ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

CHỬ THỊ LOAN

NGHIÊN CỨU SỰ LINH ĐỘNG CỦA KHOÁNG SÉT
TRONG ĐẤT DỐC HUYỆN SÓC SƠN DƢỚI ẢNH
HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MÔI TRƢỜNG ĐẤT

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Hà Nội - 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

CHỬ THỊ LOAN

NGHIÊN CỨU SỰ LINH ĐỘNG CỦA KHOÁNG SÉT
TRONG ĐẤT DỐC HUYỆN SÓC SƠN DƢỚI ẢNH
HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ MƠI TRƢỜNG ĐẤT

Chun ngành: Khoa học Mơi trường
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu .................................. 3
1.1.1. Vị trí địa lý ........................................................................................................ 3
1.1.2. Điều kiện khí hậu - thuỷ văn ............................................................................. 3
a. Khí hậu .................................................................................................................... 3
b. Thuỷ văn ................................................................................................................. 4
1.1.3. Địa hình ............................................................................................................. 4
1.1.4. Đặc điểm địa chất địa mạo ................................................................................ 5
1.1.5. Tài nguyên khoáng sản...................................................................................... 5
1.1.6. Đặc điểm lớp phủ thực vật ................................................................................ 5
1.1.7. Diện tích, cơ cấu các loại đất ............................................................................ 6
1.2. Một số đặc điểm của keo sét trong đất ............................................................. 7
1.2.1. Đặc điểm chính của keo đất ............................................................................. 7
1.2.2. Phân loại keo đất .............................................................................................. 9
a. Dựa vào tính mang điện .......................................................................................... 9
b. Dựa vào thành phần hoá học ................................................................................. 10
1.2.3. Keo sét trong đất ............................................................................................. 10
a. Ðặc điểm chung của keo sét .................................................................................. 10
b. Ðặc điểm của các nhóm keo sét chính .................................................................. 12
c. Keo sét trong đất Việt Nam ................................................................................... 16
1.3. Ảnh hƣởng của một số tính chất lý hóa đến đặc tính keo của khống sét
trong đất . ... ............................................................................................................ 16
CHƢƠNG II. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....... 20
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu....................................................................................... 20
i


2.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 20
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................. 21
2.3.1. Xác định các tính chất lý – hóa học cơ bản của đất ........................................ 21
2.3.2. Chuẩn bị mẫu và các dung dịch làm việc........................................................ 21

Bảng 3: Một số tính chất cơ bản của mẫu đất nghiên cứu tại Sóc Sơn .............................. 25
Bảng 4: Thành phần cấp hạt của các tầng đất (USDA) ....................................................... 27
Bảng 5: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của pH ................................................ 31
Bảng 6: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của Na+ .............................................. 33
Bảng 7: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của Ca2+ ............................................. 34
Bảng 8: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của Al3+ .............................................. 34
Bảng 9: Kết quả đo độ truyền qua dưới ảnh hưởng của humat .......................................... 37

iii


DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Sơ đồ cấu tạo khối tứ diện oxit silic, phiến oxit silic và khối bát diện, phiến gipxit . 11
Hình 2: Sơ đồ cấu trúc kaolinit............................................................................................... 13
Hình 3: Sơ đồ cấu trúc montmorillonit.................................................................................. 14
Hình 4: Sơ đồ cấu trúc của hydromica .................................................................................. 15
Hình 5: Biểu đồ nhiễu xạ tia X của khoáng sét tách ra từ mẫu đất nghiên cứu (độ sâu 0 –
20 cm) ....................................................................................................................................... 30
Hình 6: Ảnh hưởng của pH lên khả năng phân tán của khống sét ................................... 31
Hình 7: Ảnh hưởng của Na+ lên khả năng phân tán của khoáng sét .................................. 33
Hình 8: Ảnh hưởng của Ca2+ lên khả năng phân tán của khống sét ................................. 34
Hình 9: Ảnh hưởng của Al3+ lên khả năng phân tán của khoáng sét ................................. 35
Hình 10: Ảnh hưởng của các cation đến sự tụ keo của sét trong dung dịch...................... 36
Hình 11: Ảnh hưởng của humat lên khả năng phân tán của khoáng sét ............................ 37
Hình 13: Ảnh hưởng của axit silicic tới sự phân tán của khống sét (tại pH 4) ................ 40
Hình 14: Ảnh hưởng của axit silicic tới sự phân tán của khoáng sét (tại pH 5) ................ 41

