mg/g ở p = 7,12 tương ứng với

hiệu suất 98,6%. Với vật liệu 5%TSH, Pb bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 8,25 mg/g ở p = 7,8 tương

ứng với hiệu suất 99,0%. Với vật liệu 10%TSH, Pb bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 8,33 mg/g ở pH =

7,75 tương ứng với hiệu suất 99,9% (Hình 3.12.).

Từ kết quả trên cho thấy, ở vật liệu có mức phối trộn cao hơn làm tăng p trong dung dịch cao

hơn và hiệu suất hấp phụ P cũng cao hơn so với vật liệu có mức phối trộn TSH thấp.

Hình 3.12. Ảnh hưởng của pH đến hàm lượng Pb bị hấp phụ bởi TSH

14

3.4.2.3. Đường cong hấp phụ của Pb

Hình 3.13. Mối liên hệ giữa nồng độ Pb trong dung dịch ban đầu (mmol/L) và hàm lượng Pb hấp phụ bởi vật

liệu (mg/g)

Mối tương quan giữa hàm lượng Pb bị hấp phụ với nồng độ Pb trong dung dịch an đầu được biểu

diễn ở hình 3. 13. Ở cả 4 vật liệu, lượng Pb bị hấp phụ có xu hướng tăng lên khi tăng hàm lượng Pb trong

dung dịch an đầu từ 0,1 đến 0,5 mmol/L. Với tỉ lệ 0% , lượng Pb bị hấp phụ tăng lên từ 0,77 đến 3,02


mức bổ sung 1% , 5% và 10% , lượng Pb bị hấp phụ tăng lên tương ứng từ 0,79 đến 3,87

mg/g, từ 0,77 đến 4,30 mg/g và từ 0,80 đến 4,33 mg/g, hệ số tương quan khá chặt tương ứng với R2 là 0,954,

0,980 và 0,971. Từ các đường hấp phụ cho thấy, vật liệu có bổ sung TSH hấp phụ chưa đạt đến trạng thái

bão hòa và còn có khả năng hấp phụ thêm Pb.

3.4.3. Khả năng hấp phụ Zn của đất phối trộn với TSH

3.4.3.1. Động học hấp phụ của Zn

Lượng Zn bị hấp phụ bởi vật liệu tăng lên theo thời gian. Tốc độ hấp phụ của cả bốn vật liệu đều


Hình 3.14. Động học quá trình hấp phụ Zn bởi vật liệu theo thời gian


mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Zn bởi

vật liệu hầu như không tăng <0,006 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ % lượng Zn bị

hấp phụ/tổng lượng Zn đạt 61,7%. Đối với vật liệu 1%TSH, tốc độ tăng từ 0,01 – 0,06 mg/g/ph t, sau đó

giảm xuống 0,007 mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc

độ hấp phụ Zn bởi vật liệu hầu như không tăng <0,007 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp

phụ đạt 77,8%. Đối với vật liệu 5%TSH, tốc độ tăng từ 0,01 – 0,09 mg/g/ph t, sau đó giảm xuống 0,009

15

mg/g/phút ở khoảng thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Zn bởi



thời gian 60-120 ph t và đạt cân bằng từ 120 phút. Sau 60 phút, tốc độ hấp phụ Zn bởi vật liệu hầu như

không tăng <0,009 mg/g/ph t . ại thời điểm cân bằng, hiệu suất hấp phụ đạt 97,7%. Như vậy, tốc độ hấp

phụ và hiệu suất hấp phụ Zn của vật liệu tăng theo tỉ lệ tăng của TSH bổ sung vào. Phương trình Lagergren

mô tả động học hấp phụ Zn bởi vật liệu 0%, 1%; 5%; 10% TSH có hằng số hấp phụ Lagergren (k) của Zn

tương ứng với các giá trị 0,036, 0,039, 0,040, 0,041.


hệ số tương quan R2 cao (0,93 – 0,99) thể hiện phương trình Lagergren mô tả tốt động học hấp phụ Zn bởi

vật liệu trong nghiên cứu.

Bảng 3.9. Các tham số mô tả động học hấp phụ Zn của vật liệu.

Vật liệu qe


2

0%TSH 0,38 -0,037

qt=qe(1-e-kt

)

0,97

1%TSH 0,45 -0,039 0,94

5%TSH 0,55 -0,041 0,93

10%TSH 0,59 -0,042 0,99

q>120 giá trị trung ình Zn đo được sau 120 ph t đo từ thực nghiệm

qe lượng Zn hấp phụ tại thời điểm cân ằng tính từ phương trình hồi quy giữa ln qe - qt) và t.

