Hình 4.1. Sơ đồ cấu tạo mixenkeo (N.I.Grorbanov)

3. 
   Phân loại hạt keo
   

- Keo vô cơ: đó là các keo có nguồn gốc từ các loại khoán sét và hydroxit sắt, nhôm như: keo monmorilonit, keo illit, kaolinit, keo setquioxit.

- Keo hữu cơ: các loại keo được hình thành từ các chất hữu cơ chủ yếu là keo của các ãit mùn: axit humic, axit fuvic, hoặc các chất hữu cơ thông thường: xenluloza, protein, linhin. các keo hữu cơ vì có các nhóm định chức(-COOH; -OH; -NH₂…) nên có khả năng phân ly ra H⁺, do đó nó mang điện tích âm.

- Keo phức vô cơ-hữu cơ: dấu điện tích của keo của chúng phụ thuộc vào bản chất vô cơ và hữu cơ, tỷ lệ phối hợp của chúng và phản ứng môi trường.

4. 
   Tính chất của keo đất
   

• 
  Keo đất mang điện tích nên có thể tham gia vào rất nhiều các phản ứng trao đổi và các phản ứng khác.
  
• 
  Tính ưa nước và kỵ nước: do keo đất mang điện tích nên chúng không chỉ hút các ion mà cả những phân tử có cực. Vì phân tử nước có tính lưỡng cực nên thường bị các keo hấp thụ. Nếu keo âm thì đầu của của cực dương( H⁺) tiếp xúc với keo và ngược lại. Quá trình này gọi là quá trình hydrat hóa của keo.
  

• 
  Keo ưa nước có độ hydrat hóa cao, màng nước bao xung quanh dày, như keo axit humic, axit fuvic, keo axit silixic.
  
• 
  Keo không ưa nước có mức độ hydrat hóa thấp, màng nước bao xung quanh mỏng như: hydroxit sắt, nhôm, kaolinit.
  

• 
  Tính tụ keo và tán keo: khả năng chống lại sự gắn kết của những phân tử keo lại với nhau trong dung dịch do ảnh hưỡng của những chất điện phân, phản ứng của môi trường…giữ cho keo ở trạng thái phân tán ( trạng thái sol) gọi là khả năng tán keo và keo ở trạng thái này gọi là keo tán hay sol keo.
  
• 
  Sự chuyển keo ở trạng thái phân tán sang trạng thái ngưng tụ, gọi là sự tụ keo (trạng thái gel). Quá trình ngưng tụ keo là do keo mất các màng nước hoặc do keo trở nên trung hòa điện tích khi kết hợp với các phân tử (hạt keo) có điện tích trái dấu.
  

2. 
   Khả năng hấp thụ của đất
   

Khả năng giữ lại những chất ở trạng thái hòa tan hoặc một phần khoán chất phân tán ở dạng keo hay những hạt rất nhỏ, vi sinh vật và những thể huyền phù thô khác gọi là khả năng hấp phụ của đất.

Khả năng hấp phụ của đất được chia ra 5 dạng sau:

1. 
   Hấp phụ cơ học: Là khả năng đất giữ lại những hạt tương đối thô trong các khe, lỗ hỏng. đất là một thể xốp, chứa nhiều lỗ hổng có kích thước khác nhau nên có khả năng giữ lại một cách cơ học những hạt có kích thước lớn hơn kích thước của lỗ hổng, hay các chổ uốn cong của mao quản.
   
2. 
   Hấp thụ lý học (hấp thụ phân tử): Là khả năng giữ lại những hạt có kích thước nhỏ, những phân tử, nguyên tử trên bề mặt keo đất. Các hạt đất có kích thước nhỏ thường co năng lượng bề mặt. Hấp thụ lý học phụ thuộc nhiều vào thành phần cơ giới, nếu đất nào có nhiều hạt sét (thành phần cơ giới nặng) thì có năng lượng bề mặt lớn do đó khả năng hấp phụ lý học càng lớn.
   
3. 
   Hấp thụ lý học: Là khả năng giữ lại trong đất các chất hoa tan ở dạng kết tủa, không tan, ít tan do kết quả của những phản ứng hóa học xảy ra trong dung dịch đất.
   

Al³⁺ + PO₄^3- -------> AlPO₄

3Ca²⁺ + 2PO₄^3- ------> Ca₃(PO₄)₂

Dạng hấp phụ này rất phổ biến trong đất và dẫn đến sự cố định nhiều nguyên tố dinh dưỡng trong đất.

4. 
   Hấp phụ lý – hóa học (hấp thụ trao đổi): Là hấp phụ trao đổi giữa nhũung ion trên bề mặt các keo đất và những ion cùng dấu trong dung dịch đất. Thực chất là phản ứng lý – hóa giữa keo đất và ion trong dung dịch đất.
   
5. 
   Hấp phụ sinh học:Là khả năng giữ lại các chất dinh dưỡng bởi vi sinh vật từ dung dịch đất, chủ yếu là cây xanh và vi sinh vật.Đây là hình thức hấp phụ một chiều, đôi khi còn là trao đổi, vì rễ thực vật tiết ra ion H⁺ để trao đổi với chất dinh dưỡng ở dạng cation.
   

3. 
   Dung dịch đất
   
   1. 
      Khái niệm
      

Dung dịch đất tác dụng trực tiếp với thể rắn, không khí đất, hệ thống rễ thực vật với các sinh vật lớn, nhỏ sống trong đất. Nó thay đổi liên tục dưới tác động của các yếu tố địa lý, thủy văn và các mùa trong năm.

Dung dịch đất có tác dụng chính sau:

• 
  Hòa tan các chất hữu cơ, khoáng và chất khí cung cấp thêm các chất dinh dưỡng cho cây trồng. Thành phần và nồng độ chất hòa tan trong dung dịch đát nói lên khả năng cung cấp thức ăn dễ đồng hóa nhấtcủa đất đối với cây trồng.
  
• 
  Nồng độ dung dịch đất ảnh hưởng tới sự hấp phụ chất dinh dưỡng của cây trồng. Trong trường hợp tăng nồng độ chất hòa tan (bón phân, đất bị mặn, nồng độ chất ô nhiễm cao…) thì áp suất thẩm thấu của dung dịch đất tăng và cảng trở sự hút nước của cây và cây héo.
  
• 
  Phản ứng dung dịch đất ảnh hưởng đến sự hoạt động của vi sinh vật, đến các tính chất lý - hóa học của đất.
  
• 
  Trong dung dịch đất chứa một số loại muối, các chất hòa tan khác, các cation và anion có khả năng đệm.
  
• 
  Dung dịch đất chứa một số chất hòa tan làm tăng cường sự phong hóa đá.
  

2. 
   Nguồn gốc, thành phần và yếu tố ảnh hưởng đến dung dịch đất.
   

1. 
   Nguồn gốc
   

Trong điều kiện đất được tưới nước thì bản chất của dung dịch đất còn liên quan đến bản chất của nguồn nước tưới.

Các chất hòa tan trong dung dịch đất luôn được bổ sung do:

• 
  Quá trình bón phân hữu cơ và vô cơ.
  
• 
  Quá trình trao đổi ion trên keo đất và chuyển vào dung dịch đất.
  
• 
  Quá trình phong hóa đá, phân giải chất hữu cơ.
  

2. 
   Thành phần
   

Trong dung dịch đất chứa các chất hữu cơ, vô cơ và các sol keo. Thành phần vô cơ trong dung dịch đất tồn tại ở dạng cation và anion.

• 
  Các anion quan trọng của dung dịch đất:HCO₃^-, NO_2-,Cl-,SO₄^2-,H₂PO₄^-,HPO₄^2-
  
• 
  Các cation trong dung dịch đất có: Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺, H⁺, Al₃⁺, Fe₃⁺,ngoài ra còn có các cation nguyên tố vi lượng: Mn²⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, CO²⁺…
  

• 
  Chất hữu cơ trong dung dịch đất: Chất hữu cơ là hoạt động sống của vi sinh vật, động vật và thực vật, các sản phẩm phân giải của chúng như: các loại đường ,axit hữu cơ, rượu, axit amin, vitamin, khán sinh và độc tố. tuy nhiên nồng độ của chúng thấp.
  
• 
  Các chất khí trong dung dịch đất: ngoài các chất khí thông thường trong dung dịch đất như:N₂, O₂, CO₂, còn có NO₂, NH₃( hình thành khi giông bão). Trong điều kiện yếm khí có các khí CH₄, H₂S…
  

3. 
   Những nhân tố ảnh hưởng đến dung dịch đất
   

• 
  Lượng mưa: lượng nước nhiều làm giảm nồng độ chất hòa tan thêm một số chất. ngược lại, lượng nước giảm làm tăng nồng độ của dung dịch đất, có thể làm thay đổi thành phần dung dịch đất.
  
• 
  Sự hoạt động của sinh vật: hệ rễ của thực vật hút nước và dinh dưỡng từ đất do đó làm thay đổi thành phần và nồng độ của dung dịch đất. nhiều vi sinh vật và do hoạt động sống của chúng cũng làm thay đổi thành phần và nồng độ của dung dịch đất. vi khuẩn nitrat hóa (Nitrosomonas,Nitrobacter) tạo thành axit HNO₃;H₂SO₄ làm axit hóa dung dịch đất…
  
• 
  Phản ứng của dung dịch đất: phản ứng dung dịch đất liên quan chặt chẽ tới sự hòa tan và mức độ dễ tiêu của nhiều nguyên tố dinh dưỡng.
  
• 
  Nhiệt độ: nhiệt độ càn cao thì sự hòa tan các chất càng nhiều, nồng độ dung dịch càng tăng.
  
• 
  Thành phần của đá mẹ, nước ngầm, phân bón.
  

4. 
   Tính đệm của dung dịch đất
   
   1. 
      Khái niệm
      

Tính đệm của dung dịch là khả năng giữ cho p^H thay đổi ít khi tác động các yếu tố hóa và sinh học làm tăng cường H+ và OH- trong đất.

Tính đệm của đất trước hết liên quan đến quá trình trao đổi ion và khả năng chống lại hoặc axit hóa hoặc kiềm hóa dung dịch.

2. 
   Các nguyên nhân gây tính đệm
   

Trên bề mặt của keo hấp phụ các cation kiềm như: Ca²⁺, Mg²⁺, và H⁺. Do keo đất đồng thời chứa các cation kiềm và cation axit, nên khi có một lượng ion H⁺ hay OH^- thêm vào dung dịch đất, sẽ làm mất căng bằng xảy ra sự trao đổi cation. Kết quả làm phản ứng dung dịch đất không thay đổi.

Ca²⁺ 2H⁺

[KĐ] + 2HCl <= => [KĐ] + CaCl₂

H⁺ H⁺
Ca²⁺ Ca²⁺

[KĐ] + NAOH <= => [KĐ]

H⁺ Na⁺
Khả năng đệm này do keo sét gây ra, nếu đất có nhiều sét, nhiều mùn thì khả năng đệm càng lớn. Keo hữu cơ > monmorolorit > illit > kaolinit.

• 
  Đệm do tác dụng của axit yếu và muối của chúng
  

R – CH +HCl <= => R-CH

COOH COOH

NH₂ NH₂

R-CH +NAOH <= => R-CH

COOH COONA

R + HCl <= => R +H₂O

COOH COOH
OH OH

R +NaOH <= => R + H₂O

COOH COONa
Axít axetic có thể đệm với axít mạnh.

Muối của axít yếu và bazơ mạnh cũng có tác dụng đệm: hình thành một axít yếu thay axít mạnh.

• 
  Đệm do tác dụng của Al³⁺ linh động
  

• 
  Đệm do dung dịch chất chứa một số chất có khả năng trung hòa
  

CaCO₃ + 2HNO₃ = CA(NO₃)₂ +CO₂ + H₂O

5. 
   Tính oxy hóa khử của dung dịch đất
   
   1. 
      Khái niệm
      

Ox + ne = Kh - Kh: chất khử liên hợp với chất oxy hóa

- ne: số electron mà Ox nhận để thành Kh
Chất oxy hóa Chất khử

Fe³⁺ + 1e <= => Fe²⁺

Mn⁴⁺ + 2e <= => Mn²⁺

Mn3+ + 1e <= => Mn²⁺

Cl₂ + 2e <= => 2Cl^-

Như vậy phản ứng oxy hóa khử là phản ứng giữa chất oxy hóa và khử có sự trao đổi electron. hệ thống oxy hóa – khử được ký hiệu là Redox.

Trong điều kiện oxy hóa hay khử, chất hữu cơ đều bị phân giải, tuy nhiên, cường độ, sản phẩm phân giải có khác nhau.

C CO₂ CH₄;CO

N NO₂ NO^-₃;N₂;NH₃

S SO4^2- H₂S

P PO4^3- PH₃

FE Fe³⁺ Fe²⁺

MN Mn⁴⁺ Mn³⁺;Mn⁴⁺

CU Cu²⁺ Cu⁺

Để đặc trưng cho cường độ oxy hóa - khử của dung dịch đất thường xác định bằng điện thế oxy hóa – khử (kí hiệu Eh).

[OX]

[Kh]

2. 
   Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa - khử
   

• 
  Nồng độ oxy trong không khí đất, oxy hoà tan trtong dung dịch đất và các bài tiết của vi sinh vật quyết định Eh của dung dịch đất.
  
• 
  Độ ẩm thay đổi làm thay đổi Eh của đất. khi đất ẩm nhiều quá trình khử mạnh, do đó Eh giảm. ngược lại đất khô, quá trình oxy hoá mạnh, Eh tăng.
  