iv



Các yếu tố như đặc điểm thổ nhưỡng, địa hình, lớp phủ thực vật… có vai trị cốt yếu
đối với xói mịn đất và đã được nghiên cứu hết sức rộng rãi. Mặt khác, ở cấp độ vi
mô, bản thân các hạt sét cũng đóng vai trị nhất định nhờ đặc tính hoạt động của
mình. Khi bị tác động bởi các dòng chảy bề mặt, trạng thái tụ keo hay tán keo có thể
quyết định phần nào đến sự vận chuyển của các hạt sét theo dòng nước.
Việc mất sét có thể ảnh hưởng tiêu cực đến tính bền vững của cấu trúc đất,
theo thời gian, cấu trúc đất yếu đi. Đặc biệt trên những vùng đất dốc sẽ là nguyên
nhân góp phần dẫn đến hiện tượng xói mịn, rửa trơi và sạt lở đất khi có tác động
bởi nước.
Khống sét là thành phần vơ cơ nhỏ bé của đất, có những tính chất đặc thù
như: có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng hấp phụ, liên kết nhờ lực hút tĩnh điện.
Trong mơi trường nước, khống sét sẽ hình thành một hệ keo (tán keo, tụ keo).
Khống sét ở trạng thái tụ keo sẽ ít linh động hơn, chúng gắn kết và giảm khả năng
bị mất do xói mịn. Ngược lại nếu ở trạng thái tán keo, khoáng sét sẽ di chuyển linh
hoạt hơn, nguy cơ xói mịn và rửa trơi khống sét trong đất sẽ cao hơn.
Trạng thái tán keo hay tụ keo của khoáng sét trong đất dốc (sự linh động của
khoáng sét) một mặt phụ thuộc vào đặc điểm nội tại của khoáng sét ví dụ như thành
phần khống, kích thước tinh thể, khả năng co trương, điện tích bề mặt…, mặt khác
phụ thuộc vào nhiều yếu tố bên ngoài như: pH, các ion, chất hữu cơ hòa tan trong
đất, axit silicic… Do vậy, ngồi những giải pháp vĩ mơ được áp dụng để bảo vệ đất
như: áp dụng các phương thức canh tác bền vững, bón phân, vơi để cải tạo đồ phì
đất…, ở cấp độ vi mơ, “nghiên cứu sự linh động của khoáng sét trong đất dốc dưới
tác động của một số yếu tố môi trường đất” sẽ cung cấp một giải pháp mới cho việc
bảo vệ chống xói mịn đất, cải tạo môi trường đất dốc.

1


Trong nghiên cứu này, cấp hạt sét được tách ra từ mẫu đất đồi núi khu vực
Sóc Sơn – Hà Nội. Để xác định sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đất như

Chênh lệch nhiệt độ tháng nóng nhất (tháng 7) và tháng lạnh nhất (tháng 1) theo số
liệu của trạm khí tượng Phúc Yên trung bình là 13,1oC.
Lượng mưa trung bình trong năm là 1480 mm, lượng mưa năm cao nhất là
1952 mm và lượng mưa năm thấp nhất là 915 mm. Lượng mưa chủ yếu tập trung
vào tháng 5 đến tháng 9 chiếm 78% lượng mưa cả năm.
Độ ẩm cao nhất trong năm là 95 - 100% tập trung vào các tháng 4, 9 và 12,
thấp nhất vào các tháng 11, 12.

