Chương 9: sản xuất sử dụng phân bón và môi trường

Chia sẻ: Pham Thi Ngoc Diem | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:19

Thêm vào BST

Báo xấu

151
lượt xem 42
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sự khám phá về tự nhiên của dinh dưỡng cây trồng đã sản sinh ra kỹ nghệ phân bón. Sự khám phá các quặng mỏ lớn của kali và đá phosphate đã cung cấp nguyên liệu phân khoáng cần thiết. Phân super lân đầu tiên được chế tạo vào năm 1940. Tiêu thụ phân bón trên thế giới tăng nhanh và đạt cao nhất vào năm 2000 với sản lượng 138 triệu tấn (Hình 9.1). Trong vài thập kỷ vừa qua, tỉ lệ lượng phân bón tiêu thụ trên thế giới chuyển dần từ quốc gia phát triển sang các quốc gia đang phát triển (hình 9.2). Lý do chính của sự chuyển...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 9: sản xuất sử dụng phân bón và môi trường

Chương 9 SẢN XUẤT, SỬ DỤNG PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG Cán bộ biên sọan: Ngô Ngọc Hưng 1. TÌNH HÌNH TIÊU THỤ VÀ CÔNG NGHỆ PHÂN BÓN THẾ GIỚI 1.1 Tiêu thụ phân bón thế giới Sự khám phá về tự nhiên của dinh dưỡng cây trồng đã sản sinh ra k ỹ ngh ệ phân bón. Sự khám phá các quặng mỏ lớn của kali và đá phosphate đã cung cấp nguyên li ệu phân khoáng cần thiết. Phân super lân đầu tiên được chế tạo vào năm 1940. Tiêu thụ phân bón trên thế giới tăng nhanh và đạt cao nhất vào năm 2000 với sản lượng 138 triệu tấn (Hình 9.1). Trong vài thập kỷ vừa qua, tỉ lệ lượng phân bón tiêu thụ trên thế giới chuyển dần từ quốc gia phát triển sang các quốc gia đang phát triển (hình 9.2). Lý do chính của sự chuyển dịch này là do sự ban hành pháp chế hạn chế sử dụng phân hoá học ở nhiều quốc gia phát triển, và sự bùng nổ dân số ở các nước đang phát triển là nguyên nhân đưa đến sự gia tăng nhu cầu phân bón, đặc biệt là ở Hình 9.1. Tiêu thụ phân bón thế giới từ năm 1960 đến 2000. Châu Á. [IFA. 2002]. Hình 9.2. Tỉ lệ tiêu thụ phân bón ngày càng gia tăng ở các quốc gia đang phát triển . [ IFA. 2002] 148
1.2 Vai trò của tiến bộ kỹ thuật trong công nghệ chế tạo phân bón Sản xuất phân bón cũng bắt đầu gia tăng ở các quốc gia đang phát tri ển mà các vùng có nguồn tài nguyên to lớn về đá phosphate như Bắc Phi và Trung Đông là n ơi sản xu ất phân lân chính trên thế giới. Sản xuất phân bón thế giới đã gia tăng hơn 4 lần kể từ năm 1930 đến 2000 và hiện nay đạt gần 140 triệu tấn/ năm. Sự phát triển này không thể không kể đến vai trò c ủa ti ến b ộ k ỹ thuật. Một thí dụ đơn giản về tiến bộ kỹ thuật là sản xuất phân bón ở dạng hạt. Đầu tiên phân bón được chế tạo ở dạng bột, loại phân này có khuynh hướng đóng rắn lại trong không khí, điều này rất khó trong sử dụng. Kỹ thuật tạo hạt thật sự không đ ơn gi ản. Nó đ ược phát triển hơn 50 năm qua và hiện nay vẫn đang được nghiên c ứu c ải ti ến. Phân bón d ạng h ạt giúp thuận lợi trong việc đóng gói, vận chuyển và bón rải ngoài đồng. Sự phát triển của kỹ thuật tự động, điện toán hoá, kỹ thuật đi ều khi ển từ xa đã cách mạng hoá trong sản xuất phân bón, đặc biệt là trong các lĩnh v ực an toàn, tiêu chu ẩn môi trường và chất lượng sản phẩm. Kỹ nghệ phân bón tác động trên môi trường 2 lần : (1) các phát th ải trong quá trình s ản xuất và (2) sự thất thoát vào môi trường trong quá trình sử dụng. Có một sự ti ến b ộ đáng k ể trong 30 năm qua trong sản xuất phân bón, sự tiêu th ụ năng l ượng cho s ản xu ất phân bón hi ện nay thấp hơn nhiều so với trước đây. Sự giảm tiêu thụ năng l ượng trong k ỹ ngh ệ phân bón s ẽ kèm theo sự giảm thiểu rất lớn lượng khí thải gây hiệu ứng nhà kính. Một đột phá lớn gần đây trong kỹ nghệ chế tạo phân đạm là giảm thấp tiêu thụ năng lượng. Kỹ nghệ phân bón của Hoa kỳ vào năm 1983 tiêu thụ trung bình 42 triệu đơn vị nhiệt lượng trên một tấn ammonia tạo ra. Đến năm 1996, sự tiêu