PHẦN I: MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Môi trường ngày nay không phải là vấn đề quan tâm của mỗi quốc gia mà
trở thành vấn đề toàn cầu. Bảo vệ môi trường là một tiêu chuẩn đạo đức, là điều
kiện phát triển của một cá nhân, một cộng đồng, một quốc gia. Đặc biệt bảo vệ
môi trường nước là vấn đề được quan tâm hàng đầu vì chúng rất dễ gây ra
những ảnh hưởng trực tiếp cho con người các quần thể sinh vật đồng thời dễ
lan truyền những tác động xấu ra những vùng lân cận. Nước là một nhân tố
quyết định đến sự sống của các sinh vật trên hành tinh, hiện nay trên thế giới
mức độ sử dụng nước ngày một tăng nhanh, thế giới có khoảng 14000 triệu
km3 nước, nước mặn chiếm 97%, nước ngọt chiếm 3% chỉ có khoảng 10 triệu
km3 nước có thể sử dụng được phần còn lại là nước đóng băng tập trung ở hai
cực [1]. Nhu cầu nước cho các ngành cũng tăng lên khoảng 69% sử dụng trong
nông nghiệp, 23% sử dụng cho công nghiệp, 8% nhu cầu cho đời sống.
Dưới sức ép của sự gia tăng dân số, nhu cầu lương thực thực phẩm đang
tăng lên cả về số lượng và chất lượng cùng với quá trình công nghiệp hóa, hiện
đại hóa thâm canh nông nghiệp và thói quen sử dụng nước tùy tiện không quan
tâm đến chất lượng nước ở các nước chậm phát triển. Gần 20% dân số thế giới
không được sử dụng nước sạch và 50% thiếu nước vệ sinh an toàn.
Việt Nam là một nước đang phát triển có bình quân thu nhập đầu người
tháp, nông nghiệp chiếm một vai trò quan trọng đối với 75% lao động và 80%
dân số sống chủ yếu dựa vào nông nghiệp. Nông nghiệp là ngành sử dụng
nước nhiều nhất chủ yếu là do tưới tiêu. Để đảm bảo an ninh lương thực cho
toàn xã hội việc sử dụng phân bón đặc biệt là phân đạm nhằm tăng năng suất
cây trồng đang ngày một tăng lên. Lượng phân bón hóa học sử dụng ở Việt
Nam mức trung bình 62.7 kg/ha vào năm 1985 và 73.5 kg/ha vào năm 1990
và vẫn còn có chiều hướng gia tăng từ năm 1990 trở lại đây [30]. Đặc biệt, sử
1
dụng phân đạm hóa học bị lạm dụng ở một số vùng trồng rau và thâm canh
lúa nước gây ra dư thừa trong nước mặt và có nguy cơ tích lũy trong nước
ngầm do nông dân sử dụng một lượng lớn và không hợp lý đó là nguồn sản

+
trong nước tưới cho sản xuất nông nghiệp, chúng tôi tiến
hành nghiên cứu đề tài: “Ảnh hưởng của việc sử dụng phân đạm đến khả
năng tích lũy hàm lượng NO
3
-
, NH
4
+
trong nước mặt và nước ngầm tại xã
Đặng Xá - huyện Gia Lâm – thành phố Hà Nội”.
1.2. Mục đích, yêu cầu nghiên cứu
1.2.1. Mục đích
Xác định ảnh hưởng của việc sử dụng phân đạm đến sự tích luỹ hàm
lượng NO
3
-
, NH
4
+
trong nước mặt và nước ngầm tại một số địa điểm ở xã
Đặng Xá, đề xuất hướng sử dụng phân bón hợp lý, hiệu quả nhằm hạn chế
ảnh hưởng tới môi trường nước.
1.2.2. Yêu cầu
- Điều tra, đánh giá mức độ sử dụng phân đạm đối với cây trồng ở một
số hộ sản xuất nông nghiệp của xã Đặng Xá.
- Xác định mối liên quan giữa việc sử dụng phân đạm đến sự thay đổi
hàm lượng NO
3
-