• 
  Phản ứng của dung dịch đất của dung dịch đất cũng ảnh hưởng đến Eh: Clark đã đưa ra chỉ số rH2: chỉ số phản ánh sự tương quan giữa Eh và pH.
  

rH2 = ----- + 2 pH

30
rH₂ = 28 – 34: đất thoáng

rH₂ =22 – 25: là đất yếm khí

rH₂ <20: đất glây

rH₂ =27: đất trung bình.

• 
  Các biện pháp canh tác, hay tác động vào đất khác nhau cũng làm thay đổi Eh như: cày sâu, bón phân hữu cơ, tưới… hay các chất khác đưa vào đất.
  

3. 
   Độ dẫn điện (EC) của dung dịch đất
   

1. 
   Khái niệm xói mòn đất
   

• 
  Xói mòn vật lý gồm sự tách rời và di chuyển những cấu tử đất không tan như cát, sét, bùn và chất hữu cơ. sự di chuyển được xảy ra có thể theo phương nằm ngang trên bề mặt và cũng có thể theo phương thẳng đứng dọc theo bề dày của phẫu diện đất qua các khe hở, kẽ nứt, lỗ hỏng có sẵn trong đất.
  
• 
  Xói mòn hóa học là sự di chuyển các vật liệu hòa tan. xói mòn hóa học có thể xảy ra do tác động của dòng chảy bề mặt hoặc dòng chảy ngầm từ tầng này tới tầng khác.
  

Quá trình xói mòn sẽ làm mất đất do đó rất nguy hiểm cho phát triển nông lâm nghiệp. xói mòn đất làm thoái hóa đất làm giảm tính năng sản xuất của đất.

Để tính lượng đất xói mòn, người ta sử dụng phương trình wiscehmeir và Smith ( 1976)

A= RKLSCP

A: lượng đất bị mất do xói mòn (tấn/ha/năm)

R: động năng gây xói mòn (động năng của hạt mưa)

L: Chiều dài sườn dốc

S: Độ dốc của mặt đất

C: Hệ số mật độ che phủ

P: Hệ số các biện pháp chống xói mòn

2. 
   Tác nhân,nhân tố và những nguyên nhân của xói mòn đất
   

Hệ thống gây xói mòn đã được xếp thành các nhóm tác nhân, nhân tố hoặc nguyên nhân của xói mòn:

• 
  Tác nhân của xói mòn là những vật mang hoặc hệ thống di chuyển trong chuyển động đất.
  
• 
  Nhân tố xói mòn đất là những chỉ số có tính tự nhiên hoặc nhân sinh quyết định độ lớn của sự đảo lộn cân bằng. Cụ thể: khí hậu, địa hình, đặc tính đất, thảm thực vật và trinh độ quản lý đất, cây trồng.
  
• 
  Nguyên nhân của xói mòn thường làm tăng những tác động của các tác nhân và nhân tố xói mòn đất và xúc tiến các quá trình xảy ra kem theo. nguyên nhân của xói mòn đất bao gồm cả các hoạt động sản xuất của con người như chặt phá rừng làm rẫy, cac phương pháp canh tác không đúng kĩ thuật.
  

1. 
   Lượng mưa và cường độ mưa: Việt Nam là nước có lượng mưa cao hàng năm, lượng mưa bình quân hàng năm từ 1800 – 2000 mm, có nơi lượng mưa rất cao 4000mm/năm (ở Huế). Ở Việt Nam, 85% lượng mưa tập trung vào 6 tháng mùa mưa. nhìn chung lượng mưa càng lớn và cường độ mưa càng mạnh thì lượng đất bị xói mòn càng nhiều.
   
2. 
   Độ che phủ đất của cây: độ che phủ đất có ý nghĩa quyết định tới lượng đất bị xói mòn. nếu trên mặt đất có cây che phủ thì mưa không rơi trực tiếp xuống đất và phân tán trên cành, lá cây do đó xói mòn xảy ra ít và với cường độ nhỏ.
   

Ở Việt Nam, lượng đất bị xói mòn hàng năm vào khoảng 1 – 1,5 tấn ở đất có rừng, và 100 – 150 tấn ở đất không có rừng.

Dựa vào lượng đất mất hàng năm trên 1 ha, người t đáng giá mức độ xói mòn theo các cấp và quy mô sau:


Bảng 5.2. Phân loại mức độ xói mòn đất

Cấp xói mòn	Mức độ xói mòn	Lượng đất mất (T/ha/năm)
1 2 3 4 5 6	Yếu Trung bình yếu Trung bình khá Mạnh Rất mạnh Nguy hiểm	0 – 20 20 – 50 50 – 100 100 – 150 150 – 200 >200

3. 
   Các kiểu xói mòn đất
   

• 
  Xói mòn bắn tóe (splash erosion)
  
• 
  Xói mòn bề mặt ( sheet erosion)
  
• 
  Xói mòn suối ( rill erosion)
  
• 
  Xói mòn rãnh ( gully erosion)
  

4. 
   Các yếu tố ảnh hưởng tới lượng đất bị xói mòn
   

Con người là chủ thể tích cực quan trọng nhất thông qua các hoạt động sản xuất, con người có thể tác động quá trình xói mòn và ngược lại. con người có thể hạn chế và ngăn chặn xói mòn thông qua các biện pháp sử dụng và quản lý đất đai hợp lý và khôn khéo.Các tác động về khí hậu, thủy văn, địa hình và tính chất đất, con người có thể ở mức độ nhất độ nhất định kiểm soát và điều chỉnh nhờ các biện pháp quản lý: Tác động của con người thông qua cac hoạt động: phá rừng, đốt rừng, mất thảm phủ, khai phá đất trồng bừa bãi, phá rừng phòng hộ đầu nguồn, phá rừng ở nơi đất dốc, du canh, du cư…, làm cho mức độ xói mòn tăng nhanh.

Hai yếu tố khí hậu quan trọng nhất có tác động trực tiếp đến xói mòn là lượng giáng thủy ( precipitation) và tốc độ gió (velocity). Những yếu tố khí hậu có tác động giáng tiếp là: cân bằng nước, bay hơi, nhiệt độ và độ ẩm tương đối.các yếu tố này ảnh hưởng tới lượng mưa bằng việc thay đổi chế độ nước trong đất tỷ lệ lượng mưa – tác nhân gây dòng chảy bề mặt.

Lượng giáng thủy là khái niệm ttỏng hợp, nó bao gồm các dạng nước trong khí quyển rơi vào đất: sương, tuyết rơi, mưa đá và mưa. Trong số này thì mưa và tuyết đóng vai trì quan trọng nhất đối với xói mòn đất. Ở những vùng ôn đới khi tuyết tan vào mùa xuân đã gây xói mòn và rửa trôi đất rất mạnh, còn những vùng nhiệt đới và á nhiệt đối trái lại mưa và gió xảy ra kèm theo lại là những yếu tố gây xói mòn mạnh mẽ.

• 
  Ảnh hưởng của lượng mưa: ảnh hưởng lớn nhất đến xói mòn đất. quá trình xói mòn bị chi phối bởi các đặt trưng mưa: phân bố mưa, cường độ mưa, lượng mưa,loại mưa và chế độ mưa. kết quả quan trắc về lượng đất bị xói mòn trên đất trồng chè, độ dốc 8^o ở các địa điểm khác nhau như sau:
  

Lượng đất bị xói mòn có tương quan thuận với lượng mưa.

Năng lượng rơi tự do của hạt mưa đã công phá trực tiếp làm vỡ hạt đất, số lượng hạt mưa càng nhiều, càng lớn thì sức công phá càng mạnh. sau đó là dòng chảy: phần nước không thấm vào lòng đất và không bốc hơi, sẽ cuốn các hạt đất trôi đi.

Theo tính toán của B.Oxbori (1954), khi mưa rào, 1 ha, sau 20 phút, những giọt mưa đã tung lên không trung là 140 tấn hạt đất. Nếu tốc độ giọt mưa là 5,5 m/s đường kính hạt mưa 3,5 mm, cường độ mưa là 12 cm/h thì lượng đất bắn lên không trung là 446 g/h.nhưng nếu cường độ mưa là 20 cm/h thì lượng đất bắn lên không trung là 690 g/h.

Độ dốc có tác động đến mọi kiểu xói mòn. sự phân chia và cường độ dòng nước chảy đều bị chi phối bởi độ dốc. Những đặt trưng dốc có liên quan đến xói mòn là do độ sâu của dốc (steepness), chiều dài dốc và dạng dốc (shape).

Xói mòn có thể xảy ra ở độ dốc 3^o và nếu độ dốc tăng lên 2 lần thì cường độ xói mòn sẽ tăng lên 4 hoặc nhiều lần.
Có thể xếp mức độ xói mòn do độ dốc: < 3^o: xói mòn yếu

3-5^o: xói mòn trung bình

>7^o: xói mòn rất mạnh

(* Nguyễn Quang Mỹ, Tây Nguyên 1978 – 1982; ** Phú Thọ 1980 – 1987; *** Nguyễn Danh Mô, Nông trường Sông Cầu 1966 – 1967).

- Chiều dài sườn dốc: chiều dài sườn dốc tăng lên 2 lần thì lượng đất bị mất sẽ răng 7 -8 lần.

Bảng 5.5. Ảnh hưởng của chiều dài sườn dốc đến xói mòn

Cây trồng	Độ dốc, (o)	Chiều dài sườn dốc, m	Tổn thất đất,T/ha
Cà phê	8	2 30 40	6 27 204

- Hình dạng dốc: Hình dạng dốc tác động đến xói mòn đất do bị ảnh hưởng của số lượng và tốc độ dòng chảy bề mặt.

Tính chất đất đặc trưng cho tính chất ứng chịu xói mòn đất (erodibility). Xói mòn đất là biểu hiện của hai lực đối lập. Lực di chuyển của tác nhân xói mòn và lực chống đở của đất.tính ứng chịu của đất phụ thuộc nhiều nhiều vào tính chất của chính nó, đặt biệt là tính chất vật lý. Nếu đất tơi, xốp, có kết cấu thì nước mưa sẽ thấm vào đất nhiều, lượng dòng chảy bề mặt ít,đất bị xói mòn ít. Thành phần cơ giới: đất càng nhỏ, càn xói mòn mạnh.

5. 
   Những yếu tố ảnh hưởng xói mòn do gió
   

Các yếu tố tác động lên xói mòn do gió cũng tương tự như xói mòn do nước: địa hình, thảm phủ, tính chất đất…

6. 
   Các biện pháp phòng chống xói mòn
   

Về nguyên lý, Ellision (1944) đã xác định tác nhân gây xói mòn mạnh mẽ nhất là xung lực hạt mưa tác động vào mặt đất. ông chia quá trình này thành 3 pha:

• 
  Pha 1: Tách các hạt đất ra khỏi đất
  
• 
  Pha 2: Di chuyển các phân tử bị tách ra đi nơi khác
  
• 
  Pha 3: Lắng đọng chúng ở một nơi khác
  

• 
  Bố trí một cơ cấu cây trồng đa dạng theo kiểu nông – lâm kết hợp, tạo ra tán che nhiều tầng, nhiều lớp. trên mặt đất là lớp thảm mục, tầng trên là những lớp cấy sống nhiều lớp, nhiều tầng sẽ hạn chế đáng kể xung lực của hạt mưa.
  
• 
  Trồng xen thành băng những cây hàng năm với những cây lâu năm, luân phiên giữa các băng, trồng xen, trồng gối sẽ tạo được những tán che tối đa.
  
• 
  Các biện pháp công trình đồng ruộng như: ruộng bật thang, kiến thiết đồi nương, làm đất và gieo trồng theo đường đồng mức ( contour farming), trồng các hàng ngang dốc để cắt dòng chảy.
  

1. 
   Hệ thống các biện pháp tăng cường che phủ mặt đất thông qua việc quản lý đất và thiết lập, quản lý hệ thống cây trồng.
   
2. 
   Hệ thống các biện pháp ngăn ngừa, cắt ngắn, phân tán và làm giảm lưu lượng của dòng chảy.
   
3. 
   Hệ thống các biện pháp tăng cường khả năng ứng chụi của đất.
   

Ở phạm vi vĩ mô, trên toàn lảnh thổ rộng lớn phòng chóng xói mòn đòi hỏi có những đầu tư lớn với tầm cở quốc gia. bao gồn các biện pháp:

- Điều tra, khoanh vẽ bản đồ xói mòn trên lảnh thổ. Để vẽ bản đồ này cần các bản đồ chuyên đề (bản đồ địa hình, bản đồ thổ nhưỡng, bản đồ trạng thái sử dụng đất, bản đồ địa chất, bản đồ phân bố mưa, bản đồ thủy văn, bản đồ thực bì…).
Hiện nay người ta sử dụng thêm các tư liệu viễn thám ( ảnh vệ tinh, ảnh máy bay…). Trên cơ sở các bản đồ này tiến hành chồng ghép các loại bản đồ để hình thành bản đồ sơ bộ về xói mòn. sau đó kiểm tra thực địa để chỉnh lý và hoàn chỉnh.

• 
  Xây dựng và thực thi các biện pháp chống xói mòn, cụ thể là:
  

• 
  Xây dựng và thiết lập mạng lưới hồ chứa có ý nghĩa nhiều mặt:
  

+ Kết hợp sản xuất thủy điện ( nhà máy thủy điện: Hòa Bình, Thác Bà, Trị An…)

+ Cung cấp nước tưới cho cây trồng vào mùa khô (thủy lợi)

+ Kết hợp phát triển nghề nuôi trồng thủy sản

+ Cải thiện điều kiện tiểu khí hậu và môi trường…

• 
  Xây dựng các công trình ngăn lũ và phân lũ. nguyên tắt chung của phương pháp này là phân lũ thành nhiều nhánh chảy để hạn chế cường độ lũ, cũng có thể đắp các hệ thống đập ngăn trên các con sông, con suối, tạo hệ thống hồ chứa nhỏ, đào các mương phụ nối với các sông lớn.
  