thụ này là 38. Hiện nay các nhà máy công nghệ cao hoạt động chỉ với mức độ là 30, mặc dù trong đó đã tiêu tốn năng lượng đáp ứng cho tiêu chuẩn môi trường để giảm phát thải vào không khí và nguồn nước (hình 9.3). Cải tiến kỹ thuật để nâng cao Hình 9.3. Sự giảm phát thải N và P vào môi trường nồng độ acid trong chế tạo acid phosphoric là vấn đề luôn được quan đất nước với sự giảm tiêu thụ năng lượng. tâm. Trước đây nồng độ này chỉ đạt 20- [Ole H. Lie, Nosrk Hydro, TFI, Septmber 1998] 23%, trong khi hiện nay các acid phosphoric thương mại có nồng độ là 45-50%. 2. SẢN XUẤT PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG 2.1 Kỹ nghệ phân đạm Sản xuất ammonia Kỹ thuật tổng hợp ammonia đầu tiên được phát triển ở Tây Âu, sử dụng điện hoặc khí đốt làm nhiên liệu. Vào thời kỳ này, các nhiên liệu này chỉ có ở các qu ốc gia k ỹ ngh ệ. Sau đó, sự tiến bộ phát triển với khí hoá của dầu hoả. Một phần trọng yếu của kỹ nghệ ammonia của các quốc gia kỹ nghệ là dựa vào dầu hoả. 149
Sản xuất và sử dụng phân N hoá học là hiện tượng của cuối thế kỷ 20. Phân N hoá học có nhiều dạng, bao gồm NH3, (NH4)2SO4, NH4NO3, và urea. Sản xuất phân N khởi đầu vào năm 1950 với lượng ít hơn 5 triệu tấn trên năm, m ức đ ộ sản xu ất hi ện nay vào kho ảng 80 triệu tấn trên năm. Sử dụng phân bón có liên hệ chặt với sự tăng tr ưởng nhanh chóng c ủa dân số. Sự gia tăng này được ước đoán là sẽ tiếp tục trong thế kỷ 21 và hầu hết sự tăng trưởng sử dụng phân bón là từ các quốc gia đang phát triển. Sử dụng khí tự nhiên là một cải tiến có hiệu quả kinh tế cho các nhà máy chế tạo phân N (Hình 9.4). Hầu hết các nhà máy từ giữa những năm 1960 được xây dựng để sử dụng khí tự nhiên. Điều này cho phép nhiều quốc gia đang phát triển với khí đốt giá thành rất thấp, thường kết hợp với sản xuất dầu hoả, phát triển kỹ nghệ ammonia mà nó có thể cạnh tranh với các quốc gia phát triển. Tương tự, các quốc gia Tây Âu và Liên bang Xô viết củ đã phát triển kỹ nghệ ammonia từ giữa những năm 1970 đến 1990, mà tất cả đều dựa vào khí tự nhiên. Hình 9.4. Nhà máy sản xuất ammonia tại Hà Lan. [IFA, 1998] Sản xuất ammonia tạo ra một lượng CO 2 đáng kể , khí này góp phần làm nóng bầu khí quyển. Nếu khí tự nhiên được sử dụng làm nguyên liệu, lượng CO 2 được tạo ra là khoảng 2,7 tấn /tấn đạm. Nếu sử dụng than đá và dầu hoả thì lượng CO 2 tạo ra sẽ cao hơn 25%. Ngược lại, sản xuất urea chỉ cần khoảng 1,6 tấn CO 2 trên 1 tấn đạm. Mặc dù sự đóng góp CO 2 do kỹ nghệ phân bón là tương đối nhỏ (0.1 –0.2%). Tuy nhiên về lâu dài c ủa sản xuất phân bón, khí phát thải CO2 càng được giữ ở mức thấp nhất càng tốt. Sản xuất acid nitric cho việc chế tạo phân nitrate amôn và nitrophospho đã t ạo ra m ột lượng phát thải khí N2O, khí này có khả năng làm nóng bầu khí quyển hơn là CO 2. Nó cũng được xem là chất gây tổn hại đến tầng ozone. Mức độ phát thải có th ể thay đ ổi t ừ 1 đ ến h ơn 10 kg N2O trên tấn acid nitric 100%. Sử dụng kỹ thuật để làm giảm khí thải này thì rất t ốn kém. Lượng N2O phát thải từ sản xuất phân bón được ước lượng là kho ảng 6% c ủa số l ượng do con người tạo ra , so với 50% sinh ra từ xe cộ. Nitrogen oxide (NOx) cũng được phát thải từ các nhà máy chế tạo ammonia và acid nitric. Chất khí này góp phần tạo nên mưa acid. Ammonia đ ược sử d ụng làm ch ất kh ử đ ể chuyển NOx thành N2 là phương pháp hiệu quả làm giảm lượng NO x, hơn ½ triệu tấn ammonia được sử dụng hàng năm trong mục đích này. Sự dự trữ, đóng gói và vận chuyển ammonia và ammonium nitrate được quan tâm nhiều hơn. Nếu không có những qui định kỹ thuật rõ ràng đối với các chất này s ẽ đ ưa đ ến nhiều tổn hại môi trường. 150