cho nông dân sống ở nông thôn, góp phần xoá đói giảm nghèo, đảm bảo an
ninh lương thực cho xã hội, góp phần ổn định kinh tế xã hội của đất nước.
Bón phân là biện pháp kỹ thuật có ảnh hưởng quyết định đến năng suất, chất
lượng sản phẩm cây trồng, hiệu quả và thu nhập của người sản xuất. Thực tiễn
sản xuất ở nhiều nước trên thế giới cũng như ở nước ta trong những năm qua
đã chứng minh rằng, không có phân bón đặc biệt là phân hoá học thì không
thể đạt năng suất và sản lượng cao. Nếu không có phân hoá học, nông nghiệp
không thể nào trong tăng gấp 4 lần sản lượng trong vòng 50 năm, trở thành
một trong các yếu tố cơ bản để tăng mức sống và trình độ văn minh. Phân bón
hoá học đã chiếm lĩnh chủ yếu trong các loại phân được sử dụng trong sản
xuất nông nghiệp của hầu hết các nước trên thế giới [24].
3
Phân bón ngoài hiệu ứng trực tiếp là tăng năng suất cây trồng, nó còn
có tác động rất lớn đến việc tạo ra nền đất thâm canh mà lâu nay người sử
dụng ít chú ý tới. Tuy nhiên, sử dụng phân hoá học quá mức và không hợp lý
đã dẫn đến những ảnh hưởng xấu đến tính chất đất, phẩm chất nông sản cũng
như môi trường, do đó ảnh hưởng xấu tới sức khoẻ con người và động vật.
Trước thế kỷ XIX nông nghiệp thế giới nói chung và nông nghiệp Việt
Nam nói riêng vốn là nền nông nghiệp hữu cơ. Ở châu Âu trước khi có phân
hoá học, một ha không đủ cung cấp lương thực cho một người, điều này càng
khẳng định vai trò không thể thiếu của phân hoá học trong nền nông nghiệp
hiện nay khi có sự bùng nổ về dân số.
Trong bốn chất dinh dưỡng N, P, K, S cho cây trồng N ( Nitơ ) là chất
dinh dưỡng số một, là nguyên tố tham gia vào tất cả các protein đơn giản và
phức tạp, là thành phần chủ yếu của chất nguyên sinh của tế bào thực vật, N
cũng là thành phần các axit nucleic đóng vai trò hết sức quan trọng trong trao
đổi chất của cơ thể, cây trồng...Khi cung cấp không đủ Nitơ cho cây trồng thì
cây trồng sinh trưởng và phát triển kém, lá vàng có màu lục nhạt, năng suất
mùa màng giảm [17].
Trong các cây lương thực chủ yếu trên thế giới: lúa mỳ, lúa nước và

O
5
, 160 kg K
2
O, 19 kg Ca, 12 kg Mg,
10 kg S [11].
Trong giai đoạn hiện nay nước ta đưa vào sản xuất nhiều giống lúa lai,
lúa cao sản cho năng suất cao như C70, VL24, NN10...những giống lúa này
đòi hỏi yêu cầu phân bón lớn hơn nhiều so với lúa thuần, lúa đặc sản địa
phương. Theo Thomas Dierolf và cộng sự 2001, ở vùng Đông Nam châu Á để
có năng suất 4 tấn hạt/ha cây lúa hút 90 kg N, 13 kg P, 108 kg K, 11 kg Ca,
10 kg Mg, 4 kg S. Các giống lúa địa phương cho năng suất 2 tấn/ha chỉ hút
45 kg N, 7 kg P, 54 kg K, 6 kg Ca, 5 kg Mg, 2 kg S.
Theo Nguyễn Văn Bộ và cộng sự ( 2003 ) trung bình cây lúa lấy đi 222
kg N, 7,1 kg K
2
O
5
, 31,6 kg K
2
O, 3,9 kg CaO, 4 kg MgO, 0,9 kg S và 51,7 kg
Si [31].
Dinh dưỡng đạm với cây lúa là vấn đề quan trọng đặc biệt là đối với
các giống lúa lai. Các nhà nghiên cứu Trung Quốc sau khi nghiên cứu phân
đạm với lúa lai đã đưa ra kết luận: cùng mức năng suất, lúa lai hấp thu lượng
5
đạm và lân thấp hơn lúa thuần, ở mức năng suất 75 tạ/ha lúa lai hấp thu đạm
thấp hơn lúa thuần 4,8%, hấp thu P
2
O

