1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
ĐOÀN THU HÒA
Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CỐ ĐỊNH KIM LOẠI NẶNG
CỦA THAN SINH HỌC TRÊN ĐẤT BẠC MÀU TRỒNG
RAU
KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hệ đào tạo : Chính quy
Chuyên ngành : Khoa học môi trường
Lớp : K9 - LTKHMT
Khoa : Môi Trường
Khoá học : 2013 – 2014
1
2
Giảng viên hướng dẫn: 1. ThS. Trần Viết Cường
2. ThS. Trương Thị Ánh Tuyết
Thái Nguyên, năm 2014
2
3
LỜI CẢM ƠN
Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy ThS. Trần Viết Cường,
cán bộ Bộ môn Môi Trường Nông Thôn, Viện Môi Trường Nông Nghiệp
người thầy đã đã hướng dẫn, dạy bảo, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi
nhất để em có thể hoàn thành tốt khóa luận này.
Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô ThS. Trương Thị Ánh Tuyết,
giảng viên khoa Môi Trường, Trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên là
người luôn quan tâm, giúp đỡ tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực
hiện khóa luận tốt nghiệp.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các cô, chú, anh, chị ở Bộ môn Môi

Hình 4.5: Đồ thị trọng lượng khô các công thức TSH
Hình 4.6: Đồ thị chiều cao cây các công thức TSH
Hình 4.7: Đồ thị diện tích lá các công thức TSH
Hình 4.8: Đồ thị kim loại nặng tổng số trong rau
Hình 4.9: Hàm lượng kim loại trong đất sau thí nghiệm
5
6
6
7
DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG KHOÁ LUẬN
7
8
DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT
AAS Phương pháp phân tích phổ hấp phụ nguyên tử
BC Black Carbon
CEC Dung tích trao đổi cation của đất
FAO Tổ chức Lương Thực và Nông Nghiệp Liên Hợp Quốc
KLN Kim loại nặng
PAH Polycyclic aromatic hydrocarbons
PCP Phencyclidine
SD Độ lệch chuẩn
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TSH Than sinh học
8
MỤC LỤC
9
10
PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề

cư nông thôn xem việc đốt phụ phẩm như là biện pháp giảm thiểu sự dư thừa
phụ phẩm nông nghiệp. Tuy nhiên, hoạt động này có một số hạn chế như gây
ô nhiễm khói bụi, các bệnh về hô hấp và gia tăng khí nhà kính trong khí quyển.
Than sinh học (TSH) là thuật ngữ dùng để chỉ các bon đen (black
carbon) hay còn có tên gọi là biochar được tạo ra từ quá trình nhiệt phân các
vật liệu hữu cơ trong môi trường không có ôxy hoặc nghèo ôxy để không xảy
ra phản ứng cháy. Không 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 chất lượng đất
và tăng năng suất cây trồng, các bon trong than sinh học ở trạng thái khó phân
hủy trong môi trường đất nên bón than sinh học cũng là giải pháp cô lập các
bon trong đất, giảm phát thải khí nhà kính. Ngoài ra than sinh học 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, với khả năng cố
định kim loại nặng trong đất, than sinh học sẽ hạn chế khả năng hút thu bởi
cây trồng. Nguồn nguyên liệu phụ phẩm từ canh tác lúa dồi dào như rơm rạ,
trấu, sẵn có tại các khu vực nông thôn hơn nữa giá thành rẻ và quy trình sản
xuất đơn giản. Việc sử dụng than sinh học để cải tạo môi trường đất được biết
đến như một giải pháp thân thiện với môi trường.
Hiện nay, các nghiên cứu về ứng dụng than sinh học trong canh tác
nông nghiệp cũng như ứng dụng chúng trong việc xử lý đất có vấn đề tại Việt
Nam còn hạn chế, để làm sáng tỏ hơn tác dụng của than sinh học sản xuất từ
phụ phẩm cây lúa đối với đất ô nhiễm kim loại nặng do đó tôi lựa chọn đề tài:
“Nghiên cứu khả năng cố định kim loại nặng của than sinh học trên đất
bạc màu trồng rau” để có cái nhìn rộng và sâu hơn tác dụng của TSH đối với
khả năng cố định kim loại nặng trong đất, cung cấp cơ sở khoa học cho việc
ứng dụng TSH nhằm cải tạo đất bạc màu và cải tạo ô nhiễm môi trường đất.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định hiệu quả của TSH trong việc cố định kim loại nặng trên đất
bạc màu trồng rau.