Phương pháp này được thực thi ở những khu vực nhỏ như một nương rẫy, một quả đồi hay một cánh đồng.

• 
  Trên đất canh tác cây hàng năm: cây hàng năm có đặc điểm là tán che phủ thấp,bộ rễ phát triển yếu, đất bị xáo xới, làm cỏ trong quá trình canh tác. các biện pháp thường áp dụng:
  

+ Trồng xen, trồng gối, xây dựng mô hình nông lâm kết hợp.

+ Lên luống cắt ngang sườn dốc (khoai lang, khoai mì…)

+ Trồng theo băng, tạo băng đệm: dùng cỏ khô, cỏ tươi, thân cây… trải đều ngang dốc để ngăn dòng chảy.

+ Trồng băng chống xói mòn: trồng thảm phủ cây họ đậu, trồng cỏ vertiver theo đường đồng mức.

+ Làm ruộng bậc thang.

• 
  Trên đất canh tác cây lâu năm: Cà phê, chè, ca cao, điều, tiêu…
  

+ Thiết kế hàng trồng, và bố trí mật độ trồng phù hợp.

+ Trồng cây tủ đất.

• 
  Thiết kế các đai rừng chắn gió ngăn cản cát lấp các làng mạc,ruộng vườn xói mòn, đặt biệt là các vùng ven biển (trồng phi lao).
  

1. 
   Quá trình làm chặt đất
   

1. 
   Độ chặt của đất
   

Mức độ bị nén chặt của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, đặt biệt là thành phần cơ học và cấu trúc đất, lực nén, thường theo chiều thẳng đứng làm cho lác lớp đất sét sắp xếp ít nhiều song song với mặt đất. Sự sắp xếp của cácc lớp sét theo cách như vậy sẽ dẫn đến sự hình thành lớp đất chặt hay tầng đất cứng (tầng đế cày) dày khoản vài cm đến hàng chục cm ở độ sâu khoản 20 – 30 cm.

Đặt trưng của tầng đế cày thường có cấu trúc dạng phiến mỏng, ít thấm nước và cản trở sự xâm nhập của hệ rễ thực vật.

Ở các đất thịt, tác động của các hạt mưa có thể hình thành lớp ván cứng trên mặt đất. Lớp váng cứng trên mặt đất có thể dày vài cm nhưng nó sẽ làm giảm khả năng thấm nước và tăng dòng chảy trên mặt gây xói mòn đất, làm giảm khả năng nẩy mầm và phát triển của cây trồng.

1. 
   Nguyên nhân
   

• 
  Một trong những nguyên nhân quan trọng của quá trình làm chặt đất là do sử dụng các máy móc trong sản xuất nông nghiệp, đặt biệt nghiêm trọng là phần đất bị nén bởi bánh xe. những nghiên cứu của Mc Rae(1989) cho thấy dung trọng của đất bị bánh xe nén là 2,2 g/cm3 còn ở giữa hai bánh xe chỉ là 1,3 g/cm3.
  
• 
  Chế độ tưới cũng ảnh hưởng đến độ chặt của đất.
  
• 
  Quá trình làm đất hay trồng cấy khi đất có độ ẩm gần với độ trử ẩm đồng ruộng thì sự phá hủy cấu trúc đất và làm chặt đất ít xảy ra.
  
• 
  Sự chăn thả gia súc cũng làm đất bị nén chặt nhất alf trong điều kiện đất ẩm.
  
• 
  Các quá trình trồng rừng , khai thác rừng ở nhiều nơi cũng làm chặt đất do sử dụng các loại máy móc, xe cộ vận chuyển nguyên vật liệu và sản phẩm khai thác. Sự nén chặt đất ảnh hưởng không tốt với nhiều tính chất của đất. làm tăng dung trọng và giảm độ xốp, có ảnh hưởng đến dộ ẩm và độ thoáng khí cũng như chế độ nhiệt của đất. Trong những điều kiện như vậy sẽ hạn chế khả năng sinh trưởng của cây trồng, đặt biệt là giai đoạn nẩy mầm và cây non; cũng như đời sống của các sinh vật đất.
  

1. 
   Các biện pháp quản lý và cải tạo đất chặt
   

• 
  Tăng cường cấu trúc đất: đất có cấu trúc sẽ tăng cường khả năng giữ nước, tăng độ thông thoáng và giữ các chất dinh dưỡng trong đất. tăng cường bón phân hữu cơ cho đất có ý nghĩa quan trọng cải thiện cấu trúc đất.
  
• 
  Cày bừa, xới xáo, làm đất hợp lý là có hiệu quả nhất nhằm cải tạo đất bị nén chặt. cày bừa, xới xáo làm cho đất tơi xốp, làm hạt dễ nảy mầm đồng thời tiêu diệt cỏ dại giúp cây trồng sinh trưởng tốt hơn do các chế độ dinh dưởng, nước, không khí được cải thiện.
  

2. 
   Quá trình laterit hóa
   

Là quá trình rửa trôi và tích tụ tuyệt đối các cation Fe³⁺,Fe²⁺ ;Al³⁺;Mn⁶⁺. Các cation này có sẵn trong môi trường đất nhiệt đới do mưa và tác động dòng nước thấm, nước ngầm, chúng có cơ hội tập trung lại một chổ trong đất với mật độ cao. Các cation này hấp thụ vào một nhóm mang điện tích âm (keo sét hoặc oxit sắt) hoặc một tác nhân khác kết dính giữa các cation đó để tạo nên những liên kết tương đối bền vững. Khi nhiệt độ môi trường lên cao, độ ẩm giảm thấp, các liên kết này mất nước, sẽ tạo nên những oxit kim loại cứng chắc, do đó độ cứng cao và rất cao.

Trong đá ong thành phần chủ yếu là hydroxit oxit sắt ngậm nước hay không ngậm nước hoặc mangan, một phần rất ít oxit nhôm. Sự hình thành đá ong chỉ khác với quá trình laterit là Fe²⁺ thường tập trung ở các vùng tương đối thấp có khả năng từng một dòng nước thổ nhưỡng hoặc dòng nước mặn trong mùa mưa. Trong tầng nước thổ nhưỡng gần mặt đất chứa nhiều Fe²⁺. Các Fe²⁺ dễ dàng bị oxi hóa thành Fe³⁺ khi có điều kiện tiếp xúc với oxy, chúng sẽ bị oxy hóa. ^các oxyt của chúng liên kết với các nhân là hạt keo sắt kaolinit để tạo thành màng lưới dày đặt. khi mất nước chúng liên kết ngày càng chặt hơn.

Tùy loại đá ong người ta chia ra:

• 
  Đá ong tản kiểu buhanran.
  
• 
  Đá ong tản tổ ong, có nhiều lỗ, lỗ nhỏ như tổ ong
  
• 
  Đá ong hạt đậu
  

- Nơi có độ dốc không cao lắm, có điều kiện tích tụ Fe,Al, Mn. Nhất là các vùng đồi núi trung du các tỉnh: Hà Bắc, Vĩnh phú, Sơn Tây, Đồng Nai, Sông Bé, Tây Ninh, Bà Rịa – Vũng Tàu…

- Nơi mà môi trường sinh thái đã và đang bị phá hủy mạnh mẽ, khả năng bốc hơi lớn,mạch nước ngầm lên xuống rất cao trong mùa mưa và mùa khô.

- Mực nước ngầm không quá sâu. đá ong thường xuất hiện ở chân đồi vì mực nước ngầm nông hơn.

- Đá mẹ: đá mẹ, phù sa cổ, phiién thạch sét và một ít basalt tầng mỏng Hay xuất hiện đá ong ( miền đong nam bộ và tây nguyên) , trên đá vôi hình thành nên đá ong hạt đậu, kết quả của sự tích tụ tuyệt đối Mn⁶⁺, Mn⁴⁺, Fe³⁺, Al³⁺.

2.4. Các điều kiện hình thành kết von

Hình dạng của các hạt kết von đã nói lên quá trình hình thành chúng.

• 
  Kết von hạt tròn đầu ruồi
  
• 
  Ở giữa trung tâm hạt là một nhân, có thể là nhiều hạt keo kaolinit làm nhân. Fe và Mn bám chặt xung quanh tâm tạo nên những lớp hình cầu rắn chắt.
  

Trong vùng đất basalt, sự rửa trôi nhiều Mn2+ và tích tụ chúng ở thung lũng chân đồi, Mn²⁺ gặp điều kiện môi trường pH: 5 – 6 sẽ oxi hóa, bám xung quanh một nhân keo và tạo thành các lớp Mn⁶⁺ với oxit của chúng. tạo nên hạt tròn, trơn bóng, màu đen như dầu ruồi.

• 
  Kết von hình ống
  

• 
  Kết von đa giác đa dạng
  

• 
  Kết von giả
  

-Khi hình thành đá ong và kết von sẽ ảnh hưởng xấu đến môi trường đất.

-Làm cơ lý tính đất giảm sút, giữ ẩm kém, hút và giữ nước kém.

- tăng khả năng rửa trôi, xói mòn đất vì thực bì không phát triển được.

- Nghèo dinh dưởng cho thực vật và vi sinh vật.

- Khi xuất hiện đá ong sinh thái môi trường trở nên xấu đi nhanh chóng ( thực vật và vi sinh vật khônng sống nổi do lý, hóa tính đất xấu đi).

3. 
   Quá trình axít hóa
   

- Do sự rửa trôi trong một thời gian dài và hô hấp vi sinh vật. các axít có trong nước mưa (axít cacbonic) và trong chất hữu cơ phân hủy ( axít humic và fuvic) sẽ phân ly ra H⁺. Những ion H⁺ thay thế các ion bazơ trên bề mặt hấp phụ của keop đất và rửa trôi chúng, đặt biệt ở những vùng có lượng mưa lớn hơn lượng bốc hơi.

- Hô hấp của vi sinh vật: hô hấp vi sinh cũng dẫn đến axít hóa đất do tạo ra CO2 hòa tan trong dung dịch đất để hình thành H2CO3.

- Các quá trình tự nhiên khác làm âxxít hóa đất là sự sinh trưởng của thhảm thực vật và quá trình nitrat hóa.

- Trong thời kì sinh trưởng, thực vật hấp thu các cation bazơ và thải ra H⁺ từ hệ rễ.

Nitrat hóa là quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ chứ nitơ, biến NH₄⁺ thành NO₃^- nhờ vi khuẩn hô hấp của vi sinh vật nitrat hóa (Nitrobacter) và tạo ra ion H+.

NH₄⁺ + 1,5O₂ --------> NO₃^- + H⁺
3.2. Nguyên nhân do tác động nhân sinh

- Thực tiễn sử dụng đất: như trồng rừng lá kim gồm thông các loại ( Pinus sp); sa mộc ( Cunninghamia lanceolanta). Các thực vật này thường có độ che phủ mặt đaát lớn, đặt biệt khả năng giữ lại các chất ô nhiễm có tính axít từ khí quyển, sau đó giải phóng ra môi trường thông qua dòng nước mưa xuyên qua tán lá và dòng chảy theo thân cây.

- Do những biến dạng bề mặt và thủy văn của đất bởi các kênh tiêu và mạng lưới rễ ăn nông, sự di chuyển nước xảy ra nhanh và tập trung ở bề mặt hoặc ở tầng đất trên cùng.

- Sử dụng phân khoán liên tục với liều lượng cao trongcác hệ thống nông nghiệp cũng làm axít hóa đất, và một phần qua quá trình nitrat hóa khi sử dụng phân đạm. nếu các ion NO₃^- trong đất nhiều hơn so với nhu cầu cây trồng, chúng sẽ bị rửa trôi.

• 
  Hiện tượng chua hóa đất đặt biệt xảy ra mạnh mẽ ở các vùng đất phèn thuộc đồng bằng sông Cửu Long do các sản phẩm pyriate bị oxy hóa vào mùa khô, để hình thành H₂SO₄. Do đó pH giảm đột ngột từ 5,5 xuống 3,0 hoặc 2,5.
  

Thomas M.Addiscot (1991) cho biết ở nước Anh giữa các năm1877 và 1915, lượng nitơ nitrat (N-NO3) lắng đọng từ không khí khoản 277 kg/ha, trung bình là 6 kg/ha/năm. Trong thập kỷ của những năm 90 tăng lên từ 35 – 40 kg/ha/năm.

ở việt nam kết quả phân tích thành phần hoá học của nước mưa tại các điểm như: Việt Trì, Láng, Cúc Phương,Phú Liễn, Ninh Bình và Thanh Hóa cho thấy sự lắng đọng ướt từ nước mưa.
ở khu công nghiệp việt trì đã xuất hiện mưa axít gần như quanh năm. hiện tượng lắng động ướt chưa rộng khắp mà chỉ cục bộ ở các điểm công nghiệp tập trung.

Bảng 6.2. Những quy định đối với tính chất nước mưa

pH	Tính chất
pH < 4 4,0 < pH < 4,9 4,9 < pH < 5,5 pH = 5,6 5,6 < pH < 6,0 6,0 < pH < 7,0 pH > 7,0	Mang tính axít nặng Mang tính axít Mang tính axít nhẹ Trung tính Mang tính kiềm nhẹ Mang tính kiềm Mang tính kiềm cao

4. 
   Quá trình mặn hóa đất mặn
   

Đất mặn là đất chứa nhiều muối hòa tan (1- 1,5% hoặc hơn). những loại muối tan thường gặp trong đất là:NaCl, Na₂SO₄, CaCl₂, CaSO₄, MgCl₂, NaHCO₃… Những loại muối này có nguồn gốc khac nhau (nguồn gốc lục địa, nguồn gốc biển, nguồn gốc sinh vật học…), nhưng nguồn gốc nguyên thủy của chúng là từ các thành phần khoáng của đá núi lửa. Trong quá trình phong hóa đá, những muối này bị hòa tan di chuyển tập trung ở những dạng địa hình trũng không thoát nước.

