ĐỊA QUYỂN VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG ĐẤT
4.1. Khái niệm về đất
Đất là một lớp mỏng khoáng vật trên bề mặt Trái đất đã bị phong hóa kết hợp với
thành phần hữu cơ. Thực vật phát triển trên đất, vì vậy đất là một trong những yếu tố căn bản
đối với nông nghiệp. Với con người và hầu hết các sinh vật trên cạn, đất là thành phần tối
quan trọng của địa quyển. Mặc dù chỉ là một lớp rất mỏng so với kích thước của Trái đất,
song đất lại là môi trường sản sinh ra lương thực, thực phẩm cho hầu hết các dạng sinh vật.
Bên cạnh vai trò sản xuất lương thực thực phẩm, đất còn là nơi tiếp nhận một lượng
lớn các chất gây ô nhiễm. Một số chất được con người đưa vào đất như phân bón, hóa chất
bảo vệ thực vật,… cũng góp phần làm ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí.
Vì vậy, có thể nói đất là khâu quan trọng trong chu trình hóa học môi trường.
Đất được tạo thành do sự phong hóa đá gốc, đây là một quá trình tự nhiên bao gồm
các quá trình địa chất, thủy văn và sinh học kết hợp lại. Đất xốp và phân thành các tầng theo
độ sâu. Sự phân tầng này là sản phẩm của quá trình thấm nước xuống đất, quá trình sinh học
bao gồm sự tạo thành và phân hủy sinh khối.
Có thể nói rằng đất là vật thể thiên nhiên được tạo thành nhờ sự kết hợp của sáu yếu tố
là đá, sinh vật (gồm động vật và thực vật), khí hậu, địa hình, nước và thời gian. Các loại đá cấu
tạo nên vỏ Trái đất, dưới tác dụng của khí hậu, địa hình, nước, sinh vật, trải qua một thời gian
lâu dài, dần dần bị phá hủy, vụn ra thành đất. Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng khi có loài người,
thì con người là yếu tố đặc biệt quan trọng tác động đến sự hình thành và thoái hóa của đất.
Đất là một hệ mở, hệ này thường xuyên trao đổi chất và năng lượng với khí quyển,
thủy quyển và sinh quyển.
Trên quan điểm sinh thái học và môi trường, có thể xem đất là một cơ thể sống vì
trong nó có nhiều sinh vật khác như: vi khuẩn, nấm, tảo, thực vật, động vật. Do đó, đất cũng
tuân thủ các quy luật sống: phát sinh, phát triển, thoái hóa và già cỗi.
Thực tế con người chỉ quan tâm tới vỏ ngoài Trái đất có độ sâu khoảng 16 km.
4.2. Bản chất và thành phần của đất
Đất là hỗn hợp các chất khoáng, chất hữu cơ và nước, có khả năng duy trì sự sống cho
thực vật trên bề mặt Trái đất. Trong đất có chứa không khí, nước và chất rắn.
Chất rắn là thành phần chủ yếu của đất, chiếm gần 100% khối lượng đất và chia thành
hai loại: chất rắn vô cơ và chất rắn hữu cơ.

trong đất. Cacbon trong đất nhiều hơn trong đá đến 20 lần, nitơ gấp 10 lần, chính vì vậy mà
đất trồng nuôi sống được cây.
Ion oxalat, tạo thành do quá trình đồng hóa của nấm mốc, tồn tại trong đất dưới dạng
muối canxi; nước trong đất chứa ion oxalat hòa tan được một số khoáng, do đó thúc đẩy quá
trình phong hóa, làm gia tăng các ion dinh dưỡng cho thực vật. Phản ứng tạo phức giữa ion
oxalat và các ion sắt hay nhôm trong khoáng được biểu diễn bằng phương trình phản ứng sau:
3H
+
+ M(OH)
3
(r) + 2CaC
2
O
4
(r) ⇌ M(C
2
O
4
)
2
−
(dd) + 2Ca
2+
(dd) + 3H
2
O
trong đó, M là Al hay Fe.
Khoáng vật chứa các nguyên tố thường gặp trong vỏ Trái đất như oxy, silic, nhôm, sắt,
canxi, natri, kali và magiê là thành phần khoáng chính của đất. Các loại khoáng phổ biến
trong đất là thạch anh (SiO