3


Hướng gió chủ đạo: mùa hè là hướng Đơng Nam, mùa đơng là hướng Đơng
Bắc. Tốc độ gió trung bình trong năm là 3 m/s.
Các yếu tố khí hậu khác: sương muối có từ 2- 3 ngày/năm, mưa phùn có
khoảng 40 ngày/năm, số giờ nắng trung bình 1620 giờ/năm và lượng bức xạ trung
bình 8,5 kcal/cm2/tháng.
b. Thuỷ văn
Huyện Sóc Sơn có 3 tuyến sơng chính chảy qua:
- Sơng Cà Lồ chảy qua phía nam của huyện với chiều dài 56km. Đê Cà Lồ có
chiều dài 20,3 km từ xã Phủ Lỗ đến xã Lương Phúc.
- Sơng Cầu chảy qua phía Đông của huyện với chiều dài 13 km, từ xã Trung
Giã đến xã Việt Long.
- Sơng Cơng chảy qua phía Bắc của huyện với chiều dài 11 km, là sông nhánh
nhập với sơng Cầu tại xã Trung Giã.
1.1.3. Địa hình
Tổng diện tích đất tự nhiên của huyện Sóc Sơn là 30.651,30 ha, nằm trong
vùng chuyển tiếp từ vùng núi Tam Đảo xuống đồng bằng sơng Hồng. Địa hình đa
dạng, phức tạp có độ dốc thoải dần từ đơng bắc xuống đơng nam, gồm 2 vùng địa
hình đặc trưng:
- Vùng bán sơn địa, đồi núi thấp: có cao độ chân đồi 15 m, cao độ đỉnh đồi

- Qm VP: Tầng phong hoá tuổi đệ tứ Pleixtoxen muộn gồm: các thành tạo
aluvi tới nơi có tầng hồ (sét kaolin màu trắng) tầng đầm lầy.
Phần lớn đất đá trên đồi bị laterit mạnh mẽ tạo thành các tầng đá ong dầy.
Đối với vùng Đơng Bắc theo tài liệu tham khảo có 4 lớp từ trên xuống:
Lớp 1: đất hữu cơ có chiều dày 0,6 - 0,8 m.
Lớp 2: Lớp sét nhẹ có độ sâu từ 0,6 đến 4 - 5 m.
Lớp 3: Cát pha hạt mịn có lăng kính sét pha dẻo nằm ở độ sâu 4 - 5 m đến 25 m.
Lớp 4: lớp cuội sỏi có mạch nước ngầm ở độ sâu từ 25 m trở lên.
1.1.5. Tài nguyên khống sản
Ngồi nguồn tài ngun về nước ngầm, Sóc Sơn cịn có nguồn nước mặt của
sơng Cơng, sơng Cầu và nguồn vật liệu xây dựng như cát, sỏi và kaolin.
Khu vực đồi núi thấp có thế cảnh quan thiên nhiên có thể khai thác phát triển
du lịch, lâm nghiệp.
1.1.6. Đặc điểm lớp phủ thực vật
Với 2/3 diện tích là vùng đồi núi nên Sóc Sơn chủ yếu là đất rừng. Do khai
thác không hợp lý và thiếu sự quản lý, tồn bộ rừng gỗ tự nhiên vùng đồi núi Sóc

5


Sơn trước đây đã bị khai thác. Tiếp đó là các nạn cháy rừng, cháy thảm cỏ, cây bụi
liên tiếp xảy ra trong mùa khô nên hệ thực vật hiện tại rất nghèo nàn. Hầu hết các
loại gỗ trong tổ thành rừng tự nhiên ban đầu đều đã khơng cịn, qua số liệu thống kê
hiện nay chỉ còn khoảng 150 lồi, trong đó:
Các lồi cây gỗ lớn: lim, dẻ, sồi, chẹo, sau sau… là những cá thể rất nhỏ cịn

-

sót lại. Các loại như đa, si, long não… mọc rải rác ở các đền, chùa, ven suối,
khu dân cư.