ở vùng nhiệt đới mưa nhiều như ở Việt Nam, sự phong hóa đá xảy ra mạnh mẽ, kể cả những loại muối khó tan như CaCO₃, CaSO₄… Cũng bị hòa tan và rửa trôi ra sông ra biển.

4.2. Quá trình mặn hóa, nguồn gốc và đặc điểm

Sự hình thành đất mặn là kết quả tổng hợp của nhiều yếu tố: đá mẹ, địa hình trũng không thoát nước, mực nước mặn nông, khí hậu khô hạn và sinh vật ưa muối. trong các yếu tố trên nước ngầm mặn là nguyên nhân trực tiếp làm cho đất bị mặn.

Dựa vào nguồn gốc, đặc điểm tích lũy muối, người ta phân chia quá trình mặn hóa làm 3 loại.

1. 
   Quá trình mặn hóa do ảnh hưởng của nước biển
   

2. 
   Quá trình mặn hóa lục địa
   

• 
  Dâng nước mao quản từ nước ngầm(nguyên nhân chính)
  
• 
  Do gió chuyển muối cùng với bụi từ biển và các hồ nước mặn
  
• 
  Do giáng thủy rửa muối từ nơi có địa hình cao xuống thấp.
  
• 
  Do sự khoán hóa xác thực vật ưu mặn trong chúng chứa nhiều muối.
  
• 
  Do tưới tiêu không hợp lý.
  

3. 
   Quá trình mặn hóa thứ sinh
   
4. 
   Ở những vùng khô hạn và bán khô hạn lượng mưa rất thấp (200 – 500 mm/năm), nền nông nghiệp có tưới và cần tưới là phổ biến. do việc quản lý đất và dùng nguồn nước tưới bị nhiễm mặn, nên tầng đất mặt bị nhiễm mặn. do tác động nhân sinh đã làm mặn hóa tầng đất mặn.
   

Sự có mặt của một số muối tan trong đất làm cho tính chất vật lý, hóa học, sinh học của đất trở nên xấu.

Khi khô đất nức nẽ, cứng như đá, khi ướt đất dính dẻo, hạt đất trương mạnh, bích kín tất cả các khe hở làm cho đất hoàn toàn trở nên không thấm nước. đất mặn có phản ứng kiềm, độ pH có khi lên tới 11 – 12. Ở độ pH này không có một loại cây trồng nào có thể phát triển được.

Ảnh hưởng của đất mặn đối với cây trồng trước hết do áp suất thẩm thấu cao của dung dịch đất. Áp suất này tăng theo tỷ lệ thuận với nồng độ muối tan. khi áp suất của dung dịch đất từ 10 – 12 atmotphe, cây trồng không sinh trưởng phát triển được, khi vượt quá 40 atmotphe, cây chết. ngoài ra cây trồng còn bị hại do tác động độc hại của các ion phân ly. các ion thường thấy trong đất mặn và kiềm mặn là Cl^-, SO4^2-, HCO^3-, Na⁺, Mg²⁺…Trong các ion thì Cl^- độc hại hơn SO4^2-, độc nhất là Bo. trong các cation độc nhất là MG²⁺, Na⁺.

- Cải tạo đất mặn thành đồng cỏ chăn nuôi bằng cách gieo các loại cỏ chịu mặn làm thức ăn gia súc.

- Cải tạo đất mặn bằng biện pháp canh tác: cày sâu không lật, xới đất nhiều lần, cắt đứt mao quản làm cho muối không thể bốc lên mặt đất được.

- Cải tạo đất mặn bằng biện pháp luân canh cây trồng: lúa – tôm, lúa – cá.

- Cải tạo đất mặn bằng áp dụng nhiều biện pháp ( biện pháp tổng hợp).

(1) Biện pháp thủy lợi:

Đưa nước ngọt vào rữa mặn: Dẫn nước ngọt vào ruộng, cày , bừa, sục bùn để các muối hòa tan, ngâm ruộng sau đó tháo nước ra kênh tiêu.

(2) Biện pháp nông lý:

Cày sâu, đưa CaCO₃ và CaSO₄ ở các lớp đất sâu lên mặt, cày phá đáy làm tơi xốp tầng đế cày. Đây là biện pháp thường áp dụng đối với các loại đất mặn nội địa được hình thành trong điều kiện khô hạn và bàn khô hạn.

(3) Biện pháp sinh học:

Tuyển chọn và lai tạ các giống chịu mặn, xác định các loại cây trồng có khả năng chịu mặn khác nhau, phù hợp với từng giai đoạn cải tạo đất.
(4) Biện pháp hóa học

Ion Na⁺ đóng vai trò quan trọng trong đất mặn, nó có thể ở dạng muối tan như:NaCl, NAHCO₃, Na₂SO₄… và quan trọng hơn là Na⁺ ở dạng trao đổi hấp phụ trên bề mặt keo đất. những tính chất xấu của đất mặn về phương diện vật lý, hóa học, sinh vật học, tính chất vật lý nước chủ yếu do ion này gây ra. muốn cải tạo đất mặn điều kiện tiên quyết là phải loại trừ ion Na⁺ trong dung dịch đất và trong phức hệ hấp thụ bằng việc thay thế bởi ion Ca²⁺. Đó là nguyên lý cơ bản trong cải tạo hóa học đất mặn.

Người ta thường dùng thạch cao (CaSO₄.2H₂O) hoặc photphat thạch cao.

Na⁺

[KĐ] + CaSO₄ [KĐ]Ca²⁺ + Na₂SO₄

Na⁺

1. 
   Đất là một hệ sinh thái hoàn chỉnh
   

Cũng giống như các hệ sinh thái khác, hệ sinh thái đất có cách phát triển riêng, đó là hệ quả của mối quan hệ qua lại giữa các yếu tố hữu sinh và vô sinh và khả năng tự điều chỉnh riêng. Nói theo nghĩa rộng thì đó là khả năng lập lại cân bằng giữa các quần thể sinh vật đất, giữa vòng tuần hoàn vật chất và dòng năng lượng và cũng nhờ có sự tự điều chỉnh này mà hệ sinh thái đất giữ được ổn định mỗi khi chịu tác động của các nhân tố ngoại cảnh. Sự tự điều chỉnh của hệ sinh thái đất tuy có giới hạn nhất định, nếu sự thay đổ vượt quá giới hạn này, hệ sinh thái mất khả năng tự điều chỉnh và hậu quả là chúng bị ô nhiễm, giảm độ phf và giảm tính năng sản suất.

Sự tác động của con người có t thể điều chỉnh và tìm được một giới hạn thích hợp cho nhiều loại sinhn vật đất và cây trồng. Giới hạn này còn gọi là giới hạn sinh thái hay giới hạn cho phép của môi trường đất. Sự ô nhiễm môi trường đất là hậu quả các hoạt đoọng của con người làm thay đổi các nhân tố sinh thái ra ngoài giới hạn sinh thái của các quần xã sống trong đất với từng nhân tố sinh thái.

Xử lý ô nhiễm tức là điều chỉnh và đưa các nhân tố sinh thái trở về giới hạn sinh thái của quần xã đất. Đây chính là nguyên nhân cơ bản được vận dụng hợp lý tài nguyên đấtvà bảo vệ môi trường đất.

2. 
   Tác động của các hệ thống sản xuất đến môi trường
   

Theo Nayhtum (1982) thì năm 1970 một ha đất canh tác sử dụng cho 2,6 người, còn năm 2000 cho 4 người. Như vậy, dân số tăng đòi hỏi lượng lương thực, thực phẩm ngày càng nhiều và con người phải áp dụng những biện pháp để tăng mức sản suất và tăng cường khai thác độ phì đất. những biện pháp phổ biến là:

• 
  Tăng cường sử dụng các chất hóa học trong nông lâm nghiệp như phân bón, thuốc trừ sâu diệt cỏ.
  
• 
  Sử dụng các chất điều khiển sinh trưởng để giảm bớt sự thất thoát mùa màng và thuận lợi cho thu hoạch.
  
• 
  Sử dụng công cụ và kỹ thuật hiện đại
  
• 
  Mở rộng mạng lưới tưới tiêu.
  

• 
  Làm đảo lộn cân bằng sinh thái do sử dụng thuốc trừ sâu.
  
• 
  Làm ô nhiễm môi trường đất do sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu.
  
• 
  Làm mất cân bằng dinh dưỡng
  
• 
  Làm xói mòn và thoái hóa đất
  
• 
  Phá hủy cấu trúc đất và các đặt tính sinh học của đất do sử dụng máy móc nặng.
  
• 
  Mặn hóa, tiêu hóa do tưới tiêu không hợp lý.
  

3. 
   Ô nhiễm môi trường đất
   

Nếu theo nguồn gốc phát sinh có:

• 
  Ô nhiễm đất do các chất thải sinh hoạt.
  
• 
  Ô nhiễm đất do chất thải công nghiệp.
  
• 
  Ô nhiễm đất do hoạt động nông nghiệp.
  

• 
  Ô nhiễm do tác nhân hóa học
  
• 
  Ô nhiễm do tác nhân sinh học.
  
• 
  Ô nhiễm do tác nhân vật lý.
  

0. 
   3.1. Ô nhiễm ở khu công nghiệp và đô thị
   

• 
  Những tác động về vật lý đất như: gây xói mòn, nén chặt đất và phá hủy cấu trú đất do kết quả của các hoạt động xây dựng, sản xuất khai thác mỏ.
  
• 
  Những tác động về hóa học như: các chất thải rắn, lỏng và khí tác động đến đất.
  

Có thể phân chia các chất thải ra 4 nhóm chính:

• 
  Chất thải xây dựng,
  
• 
  Chất thải kim loại,
  
• 
  Chất thải khí,
  
• 
  Chất thải hóa học và hữu cơ.
  

Chất thải xây dựng như gạch ngói, thủy tinh, gỗ, ống nhựa, dây cáp, bêtông, nhựa…trong đất các chất này bị biến đổi theo nhiều con đường khác nhau, nhiều chất rẩ khó bị phân hủy…

Các chất thải kim loại, đặc biệt là các kim loại nặng (Pb, Zn, Cd, Cu và Ni) thường có nhiều ở các khu vực khai thác mỏ, các khu công nghiệp và đô thị.

Kết quả điều tra đất vườn ở 53 thành phố, thị xã ở nước Anh cho thấy hầu hết có lượng chì tổng số vượt trên 200 mg/kg, ở nhiều vùng công nghiệp đã vượt quá 500 mg/kg, các giá trị này cao hơn đất bình thường không bị nhiễm bẩn (<100 mg/kg).

Nguồn gốc chính của kim loại nặng trong chất thải:

• 
  Các loại bình điện (pin, ac quy) có mức chất thải kim loại nặng cao nhất: 93% tổng số lượng thủy ngân, khoảng 45% số lượng Cadmium (Cd).
  
• 
  Sắt phế liệu chứa khoảng 40% số lượng chì (Pb), 30% đồng (Cu), 10% crôm (Cr).
  
• 
  Các chất thải mịn (<20 mm) chứa 43% Cu thải, 20% Pb và 12% nickel (Ni).
  
• 
  38% Cd thải và 25% Ni là từ chất dẻo.
  
• 
  Nickel có trong các loại thành phần rác, trong đó có 6 loại rác chứa trên 10% Ni.
  

Teruo Asami (Nhật Bản) phân tích mẫu bụi của 12 thành phố lớn ở Nhật và nhận thấy hàm lượng kim loại nặng phản ánh đặc tính của thành phố. Ở Osaka, người ta thấy có hệ thống tương quan cao giữa tỷ lệ bệnh nhân (xác định) và hàm lượng kim loại nặng được dùng trong công nghiệp sắt, thép.

Người ta thấy rằng, bụi bay trong không khí và bụi lắng ở các khu vực đô thị chắc chắn chứa nhiều nguy cơ có nhiều độc tiềm tàng kim loại hơn bụi ở khu vực nông thôn. Do vậy cư dân sống ở những khu vực đô thị phải hứng chịu nhiều nguy cơ tiềm tàng về kim loại nặng hơn những cư dân sống ở nông thôn.

Teruo Asami đã thu thập 308 mẫu bụi đường ở 12 thành phố của Nhật Bản, bao gồm cả Tokyo, Osaca, Kyoto và điều tra mối tương quan giữa hàm lượng kim loại nặng trong bụi đường và tỷ lệ người mắc bệnh, nhất là ở Osaka là thành phố lớn thứ nhì và có hầu hết các ngành công nghiệp nặng của Nhật Bản.

Kết quả cho thấy hàm lượng kim loại nặng trong bụi đường (_g/g DM) ở các thành phố, nhất là các thành phố lớn như: Osaka, Tokyo cao gấp nhiều lần so với đất không ô nhiễm:

Cd : 3,26 so với 0,37; Cu : 258 so với 20,4;

Zn : 1601 so với 65,1; Ni : 96,9 so với 14,8;

Pb : 465 so với 18,1; Cr : 133 so với 27,2.