Ngoài ra khi nghiên cứu dinh dưỡng đạm của cây lúa ngắn ngày, các
nhà khoa học trong và ngoài nước cho rằng nhu cầu về đạm của cây lúa có
tính chất liên tục từ đầu sinh trưởng đến lúc chín. Có hai thời kỳ đặc biệt
trong dinh dưỡng đạm của cây lúa thời kỳ đẻ nhánh và làm đòng. Đặc điểm
thời kỳ đẻ nhánh nhất là khi đẻ rộ cây lúa hút đạm nhiều nhất thường lúa hút
6
70% lượng đạm cần thiết trong thời gian đẻ nhánh quyết định 74% năng suất.
Lúa cũng cần nhiều đạm trong thời kỳ phân hoá đòng và phát triển thành bông,
tạo ra các bộ phận sinh sản. Giai đoạn này lúa hút 10 – 15% lượng N là thời kỳ
bón đạm có hiệu suất cao. Phần đạm còn lại được cây hút đến lúc chín [9].
Bảng 2.1: Động thái tích luỹ dinh dưỡng của cây lúa (%)
Dinh
dưỡng
Từ nảy mầm
đến đẻ nhánh
tối đa
Nhánh tối đa
đển phân hoá
đòng
Phân hoá đòng
đến hình thành
bông
Thành
bông đến
chín
Đạm 37 12 31 20
Lân 33 23 34 10
Kali 36 21 20 23
(Nguồn: Ishizuka. Y, 1973 - Nguyễn Xuân Trường, 2000)
Theo nghiên cứu của Nguyễn Vi - Trần Khải (1978): Trong đất phù sa

2
O nguyên chất tương ứng với 36,74 – 43,4 kg KCl (60% K). K là nguyên tố
điều khiển chất lượng tham gia vào các quá trình hình thành hợp chất và vận
chuyển các hợp chất đó, K còn có tác dụng làm cho tế bào cây được củng cố,
tăng tỷ lệ đường, giúp vận chuyển chất dinh dưỡng nhanh chóng về hoa và tạo
hạt [6].
Trên đất phù sa sông Hồng trong thâm canh lúa ngắn ngày, để đạt năng
suất lúa 5 tấn/ ha ở vụ mùa và 6 tấn/ha nhất thiết phải bón K. Để đạt năng suất
7 tấn/ha ở vụ Xuân cần bón 102 – 135 kg K
2
O/ha/vụ (ở mức 193 kg N/ha, 120
kg P
2
O
5
/ha) và năng suất vụ mùa 6 tấn cần bón 88 – 107 kg K
2
O/ha/vụ (ở mức
160 kg N/ha, 88 kg P
2
O
5
/ha/vụ). Hiệu suất phân K có thể đạt 6,2 – 7,2 kg thóc
/kg K
2
O [4].
Vai trò cân đối của đạm và Kali càng lớn khi lượng đạm sử dụng càng
nhiều. K điều chỉnh dinh dưỡng đạm, làm cho cây sử dụng được nhiều đạm và
các chất dinh dưỡng khác nhiều hơn. Nếu không bón K thì hệ số sử dụng đạm
chỉ đạt 15 – 30% trong khi bón K thì hệ số này tăng lên 39 – 49%. Trong vụ