Sản xuất phân đạm Phân N đầu tiên được đưa ra thị trường là phân nitrate natri, đ ược khai thác t ừ qu ặng mỏ tự nhiên ở Chi lê và được nhập vào Châu Âu và Hoa Kỳ từ những năm 1830. K ế đó là phân SA. Chất này đầu tiên có được từ sản phẩm phụ của kỹ nghệ than cốc, được phát tri ển để cung cấp khí đốt cho ánh sáng đèn đường phố và phục vụ trong kỹ nghệ thép ở Châu Âu và Hoa Kỳ vào thế kỷ 19. Rõ ràng là từ 1990, nếu không có kỹ nghệ cố định N khí quyển thì sẽ không đ ủ l ương thực cho sự gia tăng dân số của các quốc gia kỹ nghệ. Từ năm 1905, ý tưởng cho luồng không khí đi qua hồ quang điện được thực hiện thành công ở Na Uy để sản xu ất acid nitric và nitrate calci. Cũng trong thời gian này, phân cyanamide calci được sản xuất b ằng cách ph ản ứng vôi với than cốc trong lò điện. Tuy nhiên 2 phương pháp sản xuất này chẳng bao lâu thì b ị lạc hậu khi xuất hiện kỹ nghệ tổng hợp ammonia từ N khí quyển và hydrocacbon. Đi ều này đã cách mạng hoá kỹ nghệ phân N. Nhà máy đầu tiên sử dụng qui trình này được bắt đầu ho ạt động ở Đức năm 1913. Phân N được sản xuất đầu tiên-chủ yếu là SA, cyanamid calci và nitrate calci- ch ứa hàm lượng N rất thấp, chỉ trong khoảng 15-21%. Tuy nhiên, mãi đến năm 1940, nitrate ammon được sản xuất có hàm lượng 34%N đã trở thành loại phân quan trọng. Đến năm 1960, nó trở thành loại phân N hàng đầu. Hiện nay phân N phổ biến nhất và rẻ tiền nhất thế giới là phân urea. Phân này chứa 46%N, nó có tính kinh tế khi vận chuyển đi xa hơn là lo ại phân có hàm l ượng N th ấp. Phân urea được sản xuất bằng cách phản ứng ammonia với CO 2, vì thế nó có thể tận dụng lượng lớn sản phẩm phụ CO2 được sản sinh từ nhà máy sản xuất ammonia. Do đó, các nhà máy urea thường được thiết kế cùng với nhà máy sản xuất ammonia. Trong sản xuất ammonia, các chất xúc tác phải được thay th ế trong m ỗi vài năm. Các chất xúc tác đã được sử dụng có thể chứa nhiều dạng oxid kim lo ại và nhi ều ch ất hoá h ọc khác, tuy nhiên hầu hết các chất này có thể được tái chế hoặc được sử dụng cho các mục đích khác. Hoạt động của con người đã tạo ra một lượng đạm khổng lồ trong các quyển c ủa trái đất. sự cố định này bao gồm ba tiến trình khác nhau: 1) sản xu ất tr ực ti ếp NH 3 và HNO3 cho sản xuất phân bón, 2) sản sinh gián tiếp của NO và N 2O trong sự đốt của các nhà máy công nghiệp, 3) sự cố định đạm sinh học trong hoạt động nông nghiệp. Sự tăng trưởng nhanh chóng của sử dụng phân bón trong 50 năm qua đã phát tri ển và nuôi sống 6,1 tỉ cư dân trên hành tinh hiện nay. Cùng với thời gian này, d ầu ho ả như là ngu ồn nhiên liệu cho cố định N cũng đã được sử dụng với lượng kh ổng l ồ. T ừ các ho ạt đ ộng này, tổng lượng cố định N nhân tạo hiện nay tương đương với lượng c ố định N tự nhiên c ủa toàn cầu và đây là vấn đề lớn cần được quan tâm. 2.2 Kỹ nghệ phân lân Công nghệ chế tạo phân lân có trước công nghệ tổng hợp ammonia ít nhất là 70 năm. Vào thời kỳ đầu tiên, chế tạo phân lân thì rất đơn gi ản, nó b ắt đầu v ới s ử d ụng x ương đ ộng vật làm nguồn lân, thời kỳ sau đó là nghiền mịn đá phosphate, thêm acid sulfuric loãng vào để chuyển lân trong vật liệu này thành dạng hoà tan trong n ước. Sản phẩm đ ược gọi tên là “super lân”. Phân này có mặt ngoài thị trường ở Anh vào năm 1843. Nhiều quặng mỏ đá phosphate được khám phá và khai thác (Hình 9.5) trên 50 năm qua. Trung quốc trở thành quốc gia sản xuất phân lân đứng hàng thứ ba vào cu ối th ập k ỷ th ế k ỷ 20. Có 3 quốc gia-Hoa Kỳ, Trung quốc và Morocco- chi ếm 2/3 lượng lân cung c ấp c ủa th ế gi ới. Chỉ riêng Morocco đã cung cấp 1/3 thị trường đá phosphate của thế giới. 151