Hệ số tương quan giữa tỷ lệ bệnh nhân có chứng nhận và hàm lượng kim loại nặng (_g/g Dm) ở Osaka như sau (n=26):

CCd	ZZn	PPb	CCu	NNi	CCr	CCo	FFe	MMn
00,356	00,353	00,302	00,031	00,274	00,636***	00,650***	00,651***	00,441*

* : ý nghĩa 5%

** : ý nghĩa 1%

*** : ý nghĩa 0,1%

Các kim loại độc hại có thể tồn tại trong đất dưới nhiều dạng khác nhau, (hấp phụ, liên kết) với các hợp chất hữu cơ, vô cơ hoặc tạo thành các chất phức hợp (chelat).

Khả năng dễ tiêu của chúng đối với thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: pH, khả năng trao đổi cation (CEC) và sự phụ thuộc lẫn ngau vào các kim loại khác. Ở các đất có CEC cao, chúng bị giữ lại nhiều trên các phứ hệ hấp phụ.

Các kim loại nặng có khả năng linh động lớn ở đất chua (pH < 5,5). Các kim loại nặng được tích luỹ trong các cơ thể sinh vật theo các chuỗi thức ăn và nước uống.

Ảnh hưởng của các kim loại nặng trong đất đối với sức khoẻ con người chưa được xác đinh một cách rã ràng, nên rất khó xây dựng ngưỡng độc hại chính xác. Tuy nhiên nhiều nước cũng đã xây dựng tiêu chuẩn độc hại của các nguyên tố trong đất. Nhưng giá trị này thường khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện môi trường, các chính sách và luật pháp cụ thể.

Ở Hà Lan, chính phủ đã xây dựng hệ thống gồm 3 mức: giá trị chấp nhận được hay giá trị nền, giá trị chứng tỏ quá trình nhiễm bẩn đang xảy ra và giá trị cần thiết phải làm sạch.

Hiện nay, người ta đã phát hiện có hơn 50 nguyên tố phóng xạ tự nhiên và 1000 đồng vị phóng xạ nhân tạo. Những chất phóng xạ nguy hiểm nhất là: ¹³¹I, ³²F, ⁶⁰Co, ³⁶S, ⁴⁵Ca, ²³⁵U, ¹⁴C, ⁹⁸Al, ²²⁶Ra, ¹³⁰Ba. Các chất phóng xạ có khả năng tích luỹ cao trong các đất có CEC lớn, đất gần trung tính và trung tính, đất giàu khoáng sét và các chất mùn.

Các tác giả đã đưa ra các biện pháp để ngăn ngừa sự thải kim loai nặng vào môi trường, xưm đây là sự cần thiết về mặt sinh thát và biện pháp kinh tế xã hội. Theo họ, các chính phủ cần ban hành các biện pháp chiến lược bao gồm:

• 
  Ban hành các văn bản pháp luật quy định việc thay thế các chất kim loại nặng bằng các hợp chất không độc, chẳng hạn thay thế nắp bằng hợp kim chì của rượu vang bằng vật liệu khác như: sáp, PE hay nhôm.
  
• 
  Phân loại và chọn lọc từ nguồn: thực hiện các chương trình với kết quả tốt đối với giấy, thuỷ tinh, kim loại,… nhất là đối với các loại pin, bình nhiệt.
  
• 
  Xây dựng các nhà máy chọn và xử lý rác như: ở Pháp có các nhà máy phân rác, đốt rác.
  
• 
  Các tiến trình lọc, đốt cần ngăn ngừa kim loại nặng thoát ra ở mức thấp nhất.
  

- CO là sản phẩm đốt cháy không hoàn toàn carbon (C), 80% Co là từ động cơ xe hơi, xe máy, hoạt động của các máy nổ khác, khói lò gạch, lò bếp, núi lửa phun…CO vào cơ thể động vật, người gây nguy hiểm do CO kết hợp với Hemoglobin làm máu không hấp thu oxy, cản trở sự hô hấp. Trong đất một phần CO được hấp thu trong keo đất, một phần bi oxy hoá thành CO₂.

- CO₂, SO₂, NO₂ trong không khí bị ô nhiễm là nguyên nhân gây ra mưa axít, làm tăng quá trình chua hoá đất.

3.1.4. Chất thải hoá học và hữu cơ

Các chất thải có khả năng gây ô nhiễm đất ở mức độ lớn như: chất tẩy rửa, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc nhượm, màu vẽ, công nghiệp sản xuất pin, thuộc da, công nghiệp sản xuất hoá chất.

Nhiều loại chất thải hữu cơ cũng dẫn đến ô nhiễm đất. Nhiều loại nướ từ cống rãnh thành phố thường được sử dụng như nguồn nước tưới trong sản xuất nông nghiệp. Trong các loại nước thải này thường bao gồm cả nước thải sinh hoạt và công nghiệp, nên thường chứa nhiều các kim loại nặng.

Bảng 7.2 : Hàm lượng các nguyên tố trong bùn - nước cống rãnh đô thị (Logan, 1990)

Các kim loại	Hàm lượng, mg/kg chất khô
	Khoảng dao động	Trung bình
As Cd Co Cu Cr F Fe Hg Mn Mo Ni Pb Sn Se Zn	1,1 – 230 1 – 3410 11,3 – 2490 84 – 17000 10 – 99000 80 – 33500 1000 – 15400 0,6 – 56 32 – 9670 0,1 – 214 2 – 5300 13 – 26000 2,6 – 329 1,7 – 17,2 101 – 49000	10 10 30 800 500 260 17000 6 260 4 80 500 14 5 1700

Những chất tẩy rửa của những chất thải bỏ công nghiệp rắn có thể chứa những sản phẩm hoá học độc hại ở dạng dung dịch. Trong thiên nhiên những chất này có thể tích luỹ lại bằng nhiều cơ chế khác nhau. Đa số các chất này được phóng ra mặt đất, một số chất được phóng ra biển, đi vào sông ngòi, hệ thống nước ngầm, và được tưới cho cây trồng.

Ở TP. Hồ Chí Minh, với dân số gần 7 triệu người, nên hàng ngày thải ra một lượng rác vô cung lớn, và có thành phần hết sức phức tạp, nguồn gốc khác nhau từ bùn cống, rừ nước thải, phế thải của nhà máy, trong đó có chứa các chất như mảnh vụn, kim loại linh tinh, mảnh vỏ đồ hộp, sành sứ, chai lọ. Các chất thải này thông qua chế biến và đựơc nông dân sử dụng trực tiếp để bón cho cây trồng.

Ngoài ra các cơ sở sản xuất xi mạ, pin acquy,… cũng đã thải ra một lượng lớn kim loại nặng vào cống và chính những độc tố náyex đi vào môi trường nông nghiệp qua việc tưới nước cho cây trồng.

Tóm lại, về tương tác giữa ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất và thực vật, được ghi nhận ở hình 7.1.

Môi trường đất Thực vật

Phát tán ra ngoài

(ít)

bay hơi

Sinh khối cây

trong thân

Du VSV Hấp thụ

Rễ

với mùn vùng rễ cây

R
Ô nhiễm kim loại nặng

Bùn cống rãnh Phán bón, thuốc trừ sâu bệnh, chất thải rắn

Nước thải Chất thải do nhiễm không khí

Hình 7.1 : Ô nhiễm kim loại nặng vào môi trường đất và sự tương tác giữa đất và vây qua môi trường rễ cây (Rhzosphere), cây, dung dịch đất…

Bao gồm các loại chất thải như: phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, tàn tích sản phẩm và cây trồng nông nghiệp, chất thải gia súc và tàn tích rừng.

- Phân vô cơ

Để tăng năng suất cây trồng, người ta thường sử dụng các loại phân hoá học như: đạm (N), lân (P₂O₅), kali (K₂O). Nhưng trong các loại phân vô cơ, đáng chú ý nhất là phân N, một loại phân mang lại hiệu quả quan trọng nhất cho năng suất cây trồng, tuy nhiên nó cũng rất dễ gây ô nhiễm cho môi trường đất do tồn dư của nó do sử dụng với liều lượng cao. Khi bón N, cây sử dụng tối đa 30% lượng phân bón vào đất. Còn lại, phần thì vị rửa trôi làm mất đi,phần còn lại trong đất sẽ gây ô nhiễm đất.

Khi bón N vào đất thường trong đất tồn tại 2 dạng: NH₄ và NO₃^-, cây trồng hấp thu cả 2 dạng này, nếu cây hấp thu nhiều N, trong ccây sẽ tồn lưu cao NO₃^- trong lá, quả, hạt quá mức sẽ gây hại cho người tiêu dùng.

Lượng N tồn dư trong đất dạng NO₃^- dễ bị rửa trôi xuống sông, suối hoặc trực tiếp đi xuống nước ngầm gây ô nhiễm nước ngầm. Theo mức cho phép của WHO, nước ngầm chứa > 45 mg/l NO₃^-, khoong thể dùng làm nước uống.

Quá trình nitrat hoá làm tăng tính chua của môi trường đất do trong đất tồn tại HNO₃.

Một số phân bón hoá học khác gây ô nhiễm môi trường đất như phân lân. Phân super lân thường có 5% axít tự do (H₂SO₄), làm cho môi trường đất chua. Trong các loại phân lân cũng còn chứa một lượng các kim loại nặng khác như As, Cd, Pb cũng là nguyên nhân làm tích luỹ các kim loại này trong đất.

Các phân hoá học khác hầu hết là các dạng muối (NH₄SO₄, KCL, K₂SO₄, KNO₃…) của các axít, do đó khi bón vào đất làm cho đất chua.

-Phân hữu cơ

Thông thường phân hữu cơ gồm: phân chuồng, phân xanh, phân ủ. Thành phần của phân tuỳ thuộc vào nguồn chế biến. Nguồn phân hữu cơ gây ô nhiễm đất có thể do cách sử dụng, nguồn sử dụng để chế biến.

Phân chuồng nếu không được ủ đúng kỹ thuật, như nông dân sử dụng phân tươi (phân chuồng, phân bắc) ngâm ủ, nông dân sử dụng tưới trên cây trồng chứa rất nhiều các vi sinh (Coliform, E.coli, Clostridium perfingens, Streptococcus, Salmonella, Vibrio cho lera), ký sinh trùng (giun đũa) trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là trên rau làm cho rau không an toàn, gây độc cho người sử dụng.

Các loại phân hữu cơ hiện nay, như phân chuồng (heo, gà,…) được nuôi từ thứ ăn tổng hợp không còn an toàn cho nông sản như trước, vì trong thành phần của nó có nhiều khoáng vi lượng (Cu, Zn, Fe, Mn, Co,…). Hàm lượng kim loại nặng chứa trong phân có thể là nguồn xâm nhập vào đất trồng và tồn lưu trong các loại nông sản phẩm, đặc biệt là các loại rau ăn lá.

Sử dụng nhiều phân hữu cơ trong điều kiện yếm khí, quá trình khử chiếm ưu thế, sẽ tạo ra nhiều axít hữu cơ làm đất chua, đồng thời tạo ra nhiều chất độc H₂S, CH₄, CO₂.

3.2.2. Ô nhiễm do thuốc bảo vệ thực vật

Thuốc bảo vệ thực vật bao gồm: thuốc trừ sâu, bệnh (nấm, tuyến trùng…), thuốc diệt cỏ, chất kích thích sinh trưởng đều là các chất hoá học hữu cơ hay vô cơ. Rất cần thiết để diệt sâu, bệnh, cỏ dại bảo vệ cây trồng, Nhưng vì bản chất của các chất này là diệt sinh học nên ít nhiều đều ảnh hưởng đến môi trường đất.

Các hoá chất này gây ô nhiễm môi trường đất và hoạt tính của chúng sẽ là chất độc cho các động vật và con người. Nó có thể tồn tại lâu trong đất, xâm nhập vào thành phần cây, nhất là tích luỹ ở các bộ phận của cây, con người sử dụng các sản phẩm này sẽ gây ngộ độc.

Đặc tính của thuốc trừ sâu bệnh là tính bền trong môi trường sinh thái. Sau khi xâm nhập vào môi trường và tồn tại một thời gian dài trong các dạng cấu trúc sinh hoá khác nhau hoặc tạo các dạng hợp chất liên kết trong môi trường đất. Các hợp chất mới này thường có độc tính cao hơn bản thân nó. Ví dụ như DDT sau một thời gian sử dụng có tạo ra DDE, độc hơn DDT gấp 2-3 lần. Thuốc trừ sâu Aldrin tồn tại lâu dài trong đất bị phân thành Dieldrin, mà tính chất của nó độc nhiều lần so với Aldrin.

Các thuốc bảo vệ thực vật thường chứa nhiều kim loại nặng như: As, Pb, Hg. Một số loại thuốc bệnh như: CuSO₄, Zineb, Macozeb… chứa các kim loại nặng như Zn, Cu, Mn sử dụng nhiều và lâu dài sẽ tồn lưu các kim loại trong đất.

Tác hại khác của thuốc trừ sâu bệnh là sự xâm nhập của nó vào môi trường đất làm cho cơ lý hoá tính đất giảm sút, mức độ gây hại tương tự như phân bón hoá học. Nhưng khả năng diệt khuẩn cao nên thuốc trừ sâu bệnh cũng đồng thời tiêu diệt nhiều vi sinh vật có ích làm các hoạt tính sinh học của đất bị giảm.

Ô nhiễm đất do hydrocarbures từ nguồn dầu hoả. Thành phần cơ bản của dầu mỏ: Carbon 82 – 87%, hydro 11 – 14%,lưu huỳnh 0,1 – 0,5%, oxy và nitơ < vài phần nghìn.

Dầu và các sản phẩm của dầu khí đổ trên mặt đất sẽ làm cho đất bị ô nhiễm vì:

-Chỉ cần một lớp dầu bao phủ mặt đất, dù rất mỏng (0,2 – 0,5 mm) cũng ssủ làm cho đất “ngạt thở” vì thiếu không khí, quá trình trao đổ khí bị cắt đứt. Kết quả là các loài động, thực vật và vi sinh vật đều thiếu oxy, cuối cùng dẫn đến cái chết. Lớp dầu này cũng ngăn cản quá trình trao đổi năng lượng mặt trời của môi trường đất.