87
Thực vật
Đá gốc
Tầng C (tầng đá gốc đã bị phong hóa)
Tầng A (tầng đất mặt)
Tầng B (tầng đất cái)
quan trọng của đất. Khoáng sét có công thức chung là nSiO
2
.Al
2
O
3
.mH
2
O; khoáng sét
kaolinite có tỷ lệ n:m = 2:2; khoáng sét montmorillonite có tỷ lệ n:m = 4:2; khoáng sét illite là
dạng trung gian của 2 loại khoáng trên, nhưng gần với montmorillonite hơn. Các khoáng này
hấp thụ mạnh các cation như Ca
2+
, Mg
2+
, Na
+
, K
+
, NH
4
+
, nên các cation này có thể không bị
nước rửa trôi mà được giải phóng dần vào đất làm thức ăn cho cây.

học. Các chất hữu cơ trong đất là nguồn thức ăn của vi sinh vật, chúng tham gia vào các phản
ứng hóa học như phản ứng trao đổi, đồng thời cũng ảnh hưởng đến tính chất vật lý của đất.
Một số chất hữu cơ còn tham gia vào quá trình phong hóa các chất khoáng tạo thành
đất. Một số nấm mốc trong đất có thể tạo ra axit citric và các axit hữu cơ có khả năng tạo
phức, các chất này phản ứng với khoáng silicat, giải phóng kali và các ion kim loại khác cần
cho thực vật. Một số vi khuẩn trong đất có thể tạo ra axit 2-ketogluconic có khả năng tạo phức
mạnh do đó có thể hòa tan nhiều ion kim loại làm phong hóa các khoáng vật. Axit này còn
hòa tan được các hợp chất photphat không tan, giải phóng ion photphat.
88
Trong đất còn chứa một số hợp chất hữu cơ hoạt động sinh học như các polysaccarit,
các đường amino, nucleotic, các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh, photpho.
Điều rất đáng chú ý là sự có mặt của các hợp chất đa vòng ngưng tụ (PAH), như
fluoranthene, pyrene và chrysene trong đất. Các hợp chất này được xếp vào loại chất có khả
năng gây ung thư. Các hợp chất này phát sinh trong đất do cả nguồn tự nhiên (đồng cỏ cháy)
lẫn nguồn nhân tạo (đốt chất thải, hoặc các nguồn thải gây ô nhiễm khác).
Sự tích tụ các chất hữu cơ trong đất phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và lượng oxy. Ở các
vùng có nhiệt độ thấp, chất hữu cơ bị phân hủy sinh học chậm và tích lũy trong đất nhiều hơn.
Trong nước và đất úng nước, các chất hữu cơ không có đủ oxy để phân hủy. Vì vậy, ở các
vùng đất úng nước có nhiều thực vật phát triển và phân hủy, thành phần hữu cơ trong đất có
thể lên đến 90%.
Khi chiết đất bằng hỗn hợp ete và rượu sẽ thu được dung dịch chứa các sắc tố b-
carotein, chlorophyll và xanthophyll.
Bảng 4.2. Các loại hợp chất hữu cơ chính trong đất [14]
Loại hợp chất Thành phần Ghi chú
Mùn Phần còn lại khó phân hủy của xác
thực vật. Chủ yếu chứa C, H và O.
Là thành phần hữu cơ phổ biến nhất,
cải thiện tính chất vật lý của đất, khả
năng trao đổi chất dinh dưỡng, nơi
lưu giữ lượng N sinh ra do cố định