Đầu tiên, phân super lân có hàm lượng rất thấp-16-20% P2O5. Để nâng cao hàm lượng P2O5, cần sử dụng acid phosphoric trong phản ứng hoá học. Acid phosphoric bắt đầu được sản xuất ở Châu Âu vào năm 1870. Sự phát triển rộng rãi kỹ nghệ acid phosphoric chỉ bắt đầu từ 1950. Phân lân loại thường - có hàm lượng lân thấp-được sử dụng rộng rãi trên thế giới cho đến năm 1950. Phân triple super-phosphate chỉ được sản xuất sau này. Hình 9.5. Đá phosphate được khai thác tại Khouribga, Morocco. [IFA, 1998] Càng ngày càng nhiều nhà máy cũ kỹ bị đóng cửa do vấn đề kinh tế hoặc môi trường, hoặc do các quặng mỏ lân và kali bị cạn kiệt. Các vấn đề về cải thiện vùng đất bị ô nhi ễm càng quan trọng. Sản xuất phân lân và mưa acid Mưa acid được tạo ra do phát thải của các hợp chất lưu huỳnh. Các khí này được tạo ra từ sản xuất acid sulfuric và phân lân. Tuy nhiên, sử dụng nguyên liệu than đá và dầu hoả cho việc sản xuất ammonia cũng tạo ra khí thải này. Mặc dù các chất khí gây mưa acid có thể bắt nguồn từ các nhà máy của khu kỹ nghệ (hình 9.6a), nó thường được gió mang vào khí quyển và di chuyển đến các vùng nông thôn các đó hàng trăm dặm. Mưa acid có thể gây nên những thay đổi có ý nghĩa trên hoá học đất, n ước, t ừ đó nó ảnh hưởng trên thảm thực vật và thuỷ sinh vật nước ngọt. Sự gia tăng độ chua làm suy yếu các tiến trình sinh lý và sinh sản trên nh ững loài cá đặc biệt nhạy cảm với nước nhiễm acid. Các ảnh hưởng gián ti ếp cũng tác đ ộng trên qu ần thể loài cá qua sự giảm tính đa dạng loài nhuyễn thể, và sự phát triển quá mức của rong, tảo. Hệ sinh thái trên cạn cũng bị ảnh hưởng, đặc biệt được lưu ý trên sự phát tri ển c ủa rừng. Một số rừng cây xanh được ghi nhận là bị gây hại bởi mưa acid (hình 9.6b). Ở m ức đ ộ ô nhiễm nhất định của SO2, NO và NO2 trong khí quyển, năng suất một số cây trồng bị giảm. Ảnh hưởng của mưa acid trên vùng biển thì không quan trọng vì bi ển có kh ả năng hoá giải hiệu quả các tác động của mưa acid. 152
Hình 6a. Chất khí gây mưa acid có thể bắt Hình 6b. Mưa acid gây hại rừng cây xanh ở nguồn từ các nhà máy của khu kỹ nghệ Slamba Poremba, Poland [C Martin, The Environmental Picture Library]. Phần lớn các hợp chất khí lưu huỳnh được phát thải trong quá trình sản xuất phân bón có thể được thu hồi bằng hệ thống lọc. Hiện nay đã có các qui định đối với các nhà máy ch ế tạo phân bón về nồng độ phát thải tối đa vào khí quyển, về hệ số chuyển hoá lưu huỳnh. Sản xuất phân lân và chất thải phophogypsum Gypsum là chất khoáng mà nó cũng xuất hiện trong tự nhiên. Trong ch ế t ạo acid phosphoric, sản phẩm phụ phosphogypsum được tạo ra trong phản ứng c ủa đá phosphate v ới acid sulfuric. Thuật ngữ “phoshogypsum” được sử dụng chuyên bi ệt cho gypsum đ ược tạo ra từ phản ứng của đá phosphate với acid, vì chất này lẫn tạp m ột lượng nhỏ của m ột số khoáng khác có trong đá phosphate. Thành phần ô nhiễm trong phân lân thay đ ổi r ất l ớn v ới ngu ồn quặng mỏ. Thí dụ, hàm lượng cadmium trong đá phosphate có thể thay đổi từ 0 đ ến 30 mg/kg P2O5. Khoảng 4-5 tấn phophogypsum được tạo ra cho mỗi tấn P2O5 qui về acid phosphoric. Chất thải này gồm chủ yếu là CaSO 4, một phần Fluor và một số nguyên tố khác như arsenic, nicken, cadmium, chì, radium và Al. Như vậy sản xuất phân lân cũng đ ưa đ ến v ấn đ ề môi trường qua thải bỏ phophogypsum. Trước đây các nhà máy chế tạo acid phosphoric thường được thiết lập ở các vùng ven biển để thải gypsum vào biển ở đây nó nhanh chóng hoà tan trong nước biển và vận chuyển đi theo triều. Khi phosphogypsum được thải vào biển hoặc vùng cửa sông, sự tác động môi trường tuỳ thuộc rất lớn vào khoảng cách của nhà máy với dòng triều. Trong trường hợp dòng triều yếu, chất thải phosphogypsum ảnh hưởng nghiêm trọng đến thuỷ sinh. Sản xuất phân lân và ô nhiễm phóng xạ Lân khoáng có hoạt tính phóng xạ trong tự nhiên. Đ ối v ới lân có nguồn gốc trầm tính, thành phần chính mà nó có là uranium, hàm l ượng trong khoảng 0.005-0.02%. Đối với lân có nguồn gốc phún xuất, thorium thường chiếm ưu thế hơn uranium. Sản phẩm phân huỷ chính của uranium là radium (236Ra). Uranium trong lân khoáng sẽ phân bố trong sản phẩm acid phosphoric phụ phẩm phosphogypsum trong quá trình chế tạo. Radium chủ yếu phân bố trong phụ phẩm gypsum vì h ợp chất sulphate này không hoà tan. 153