3.4.3.2. Ảnh hưởng của pH đến sự hấp phụ Zn

Hình 3.15. Ảnh hưởng của pH đến khả năng hấp phụ Zn của TSH

Sự tăng lên của pH trong dung dịch cân bằng có tác động thuận đến sự hấp phụ Zn của vật liệu. Đối

với vật liệu 0%TSH, Zn bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,57 mg/g ở p = 7,55 tương ứng với hiệu suất

93,61%. Với vật liệu 1%TSH, Zn bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,63 mg/g ở p = 7,89 tương ứng với

hiệu suất 94,86%. Với vật liệu 5%TSH, Zn bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,82 mg/g ở pH = 7,09

tương ứng với hiệu suất 97,53%. Với vật liệu 10%TSH, Zn bị hấp phụ đạt cao nhất với nồng độ 3,94 mg/g ở

p = 7,74 tương ứng với hiệu suất 98,50%.

Từ kết quả trên cho thấy, ở vật liệu có mức phối trộn cao hơn sẽ làm tăng p trong dung dịch

cao hơn và hiệu suất hấp phụ Zn cũng cao hơn so với vật liệu có mức phối trộn TSH thấp.

16

3.4.3.3. Đường cong hấp phụ của Zn

Hình 3.16. Mối liên hệ giữa nồng độ Zn trong dung dịch ban đầu (mmol/L) và hàm lượng Zn hấp phụ bởi vật

liệu (mg/g)

Mối tương quan giữa hàm lượng Zn bị hấp phụ với nồng độ Zn trong dung dịch an đầu được biểu

diễn ở hình 3. 16. Ở cả 4 vật liệu, lượng Zn bị hấp phụ có xu hướng tăng lên khi tăng hàm lượng Zn trong

dung dịch an đầu từ 0,2 đến 1,0 mmol/L. Với tỉ lệ 0% , lượng Zn bị hấp phụ tăng lên từ 0,24 đến 1,11


mức bổ sung 1% , 5% và 10% , lượng Zn bị hấp phụ tăng lên tương ứng từ 0,41 đến 1,48

mg/g, từ 0,57 đến 2,73 mg/g và từ 0,59 đến 3,76 mg/g, hệ số tương quan khá chặt tương ứng với R2 là 0,922,

0,965 và 0,986. Từ các đường hấp phụ cho thấy, vật liệu có bổ sung TSH hấp phụ chưa đạt đến trạng thái

bão hòa và còn có khả năng hấp phụ thêm Zn.

3.5. Khả năng cố định Cu, Pb và Zn trong môi trƣờng đất

Phần nghiên cứu này tìm hiểu khả năng cố định và hạn chế sự tích luỹ Cu, P và Zn trong cây dưới

tác dụng của trên đất bạc màu thông qua các thí nghiệm về gây nhiễm kim loại nặng cho đất, bổ sung

các tỷ lệ vào đất bạc màu, ủ trong buồng tối và tiến hành chiết bằng dung dịch CaCl2 0,1M theo thời

gian và theo dõi sự tích luỹ kim loại nặng trong cây rau muống.

3.5.1. Khả năng cố định KLN của TSH dưới tác động của dịch chiết CaCl2 0,01M

3.5.1.1. Khả năng chiết Cu của CaCl2 0,01M

Hình 3.17. Nồng độ Cu được chiết bởi dung dịch CaCl2 0,01M theo thời gian

Khả năng chiết Cu của CaCl2 0,01M giảm theo thời gian. So với đối chứng, khả năng chiết Cu của

dung dịch CaCl2 0,01M sau 1 giờ của thí nghiệm ủ giảm 74,2, 84,1 và 88,4% tương ứng với tỉ lệ 1%, 5% và

10% TSH. So với thời gian sau 1 giờ ủ, khả năng chiết của CaCl2 đối với kim loại Cu ở cuối thí nghiệm thấp

hơn lần lượt là 5,9, 4,9 và 5,2 lần ở các mức TSH 1%, 5% và 10% TSH. Sau thời gian từ 504 giờ, nồng độ

17

Cu chiết được không có sự sai khác đáng kể ở mức xác suất 0,05. p đo được sau khi kết thúc thủ tục chiết

trong thí nghiệm hầu như không thay đổi theo thời gian.