hóa học sử dụng còn thấp hơn nhiều mức bình quân thế giới.
Bảng 2.2: Tình hình sử dụng phân hóa học của các nước
Quốc gia Lượng phân hoá học bình quân sử
dụng cho 1 ha gieo trồng (kg/ha)
Hà Lan
Hàn Quốc
Nhật Bản
Trung Quốc
Việt Nam
758
467
430
390
80 - 90
( Nguồn: Nông nghiệp và môi trường, Lê Văn Khoa, NXBNN)
Qua bảng trên ta thấy trong khu vực châu Á lượng phân bón sử dụng
cho một ha gieo trồng năm 2001 ở Hà Lan lớn nhất 758 kg/ha, Việt Nam chỉ
9
bằng 30,8% lượng sử dụng ở Trung Quốc và 19,4% lượng sử dụng ở Nhật
Bản. Năng suất lúa của Việt Nam bằng 53,9% của Trung Quốc, 48,1% của
Nhật Bản.
Theo kết quả nghiên cứu của Hiệp hội công nghiệp phân bón thế giới
IFA: nhìn tổng thể xu hướng tiêu thụ phân bón giảm xuống từ đầu những năm
90: năm 1990 đến 1992 giảm 9 triệu tấn, năm 1993 đến 1994 giảm gần 14
triệu tấn. Tuy nhiên, ở các nước đang phát triển xu hướng sử dụng phân bón
vẫn tăng lên. Năm 1993 đến 1994 các nước đang phát triển tiêu thụ phân bón
tăng lên 55%, năm 1998 đến 1999 tăng lên 58%. Vì lẽ đó sản xuất phân đạm
cũng tăng lên ở các nước phát triển, năm 1980 đến năm 1981 tăng 31% đến
năm 1992 – 1993 tăng lên 45% [23].
Phân hóa học đặc biệt là phân đạm đã đóng góp vai trò quan trọng

lượng của khu vực Tây Á và Trung Quốc.
- Phân đạm và amoniac: năm 2010 sản lượng amoniac toàn cầu có thể
đạt 202 triệu tấn tăng 35 triệu tấn so với 167 triệu tấn năm 2006. sản lượng
amoniac của thế giới dự kiến tăng bình quân 7%/năm trong giai đoạn 2006 –
2009 và có thể tăng thêm 15 triệu tấn năm 2010. khu vực Tây Á có thể chiếm
1/3 mức gia tăng sản lượng trong khoảng thời gian trên.
Theo IFA, nhu cầu tiêu thụ phân đạm của thế giới trong giai đoạn
2006-2010 dự kiến tăng bình quân 1,8%/năm đạt 99,1 triệu tấn vào năm 2010.
nguồn cung ứng phân đạm toàn cầu có thể tăng bình quân 5,4%/năm, trong
khi nhu cầu tiêu thụ chỉ tăng 2,1%.
- Đối với lân: sản lượng phân lân của thế giới sẽ tăng bính quân khoảng
2%/năm từ 177 triệu tấn trong năm 2006 lên 195 triệu tấn năm 2010. Trong đó
Trung Quốc có khả năng chiếm 1/3 mức gia tăng này trong thời gian trên. Ngoài
ra sản lượng phân lân của các nước và khu vực Tây Á, châu Phi, Đông Á và Mỹ
la tinh dự kiến sẽ tăng lên khi tình hình sản xuất tại Mỹ không thuận lợi.
- Đối với phân DAP: sản lượng DAP toàn cầu dự kiến tăng thêm 3,3
triệu tấn P
2
O
5
vào năm 2010, đạt 24,1 triệu tấn P
2
O
5
. Trung Quốc chiếm 40%
mức gia tăng sản lượng DAP kể trên.
11
- Đối với phân MOP: sản lượng phân kali (MOP) toàn cầu năm 2010
dự báo sẽ đạt 71,3 triệu tấn, tăng mạnh so với 64,3 triệu tấn năm 2005. IFA
dự đoán sản lượng phân kali (K

nhất 23,9 %/năm. Tổng lượng dinh dưỡng (N + P
2
O
5
+ K
2
O) sử dụng năm
1985/1986 là 385,6 ngàn tấn, năm 1989/1990 là 541,7 ngàn tấn thì năm
1990/2000 là 2234,0 ngàn tấn tăng 5,8 lần so với năm 1985/1986 [16].
12
Trong 5 năm trở lại đây (2001 – 2005) lượng dinh dưỡng sử dụng cho
trồng trọt đang ngày một gia tăng:
Bảng 2.4: Số lượng phân hóa học được sử dụng qua các năm
Đơn vị: 1000 tấn dinh dưỡng
Năm N P
2
O
5
K
2
O NPK (kg/ha) Tỷ lệ N:P
2
O
5
:K
2
O
2000/200
1
1245,5 475,0 390,0 171,5 1:0,38:0,31