Hàm lượng uranium trong acid phosphoric trong khoảng 0.01 đ ến 0.26 g/l, thay đ ổi tuỳ vào nguồn lân khoáng, tiến trình chế biến và nồng độ acid. Hàm l ượng uranium trong phosphogypsum thay đổi từ 0.015 đến 0.03 g/kg. Công trình nghiên cứu ở Phần Lan cho thấy U-238 có chứa trong phân NPK góp ph ần khoảng 0.25% tổng lượng uranium tự nhiên xuất hiện trong tầng đất m ặt 10 cm. T ương t ự, nghiên cứu ở Bỉ cho thấy Ra-226 ô nhiễm trong phân lân góp phần chỉ vào kho ảng 0.25% c ủa tổng lượng Ra-226 tự nhiên xuất hiện trong tầng đất mặt 20 cm khi bón 14 kg P/ha. Hiệu quả dài hạn của bón phân lân trên hoạt tính phóng xạ cũng được nghiên c ứu ở Hoa K. Phân super lân được sản xuất từ đá phosphate ở Florida được bón v ới li ều l ượng 30 kgP/ha trong suốt 50 năm cho thấy hàm lượng U, Th, và Ra trong lá và h ạt b ắp, trong h ạt và rơm lúa mì, và hạt và rơm của đậu nành đã không khác biệt so với các lô không bón phân lân. 2.3 Kỹ nghệ phân kali Từ trước giũa thế kỷ 19, kali đã được ghi nhận là cần thiết trong nông nghiệp và tro gỗ là nguồn chính cung cấp kali. Đến năm 1859, m ỏ muối kali đ ược khám phá t ại Stassfurt, Đ ức. Mỏ kali này và các mỏ khác ở Đức đã chiếm lĩnh thị trường thế giới trong thời gian 75 năm. Phân kali được chế tạo đầu tiên có hàm lượng K thấp, chỉ đạt không cao h ơn 25% K2O. Hiện nay phân KCl, là sản phẩm chính, chứa hàm lượng K2O là 60-62%. Hiện nay, nhiều mỏ K lớn được khám phá và khai thác ở nhiều quốc gia (Hình 9.7 và 9.8). Các nước đang phát triển chỉ chiếm 7-8% của sản xuất kali trên thế gi ới. Hầu h ết các nước này đều phải nhập khẩu kali cho nhu cầu phát triển nông nghiệp. Hình 9.7. Khai thác mỏ kali ở Esterhazy, Hình 9.8. Tỉ lệ phân bố sản xuất kali trên thế giới. [IFA, 1998] Sakatchewan Facility, Canada. [IFA, 1998] 3. SỬ DỤNG PHÂN BÓN VÀ MÔI TRƯỜNG Sự can thiệp của con người trong chu trình của N trực tiếp ảnh hưởng độ phì nhiêu đất qua hoạt động bón phân ngoài ra còn đưa đến nhi ều vấn đ ề đáng lo ngại. Đi ều này bao g ồm sự ô nhiễm NO3- trong nước ngầm từ các hoạt động nông nghiệp, sự phú dưỡng do N b ị ch ảy tràn hoặc rửa trôi từ đất nông nghiệp, sự lắng tụ NO 3- từ khí quyển, sự phá huỷ tầng zone bởi khí N2O, mưa acid chứa HNO3, sự thay đổi đa dạng loài do lắng tụ của N. 154
3.1 Độ phì nhiêu đất Thâm canh nông nghiệp được cho tác nhân là làm giảm độ phì nhiêu dài h ạn c ủa đ ất. Sự thâm canh có thể làm cạn kiệt các nguyên tố mà nó không được bổ sung vào trong đất. Đặc biệt là thiếu kỹ năng thâm canh có thể gây ra phá hu ỷ cân bằng các tính ch ất lý, hoá và sinh học đất mà đây là các thành phần của phì nhiêu đất. Sự lạm dụng hoặc sử dụng phân bón không đúng cách dĩ nhiên có thể tạo các ảnh hưởng bất lợi cho đất. Đôi khi phân bón được cho là là không có hi ệu qu ả. Thí d ụ, phân bón đôi khi bị đổ lỗi gây mặn cho đất n ơi kém thoát thuỷ và t ưới th ừa. Tuy nhiên, đáp ứng phân bón đối với cây trồng sẽ giảm nếu sự bón phân không cân đối diễn ra nhiều lần. và sự bón phân này không tương ứng với nhu cầu đất và cây. Tương tự, sự không quan tâm b ổ sung các nguyên tố trung lượng (Ca, Mg, S) và vi lượng cũng dẫn đ ến gi ảm đáp ứng đ ối v ới nguyên t ố đại lượng. Một cách để đánh giá ảnh hưởng của phân bón trên phì nhiêu đất là th ực hi ện các thí nghiệm dài hạn, sử dụng phân bón chính xác cùng với biện pháp canh tác tốt nhất. Thí nghi ệm phân bón dài hạn được thực hiện lâu đời nhất trên thế giới là ở Rothamsted, Anh quốc. Thí nghiệm ở đây cho thấy phân hoá học được sử dụng liên tục hơn 150 năm, đến nay đất tr ồng này tốt hơn bất kỳ so với trước đây. Cây trồng được bón phân