-Dầu là chất kỵ nứơc, khi thấm vào đất, dầu đẩy nước ra ngoài làm cho môi trường đất hầu như không còn nước và chiếm hết các khoảng không khí trong đất làm cho đất giảm thiểu oxy và nước, gây tổn thương cho hệ sinh thái.

-Khi xâm nhập vào đất, dầu làm thay đổi kết cấu và đặc tính lý hoá tính của đất, khiến các hạt keo đất trơ ra và không còn khả năng hấp thu, trao đổi nữa.

-Dầu thấm qua đất xuống mạch nước ngầm, làm ô nhiễm nguồn nước ngầm.

-Dầu là hợp chất hữu cơ cao phân tử có đặc tính diệt sinh vật.

Khắc phục ô nhiễm dầu trong đất có nhiều chác, nhưng có thể có các cách chủ yếu sau:

1. 
   Cày xới lên và xử lý tầng đất ô nhiễm để nó tiếp xúc với không khí cho bay hơi và vi sinh vật phân huỷ .
   
2. 
   Xử lý đất bằng hoá chất.
   
3. 
   Trồng cây ưa dầu, có khả năng chịu được nồng độ dầu.
   
4. 
   Bóc các lớp đất bị ô nhiễm đưa ra xử lý.
   
5. 
   Tạo cho đất có khả năng tự làm sạch, hoặc bằng tiếp xúc không khí hoặc vi sinh vật, hoặc rửa trôi, chuyển hoá.
   

Nhiều kim tố kim loại nặng có ý nghĩa quan trọng trong đời sống của sinh vật và được biết như những nguyên tố vi lượng. Tyler cho rằng nhu cầu của các nguyên tố C,Zn,Fe và Mn vào khoảng 1 – 100 ppm trong chất khô của sinh vật. Ở lượng cao hơn thường gây độc hại. Khoảng cách từ đủ đến dư thừa các kim loại nặng là rất hẹp (Bowen, 1966).

Khả năng độc hại của các kim loại nặng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: hàm lượng của chúng, các con đường xâm nhập, dạng tồn tại và thời gian có thể gây hại. Trong môi trường cần phẩi xác định được mức độ gây hại đối ới cá thể hoặc các loại, hoặc đối với hệ sinh thái.

Cần phân biệt giữa độc hại môi trường và độc hại sinh thái.

• 
  Độc hại môi trường (Envirommental toxicology) là mứ độ độc hại của môi trường trong những phạm vi cụ thể như nhà ở hoặc nơi làm việc.
  
• 
  Độc hại sinh thái (Ecological toxicology) là nghiên cứu độc tố đối với sự biến động của các quần thể.
  

• 
  Độc hại cấp tính là khi có một lượng lớn các chất độc hại trong một khoảng thời gian ngắn thường dẫn đến gây chết các sinh vật.
  
• 
  Độc hại lâu dài (mãn tính) khi hàm lượng các chất độc hại thấp nhưng tồn tại lâu dài. Chúng có thể làm chết sinh vật hoặc tổn thương ở các mức độ khác nhau.
  

Sự ô nhiễm các kim loại nặng trong môi trường (đất, nước, sinh vật) có thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp (thông qua chuỗi thức ăn) đến sức khoẻ con người. Tuỳ theo từng chất mà có những tác động khác nhau đến các bộ phận cơ thể.

Đối với đa số sinh vật đất, tính độc hại giảm dần theo thứ tự: Hg > Cd > Cu > Zn > Pb. Chang và Broadbent (1981) đã xây dựng ngưỡng độc hại của một số kim loại nặng đối với sinh vật đất dựa trên cơ sở giảm khả năgn hô hấp của các quần thể sinh vật đất đi 10%, được gọi là giá trị C₁₀.

• 
  Nhóm có độc tính cao: Hg
  
• 
  Nhóm có độc tính trung bình: Cd
  
• 
  Nhóm có độc tính thấp: Ci, Ni, Zn
  

1. 
   Sự tích cao của Cu chỉ giảm số lượng vi khuẩn, trong khi Cd làm giảm số lượng vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, các loại giun tròn và dung đất (Bisessar, 1982). Sự tích luỹ cao của Pb/Zn sẽ lam giảm số lượng các loại chân đốt (Arthropods), đặc biệt là muối (mites) và nấm; làm tăng số lượng bọ bật đuôi (spring tails) và không có ảnh hưởng nhiều đối với vi khuẩn và xạ khuẩn (Willians et al., 1977), số lượng bọ bật đuôi tăng là do các loài mối bị tiêu diệt làm giảm kẻ thù của chúng.
   
2. 
   Các kim loại ở nồng độ thích hợp sẽ có tác dụng kích thích quá trình hô hấp của vi sinh vật và tăng cường lượng CO₂ giải phóng ra. Tuy nhiên ở nồng độ cao của Pb, Zn, Cu, Cd, Ni sẽ giảm lượng CO₂ giải phóng (Mathur et al., 1979).
   
3. 
   Nhiều nghiên cứu cho thấy sự giảm đáng kể sinh khối vi sinh vật khi tăng hàm lượng các kim loại nặng độc hại. Ảnh hưởng này tăng khi đất có độ axít cao. Ở các đất bị ô nhiễm nặng bởi Cu làm giảm sinh khối vi sinh vật đất đến44% và 36% ở các đất hữu cơ à đất khoáng so với đất không bị ô nhiễm (Dumontet và Mathur, 1989).
   
4. 
   Các kim loại nặng trong đất cũng có ảnh hưởng đến quá trình khoáng hoá nitơ cũng như quá trình nitrat hoá. Thuỷ ngân làm giảm 73% tốc độ khoáng hóa nitơ ở đất axít và 32 – 35% ở các đất kiềm; Cu làm giảm khả năng khoáng hóa 82% ở các đất kiềm và 20% ở đất axít (Lrang và Tabatabai, 1 977).
   
5. 
   Ảnh hưởng của các kim loại nặng đến quá trình cố đinh nitơ sinh học còn chưa được nghiên cứu nhiều. Rother et al. 1982) đã cho thấy Cd, Pb, Xn có ảnh hưởng đến hoạt động của enzym nitrogenase trong quá trình cố định nitơ sinh học.
   
6. 
   Một số tác giả cho rằng kim loại nặng có ảnh hưởng trước hết đối với các thực vật bậc cao như gây bệnh đốm lá, làm giảm hoạt động của diệp lục tố (chlorophyll) và giảm các sản phẩm quang hợp.
   

Ở Việt Nam cũng đã đưa ra dự thảo hàm lượng kim loại nặng trong đất và trên rau không được quá mức giới hạn cho phép (bảng 7.6.)

Bảng 7.6. Hàm lượng tối đa cho phép của một số kim loại nặng theo tiêu chuẩn của Bộ NN & PTNT

STT	Tên nguyên tố	Mức giới hạn (mg/kg)
		Trong rau	Trong đất
1 2 3 4 5 6 7	Đồng (Cu) Kẽm (Zn) Nickel (Ni) Cadmium (Cd) Crôm (Cr) Mangan (Mn) Chì (Pb)	10 20 10 1 1,5 10 2	100 500 100 5 – 10 50 5000 – 9000 100

(Quy định tạm thời về sản xuất rau an toàn, 28/ 04/ 1988)

3.4. Quản lý ô nhiễm

Việc quản lý và xử lý các đất bị ô nhiễm là rất khó khăn. Có nhiều biện pháp được sử dụng như: cơ lý, nhiệt, kỹ thuật sinh học.

Được áp dụng nhằm làm giảm khả năng hòa tan và di chuyển các chất thải.

• 
  Sử dụng các chất gắn kết xi măng, với thạch cao, vật liệu silicat, nhựa epoxy, polyeste. Các chất này có vai trò gắn kết các chất thải thành từng khối bền vững được chôn vùi trong đất , tránh sự xói lở và di chuyển đi nơi khác.
  
• 
  Dùng phương pháp điện động học ( Electrokinetic): Dùng một dòng điện cường độ thấp, tác động trực tiếp qua cặp điện cực cắm xuống đất ở mỗi đầu của khôi đất bị ô nhiễm. Dòng điện sẽ gây nên điện thẩm thấu và lmf các ion di chuyển. Có thể thêm các chất hoạt động bề mặt để tăng tính tan của kim loại và giúp chúng dễ dàng di chuyển đến các điện cực.
  
• 
  Dùng kỹ thuật thuỷ tinh hoá (vitrication): Sử dụng dòng điện trực tiếp để làm nóng chảy đất và những vật liệu khác ở nhiệt độ rất cao (1600 – 20000C). Các chất hữu cơ bị nhiệt phân và bay hơi ở nhiệt độ cao. Hơi nước và khí của các chất hữu cơ bị cháy được hút lại khi nguội, những chất rắn đã bị nóng chảy sẽ hình thành thể thuỷ tinh, làm bất động hầu hết các chất vô cơ.
  

Sử dụng các chất hoá học để gia tăng phản ứng oxy hoá khử. Những tac nhân oxy hoá thường sử dụng là ozone, hydrogen peroxide, hypochlorine và chlorine dioxide. Tác nhân khử thường dùng là sulfate sắt, sodium bisulfite và sodium hydrosufite, biến đổi các chất ô nhiễm thành các chất ít ô nhiễm hơn.

- Sử dung vi sinh vật: Dùng vi sinh vật để phân hủy các chất ô nhiễm bằng cách cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng và không khí cho chúng. Trong môi trường tự nhiên, có nhiều loài vi sinh vật có khả năng hấp thu các kim loại nặng (bảng 7.7.)

• 
  Sử dụng thực vật : Có những loài thực vật đặc biệt vì chúng có thể hấp thu hay tồn tại được với nồng độ kim loại rất cao. Dựa vào đặc tính đó, người ta phát triển một phương pháp mới để giải quyết ô nhiễm đất, gọi là :Phetoremediation”, dùng thực vật để giải ô nhiễm.
  

• 
  Cố định kim loại tại chỗ bằng cách tái tạo thảm thực vật (Phytostabilization)
  
• 
  Tách, chiết kim loại nhờ các thực vật siêu tích lũy (Phytoextraction).
  

Như vậy, để giải quyết ô nhiễm cho 1 tấn đất, phương pháp điện động học cần chi phí gấp 5 lần và phương pháp hóa học cần hơn 10 lần so với biện pháp sử dụng thực vật.

Ngoài ưu thế về chi phí, giải ô nhiễm bằng thực vật (Phytoremediation) còn có những ưu điểm:

• 
  Không tạo ra những sản phẩm phụ độc hại.
  
• 
  Cải tạo được vùng đất trứơc đây không có thực vật nào tồn tại, tạo cảnh quan sinh thái và quan trọng là ngăn chận được xói mòn và phát tán ô nhiễm do gió và nước.
  

1. 
   Hoá học khí quyển của carbon và các hợp chất nitơ
   

Chất oxy hóa cơ bản ở tầng thấp của khí quyển là ozon (O₃) và gốc hydroxyt (OH). Ozon được sinh ra trong tầnh đối lưu do sự oxy hóa gốc peroyl của NO:

NO + RO₂ NO2 + RO*

NO₂ + hv NO + O*

O* + O₂ +M O₃
Ở tầng bình lưu cấu trúc của ozon bị phá hủy và là nguồn vật liệu đầu tiên hình thành OH:
O₃ + hv O₂ + O*

O* + H₂O 2OH

H* O₂ +M HO₂*

CHO* + O₂ HO₂* + CO
Các quá trình xảy ra tiếp theo là :
HO₂* + HO₂* H₂O₂ + O₂

H₂O₂ + hv OH* + OH*

Hoặc HO₂* + NO NO₂ + OH*

1. 
   Mêtan (CH₄) và carbon monoxít (CO)
   

Carbon monoxit (CO) không có tác động qua lại với cân bằng bức xạ của khí quyển vì nó nhanh chóng bị oxy hoá thành CO₂. Do vậy CO chỉ có ý nghĩa làm tăng CO₂ trong khí quyển.

Hầu hết CH₄ có mặt trong tầng đối lưu sẽ bị oxy hóa thành CO. Tất cả các con đường của phản ứng này đều hình thành chất trung gian là formaldehyt HCHO. Nhưng các phản ứng tiếp theo là khác nhau phụ thuộc vào nồng độ NO_x trong khí quyển.

Theo Bouwman (1990) các quá trình này xảy ra như sau:

CH₃* + O₂ +M CH₃O₂* +M

• 
  Khi NO > 10ppt (ppt = 10-12 gam, 1 phần triệu tấn)
  
• 
  
  

CH₃O₂* + O₂ HCHO + HO₂*

HO₂* + NO OH* + NO₂

2[NO₂ +hv NO + O*]

2[O +O₂ + M O₃ +M]

CH₄ +4O₂ HCHO + 2O₃ + H₂O

• 
  Khi NO < 10ppt
  
• 
  
  

CH₃O₂H + hv CH₃O* + OH*

CH₃O* +O₂ HCHO +HO₂*

CH₄ + O₂ HCHO +H₂O

CH₃O+O₂* + HO₂* CH₃O₂H + O₂

CH₃O₂H +OH* CH₃O₂* + H₂O
Phản ứng oxy hoá tiếp theo của HCHO là như nhau trong các điều kiện khác nhau của NO:
HCHO + hv H* + HCO*

H* + O₂ + M HO₂*

HCHO + OH* H₂O + HCO*

HCO* + O₂ CO + HO₂*

• 
  Khi NO > 10 ppt
  
• 
  
  

3[HO₂* + NO NO₂ + O*]

3[NO₂* + hv NO + O*]

3[O* + O₂ + M O₃]

HCHO +6O₂ CO₂ + 3O₃ + 2OH

• 
  Khi NO < 10 ppt
  

2[H* + O₂ HO₂*]

3[HO₂* + O₃ HO* +2O₂]

HCHO + 3O₂ CO₂ + 3O₂ +2OH

Trong điều kiện có đủ NO, mỗi phân tử CH₄ bị oxy hóa sẽ sinh ra 3,7 phân tử O₃ và 0,5 nhóm OH, khi thiếu NO quá trình oxy hóa 1 phần CH₄ sẽ tiêu thụ 1,7 phân tử O₃ và 3,5 nhóm OH (Crutzen và Graede, 1986). Như vậy quá trình oxy hóa CH₄ sẽ làm ảnh hưởng đến nồng độ của CO và OH trong khí quyển. Khi lượng CH₄ và CO tăng sẽ dẫn đến làm giảm lượng OH.