Hình 3.18. pH của dung dịch CaCl2 0,01M trong thí nghiệm chiết Cu theo thời gian

3.5.1.2. Khả năng chiết Pb của CaCl2 0,01M

Khả năng chiết Pb của CaCl2 0,01M giảm theo thời gian. So với đối chứng, khả năng chiết Pb của


10% TSH. So với thời gian sau 1 giờ ủ, khả năng chiết của CaCl2 đối với kim loại Pb ở cuối thí nghiệm thấp

hơn lần lượt là 9,3, 9,5 và 6,0 lần ở các mức TSH 1%, 5% và 10% TSH. Sau thời gian từ 504 giờ, nồng độ

Pb chiết được không có sự sai khác đáng kể ở mức xác suất 0,05. p đo được sau khi kết thúc thủ tục chiết

trong thí nghiệm hầu như không thay đổi theo thời gian.

Hình 3.19. Nồng độ Pb được chiết bởi dung dịch CaCl2 0,01M theo thời gian

Hình 3.20. pH của dung dịch CaCl2 0,01M trong thí nghiệm chiết Pb theo thời gian

3.5.1.3. Khả năng chiết Zn của CaCl2 0,01M

Khả năng chiết Zn của CaCl2 0,01M giảm theo thời gian. So với đối chứng, khả năng chiết Zn của


10% TSH. So với thời gian sau 1 giờ ủ, khả năng chiết của CaCl2 đối với kim loại Zn ở cuối thí nghiệm thấp

hơn lần lượt là 10,3, 561,9 và 1444,1 lần ở các mức TSH 1%, 5% và 10% TSH. Với tỉ lệ 0% và 1%TSH, sau

18

thời gian từ 672 giờ, nồng độ Zn chiết được không có sự sai khác. Ở tỉ lệ 5%TSH sau thời gian 504 giờ nồng

độ Zn chiết được không có sự sai khác và ở tỉ lệ 10%TSH sau thời gian 336 giờ nồng độ Zn chiết được

không có sự sai khác đáng kể ở mức xác suất 0,05. p đo được sau khi kết thúc thủ tục chiết trong thí

nghiệm hầu như không thay đổi theo thời gian.

Hình 3.21. Nồng độ Zn được chiết bởi dung dịch CaCl2 0,01M theo thời gian

So sánh khả năng chiết 3 KLN của dung dịch CaCl2 0,01M cho thấy, hàm lượng kim loại giảm

nhanh chóng ngay thời gian 1 giờ đầu theo thứ tự Pb > Cu > Zn. Tại mức 5% và 10% TSH, sự cố định kim

loại nhanh chóng ở thời điểm an đầu, theo sau đó là sự lữu giữ chậm thứ cấp, được chứng minh bởi sự suy

giảm liên tục khi chiết bằng CaCl2 theo thời gian (Hình 3.17, 3.19, 3.21).

Hình 3.22. pH của dung dịch CaCl2 0,01M trong thí nghiệm chiết Zn theo thời gian

So với thời gian sau 1 giờ ủ, khả năng chiết của CaCl2 đối với nồng độ kim loại Cu, Pb và Zn ở cuối

thí nghiệm thấp hơn lần lượt là 4,9, 9,5 và 561,9 lần ở mức TSH 5% và thấp hơn 5,2, 6,0 và 1444,1 lần ở

mức 10% TSH. Sự suy giảm lớn hơn của Zn ở mức 5% và 10% TSH có thể được giải thích bởi một phần bán

kính ion của nó nhỏ hơn 0,74 Å , điều này thích hợp cho sự khuếch tán của nó so với Pb (1,2 Å).

Hình 3.23. Mối quan hệ giữa pH và hàm lượng kim loại chiết từ CaCl2 0,01M, mỗi điểm thể hiện giá trị

trung bình của pH và kim loại chiết được trong cả quá trình thí nghiệm (n=6).

19

pH là thông số quan trọng ảnh hưởng tới khả năng chiết kim loại của CaCl2 trong đất, việc giảm hàm

lượng kim loại chiết được có thể một phần do tăng đáng kể độ pH của đất từ việc bổ sung của TSH.

3.5.1.4. Động học cố định kim loại nặng

Phương trình Elovich được sử dụng để mô tả động học khả năng chiết CaCl2 0,01M các kim loại

nặng trong đất xám bạc màu sau khi bổ sung TSH. Trong thí nghiệm giá trị độ dốc (b) giảm dần theo mức

tăng của hàm lượng vào đất, tương ứng với việc tỉ lệ chuyển đổi từ phần kim loại có thể trao đổi sang

phần ổn định giảm theo mức tăng hàm lượng , đồng nghĩa với TSH làm giảm nhanh khả năng linh động

của KLN.

Bảng 3.10. Các thông số (a, mg/kg, b, mg/kg/giờ,), hệ số tương quan (R2) và sai số chuẩn (SE) từ tính toán

của phương trình Elovich được sử dụng để mô tả khả năng chiết KLN trong đất của CaCl2 0,01M theo thời

gian.