100,00

Đất nơng nghiệp

18.042,57

58,86

Đất trồng lúa

10.381,21

57,54

Đất trồng cây lâu năm

1.484,70

8,23

Đất rừng phịng hộ

4.436,61

24,59

2

Đất phi nơng nghiệp


2% (đất cát) đến 40 – 50% khối lượng đất (đất sét). Ngay cả khi có hàm lượng rất
nhỏ trong đất, keo đất vẫn là đại diện chủ yếu cho khả năng hấp phụ của đất.
Trong đất có keo vơ cơ, keo hữu cơ và keo phức tạp hữu cơ – vô cơ. Những
keo vô cơ được tạo thành do tác dụng phong hoá đá hoặc do sự ngưng tụ các phân
tử trong dung dịch, keo hữu cơ tạo thành do q trình biến hố xác hữu cơ trong đất.
Keo vô cơ kết hợp với keo hữu cơ thành keo hữu cơ – vơ cơ.
Keo đất có tỷ diện lớn. Tỷ diện là tổng số diện tích bề mặt của một đơn khối
lượng (g) hoặc một đơn vị thể tích (cm3). Keo đất có kích thước rất bé nên tỷ diện của
nó rất lớn. Như vậy đất sét có tỷ diện lớn nhất rồi đến đất thịt và bé nhất là đất cát.
Keo đất mang điện: Ðây là một đặc tính rất quan trọng của keo đất mà các
hạt đất có kích thước lớn khơng có. Do hạt keo có kích thước rất nhỏ nên hạt nhân
của keo có thể hấp phụ lên trên bề mặt các ion khác nhau. Sự hấp phụ này phụ
thuộc vào bản chất của keo. Tuỳ thuộc vào cấu trúc của hạt keo mà keo đất có thể
mang điện âm hoặc điện dương. Trong đất có keo âm, keo dương và keo lưỡng tính,
phần lớn keo đất mang điện âm. Những keo đất phổ biến là axit mùn, hydroxit sắt,
nhôm và keo sét. Nói chung hàm lượng keo phụ thuộc tỷ lệ sét và mùn trong đất, đất
càng nhiều sét và mùn thì càng chứa nhiều keo. Các keo âm thường gặp là các axit
mùn, keo sét... Các keo lưỡng tính thường gặp trong đất là Fe(OH)3, Al(OH)3.
Keo đất có thể tồn tại ở hai trạng thái khác nhau: Trạng thái keo tán (sol) và
trạng thái keo tụ (gel). Khi những hạt keo phân bố trong một thể tích nước thì chúng
nằm xa cách nhau, đó là trạng thái sol (hay hydrosol). Trong trường hợp này môi
trường phân tán là nước, tướng phân tán là các hạt keo. Như thế sol chỉ keo ở trạng

7


thái lơ lửng trong chất lỏng. Hiện tượng này do các nguyên nhân: Do thế điện động
(thế zeta) làm cho các hạt keo đẩy nhau không tiến lại gần nhau được, hoặc do
màng nước bao bọc ngoài keo ngăn cản khơng cho chúng dính liền nhau. Song
trong thiên nhiên lại có cả q trình tụ keo, nghĩa là q trình biến sol thành gel.