Phản ứng giữa CH₄ với Cl cũng có ý nghĩa rất quan trọng trong tầng đối lưu vì nó làm mất hoạt tính của Cl nguyên tử:

R* + O₂ RO2*

RO₂* + NO RO* + NO₂ RO₂* + R’OO ROOR’ + O₂

RO* + O₂ R1*CHO + HO₂* ROOR’ + hv RO* + R’O*

2. 
   Các hợp chất nitơ
   

Vào ban ngày, HNO₃ được hình thành theo các phản ứng sau:

NO₂ + OH* + M HNO₃

Vào ban đêm sẽ có phản ứng:

NO₂ + O₃ NO₃* + O₂

NO₃* + NO₂ N₂O₅

N₂O₅ + H₂O 2HNO₃

Trong các phản ứng quang hóa nhiều hợp chất hydrocacbon ( không phải CH₄) có khả năng hình thành các chất hữu cơ chứa nitơ (N). Trong đó peroxyacetylnitrat [CH₃C(O)O₂NO₂] là nguồn quan trọng giải phóng ra Nox ở các vùng đô thị. Chúng tập trung nhiểu ở tầng giữa và cao trong tầng đối lưu (Levine et al. 1984):

OH* +NH₃ NH₂ + H₂O

Hoặc NH₂ + NO Các sản phẩm (N₂, N₂O)

NH₂ + NO₂ Các sản phẩm (N₂, N₂O)

NH₂ + O₂ Các sản phẩm (NH*, HNO, NO)

• 
  Các quá trình ở tầng bình lưu: Nguồn cung cấp Nox cho tầng bình lưu có thể là do quá trình phân hóa các chất N₂O:
  

O* N₂O 2NO₃

O* + NO₂ NO + O₂

NO + O₃ NO₂ + O₂

2O₃ 3O₂

2[O* + O₂ + M O₃]

3O₂ 2O₃

NO₂ + hv NO + O*

O* + O₂ + M O₃

HO₂* + O₂ OH* + O₃

HO₂* O₃ OH* + 2O₂

2O₃ 3O₂

CO₂ là một loại khí nhà kính rất phổ biến. Hàm lượng trong khí quyển vào khoảng 345 ppm và tốc độ gia tăng hàng năm là 0,5%. Ước tính tổng lượng C trong sinh khối là 835 Gt (1 Gt = 1015 gam) (Whittaker và Likens, 1975), trong đó C trong khí quyển là 720 Gt, đại dương 38000 Gt, trong nhiên liệu hóa thạch là 6000 Gt (Goudriaan và Ketner, 1984).

Hàng năm các sinh vật trên cạn có khả năng tích luỹ được khoảng 60 Gt. Lượng CO₂ giải phóng do đốt các nhiên liệu hoá thạch vào khoảng 5,3 Gt (Rotty, 1987) và do chặt phá rừng là 0,3 – 1,7 Gt (Detwiter và Hall, 1988). Ứơc tính đến 2050, lượng CO₂ trong khí quyển sẽ la 440 – 660 ppm. Do hấp phụ của các đại lượng bị hạn chế nên hàm lượng CO₂ trong khí quyển sẽ tăng hàng năm khoảng 0,5% hoặc 3,6 Gt cacbon.

Quá trình khóang hoá chất hữu cơ trong đất và giải phóng CO₂ phụ thuộc vào nhiều điều kiện khác nhau, như hoạt đông của vi sinh vật đất, độ ẩm, cấu trúc và thành phần cơ giới đất, thành phần khóang hóa đất, không khí đất…

Các hoạt động trong sản xuất nông nghiệp, sử dụng đất cũng có tác động rất mạnh đến quá trình phân giải chất hữu cơ và giải phóng CO₂ từ đất.

Trong nền nông nghiệp hiện đại, với cây trồng độc canh, sử dụng chủ yếu các loại phân khóang đã làm giảm đáng kể các chất hữu cơ của đất. Các đất rừng hoặc các hệ sinh thái tự nhiên khi chuyển sang đất nông nghiệp cũng làm tăng cường sự mất chất hữu cơ của đất.

Tốc độ phân hủy chất hữu cơ sẽ càng được xúc tiến mạnh trong quá trình sản xuất nông nh\ghiệp do sự gia tăng hoạt động của các vi sinh vật trong điều kiện thuận lợi về độ ẩm và nhiệt độ. Những nghiên cứu lâu dài ở Đan Mạch cho thấy hàm lượng cacbon của đất giảm đi 25% ở các đất chỉ sử dụng phân khoáng (N, P, K) (Dam Kofoed, 1982). Ở các đất có thành phần cơ giới nặng hàm lượng C giảm ít hơn (khoảng 15 – 25%).

Hàm lượng chất hữu cơ có thể giảm tới 50% sau khi đẩt đồng cỏ Chernozem (đất đen ôn đới) được chuyển sang đất nông nghiệp (Van Veen và Paul, 1981).

Các nghiên cứu chung về ảnh hưởng của quá trình canh tác đến hàm lượng chất hữu cơ trong đất fefalit Tây Phi (Bram, 1971) cho thấy chúng chỉ còn khoảng 40 – 60% hàm lượng chất hữu cơ chỉ còn 30% so với trong đất ban đầu.

Trong giai đoạn của cuộc cách mạng nông nghiệp trước đáy, những diện tích lớn rừng bị chuyển thành đất nông nghiệp đã làm giảm một lựơng CO₂ rất lớn, ước tính có tới 537 Gt C (Buringh, 1984). Lượng CO₂ giải phóng hàng năm được ước tính rất khác nhau tuỳ theo từng tác giả (bảng 8.2).

Các quá trình cải tạo các đầm lầy, các đất giàu chất hữu cơ cũng đóng góp đáng kể vào việc làm tăng lượng CO₂ trong khí quyển.

Theo Armentano (1980) thì trên Trái Đất có khoảng 450x10¹⁰ m² đất bùn với lượng tích luỹ trung bình C vào khỏang 300 kg/ha/năm. Ước tính tổng lượng C tích luỹ hàng năm là 0,135 Gt C.

Theo Armentano (1980) thì trên Trái Đất có khoảng 450x10¹⁰ m² đất than bùn với lượng tích luỹ trung bình C vào khoảng 300kg/ha/năm. Ước tính tổng lượng C tích luỹ hang năm là 0.135 Gt C.

Duxbury (1979) ước tính có 7 – 35x10¹⁰ m² đát ướt (wetlands) đã được cải tạo làm giải phóng một lượng C tưong ứng la 10 T C/ha/năm; hay 0,05 – 0,35 Gt C hằng năm. Quá trình tiêu nước ở các đất gley cũng làm giải phóng thêm một lượng C là 0,01 Gt C/năm.
Bảng 8.2. Ước tính lượng cacbon giải phóng từ đất trong những năm của thập kỷ 80 (1980s).

Tác giả	Lượng C giải phóng từ đất, Dt C/ năm
Bolin, 1977 Schesinger, 1977 Buringh, 1984 Bouwman, 1989 Detwilet and Hall, 1988	0,30 0,85 1,50 – 5,40 0,10 – 0,40 0,11 – 0,25

Armentano và Menges (1986) cho rằng các đất ướt ở vùng ôn đới chiếm khoảng 350x10¹⁰m². Trong giai đoạn 1795 – 1980 đã có khoảng 8,2 x 10¹⁰ m² được chuyển thành đất nông nghiệp 5.5 x 10¹⁰ m² cho đồng cỏ và 9,4 x 10¹⁰ m² cho đất rừng. Còn ở vùng nhiệt đới có khoảng 4% đất ướt đã được cải tạo trong giai đoạn trên. Hàm lượng C được giải phóng do các quá trình này vào khoảng 0,15 – 0,184 Gt C/năm.

Quá trình chặt phá rừng trên thế giới cũng đóng góp quan trọng vào việc phát thải các khí CO₂, ước tính vào khoảng 0,3 – 1,7 Gt C/ năm, hầu hết lượng này là từ vùng nhiệt đới (Derwiter và Hall, 1988). Ngược lại quá trình trồng rừng lại có tác dụng hấp thu khí CO₂ tới 6240 kg C/ha/năm (Sedjo, 1989).

2.2. Trao đổi cacbon monoxyt (CO)

Trên thực tế, CO không có ý nghĩa trực tiếp vào cân bằng bức xạ trong khí quyển mà chủ yếu nó có ảnh hưởng đến hàm lượng của khí nhà kính như: CH₄, CH₃Cl, CH₃CCl₃ và CHClF₂. Ngoài ra CO cũng là nguồn quan trọng hình thành CO₂ trong khí quyển.

Việc tăng hàm lượng CO trong tầng đối lưu sẽ làm giảm hàm lượng OH (Khalit và Rasmussens, 1984, 1985) và dẫn tới ảnh hưởng đến tầng ozon và làm tăng hàm lượng các chất khí như: CH₄, hydratcacbon – Clo. Trong thời gian qua sự tích lũy CO trong khí quyển cũng tăng đáng kể , với tốc độ 0,6 – 1%/ năm (Bolle et al, 1986) đến 2 – 6% (Khalit và Rasmussens, 1984).

Nguồn sản sinh và nơi hấp thu CO trên thế giới được trình bày ở bảng 8.3

Trên thực tế quá trình sản sinh CO₂ và CO thường xảy ra đồng thời nên khó xác định riêng cho từng loại. Conrat và Seiler, 1985 đã nghiên cứu đất ở vùng khô hạn cận nhiệt đới cho thấy sự phụ thuộc chặt chẽ giữa lượng CO sinh ra với nhiệt độ bề mặt đất, còn mức độ tiêu thụ CO không phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt đất. Điều này chứng tỏ rằng CO được sinh ra chủ yếu ở tầng mặt trong khi CO được tiêu thụ chủ yếu ở tầng bên dưới với nhiệt độ thấp.

Ở vùng khí hậu ôn đới ẩm, quá trình sản sinh ra CO rất hạn chế, ngược lại quá trình tiêu thụ CO lại xảy ra mạnh mẽ hơn.

Ở vùng nhiệt đới ẩm vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Theo Seiler và Conrad, 1987 thì ở vùng nhiệt đới ẩm, khả năng tiêu thụ CO là lớn hơn là sản sinh CO. Quá trình sản sinh CO từ đất trên phạm vi toàn cầu ước tính vào khoảng 17 Tg/năm (3 30 Tg/năm là ở vùng nhiệt đới khô hạn). Lượng tiêu thụ CO vào khoảng 300 – 530 Tg/năm, trong đó 70 – 140 Tg/năm được oxy hóa ở vùng nhiệt đới ẩm.

Trên phạm vi toàn cầu, tổng lượng CO phát thải hàng năm là 2920 Tg (1270 – 5700 Tg CO/năm). Các nguồn có khả năng hấp thu CO là 3600 Tg/năm (1960 – 4750 Tg CO/năm).Trong đó chưa kể đến khả năng sinh ra CO của đại dương. Khả năng không cân bằng trong mô hình này cũng phần nào cho thấy sự thiếu chính xác của số liệu đưa ra.

2.3. Trao đổi khí metan (CH₄)

Khí metan trong tầng khí quyển đã được biết đến từ những năm 1940. CH₄ có khả năng hấp thu mạnh năng lượng của tia hồng ngoại. Hàm lượng CH₄ trong khí quyển vào khoảng 1,7 ppm.V (ppm V = một phần triệu theo thể tích) ở Bắc bán cầu, và 1,6 ppm.V ở Nam bán cầu (Rasmussen và Khalil, 1986; Steele et al. 1987).

Trong thời gian qua lượng CH₄ trong khí quyển ngày càng gia tăng. Chỉ tính riêng trong giai đoạn 1978 – 1983, lượng CH₄ tăng trung bình 18 ppb.V/năm (ppb.V: một phần tỷ theo thể tíc) hoặc 1,1% (Bolle et al, 1986).

Nguyên nhân làm tăng CH₄ trong khí quyển là do các nguồn thải tăng trong khi nguồn hấp thu hoặc phân hủy CH₄ lại có hạn (Khalil và Rusmussen, 19885). Lượng phát thải CH₄ từ các nguồn khác được trình bày ở bảng 8.4. (Bouwman, 1990)

Các quá trình phân giải chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí đều dẫn đến hình thành CO₂ và CH₄. Tỷ lệ giữa CO₂ và CH₄ phụ thuộc vào mức độ oxy hóa các chất hữu cơ ban đầu.