Công thức Cu Pb Zn

a b R2 SE a b R

2 SE a b R

2 SE

0% TSH 10,9 -1,4 0,93 1,8 18,8 -2,5 0,989 3,3 114,0 -13,6 0,97 18,0

1% TSH 2,8 -0,3 0,97 0,4 2,3 -0,3 0,997 0,4 67,0 -8,9 0,97 11,9

5% TSH 1,7 -0,2 0,98 0,3 1,2 -0,2 0,886 0,2 34,4 -5,1 0,96 6,8

10% TSH 1,3 -0,2 0,98 0,2 0,8 -0,1 0,886 0,1 3,1 -0,5 0,96 0,6

Hệ số (R2) của thí nghiệm chiết dao động từ 0,93 đến 0,98 đối với Cu, từ 0,98 đến 0,99 đối với Pb và

từ 0,96 đến 0,97 đối với Zn thể hiện phương trình Elovich mô tả tốt động học cố định kim loại nặng trong thí

nghiệm. ương tự, giá trị SE phản ánh độ dao động của các giá trị trung bình của mỗi thời điểm chiết đối với

mỗi kim loại, E dao động từ 0,2 đến 1,8 đối với Cu, từ 0,1 đến 3,3 đối với P và 0,6 đến 18,0 đối với Zn.

3.5.2. Ảnh hưởng của than sinh học đến các chỉ tiêu sinh trưởng và sự tích lũy KLN của cây rau

muống

3.5.2.1. Ảnh hưởng của TSH đến một số chỉ tiêu sinh trưởng cây rau muống

Hình 3.24÷27. Khối lượng tươi, khối lượng khô, chiều cao cây và diện tích lá trung bình của cây rau muống

(g/cây) trong thí nghiệm gây nhiễm Cu, Pb, Zn trong đất có bổ sung TSH (các thanh đứng (┬) mô phỏng độ

lệch chuẩn với n = 3), các chữ cái a, b, c chỉ sự khác biệt có ý nghĩa thống kê trên cùng một cột kim loại với

p < 0,05.

20

Trong quá trình theo dõi thí nghiệm cho thấy, các công thức phối trộn 10% TSH với cả 3 KLN hạt

rau muống không nảy mầm và không phát triển được. Điều này có thể là do ở mức phối trộn này có hàm

lượng các cation kiềm Ca, Mg, K và Na cao dẫn đến pH ở mức cao (pHH2O = 9,2), mức pH này không phù

hợp đối với cây rau muống và hầu hết các loại cây trồng. Với lượng TSH trong nghiên cứu có thể gây mặt

hóa đối với đất.

Ở các công thức còn lại, các chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất của rau có xu hướng tăng dần cùng với

hàm lượng ón vào đất. làm tăng trọng lượng tươi từ 0,19 đến 1,25 g/cây, chiều cao cây tăng từ

4,33 đến 14,07 cm, diện tích lá tăng từ 12,32 đến 33,57 cm2/cây, riêng đối với các công thức gây nhiễm kim

loại Pb, diện tích lá ở tất cả các công thức đều lớn hơn diện tích lá của các công thức chứa Cu và Zn và giảm

so với mức tăng của . Đối với trọng lượng khô không có sự sai khác đáng kể ở mức xác suất 5%.

Việc tăng sinh khối trọng lượng tươi và diện tích lá theo mức tăng của hàm lượng TSH bổ sung vào

đất cho thấy rằng đã làm giảm độc tố của LN đối với cây rau muống.

3.5.2.2. Ảnh hưởng của TSH đến khả năng tích lũy TSH trong rau

Bảng 3.1. Hàm lượng Cu, Pb và Zn và hệ số tích luỹ sinh học của cây rau muống

Công thức

hí nghiệm ổ sung

128 mgCu/kg đất


212 mgP /kg đất


130 mgZn/kg đất

Cu (mg/kg*) BFCu Pb (mg/kg) BFPb Zn (mg/kg) BFZn

TSH 0% 46,4a

0,3a 10,6

a 0,05

a 125,7a 0,6

a

TSH 1% 29,1b

0,2b

6,5b

0,03b

108,4b

0,5b

TSH 5% 22,4c

0,1c 1,5

c 0,01

c 80,3c 0,4

c

CV% 2,6 2,0 11,5

*mg/kg khối lượng khô, các chữ a, , c chỉ sự khác iệt có ý nghĩa thống kê trên cùng một cột kim

loại giữa các công thức thí nghiệm với P < 0,05.