thành sol.
Trong đất, keo đất giữ vai trị rất quan trọng vì chúng quyết định nhiều tính
chất cơ bản của đất về mặt lý học, hố hoc, đặc biệt là đặc tính hấp phụ của đất. Bởi
vậy những lý luận về keo được vận dụng rộng rãi trong lĩnh vực phân loại đất, cải
tạo đất và bón phân cho đất.
1.2.2. Phân loại keo đất
Những keo đất phổ biến là humat, hydroxit sắt, nhôm và keo sét. Nói chung hàm
lượng keo phụ thuộc tỷ lệ sét và mùn trong đất, đất càng nhiều sét và mùn thì càng
chứa nhiều keo. Người ta phân loại keo đất dựa vào các yếu tố sau:
a. Dựa vào tính mang điện
Theo tính mang điện của keo, có thể chia keo đất thành các loại: Keo âm, keo
dương và keo lưỡng tính.
- Keo âm
Trên mặt nhân keo mang điện âm hay nói cách khác là lớp ion quyết định thế
là những anion. Các ion trên lớp điện bù là H+ hoặc các cation khác. Ký hiệu keo
âm là X-H. Trong đất, keo âm chiếm đa số. Thường gặp là humat, keo sét...
- Keo dương
Trên lớp ion quyết định thế hiệu là các cation, còn ở lớp điện bù là ion OHvà các anion khác. Ký hiệu keo dương là X-OH. Các keo dương thường gặp trong
đất là Fe(OH)3, Al(OH)3 (trong mơi trường axit).
- Keo lưỡng tính
Keo này mang điện âm hay dương phụ thuộc vào phản ứng của môi trường
xung quanh. Các ion trao đổi có thể là H+, OH- hoặc các ion khác. Ký hiệu keo này
là X-O-H. Các keo lưỡng tính trong đất thường gặp là Fe(OH)3, Al(OH)3,... Ví dụ:
Đối với keo Fe(OH)3, khi pH < 7,1 biểu hiện keo dương, nhưng khi pH > 7,1 biểu
hiện keo âm (keo này có điểm đẳng điện tại pH = 7,1):
Fe(OH)3 + HCl  Fe(OH)2+ + Cl- +H2O (keo dương)
Fe(OH)3 + NaOH  Fe(OH)2O- + Na+ + H2O (keo âm)

9


(bốn mặt) oxit silic và phiến khối bát diện (tám mặt) gipxit. Phiến oxit silic được tạo

10


thành do sự gắn liền các khối tứ diện oxit silic với nhau. Mỗi khối tứ diện ở chính
giữa là một nguyên tử silic, bốn đỉnh là bốn nguyên tử oxi. Như thế thì khi ghép
thành phiến hai bên là hai lớp oxi, giữa là lớp silic. Phiến gipxit được tạo thành do
sự gắn liền các khối bát diện với nhau. Mỗi khối bát diện chính giữa có một ngun
tử Al, xung quanh có 6 oxi hay 6 OH- hoặc vừa oxi vừa OH- (hình 1).
- Ở một số khống vật, trong đó có các khống vật sét (keo sét) có hiện
tượng một số nguyên tố trong mạng lưới tinh thể của chúng có thể bị các nguyên tố
khác ở bên ngồi vào thay thế. Sự thay thế này khơng làm thay đổi hình dạng của
khống vật mà chỉ thay đổi tính chất. Vì thế gọi là hiện tượng thay thế đồng hình.
oxi
Si

Si
oxi

7

oxi

Al

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo khối tứ diện oxit silic, phiến oxit silic và khối bát diện,
phiến gipxit
Ðiều kiện quan trọng của sự thay thế là: 2 ion muốn thay thế nhau phải có
bán kính tương đương. Ví dụ Al3+ trong tinh thể có bán kính R = 0,57 Å có thể bị

hút nước và khơng có khả năng trương lở. Do các đặc điểm trên mà khả năng hấp phụ
của kaolinit thường thấp (CEC = 5 – 15 me/100g keo). Bởi vậy, đất nào chứa nhiều keo
nhóm kaolinit thì tính giữ phân và giữ nước kém.