2
O
5
: K
2
O là 1 : 0,47 : 0,36 trong đó các nước đang phát triển tỷ lệ
này là 1 : 0,37 : 0,17. Ở Việt Nam mới chỉ đạt 1 : 0,23 : 0,04 mức độ sử dụng
phân bón khác nhau ở nhiều vùng [30].
13
Lượng phân bón sử dụng cho lúa không đều giữa các vùng trong cả
nước. Liều lượng phân hóa học sử dụng đối với lúa ở Đồng Bằng sông Hồng
155 – 210 kg NPK/ha, vùng Đồng Bằng sông Cửu Long 150 – 200 kg
NPK/ha một vụ. Khoảng 80% lượng phân học sử dụng ở nước ta tập trung ở
vùng trồng lúa (lượng phân bón thích hợp cho lúa thể hiện ở bảng 2.5, phần
phụ lục).
Tuy nhiên, do hệ số sử dụng đạm của lúa không cao nên lượng đạm
bón cho lúa cao hơn nhiều so với nhu cầu. Trên các loại đất khác nhau tỷ lệ
liều lượng phân bón cho lúa rất khác nhau (bảng 2.6, phần phụ lục).
Mặc dù lượng phân bón hóa học ở nước ta còn chưa cao so với một số
quốc gia phát triển song đã tồn tại một số hạn chế gây sức ép lên vấn đề môi
trường do:
- Sử dụng không đúng kỹ thuật nên hiệu quả phân bón thấp
- Bón phân không cân đối giữa tỷ lệ NPK, nặng về sử dụng phân đạm.
Cả nước tỷ lệ NPK là 1,0 : 0,3 : 0,1 trong khi tỷ lệ thích hợp là : 1 : 0,5 : 0,3.
- Chất lượng phân bón không đảm bảo: Hiện nay ngoài lượng phân bón
nhập khẩu do nhà nước quản lý hoặc các doanh nghiệp công nghiệp trong
nước sản xuất, còn một lượng lớn phân bón nhập lậu không được kiểm soát
và một số cơ sở nhỏ lẻ sản xuất trong nước không đảm bảo chất lượng. Chính
lượng phân bón này gây ra áp lực và ảnh hưởng xấu tới môi trường đất.
2.2.3 Tình hình sử dụng phân khoáng ở Đồng bằng sông Hồng

kg P
2
O
5
và 60 kg K
2
O/ha. Muốn hiệu quả kinh tế cao chỉ nên đầu tư phân
khoáng ở mức 120 kg N + 60 kg P
2
O
5
+ 30 kg K
2
O/ha.
Bảng 2.7: Hệ số sử dụng phân khoáng của cây lúa trên đất phù sa
sông Hồng (%) [12].
Chất dinh dưỡng Vụ Xuân Vụ Mùa
N 43,0 25,8
P
2
O
5
20,5 22,0
K
2
O 46,0 43,0
Theo kết quả điều tra của Nguyễn Văn Bộ và cộng sự năm 1998 thấy
rằng các hộ nông dân các tỉnh Đồng bằng sông Hồng tỷ lệ N : P
2
O