Từ Bảng 3.11 cho thấy, hàm lượng Cu, Pb và Zn trong rau muống có xu hướng giảm dần khi tăng

hàm lượng TSH bổ sung vào đất theo các mức 0%, 1% và 5%. Đối với Cu, hàm lượng trong cây rau giảm từ

46,4 đến 22,4mg/kg, tương ứng với BF giảm từ 0,3 đến 0,1. Khả năng h t thu giảm 37,3% ở mức 1% TSH

và giảm 51,7% ở mức 5% TSH so với đối chứng 0% . Đối với P , hàm lượng trong cây rau giảm từ

10,6 đến 1,5mg/kg, tương ứng với BF giảm từ 0,05 đến 0,01. Khả năng h t thu giảm 39,1% ở mức 1% TSH

và giảm 85,8% ở mức 5% TSH so với đối chứng. Đối với Zn, hàm lượng trong rau giảm từ 125,7 đến 80,3

mg/kg, tương ứng với BF giảm từ 0,6 đến 0,4. Khả năng h t thu giảm 13,8% ở mức 1% TSH và giảm 36,1%

ở mức 5% TSH so với đối chứng (0% TSH). Theo kết quả thống kê thì hàm lượng Cu, Pb và Zn trong rau

muống ở các mức bónTSH 0%, 1% và 5% có sự sai khác đáng kể ở mức xác suất 5%. So sánh hệ số BF của

3 kim loại cho thấy, khả năng h t thu kim loại của cây rau muống đối với Zn là cao nhất và thấp nhất đối với

Pb và giảm theo thứ tự Zn > Cu > Pb.

Kết quả phân tích Cu, P và Zn trong đất cho kết quả phù hợp với hàm lượng an đầu, hàm lượng

gây nhiễm và phần còn lại do cây trồng hút thu. Kết quả thống kê cho thấy, hàm lượng Cu, Pb và Zn trong

đất không có sự sai khác ở mức xác suất 5%.

3.6. Ảnh hƣởng của TSH đến năng suất và một số tính chất đất bạc màu trồng lúa

Từ Bảng 3.14 cho thấy, đất sử dụng thí nghiệm có hàm lượng hữu cơ thấp OC% = 1,33 , đạm ở

mức khá (N% = 0,13), lân tổng số ở mức trung bình, kali tổng số ở mức nghèo, dung tích hấp thu của đất

thấp (9,2 cmolc/kg đất . Đất trong thí nghiệm là đất bạc màu, môi trường dinh dưỡng cung cấp cho cây trồng

đa số đều ở mức thấp.

21

Bảng 3.2. Một số tính chất lý hóa của đất xám bạc màu trước thí nghiệm

pHH2O pHKCl N P2O5 K2O OC

CEC

Ca Mg

Dung

trọng

% cmolc/kg cmol/kg g/cm3

5,2 4,2 0,13 0,07 0,22 1,33 9,2 2,0 0,2 1,31

3.6.1. Ảnh hưởng của than sinh học đến năng suất của cây lúa

Kết quả sau 4 vụ lúa thí nghiệm có bón TSH cho thấy, có tác động tới năng suất của cây lúa.

Theo Bảng 3.15, năng suất của vụ xuân lớn hơn năng suất của vụ mùa, sự khác nhau giữa các vụ còn do yếu

tố khí hậu, thời tiết và sâu bệnh chi phối. uy nhiên, xu hướng năng suất của vụ sau cao hơn vụ trước và

năng suất tăng theo mức tăng của hàm lượng C bổ sung vào đất.

Bảng 3.3. Năng suất lúa trong 4 vụ thí nghiệm

Công

thức

Vụ xuân 2010 Vụ mùa 2010 Vụ xuân 2011 Vụ mùa 2011

C*

(tấn/ha/)

NS

(tạ/ha)

C

(tấn/ha/)

NS

(tạ/ha)

C

(tấn/ha/)

NS

(tạ/ha)

C

(tấn/ha/)

NS

(tạ/ha)

CT1 0 36,2 0 27,7 0 64,6 0 41,6

CT2 0 48,4 0 36,2 0 71,5 0 51,0

CT3 1,5 50,1 3,0 37,8 4,5 73,2 6,0 56,8

CT4 1,5 49,6 3,0 41,9 4,5 70,0 6,0 58,8

CT5 3,0 50,3 6,0 43,3 9,0 72,1 12,0 59,7

CT6 4,5 51,3 9,0 44,9 13,5 75,0 18,0 58,7

LSD5% 4,74 7,27 11,6 3,5

CV(%) 5,6 10,6 9,2 3,6

*C: Lượng các bon bổ sung vào đất cho mỗi vụ, trong Bảng 3.15 lượng C của vụ tiếp theo được

cộng dồn lượng C bón ở vụ trước.