2
S, NH
3
, H
2
O...
• Quá trình mùn hóa
Quá trình tạo thành mùn được gọi là quá trình mùn hóa
Mùn là thành phần hữu cơ quan trọng nhất của đất. Mùn là sản phẩm còn lại của sự
phân hủy xác thực vật do vi khuẩn và nấm mốc có trong đất.
Mùn gồm phần hòa tan được trong kiềm là axit humic, axit fulvic và phần không tan
gọi là humin. Sinh khối thực vật chứa cellulose có thể bị phân hủy và lignin (là một hợp chất
cao phân tử chứa nhiều cacbon hơn cellulose) khó bị phân hủy.
89
Trong quá trình mùn hóa, vi sinh vật chuyển hóa các chất hữu cơ thành CO
2
và lấy
năng lượng từ quá trình này. Vi sinh vật còn liên kết nitơ với các hợp chất tạo thành trong quá
trình phân hủy. Tỷ lệ nitơ/cacbon tăng từ 1/100 trong sinh khối thực vật tươi đến 1/10 trong
mùn khi quá trình mùn hóa kết thúc. Vì vậy, mùn chứa nhiều hợp chất nitơ hữu cơ.
Mặc dù chỉ chiếm vài phần trăm trong thành phần của đất, nhưng những hợp chất
trong mùn có ảnh hưởng mạnh đến tính chất của đất:
− Có khả năng liên kết mạnh với các ion kim loại, do đó có thể giữ các nguyên tố kim
loại vi lượng trong đất.
− Có tính axit bazơ nên còn đóng vai trò là tác nhân đệm pH trong đất.
− Mùn liên kết các hạt đất và làm tăng khả năng giữ ẩm cũng như khả năng hấp thụ
các chất hữu cơ của đất.
4.3. Nước và không khí trong đất
4.3.1. Nước trong đất
Thông thường, do các hạt đất có kích thước nhỏ, đồng thời trong đất còn có các mao

2+
+ 2H
2
O
Fe
2
O
3
+ 6H
+
+ 2e
−

→ Fe
2+
+ 3H
2
O
Mangan tan dưới dạng ion Mn
2+
, còn sắt (II) tan thường tồn tại dưới dạng ion phức
tích điện âm với các phối tử hữu cơ. Do sắt (II) tạo phức mạnh với axit fulvic trong đất, nên
sắt (III) dễ bị khử thành sắt (II) hơn trong điều kiện này.
Cùng với một số ion khác, Fe
2+
và Mn
2+
ở nồng độ cao là các ion độc hại với thực vật.
Quá trình oxy hóa các ion này tạo thành các oxit không tan Fe
2

trong đất giảm xuống còn khoảng 15%, trong lúc đó hàm lượng CO
2
tăng lên đến khoảng vài
phần trăm. Sự phân hủy này cũng làm tăng CO
2
trong nước ngầm, làm giảm pH và làm tăng
sự phong hóa các khoáng cacbonat, đặc biệt là khoáng canxi cacbonat. CO
2
còn làm chuyển
dịch cân bằng hấp thụ các ion kim loại của rễ cây [10]:
Đất}Ca
2+
+ 2CO
2
+ 2H
2
O ⇌ Đất}(H
+
)
2
+ Ca
2+
(rễ cây) + 2HCO
3
−
Khi quá trình trao đổi chất giữa đất và khí quyển không tốt thì bên cạnh CO
2
, không
khí trong đất còn chứa các khí khác như NO
2

+
, Na
+
. Các ion Fe
2+
, Mn
2+
, Al
3+
thường chỉ có mặt với nồng độ rất
thấp, chúng thường ở dưới dạng hydrat hóa như FeOH
+
, hay dạng tạo phức với các hợp chất
hữu cơ trong mùn. Các anion trong dịch đất thường gặp là HCO
3
−
, CO
3
2
−
, SO
4
2
−
, Cl
−
và F
−
.
Các anion cũng có thể tạo phức với các ion kim loại, như AlF

lúc này đất chứa nhiều sulfat và axit do đó được gọi là đất sulfat-axit (acid-sulfate soil).
Các vùng đất được hình thành từ trầm tích biển trung tính chứa FeS
2
, có thể bị chuyển
thành đất sulfat-axit khi tiếp xúc với không khí. Các mỏ khoáng sản có chứa FeS
2
đã ngừng
hoạt động cũng tạo thành loại đất tương tự như đất sulfat-axit từ trầm tích biển.
Nếu không được xử lý thích hợp thì không thể canh tác được trên đất sulfat-axit do
loại đất này chứa các yếu tố bất lợi như có pH thấp, nồng độ H
2
S cao gây hại cho rễ cây, chứa
ion Al
3+
rất độc đối với thực vật.
91