đầy đ ủ s ẽ t ạo ra h ệ th ống r ễ nhiều hơn và lượng dư thừa thực vật được phân huỷ sẽ góp phần cải thi ện c ấu trúc đ ất, hàm lượng hữu cơ và khả năng giữ nước, và do đó nó cải thiện độ phì nhiêu đất. 3.2 Ô nhiễm nguồn nước Ô nhiễm nitrate trong nguồn nước Lượng phân hoá học được bón vào đất không được cây trồng hút hoàn toàn. M ột s ố lượng dưỡng chất được giữ lại trong đất và tiếp tục cung cấp cho cây trồng vụ sau. Một số bị chảy tràn do xói mòn hoặc rửa trôi do mưa lớn. Một số bị mất vào khí quyển qua ti ến trình khử nitrate và bốc thoát hơi ammonia. Một số khác bị thấm vào nước ngầm. Dưỡng chất rửa trôi vào nước ngầm chủ yếu là N. Thông thường, các hợp chất hoà tan lân nhanh chóng chuyển hoá thành dạng ít hoà tan do các ti ến trình t ự nhiên trong đ ất, và do đó nó không bị rửa trôi. Kali liên kết với phần tử sét và nó cũng ít b ị r ửa trôi. Kali ch ỉ b ị r ửa trôi trên đất cát, hoặc nơi có hàm lượng sét thấp, ho ặc do bón thừa, tuy nhiên hàm l ượng kali r ửa trôi trong nước ngầm không có ảnh hưởng đến sức khoẻ con người và không có ng ưỡng gi ới hạn cho kali trong nước uống. Sữa mẹ chứa nhiều kali hơn bất kỳ l ượng kali có trong n ước uống. Đạm trong phân bón phần lớn ở dạng NH 4+ hoặc NO3-. Khi bón phân, cây trồng sẽ sử dụng dạng N này cho sự sinh trưởng. Tuy nhiên, một lượng có ý nghĩa sẽ b ị r ửa trôi kh ỏi đ ất nông nghiệp và đi vào nước ngầm hoặc sông, rạch và gây nên 2 vấn đ ề môi tr ường: gây đ ộc của nitrate và sự phú dưỡng. Đạm ở dạng nitrate thì rất hoà tan và không chuyển thành d ạng ít hoà tan. Trong đi ều kiện thiếu thảm thực vật che phủ hoặc N được bón nhiều hơn khả năng hút thu của cây trồng, mưa sẽ rửa trôi nitrate xuống tầng bên dưới và thậm chí vào ngu ồn n ước ng ầm. Th ời gian và lượng bón cho một loại cây trồng c ần được nghiên c ứu k ỷ, và d ạng đ ạm h ữu d ụng t ừ nguồn khác cũng phải được lưu ý. Có nhiều biện pháp làm giảm thiểu sự rửa trôi nitrate. Trong mọi trường hợp, sự hiện diện lớp phủ thực vật là cần thiết để giảm thiểu rửa trôi nitrate: Vùng đ ất b ỏ hoá có ti ềm năng rửa trôi nitrate lớn hơn vùng đất có lớp phủ thực vật. Nitrate vào cơ thể sẽ bị khử thành nitrite, nó làm giảm khả năng vận chuyển oxy trong máu. Nếu hàm lượng nitrate trong nước uống vượt ngưỡng cho phép, sức kho ẻ có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Sự ô nhiễm nitrate được ghi nhận gây nên hội ch ứng “blue baby 155
syndrome” trên trẻ con, còn được gọi là hội chứng methaemoglobinaemia. Có kho ảng 3000 trường hợp ngộ độc nitrate được ghi nhận trên thế gi ới, hầu h ết trong giai đo ạn 1950 đ ến 1970, khi nước uống cho trẻ con được lấy từ giếng nước. Rau dền và cà r ốt có th ể chứa hàm lượng nitrate cao, tuy nhiên chế biến thực phẩm cho trẻ con có thể loại trừ ảnh hưởng này. Nitrate trong nguồn nước cũng được qui kết là gây nên ung thư dạ dày, tuy nhiên T ổ chức Sức khoẻ Thế giới đã kết luận rằng “Không có chứng c ớ về sự liên quan gi ữa ung th ư dạ dày và nước uống… nhưng sự liên quan này không thể được loại trừ”. Sự phú dưỡng Sự phú dưỡng có thể xuất hiện khi NO 3- (hoặc PO43-) tích luỹ trong hồ, ao, sông, rạch gây ra từ chảy tràn trong nông nghiệp, nước thải, chất tẩy có phosphate. Các d ưỡng ch ất này thúc đẩy tăng trưởng thực vật, tảo nở hoa, và đôi khi gây cá ch ết do c ạn ki ệt oxy. S ự phú dưỡng có thể đưa đến tác động đáng kể trên toàn bộ hệ sinh thái thuỷ sinh.M ột số loài t ảo đặc biệt mà nó phát triển ở những vùng sông hồ rộng l ớn v ới ô nhi ễm d ưỡng ch ất, loài t ảo này tiết ra trong nước những chất mà nó gây độc ở nồng độ thấp (hình 9.9). Hình 9.9. Ảnh phóng đại của loài tảo roi (dinofla-gelates) có tên Uroglena americana (a), là thủ phạm tạo ra thuỷ triều đỏ của một vùng thuỷ vực rộng lớn (b)., São Paolo, Brazil. [UNEP. 2000] Chất