Ở cả 4 vụ thí nghiệm, năng suất l a đều có tương quan thuận với lượng các on ón vào đất, trong

đó, năng suất vụ mùa 2010 và vụ xuân 2011 có mối tương quan khá chặt với lượng than ón vào đất tương

ứng R2 = 0,74 và R

2 =0,96 (Hình 3.29).

Ở vụ xuân 2010, các công thức có ón làm tăng năng suất lúa từ 13,4 – 15,1 tạ/ha có ý nghĩa ở

mức xác suất 0,05 so với công thức cấy chay CT1. So với công thức ón phân vô cơ C 2 và công thức bón

phân chuồng CT3, các công thức có ón có năng suất cao hơn từ 1,2 – 2,9 tạ/ha nhưng sự sai khác là

không đáng kể.

Hình 3.1. Mối tương quan giữa năng suất lúa với hàm lượng các bon bón vào đất

Vụ xuân 2011, các công thức có ón làm tăng năng suất so với công thức cấy chay từ 5,4 –

10,4 tạ/ha. Theo kết quả thông kê cho thấy ở vụ này sự sai khác giữa các công thức trong thí nghiệm là

không đáng kể.

22

Ở vụ mùa 2010, làm tăng năng suất lúa từ 14,2 – 17,2 tạ/ha so với công thức cấy chay CT1,

tăng năng suất so với công thức ón phân vô cơ từ 5,7 – 8,7 tạ/ha và tăng năng suất so với công thức bón

phân chuồng từ 4,1 – 7,1 tạ/ha nhưng sự sai khác không có ý nghĩa ở mức xác suất 0,05.

Vụ lúa mùa 2011, TSH làm tăng năng suất lúa từ 17,1 – 18,1 tạ/ha so với công thức cấy chay, tăng

năng suất từ 7,7 -8,7 tạ/ha so với công thức bón phân hữu cơ, có ý nghĩa ở mức xác suất 0,05. So với công

thức CT3 bón phân chuồng cộng phân vô cơ thì các công thức có bón TSH kết hợp phân vô cơ cho năng suất

tăng từ 1,9 – 2,9 tạ/ha nhưng sự sai khác không có ý nghĩa ở mức xác suất 0,05.

3.6.2. Ảnh hưởng của than sinh học đến tính chất đất

Với lượng các bon sau 4 vụ thí nghiệm từ 6,0 – 18,0 tấn/ha cho thấy, một số chỉ tiêu dinh dưỡng

quan trọng trong đất có sự thay đổi theo xu hướng tích cực. Các chỉ tiêu của đất có mối tương quan thuận với

lượng các on ón vào đất. heo đó, các chỉ tiêu này đều có tương quan chặt với , đặc biệt là pH (R2 =

0,956) và canxi (R2 = 0,89). Khi so sánh các công thức có bón TSH với tính chất đất trước thí nghiệm, với

chỉ tiêu p tăng lên từ 0,37 – 0,61 đơn vị, ở công thức CT6 pH có sự sai khác có ý nghĩa ở mức xác suất

0,05. Với chỉ tiêu các bon hữu cơ OC tăng lên từ 0,65 – 0,82 %, các công thức có bón TSH có sự sai khác

có ý nghĩa với độ tin cậy 95% so với CT1. Với khả năng trao đổi cation (CEC) có sự khác nhau đáng kể

giữa các công thức, làm CEC tăng từ 4,07 – 5,27 cmolc/kg và TSH làm Ca2+

trong đất tăng từ 1,51 –

2,57 cmolc/kg, Mg2+

tăng từ 0,15 – 0,27 cmolc/kg.

Bảng 3.4. Các chỉ tiêu hóa học đất sau 4 vụ canh tác lúa

KHM pHKCl OC CEC Ca

2+ Mg

2+

- % cmolc /kg

CT1 4,20 1,00 10,03 2,74 0,09

CT2 4,28 1,22 9,4 3,51 0,25

CT3 4,36 1,43 11,5 3,59 0,35

CT4 4,40 1,65 14,4 3,55 0,36

CT5 4,45 1,73 14,1 4,02 0,45

CT6 4,64 1,82 15,3 4,11 0,48

LSD5% 0,46 0,88 0,3 0,29 0,82

CV(%) 0,6 3,3 1,4 4,7 13,4

Hình 3.2. Mối tương quan giữa một số tính chất đất với hàm lượng các bon bón vào đất

Như vậy, có thể khẳng định rằng TSH từ phụ phẩm cây lúa trong nghiên cứu có khả năng cải tạo đất

xám bạc màu và nâng cao năng suất cây lúa. Việc ứng dụng TSH là một trong các phương pháp có thể được

sử dụng để cải tạo tính chất đất xám bạc màu và nâng cao năng suất cây lúa.