loại của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO), đất bạc
màu thuộc nhóm Acrisols. Đất bạc màu là khái niệm dùng để chỉ loại đất mà
trong quá trình phát triển hàm lượng các chất dinh dưỡng cần thiết cho cây
trồng bị giảm dần, dẫn tới năng suất cây trồng và hiệu quả kinh tế của quá
trình sản xuất giảm [11].
2.1.1. Sự hình thành và phân bố đất bạc màu
- Sự hình thành đất bạc màu
Đất bạc màu phân bố tập trung vùng trung du các tỉnh, nên còn gọi là
những cánh đồng trước núi, nằm trên độ cao trung bình 6-10m so với mặt
biển. Địa hình đại diện chung cho loại đất này là dốc thoai thoải hướng xuống
đồng bằng phù sa mới. Trên từng cánh đồng là ruộng bậc thang mấp mô gợn
sóng thường bị phân cắt bởi những dải đồi thấp hoặc ngòi suối. Tùy thuộc
nguồn gốc mẫu thổ, địa hình, chế độ canh tác v.v… mà hình thái phẫu diện có
khác nhau, song trong phẫu diện phổ biến thường có ba tầng rõ rệt [7]:
- Tầng bạc màu: Chính là những tầng canh tác dày 8-15cm, màu xám
trắng, cát pha hoặc thịt nhẹ, rời rạc, lắng chặt nhanh, chuyển lớp rõ rệt.
- Tầng đế cày: Dày 5-7cm, màu nâu vàng rất chặt thường có kết cấu
phiến mỏng, thịt nhẹ hoặc trung bình, ít chua hơn tầng mặt.
- Tầng đất nền: Màu loang lổ đỏ vàng, hơi chặt và thường ẩm, thịt trung
bình đến nặng, kết cấu lăng trụ, trong tầng này có nơi đã xuất hiện kết von đá ong.
- Nguồn gốc phát sinh
Đá mẹ: Phù sa cổ, các loại đá mẹ chua: Granit, liparit, phiến thạch, sa
thạch khi phong hóa có thành phần cơ giới nhẹ. Do điều kiện địa hình, khí
14
15
hậu và canh tác lạc hậu nên đất bị rửa trôi, thoái hóa tạo nên đất bạc màu
nghèo dinh dưỡng [7].
Địa hình: Nằm tiếp giáp giữa vùng trung du đồi núi thấp và đồng bằng
phù sa. Địa thế thường lồi lõm, lượn sóng, dốc thoải nên dễ bị bào mòn, rửa
trôi các chất màu mỡ [7].

15
16
Đất xám feralit: Có diện tích lớn nhất trong nhóm đát xám 14.789.505
ha, được hình thành từ quá trình hình thành mùn, tích lũy sét và quá trình
felit. Loại đất chủ yếu tập trung ở trung du và miền núi. Đất xám feralit còn
được chia thành 5 đơn vị: Đất xám feralit trên đá phiến thạch sét (đất phụ có
diện tích lớn nhất 6.876.430 ha, hình thành trên đá mẹ: sét, phiến biến chất,
gnai, phiến mica, phân bố ở Việt Bắc, Tây Bắc, Trường Sơn, Tây Nguyên ),
Đất xám feralit trên đá macma axit (có diện tích 4.464.747 ha, phân bố Lào
Cai, Lạng Sơn, Vĩnh Phúc, Nghệ An, Quảng Trị…, đá mẹ hình thành đất
granit, riolit, thạch anh), Đất xám trên đá cát ( có diện tích 2.651.337 ha, phân
bố ở Bắc Giang, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc, Nghệ An, Quảng Bình…, đá mẹ là cát
kết, phiến silic), Đất xám phát triển trên phù sa cổ (diện tích 455.402 ha, phân
bố ở nơi tiếp giáp giữa đồng bằng, trung du và miền núi như Hà Tây, Đồng
Nai, Đăc Lắc) [7].
Đất xám mùn trên núi: Diện tích 3.139.285 ha,có hàm lượng chất hữu
cơ cao, phân bố ở độ cao 700-1700-1800m so với biển, địa hình bị chia cắt,
dốc nhiều, tầng đất thường không dày. Loại đất này thường phát triển trong
điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm [7].
2.1.2. Tính chất đất bạc màu
• Tính chất vật lý [11]:
- Đất có thành phần cơ giới nhẹ, bị nén chặt, bí.
- Dung trọng: 1,5-1,6% (tầng canh tác), độ xốp < 40%.
- Dung trọng: 1,7-1,8 %, độ xốp 30-35% (tầng chuyển tiếp).
- 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%.
- Sức ẩm đồng ruộng: 2-31%.
- Độ ẩm cây héo: 5-7%.
- Độ thấm nước lớp đất mặt 68mm/giờ; lớp đất sâu 25mm/giờ.
• Tính chất hóa học [2]:

lại tương đối cao, độ ẩm cây héo cũng thấp, do lượng nước khuếch tán khá
nhiều, đặc điểm này nói lên khả năng huy động nước của cây tương đối lớn
song mặt khác, khả năng giữ nước lại rất hạn chế.
- Luân canh tăng vụ cây trồng: Đây là biện pháp kĩ thuật nhằm đạt hiệu quả
thu nhập cao trên cùng một đơn vị diện tích canh tác, góp phần bảo vệ và bồi
dưỡng cải tạo đất bằng cách trả lại độ màu mỡ lâu dài cho đất bạc màu thông
17
18
qua hệ thống cây trồng được bố trí hợp lý và có đầu tư thâm canh. Luân canh
cây họ đậu còn giúp cải thiện độ phì nhiêu của đất do sự cố định đạm của
nhiều vi khuẩn nốt sần từ bộ rễ của cây.
- Tăng cường bón chất hữu cơ: Trong đất bạc màu hàm lượng mùn rất
thấp, vì vậy việc bón phân hữu cơ sẽ cho hiệu quả hơn.
- Bón vôi: Đối với đất bạc màu, nếu bón vôi với liều lượng thích hợp có
thể tăng năng suất lúa từ 8-24%. Lượng vôi thích hợp là trung hòa 0,15-0,25
độ chua thủy phân vào khoảng 500-1000kg/ha như vậy ta có thể tăng từ 50-
60kg thóc. Xây dựng chế độ canh tác hợp lý, đưa cây họ đậu vào thành phần cơ
cấu cây trồng nhằm bồi dưỡng đất. Tăng cường xới xáo làm cho đất tơi xốp.
2.2. Tổng quan ô nhiễm kim loại nặng trong đất
2.2.1. Khái niệm kim loại nặng và đất bị ô nhiễm do KLN
Kim loại nặng (KLN) là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn
5g/cm
3
. KLN được được chia làm 3 loại: Các kim loại độc (Hg, Cr, Pb, Zn,
Cu, Ni, Cd, As, Co, Sn…), những kim loại quý (Pd, Pt, Au, Ag, Ru…), các
kim loại phóng xạ (U, Th, Ra, Am,…) [9].
Đất bị ô nhiễm KLN là khả năng tích lũy KLN trong đất vượt quá tiêu
chuẩn cho phép gây độc đối với con người, sinh vật và đất.
Các KLN thường là nguồn gây độc nguy hiểm đối với hệ sinh thái đất,
chuỗi thức ăn và con người. Những KLN có tính độc cao và nguy hiểm là

phân giải dẫn đến sự giải phóng các KLN vào đất).
- Dạng còn lại: Bao gồm các KLN nằm trong cấu trúc tinh thể của các khoáng
vật nguyên sinh và thứ sinh. Dạng này rất khó giải phóng ra môi trường dưới
các điều kiện tự nhiên bình thường. Do tác dụng của các quá trình phong hoá,
đặc biệt là phong hoá hoá học và phong hoá sinh học mà các KLN dần dần
được giải phóng ra môi trường đất.
2.2.3. Hiện trạng ô nhiễm KLN trong đất ở Việt Nam
Ở Việt Nam những nghiên cứu bước đầu về KLN trong đất đã chỉ ra
hàm lượng của các nguyên tố KLN (Cu, Pb, Zn, Cd,…) trong đất phụ thuộc
nhiều vào nguồn gốc đá mẹ và mẫu chất hình thành nên các loại đất đó. Các
tác giả Trần Công Tấu và Trần Công Khánh (1998) đã công bố hàm lượng
KLN dạng tổng số và dễ tiêu ở tầng đất mặt 0 – 20 cm của một số loại đất: đất
feralit, đất phù sa, đất xám, đất phèn… đã đưa ra 7 độc tố (Co, Cr, Fe, Mn,
19
20
Ni, Pb, Zn) tập trung chủ yếu ở hai loại đất chính ở Việt Nam, trong đó
đất feralit có hàm lượng các nguyên tố (trừ Pb) cao nhất (Trần Công Tấu,
1998) [14].
20
21
Bảng 2.1: Hàm lượng KLN trong tầng đất mặt ở một số loại đất Việt Nam
Đơn vị: mg/kg
Loại đất Dạng Co Cr Fe Mn Ni Pd Zn
Đất Feralit
TS
1
59,5 257,6 125091 1192 227,1 9,0 81
DĐ
2
0,46 <0,36 <0,83 55,5 0,96 <0,51 <0,51