lân có thể đóng góp trong việc gây nên sự phú d ưỡng c ủa sông và h ồ, và nitrate gây nên sự phú dưỡng của nước vùng ven biển. Phú dưỡng là hi ện tượng làm giàu d ưỡng chất của lớp nước mặt đưa đến sự phát triển quá m ức rong tảo và nh ững loài thu ỷ sinh không mong muốn khác và sự phát triển này đưa đến suy giảm chất l ượng ngu ồn n ước. Ngu ồn dưỡng chất này không chỉ phát xuất từ nông nghi ệp, nhưng nó cũng có th ể b ắt ngu ồn t ừ xói mòn và chảy tràn do mưa lớn. Nước trong ao, hồ thường có tiềm năng bị ảnh hưởng của sự phú dưỡng do sự gi ới hạn của thay đổi mới nguồn nước. Thật vậy, sự kém thay đổi m ới nguồn nước và đi ều ki ện thiếu oxy ở đáy hồ có khuynh hướng gây nên sự phát triển của tảo, bất luận là ngu ồn d ưỡng chất bổ sung từ nông nghiệp hay các nguồn khác. Càng thâm canh trong nông nghiệp, càng gây nên vấn đ ề phú d ưỡng có ý nghĩa. Tuy nhiên có thể giảm thiểu sự xói mòn bằng kỹ thuật canh tác, trong s ố đó bao g ồm các bi ện pháp duy trì lớp phủ thực vật, hạn chế cày xới, tủ rơm,…Hạn chế cày xới sẽ giảm chi phí lao động và năng lượng, duy trì ẩm độ và bảo tồn đất. 3.3 Ô nhiễm khí quyển 156
Các khí thải nhà kính Sự phát thải khí vào khí quyển hầu như liên quan với chất đạm, do tính ch ất chuy ển hoá tự nhiên của N trong đất. N bị mất trong nông nghi ệp không ch ỉ qua r ửa trôi nh ưng s ự b ốc thoát hơi ammonia và khử nitrate cũng đưa đến mất N. Sự bón rải urea, đặc bi ệt là trên đ ất có vôi, và phương pháp bơm ammonia vào đất cũng đưa đến sự mất ammonia có ý nghĩa. Sự phát thải ammonia chủ yếu từ các trang trại gia súc. Khoảng 40% chất N trong chăn nuôi được ước lượng là mất qua bốc thoát hơi ammonia. Khoảng 4.5 triệu tấn khí phát thải ammonia hàng năm được ước lượng từ phân N, mà lượng chất thải này đi vào đất theo nước mưa hoặc lắng tụ, tuy nhiên nó sẽ trải qua hàng lo ạt phản ứng hoá học làm chua đất và nước và gây ảnh hưởng xấu trên các hệ sinh thái. Sản phẩm của khử nitrate thường là khí N 2, nó là chất trơ trong khí quyển. Tuy nhiên, trong sản xuất lúa và đất ngập nước tự nhiên, metan đ ược t ạo ra t ừ s ự phân hu ỷ các v ật li ệu hữu cơ trong điều kiện yếm khí. Đất lúa ngập n ước được tính là đóng góp 30% c ủa s ự phát thải khí metan của toàn cầu. Tuy nhiên lượng đóng góp trực ti ếp do phân bón thì r ất nhỏ. Metan góp phần làm nóng toàn cầu. Dưới điều kiện yếm khí chất hữu c ơ có th ể tạo nên metan; do lý do này mà sự bón phân chuồng vào đất lúa trong giai đo ạn ngập là không đ ược khuyến cáo. Ngược lại, qua hoạt động quang hợp của cây trồng, sử d ụng phân bón góp ph ần l ấy đi CO2 từ khí quyển, do đó làm giảm tiềm năng làm nóng bầu khí quyển. Tuy nhiên, m ột l ượng lớn hơn của cacbon lại được trả lại vào khí quyển, càng nhiều dư thừa thực vật đ ưa đ ến nhiều chất hữu cơ trong đất và sự gia tăng chất hữu c ơ này có th ể đ ược c ải thi ện qua bón phân. N2O và tầng ozone Các hoạt động của con người và sinh học đưa đến n ồng độ N 2O trong khí quyển gia tăng ở mức độ 0,25% mỗi năm. Nồng độ N 2O là 0.75 ppbv (part per billion of volume) ở Bắc bán cầu mà nó cao hơn ở Nam bán cầu. Điều này được giải thích là N 2O dược tạo ra từ Bắc bán cầu cao hơn so với Nam bán cầu. Phân tích mẫu tuyết của thời kỳ trước công nghi ệp cho thấy hàm lượng N2O là 285 ppbv và hàm lượng này tương đối ổn định trong suốt 2000 năm qua, và nó bắt đầu gia tăng vào khoảng năm 1700. Hiện nay tầng đối lưu ozone được xác định là bị tác động chi ếu xạ gấp đôi so v ới th ời kỳ trước công nghiệp và sự tác động chiếu xạ trên Nam bán cầu thì ít h ơn. S ự gia tăng phát thải NOx từ sự đốt nhiên liệu dầu hoả của các nhà máy đã làm mỏng đi tầng ozone. Rừng nhiệt đới có lẽ là nguồn phát thải N 2O vào khí quyển quan trọng nhất. Tổng lượng N2O phát thải được ước lượng là khoảng 4 triệu tấn N trên