23

Hình 3.3. Phẫu diện tầng đất 0 - 30 cm sau 4 vụ thí nghiệm của công thức không bón phân (CT1), công thức

bón 10 tấn phân chuồng + phân khoáng (CT3) và công thức bón 4,5 tấn C + phân khoáng (CT6)

Sau 4 vụ lúa, tiến hành so sánh hình thái và màu sắc của tầng đất 0 – 30 cm (Hình 3.30) cho thấy, đất

có bón TSH có màu sắc thẫm hơn, tơi xốp hơn và ón vào trong đất chưa ị phân hủy vẫn còn tồn tại

trong đất, trong khi đó đất bón phân chuồng không thể hiện sự thay đổi màu sắc cũng như sự hiện diện của

chất hữu cơ.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

rên cơ sở các kết quả nghiên cứu thu được, luận án rút ra một số kiệt luận như sau:

1. Đất xám bạc màu trong nghiên cứu có những đặc tính như: p rất chua, pHH2O = 5,2, pHKCl = 4,2,

khả năng trao đổi cation thấp (CEC = 9,24 cmolc/kg), khả năng giữ nước 36,6% và điện tích bề mặt đều

thấp (-4,2 mmolc/kg). TSH từ phụ phẩm cây lúa có những đặc tính như: p kiềm tính, pHH2O = 10,6,

pHKCl = 10,0, CEC của TSH khá cao (80,43 cmolc/kg), khả năng giữ nước 82,2% và điện tích bề mặt

cao (-20,0 mmolc/kg).

2. TSH từ phụ phẩm cây lúa sau khi phối trộn với đất xám bạc màu có thể nâng cao một số tính chất

của đất. So với đối chứng (0% TSH), các tỉ lệ phối trộn 1%, 5%, 10% TSH tương ứng làm tăng các chỉ

tiêu trong đất xám bạc màu như: chỉ tiêu pHH20 tăng lên 1,3, 3,1 và 4,0 đơn vị và pHKCl tăng lên 1,2, 3,2

và 4,1 đơn vị. CEC tăng lên 0,6, 3,4 và 8,3 cmolc/kg, các chỉ tiêu cation cũng tăng theo tỉ lệ tăng của hàm

lượng TSH, khả năng giữ nước của đất tăng lên 0,7, 5,6, 12,5%. Đất xám bạc màu có bổ sung TSH có

điện tích âm bề mặt tăng lên theo tỉ lệ 1%, 5%, 10% TSH và biến đổi theo p môi trường. Điện tích bề

mặt biến đổi tương ứng từ -1,4 ÷ -12,4, -1,3 ÷ -11,7, -1,8 ÷ -12,4, -2,1 ÷ -16,1 mmolc/kg khi p thay đổi

từ 2,1 đến 11,2.

3. TSH có khả năng đệm axit là 9,6 mmol H+/L và khả năng đệm azơ là 18,5 mmolO

-/L. TSH có

tiềm năng sử dụng để xử lý Cu, P và Zn trong môi trường. Khả năng xử lý Cu (II), Pb (II) và Zn (II) ở

mức cao, tương ứng với hiệu suất hấp phụ từ 95,9 – 99,8% đối với Cu, 97,9 – 99,4% đối với Pb (II) và

98,1 – 99,3% đối với Zn.

4. Khả năng hấp phụ KLN của đất xám bạc màu tăng lên khi tăng hàm lượng TSH bổ sung vào đất.

Hiệu suất hấp phụ của vật liệu theo các tỉ lệ 0%, 1%, 5% và 10% tăng lên theo mức tăng của

hàm lượng và đạt tối ưu ở các p tương ứng 5,94, 6,78, 6,58 và 7,27 đối với Cu, 7,80, 7,12, 8,67 và

8,13 đối với P , 7,55, 7,09, 7,89 và 7,74 đối với Zn.

24

Thời gian đạt cân bằng hấp phụ KLN của các vật liệu trong khoảng 120 ph t. Động học quá trình

hấp phụ tuân theo phương trình Lagergren với hệ số k dao động trong khoảng 0,039 - 0,041 đối với Cu,

0,039 - 0,053 đối với Pb và 0,036 - 0,041 đối với Zn.

Dung lương hấp phụ cực đại của đất xám bạc màu có bổ sung ở các mức 0%, 1%, 5% và 10%

đạt các giá trị tương ứng với 0,62, 1,37, 2,94 và 3,12 mg/g đối với Cu, 3,02, 3,87, 4,30 và 4,33 mg/g

đối với P , 1,11, 1,48, 2,73 và 3,76 mg/g đối với Zn.