Mn 490,6 167,1 864,8
Zn 87,0 30,5 107,0 200
Hg 0,53 0,09 0,26
Nguồn: Phạm Quang Hà (2002-2003)
• Nguyên nhân
 Nguồn gốc tự nhiên
Trong các khoáng vật hình thành nên đất thường chứa một hàm
lượng nhất định KLN như đá macma (chứa Mn, Co, Ni, Cu, Zn,), đá nham
thạch (chứa Cu),… [3].
 Nguốn gốc nhân tạo
- Ô nhiễm do chất thải sinh hoạt
Ở các thành phố lớn, chất thải rắn sinh hoạt được thu gom, tập trung,
phân loại và xử lý chủ yếu bằng chôn lấp, bùn từ hệ thống thu gom nước và
nước rỉ từ các hầm ủ và bãi chôn lấp có tải lượng ô nhiễm chất hữu cơ rất
cũng như các KLN: Cu , Zn, Pb, Al, Fe, Cd, Hg và cả các chất như P, N,…
cũng cao. Nước rỉ này sẽ ngấm xuống đất gây ô nhiễm đất và nước ngầm [3].
- Ô nhiễm do chất thải công nghiệp
Các hoạt động công nghiệp rất phong phú và đa dạng, chúng có thể là
nguồn gây ô nhiễm đất một cách trực tiếp hoặc gián tiếp. Nguồn gây ô nhiễm
trực tiếp khi chúng được thải trực tiếp vào môi trường đất, nguồn gây ô nhiễm
gián tiếp là chúng được thải vào môi trường nước, môi trường không khí
nhưng do quá trình vận chuyển, lắng đọng chúng di chuyển đến đất và gây ô
nhiễm đất [3].
- Ô nhiễm do chất thải nông nghiệp
Áp lực tăng dân số đòi hỏi nhu cầu tăng lương thực, thực phẩm ngày
càng tăng và phải tăng cường khai thác độ phì nhiêu của đất bằng nhiều biện
pháp: Tăng cường sử dụng hóa chất như phân bón vô cơ, thuốc trừ sâu, diệt
cỏ, sử dụng chất kích thích sinh trưởng làm giảm thất thoát và tạo nguồn lợi
cho thu hoạch, mở rộng các hệ tưới tiêu. Tuy nhiên, trong phân bón và thuốc
22

hiểm đến sức khỏe con người (tiêu chuẩn của Bộ NN & PTNT. Quy định tạm
thời về sản xuất rau an toàn 28/04/1988) [14].
2.2.5. Một số phương pháp xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng
Trên thế giới hiện nay đã có nhiều phương pháp xử lý ô nhiễm KLN
được áp dụng với quy mô và mức độ khác nhau. Sau đây là một số phương
pháp chính xử lý đât ô nhiễm đã và đang được áp dụng trên thế giới [3].
- Phương pháp xử lý đất ô nhiễm bằng thực vật
24
25
Từ năm 1990 trở lại đây, phương pháp sử dụng thực vật để xử lý ô
nhiễm đã được giới thiệu như loại công nghệ thương mại. Công nghệ này
được đánh giá là có nhiều ưu điểm nổi trội: Dễ thực hiện, không đòi hỏi trình
độ kỹ thuật cao, chi phí xử lý thấp và đặc biệt là thân thiện với môi trường.
Tuy nhiên hạn chế của công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm là trong tự nhiên có
rất ít loài thực vật hội tụ đủ các tiêu chí cơ bản như: Phát triển được môi
trường đất ô nhiễm, sinh trưởng nhanh, sinh khối cao, có khả năng hấp thụ
được các chất ô nhiễm với nồng độ cao, biên độ sinh thái rộng và không có
nguy cơ trở thành sinh vật ngoại lai [3].
- Phương pháp xử lý đất bằng nhiệt
Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là làm bay hơi ở nhiệt độ cao
(> 800
0
C) các KLN. Tuy nhiên, hầu hết các KLN này thường tồn tại ở pha
rắn, ít di chuyển và hoà tan trong dung dịch đất do các cơ chế hóa học và vật
lý. Do vậy chi phí xử lý phụ thuộc vào loại đất, hàm lượng nước trong đất và
loại chất ô nhiễm. Ước tính từ 100 - 150 USD/tấn [1].
- Phương pháp xử lý đất bằng tách chiết, phân cấp cỡ hạt
Phương pháp này dựa vào việc rửa các KLN ra khỏi đất. Quá trình rửa
tập trung vào việc di dời các KLN và các hợp chất chứa KLN. Quá trình này
có thể được tiến hành với một vài loại tác nhân rửa khác nhau như các axit vô