2
O
5
và 30 kg K
2
O/ha [7].
Các loại phân N, P, K hóa học đều có hiệu lực rõ trong bón phân cho
lúa trên đất phù sa sông Hồng. Trong đó phân đạm có hiệu lực cao nhất nhưng
với trình độ canh tác hiện nay chỉ nên bón 120 kg/ha là mức đạm bón có thể
đạt năng suất 5 – 5,5 tấn/ha/vụ. Mặt khác để đảm bảo chất lượng tốt, hiệu suất
bón phân cao và ổn định độ phì nhiêu của đất cần phối hợp N vói P,K theo tỷ
lệ N : P : K là 1 : 0,5 : 0,5. Với mức độ bón 80 kg N/ha/vụ có thể đạt năng
suất 5 tấn/ha/vụ nhưng không đảm bảo được độ phì nhiêu của đất.
2.3 Sự mất đạm trong đất ngập nước
Đất lúa nước do đặc điểm của quá trình phát sinh cùng với quá trình
canh tác trong lớp đất cày phân hóa thành hai ranh giới rõ ràng : tầng oxy hóa
và tầng khử. Tầng oxy hóa là lớp đất trên cùng của tầng canh tác, dày từ vài
mm tới 1cm, ở đó vi sinh vật tồn tại trong điều kiện hảo khí. Do lớp nước trên
mặt ruộng lúa giàu oxy, nhờ quá trình quang hợp của những thực vật thủy
sinh sống trong ruộng lúa và tiếp xúc với không khí. Dưới tầng oxy hóa là
tầng khử, vi sinh vật tồn tại trong điều kiện yếm khí.
Do đặc điểm trên khi bón phân đạm cho lúa diễn ra quá trình sau: Thủy
phân Urea, mất đạm ở thể hơi NH
3
, mất đạm do qúa trình Nitrat hóa và phản
Nitrat hóa và quá trình mất đạm do rửa trôi bề mặt hoặc thấm sâu theo chiều
thẳng đứng.
Hiện tượng mất đạm khi bón vãi trên mặt ruộng do bón đạm amon hoặc
đạm Ure khi bón vào tầng oxy hóa bị các vi khuẩn Nitrat hóa thành NO
3

4
)
2
CO
3
+ H
2
O → 2 NH
3
+ H
2
O + CO
2
NH
4
+
+ OH
-
→ NH
4
OH → NH
3
+ H
2
O
- Quá trình trên diễn ra ngay sau khi bón Urê vào đất và kết thúc sau 3
– 4 ngày sau khi bón. Hoạt tính của men ureaza tăng khi nhiệt độ tăng và
giảm khi pH thấp, gây ra hiện tượng mất đạm. Lượng đạm mất ở dạng khí
NH
3

rồi sau đó thành NO
3
-
.
Quá trình Nitrat hóa chia thành hai giai đoạn:
+ Giai đoạn Nitrit hóa:
NH
3
+ 3/2 O
2
→ NO
2
-
+ H
2
O + 2H
+
17
+ Giai đoạn Nitrat hóa
NO
2
-
+ 3/2 O
2
→ NO
3
-
+ H
2
O + 2H

-
→ NO
2
-
→ NO → N
2
O →N
2
Quá trình phản Nitrat hóa chỉ xảy ra khi có Nitơ bị oxy hóa và có ít
Oxy trong một môi trường thích hợp cho vi khuẩn phản Nitrat hóa hoạt động.
Các vi khuẩn phản Nitrat hoạt động ở pH trung tính 6 – 8, tỷ lệ nước/ không
khí thích hợp và nhiệt độ đất khoảng 20 – 30
o
C.
Quá trình phản Nitrat hóa chịu ảnh hưởng của các yếu tố:
+ Hàm lượng chất hữu cơ trong đất
+ Nồng độ NO
3
-
trong đất: khi nồng độ NO
3
-
40 mg N/g chất khô sẽ
không xuất hiện quá trình phản Nitrat hóa. Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới
tốc độ phản Nitrat hóa nhanh, nhiệt độ tối thích là 60 – 65
o
C. Quá trình phản
Nitrat hóa diễn ra chậm ở pH thấp, thích hợp ở khoảng pH từ trung tính đến
hơi kiềm. Quá trình này diễn ra mạnh trên đất bão hòa nước hoặc ngập nước.
2.3.3 Sự mất đạm do rửa trôi bề mặt hoặc thấm sâu theo chiều thẳng đứng