5. Khả năng chiết Cu, Pb, và Zn của CaCl2 0,01 M giảm theo thời gian và giảm theo tỉ lệ tăng của hàm

lượng TSH bón bổ sung vào đất. So với đối chứng, khả năng chiết của dung dịch CaCl2 0,01 M sau 1 giờ

của thí nghiệm ủ giảm 74,2, 84,1 và 88,4% đối với Cu, 87,7, 93,5 và 95,9% đối với Pb và 41,2, 69,8 và

87,3% với Zn, tương ứng với tỉ lệ 1%, 5% và 10% TSH. So với thời gian sau 1 giờ ủ, khả năng chiết của

CaCl2 ở cuối thí nghiệm thấp hơn lần lượt là 5,9, 4,9 và 5,2 lần đối với Cu, 9,3, 9,5 và 6,0 lần đối với Pb

và 10,3, 561,9, 1444,1 lần đối với Zn lần ở các mức TSH 1%, 5% và 10% TSH.

6. Bón than sinh học tác dụng làm giảm đáng kể tích lũy Cu, P , Zn trong cây rau muống. Đối với đất

gây nhiễm Cu, mức bổ sung 1% TSH có tác dụng làm giảm 37,3% kim loại và mức bổ sung 5% TSH có

tác dụng làm giảm 51,7% kim loại tích lũy trong rau so với đối chứng. Đối với đất gây nhiễm Pb, mức bổ

sung 1% TSH có tác dụng làm giảm 39,1% kim loại và mức bổ sung 5% TSH có tác dụng làm giảm

85,8% kim loại tích lũy trong rau so với đối chứng. Đối với đất gây nhiễm Cu, mức bổ sung 1% TSH có

tác dụng làm giảm 13,8% kim loại và mức bổ sung 5% TSH có tác dụng làm giảm 36,1% kim loại tích

lũy trong rau so với đối chứng. Với thí nghiệm trong chậu như ở nghiên cứu này, mức bón bổ sung 10%

TSH cây rau muống không phát triển được.

7. Thí nghiệm trồng lúa có bón TSH từ phụ phẩm cây lúa với lượng bón trong 4 vụ từ 6,0 – 18,0 tấn

C/ha không gây ảnh hưởng xấu mà còn làm tăng năng suất cây l a. làm tăng năng suất lúa khi so với

công thức cấy chay 13,4 – 15,1 tạ/ha trong vụ xuân, tăng năng suất 14,2 - 18,1 tạ/ha trong vụ mùa. So với

công thức chỉ ón phân vô cơ làm tăng năng suất 1,2 – 3,5 tạ/ha ở vụ xuân, 5,7 – 7,8 tạ/ha ở vụ mùa.

So với công thức bón phân chuồng, ở các vụ thí nghiệm, các công thức có ón cho năng suất cao

hơn hoặc tương đương; sau 4 vụ thí nghiệm, làm thay đổi độ phì của đất, trong đó làm tăng p của

đất lên 0,37 – 0,61 đơn vị, các bon hữu cơ 0,65 – 0,82 %, CEC tăng 4,07 – 5,27 cmolc/kg và Ca2+

tăng

3,55 – 4,11 cmolc/kg so với đất trước thí nghiệm.

KIẾN NGHỊ

1. Cần có các nghiên cứu về hiệu quả và các tác động của TSH với một số loại đất khác và trên một số

cây trồng chính ở Việt Nam. Đặc biệt là cần có các thí nghiệm để đánh giá đầy đủ về tác động của TSH

đến môi trường đất như thời gian theo dõi dài hơn, ố trí thí nghiệm khảo sát tác động của đến hỗn

hợp các nguyên tố LN cũng như theo dõi tác động của ứng dụng TSH tới hệ vi sinh vật đất nhằm có các

đánh giá sát thực tế với điều kiện đồng ruộng của hơn.

2. TSH từ phụ phẩm cây lúa là nguồn cung cấp các bon cho bể chứa các on trong đất, góp phần giảm

phát thải khí nhà kính đồng thời cải thiện độ phì nhiêu của đất, hạn chế khả năng rửa trôi KLN vào nguồn

nước và khả năng h t thu vào cây trồng. Do vậy cần khuyến khích người dân áp dụng TSH trong sản xuất

nông nghiệp, đặc biệt là các vùng đất bị suy thoái và hạn hán do thiếu nước.

Documents

MỞ ĐẦU 1. Tính c p thi t c tài - hus.vnu.edu.vnhus.vnu.edu.vn/sites/default/files/AnnFiles/TVCuong-Tom tat LA 21.5... · Đất xám bạc màu có thành phầ Fơ JLới