12


°
7,2A

°
0,2A

PhiÕn
gipxit
PhiÕn
oxit silic

6(OH)
4Al
4O + 2(OH)
4Si
6O

Hình 2: Sơ đồ cấu trúc kaolinit
- Nhóm montmorillonit: Nhóm này gồm keo montmorillonit, baydenlit và
nontronit. Có cấu trúc lớp 2:1, nghĩa là mỗi lớp tinh thể gồm 2 phiến oxit silic nằm
ở 2 bên và một phiến gipxit ở giữa (hình 3).
Cấu trúc của montmorillonit phù hợp với công thức Al2Si4O10(OH)2.nH2O.
Baydelit khác với montmorillonit ở chỗ, 1 trong 4 ion Si4+ của lớp khối tứ diện oxit

PhiÕn
oxit silic

6O
4Si
4O + 2(OH)
4Al
4O + 2(OH)
4Si
6O

Hình 3: Sơ đồ cấu trúc montmorillonit
- Nhóm hydromica: Chiếm một lượng lớn trong số các keo sét của đất, bao
gồm các loại sau: Hydromica trắng (hydromuscovit hoặc illit), hydromica đen
(hydrobiotit) và các dạng khác của mica bị hydrat hố. Hydromica có cấu trúc lớp
2:1 tương tự montmorillonit (hình 4).

14


yK

°
10 A

6O
(4-y)Si.yAl
2OH + 4O
Al4.Fe4.Mg4Mg6
2OH + 4O

phổ, phương pháp nhiệt, phương pháp quang tuyến X và phương pháp hiển vi điện
tử có thể khái quát về sự phân bố của chúng như sau:
+ Ðối với đất vùng đồi núi: Keo sét chủ yếu trong các loại đất của vùng này
là keo kaolinit, gơtit và gipxit, ngồi ra tuỳ theo loại đất có thể gặp các loại keo sét:
Hydromica (đất đỏ vàng trên đá granit, đất ferralit mùn trên núi trên đá philit, đất
đen trên đá vôi...), montmorilonit (đất đen trên đá vôi, đất đen trên đá bọt),
vermiculit (đất đen trên đá vôi, đất đen trên đá bọt, đất ferralit mùn trên philit).
+ Ðối với đất đồng bằng: Keo sét chủ yếu của các loại đất vùng đồng bằng là
kaolinit và hydromica. Vermiculit gặp ở các đất phù sa trung tính ít chua, đất mặn
trung tính, đất phèn, đất cát biển. Ngồi ra có thể gặp gipxit (đất phù sa chua, đất
bạc màu, đất cát biển) và gơtít (đất bạc màu).
1.3. Ảnh hƣởng của một số tính chất lý hóa đến đặc tính keo của khoáng sét
trong đất
Sự tồn tại của các cation và khoáng sét trong đất phụ thuộc rất lớn vào các
yếu tố lý – hóa đất. Sự kết hợp các tính chất đất sẽ đặc trưng cho nguồn gốc phát
sinh và khả năng giữ các chất dinh dưỡng cũng như các chất ơ nhiễm trong đất,
trong đó các cation và anion hữu cơ. Chúng tồn tại dưới dạng dung dịch các muối
và có mặt trong các cấu trúc tinh thể khống. Khi đất có thành phần cơ giới nặng,
chứng tỏ đất chứa lượng lớn cấp hạt sét, đồng thời hàm lượng cation lớn, một phần
do chúng có mặt trong cấu trúc tinh thể của sét, mặt khác cation được các hạt sét
hấp phụ lên bề mặt mang điện tích âm.
Các cation có khả năng tác động đến sự phân tán của sét thơng qua cơ chế
trung hịa điện tích bề mặt và làm giảm lớp điện kép của các hạt sét. Sự có mặt của

16


các cation hóa trị cao hơn trong dung dịch thường làm cho sét bị keo tụ nhanh hơn.
Nguyễn Ngọc Minh và nnk (2009) đã chứng minh rằng các cation tác động đến tốc
độ keo lắng của mẫu sét (chứa chủ yếu illit) theo thứ tự cation hóa trị III > hóa trị II