• 
  Quá trình giải phóng CH₄ từ đất lúa:
  

Trong phẩu diện đất ngập nước thường chia ra các tầng có mức độ khử khác nhau. Tầng mặt vẫn được xem là tầng oxy hóa, tiếp đến là tầng khử chứa nhiều Fe₂⁺, Mn₄⁺ và vẫn còn tồn tại NO₃^-. Tiếp theo là tầng khử SO₄^2- và cuối cùng là tầng sản sinh khí CH₄, đây cũng là tầng có điện thế oxy hóa khử thấp. Một phần CH₄ được hình thành ở tầng sản sinh CH₄ có thể bị phân hủy ngay ở tầng đất oxy hóa và thực tế chỉ có khoảng 23% được thoát vào khí quyển. Trong trừơng hợp không có cây lúa, khoảng 35% lượng khí này sẽ phát thải vào khí quyển (Holzapfel – Pschoru et al, 1986).

Metan được giải phóng vào khí quyển có thể theo 3 con đường sau:

1. 
   Sủi bọt: Là hiện tượng hình thành bọt khí từ các trầm tích, chiếm khoảng 49 – 64% (Barlett et al, 1988) đến 70% (Crill et al,1988) lượng CH₄ phát thải từ đất.
   
2. 
   Khuếch tán: CH₄ khuếch tán vào nước tới bề mặt nước và thoát vào khí quyển (Sebacher et al. 1983).
   
3. 
   Được vận chuyển thông qua cây trồng, đặc biệt là các phần cây sống trong nước, như lúa (de Bont et al, 1978; Seiler, 1978). Quá trình có ý nhĩa quan trọng ở đất lúa nước. Theo Seiler (1984), Holzappel Pschorn et al, (1986) thì có tới 95% tổng số CH₄ được giải phóng tử đất vào khí quyển thông qua các mô khí của cây lúa. Sự thoát CH₄ vào khí quyển thông qua việc hình thành các bong bóng khí chỉ có ý nghĩa lớn ở đất không cấy lúa. Khi lúa già (lúa chín) có khả năng giải phóng lượng CH₄ nhiều gấp 20 lần khi cây lúa mới có 2 tuần tuổi.
   

Tốc độ giải phóng CH₄ từ đất lúa cũng khác nhau phụ thuộc vào thời vụ, khí hậu. Những nghiên cứu của Seilet et al.(1984) cho thấy trung bình có 12g CH₄ được giải phóng trên 1 m² trong suốt giai đoạn trồng lúa ở đất lúa Tây Ban Nha. Trong khi Holzappel Pschorn và Seiler (1986) nghiên cứu với đất lúa ở Itali cho lượng CH₄ giải phóng cao hơn nhiều (27 – 81 mg CH₄/m²).

Ở Châu Á, khoảng 50% diện tích trồng lúa là lúa nứơc với chế độ ngập nước lâu dài, 39% là ngập nước do mưa. Nhìn chung thời gian ngập nước chiếm 80% thời gian trong một vụ sản xuất. Ước tính quá trình sản xuất lúa đã phát thải vào khí quyển một lượng CH₄ là 53 – 114 Tg/năm (1985), và 60 – 120 Tg CH₄/năm (1989).

• 
  Quá trình giải phóng CH₄ từ các đất ướt không trông lúa
  

Harriss et al (1982) cho rằng ở đất than bùn nước ngọt, trong điều kiện ngập nước sẽ giải phóng khoảng 0,001 – 0,02 g CH₄/m²/ngày. Ngược lại ở đất đầm lầy khi khô hạn sẽ hấp phụ khoảng 0,001 – 0,005 g CH₄/m²/ngày.

• 
  Sự cạnh tranh chất nền giữa vi khuẩn khủ SO₄^2- và vi khuẩn sinh metan.
  
• 
  Ảnh hưởng kim hảm của sunphat và sunphit đối với quá trình metan.
  
• 
  Khả năng phụ thuộc giữa quá trình sinh metan vào các sản phẩm của vi khuẩn khử sunphat.
  
• 
  Metan có thể bị oxy hóa bởi vi khuẩn dinh dưỡng metan hiếu khí và kỵ khí.
  

Quá trình giải phóng CH₄ có sự dao động rất lớn, không chỉ phụ thuộc vào lượng nước, nhiệt độ, các yếu tố khí hậu khác và mùa vụ. Harriss (1988) cho rằng, nhiệt độ khí quyển tăng ở Bắc bán cầu có thể làm tăng cường quá trình giải phóng CH₄ do việc tăng quá trình sản xuất sinh khối thực vật và quá trình lên men.

• 
  Sự sản sinh CH₄ do các động vật ăn cỏ
  

1. 
   Động vật nhai lại (trâu, bò): là nguồn phát thải CH₄ quan trọng. Theo Crutzen et al(1986) thì có tới 7 Tg CH₄ được sinh ra do động vật nhai lại là các gia súc, trong đó bò chiếm 74% (54 Tg), trâu 6 Tg và cừu 7 Tg. Phần còn lại là lạc đà, ngựa và các vật nuôi khác.
   

2. 
   Mối: điều kiện sinh thái thích hợp nhất cho việc giải phóng CH₄ thông qua hoạt động của mối là vùng nhiệt đới ẩm khi bị chặt phá hoặc đốt, và vùng đất trồng trọt ở vùng cận nhiệt đới. CH₄ còn được sinh ra ở ruột nhiều loại côn trùng khác như loài gián ăn gỗ, loài cánh cứng…
   

• 
  Giải phóng CH₄ từ việc đốt cháy sinh khối và bãi rác
  

Ở các bãi rác, CH₄ được hình thành do qua trình phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ. Ước đoán lượng Ch₄ sinh ra từ các bãi rác thải trên toàn thế giới là 30 – 70 Tg CH₄ (Bingemer và Crutzen, 1987). Số liệu này được tính trên cơ sở phân huỷ sinh học khoảng 85 x 10⁶ T C/năm ở các bãi rác trên thế giới. Trong đó có khoảng 20% từ các nước đang phát triển. Mức độ giải phóng CH₄ được dựa trên tỷ lệ: 0,5 kg CH₄ trên 1 kg C phân huỷ.

• 
  Quá trình oxy hóa CH₄ ở các đất khô
  

Theo nghiên cứu của Seiler (1984), các đất vùng khí hậu bán khô hạn, có khả năng tiêu huỷ 3 x 10^-4 đến 24 x 10^-4 g CH₄/m² giờ trong mùa khô với nhiệt độ 20 – 450C.

N₂O là chất có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại nhưng nó lại kém hoạt động (khí trơ) trong tầng bình lưu. Trong tầng đối lưu nó bị phá huỷ bởi các nguyên tử oxy (O), và trong quá trình này nitơ oxyt (NO) được hình thành. Chất khí này sẽ phản ứng với O₃ dẫn đến làm phá huỷ tầng ozon trong khí quyển. NO cũng tham gia trong quá trình oxy hóa CH₄ và CO.

Trong vòng 100 năm qua N₂O đã đóng góp 5% làm tăng nhiệt độ trái đất. Lượng N₂O trong khí quyển hấp thụ trong tầng bình lưu là 10,5 Tg/năm.

Vì thời gian tồn tại của N₂O trong khí quyển vào khoảng 100 – 200 năm nên có ảnh hưởng lâu dài đối với nhiệt độ Trái Đất. Quá trình giải phóng và oxy hoá các oxyt nitơ trong đất (N₂O, NO, NO₂) có sự tham gia tích cực của các vi sinh vật phản nitrat hóa (denitrification).

• 
  Quá trình phản nitrat sinh học
  

Các loài Thiobacillus denitrificans, Chromobacterium, Coryebaterium, Hyphomicrobium serratia có khả năng xúc tiến quá trình khử.

Quá trinh khử nitrat xảy ra trong điều kiện thiếu hụt oxy, đăc biệt ở các đất ngập nước. Ước tính có khoảng 10 – 30% lượng N bón bị mất dưới dạng khí do quá trình này gây nên. Có thể mô tả quá trình nitrat hóa như sau:

NO₃^- NO₂^- NO N₂O N₂ + H₂O

Các khí NO và N2O có thể được giải phóng vào khí quyển trước khi bị khử tiếp tục đến N₂. Tỷ lệ N₂ : N₂O trong khí sản sinh ra phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như pH, độ ẩm đất, điện thế oxy hoá khử, nhiệt độ, nồng độ NO₃^- và hàm lượng C hữu cơ.

Các vi khuẩn cố định nitơ ở nốt sần cây họ đậu có khả năng thực hiện 2 chức năng khác nhau: cố định N và phản nitrat. Quá trình nitrat làm giảm lượng NO₃^-, NO₂^- và N₂O, chúng là những chất kìm hãm quá trình cố định N₂ từ khí quyển.

• 
  Quá trình nitrat hóa
  

Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động của các vi sinh vật chuyển hoá nitơ, Nitrobacter nhạy cảm với nhiệt độ hơn so với Nitrosomonas. Trong điều kiện khí hậu lạnh sẽ tích lũy NO₂^- nhiều ở trong đất.

• 
  Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ giải phóng N₂O
  

Khi đất được làm ướt, N₂O được giải phóng nhanh hơn. Khi đất được làm khô đủ nhanh quá trình khử N₂O thành N₂ sẽ bị hạn chế và N₂O được giải phóng vào khí quyển tăng.

Trong điều kiện đất thông thoáng có thể cả hai sinh vật nitrat hóa và phản nitrat hóa đều tham gia giải phóng N₂O. Tuy nhiên quá trình nitrat hóa chiếm ưu thế ở tầng đất mặt, còn quá trình phản nitrat hóa chiếm ưu thế ở tầng đất sâu trong giai đoạn đất có độ ẩm cao. nhiệt độ đất ảnh hưởng đén quá trình giải phóng N₂O từ đất. Nhiệt độ thích hợp cho quá trình phản nitrat hóa vào khoảng 25^oC đến 60- 65 ^oC. Ở 2^oC quá ttrình này xảy ra rất chậm. Đối với quá trình nitrat hóa thì nhiệt độ thích hợp nhất vào khoảng 30 – 35^oC, dưới 5^oC và trên 40^oC quá trình này xảy ra chậm(Alexander, 1977).

Các tính chất đất như độ pH, thành phần các nguyên tố hóa học đất cũng có ảnh hưởng đến quá trình giải phóng N₂O. Trong môi trường axít quá trình này bị hạn chế.

Tốc độ giải phóng N₂O từ đất là rất khác nhau phụ thuộc vào loại đất , điều kiện khí hậu và cây trồng. Nhìn chung N₂O được giải phóng từ rừng nhiệt đới ẩm lớn hơn so với vùng ôn đới( Keller et al, 1988).

Rừng ôn đới cũng có khả năng sinh ra nhiều N₂O hơn so với đồng cỏ. Rừng rụng lá ôn đới giải phóng N₂O nhiều hơn so với rừng cây lá kim (Keeney, 1984).

NO và NO₂ không có ý nghĩa hấp thụ năng lượng tia hồng ngoại, tuy nhiên nó tham gia trong nhiều phản ứng hóa học xảy ra trong khí quyển. Nó ảnh hưởng lớn đến việc tích lũy nhiều loại khí nhà kính khác. Nó làm tăng quá trình phá hủy tầng ôzon và oxi hóa CH₄, CO. nguồn sản sinh của khí NO_X là do đốt cháy nhiên liệu hóa thạch( 40%), đốt cháy sinh khối (25%), ngoài ra còn từ các uqá trình hoạt động của vi sinh vật, sấm sét…

Các quá trình giải phóng NO thường đồng thời giải phóng N2O. Cả quá trinh nitrat hoá và phản nitrat hóa đều sinh ra NO, nhưng quá trình nitrat hóa có ý nghĩa hơn. Tỷ lệ NO : NO2 sinh ra từ quá trình nitrat hóa vào khoảng 1 – 5, trong khi quá trình phản nitrat hóa là 0,01 (Lipschultz et al, 1981; Anderson và Livine, 1986).

Theo Lipschultz et al., (1981) thì lượng NO giải phóng khoảng 15 Tg N/năm, với tỷ lệ NO:NO₂ =2:1. sự giải phóng NO góp phần đáng kể làm tăng hàm lượng NO_x trong khí quyển.

2.6. Amoniac (NH₃)

NH₃ có khả năng hấp thu bức xạ hồng ngoại những vai trò của NH₃ trong khí quyển không lớn vì nó có thời gian tồn tại ngắn. _trong đất NH₃ có ý nghĩa quan trọng làm axít hóa đất và gây ô nhiễm không khí.

Các nguồn phát thải NH₃ vào khí quyển bao gồm các quá trình trong đất, chất thải từng động vật, sử dụng phân bón, đốt cháy nhiên liệu và sinh khối, và từ quá trình sản xuất phân Nitơ. Ước tính tổng lượng phát thải NH₃ trên toàn cầu vào khoảng 117- 150 Tg N/năm.

Lượng NH₃ phát thải vào không khí do quá trình sản suất phân bón nitơ là 29 x 10¹⁰ g N/năm, trung bình sản suất 1 tấn phân bón Nitơ sẽ sinh ra 4 kg N. Còn lượng NH₃ phát thải do đốt than đá là 4 – 12 Tg N/năm, tương ứng 2 x 10³ g N – NH₃ trên một tấn than và lượng than tiêu thụ hàng năm là 3000 Tg (Svenson, 1970).

Lượng N – NH₃ sinh ra từ quá trình bón phân khoáng nitơ ước tính đạt 3,7 Tg/năm (Crutzen, 1983). Trong khi lượng phát thải từ các động vật là 20 – 30 Tg N-NH₃/năm.

Trong khí quyển lượng NH3 bị biến đổi rất lớn. Theo Crutzen (1983) ước tính có khoảng 10% lượng NH₃ trong khí quyển (12 – 15 Tg N) sẽ tham gia phản ứng với OH để hình thành NO và NO₂.