năm. Nguồn N 2O do con người tạo ra chủ yếu bắt nguồn từ nông nghiệp và công nghi ệp nh ư s ản xu ất acid adipic và acid nitric. Theo khảo sát gần đây, sự phát thải N 2O từ trồng trọt và bón phân N là có ý nghĩa trên toàn cầu. Lượng phát thải này được ước lượng là khoảng 3.5 tri ệu t ấn N trên năm. Ngoài ra N2O cũng được phát thải từ rất nhiều nguồn khác, phần lớn là khó đánh giá như là từ đất của hệ sinh thái tự nhiên khác, sự đốt ch ất h ữu c ơ, s ự thoát khí t ừ khai thác nước ngầm cho nước tưới và các tiến trình kỹ nghệ đặc biệt. Tiến trình chính làm mất N 2O trong khí quyển là sự phân huỷ quang hoá do ánh sáng mặt trời (bước sóng 180-230 nm) trong tầng bình lưu và l ượng m ất đ ược ước l ượng là 12.3 triệu tấn N trên năm. Bảng 9.1 trình bày sự ước lượng khí N 2O phát thải trực tiếp hoặc gián tiếp từ việc bón phân N (phân hoá học hoặc phân chuồng) vào đất nông nghi ệp, và từ đất tr ồng cây h ọ đ ậu v ới sự cố định N sinh học. Lượng N 2O phát thải từ bón phân hoá học thì tương đương với phân chuồng. Khoảng 40% lượng N2O phát thải là bắt nguồn từ Bắc và Trung Mỹ, Châu Âu và 157
Liên bang Xô viết củ là nơi mà 20% dân số thế giới cư trú. Nguồn phát thải N 2O chiếm 40% của hàng năm là từ các quốc gia Châu Á với 55% dân số thế giới cư trú. Phân N, có tầm quan trọng cho sản xuất nông nghiệp trên toàn c ầu, đ ược ước l ượng là sẽ gia tăng trong tương lai. Mặc dù sự tiêu thụ phân N ở các n ước phát tri ển hầu nh ư ổn đ ịnh kể từ năm 1980, còn việc sử dụng phân N ở các n ước đang phát tri ển đang ti ếp t ục gia tăng với mức 6-7% trên năm. Tiêu thụ N của thế giới là vượt hơn 90 triệu tấn N ở năm 2000. Không may là phân N không được sử dụng hiệu quả trong các hệ th ống nông nghi ệp, cây trồng hút thu ít khi vượt hơn 50% lượng phân N bón vào đất. Bảng 9.1. Ước lượng sự phát thải trực tiếp hoặc gián tiếp của N 2O sinh ra từ đất nông nghiệp do bón phân N hoá học hoặc phân chuồng hoặc trồng cây họ đậu (IPCC 1996). Vùng đất Phát thải N2O (triệu tấn/năm) từ Tổng số Khoảng biến động hoá Phân chuồng Cố định N N học Châu Phi 0,04 0,21 0,05 0,30 0,15-0,45 Bắc và Trung Mỹ 0,26 0,11 0,11 0,48 0,24-0,72 Nam Mỹ 0,03 0,22 0,09 0,34 0,17-0,51 Châu Á 0,75 0,52 0,19 1,45 0,73-2,19 Châu Âu 0,27 0,22 0,02 0,51 0,26-0,77 Đại dương 0,01 0,03 0,01 0,05 0,03-0,08 Liên bang Xô viết củ 0,17 0,18 0,03 0,30 0,19-0,57 Tổng cộng 1,53 1,49 0,50 3,50 1,80-5,30 Chiến lược giảm phát thải N2O từ đất nông nghiệp Kỹ thuật canh tác Bảng 9.1 cho thấy khoảng 3,5 triệu tấn N2O-N phát thải hàng năm từ đất nông nghiệp được bón phân N hoá học hoặc phân chuồng. Rõ ràng là b ất c ứ bi ện pháp nào nâng cao hi ệu quả sử dụng phân N sẽ làm giảm phát thải N 2O. Nhiều chiến lược được liệt kê trong bảng 9.2. Nhiều nghiên cứu đồng ruộng đã được thực hiện với chất ức chế nitrate hoá đã xác đ ịnh nó có thể làm giảm phát thải N2O. Một số nghiên cứu cũng xác nhận tiềm năng của phân N tan chậm có thể làm giảm phát thải N2O. Bảng 9.2. Các biện pháp cải thiện hiệu quả sử dụng phân N và phân chuồng (Mosier và csv. 1996). 1. Bón đúng lượng N theo nhu cầu của cây trồng Phân tích đất, cây để xác định nhu cầu phân N a) Giảm thiểu các thời kỳ bỏ hoá để giới hạn sự tích luỹ của N khoáng b) Lịch chia N làm nhiều lần bón hợp lý c) Bón đúng lượng N để cây trồng đạt được một ngưỡng năng suất nhất định d) 2. Quản lý chu kỳ kín của N Hệ thống sản xuất cây trồng-vật nuôi tổng hợp a) Trả lại xác bả thực vật cho đất b) 3. Sử dụng kỹ thuật bón phân Phân N tan chậm a) Bón vùi phân dưới lớp đất mặt b) 158
Sử dụng phân bón lá c) Sử dụng chất ức chế nitrate hoá d) Bón đúng lượng và loại phân N theo mùa vụ e) 4. Tưới tiêu và cày xới hợp lý Chất ức chế nitrate hoá Duy trì dạng ammonium của phân bón trong đất sẽ gi ảm thấp phát th ải N 2O từ đất nông nghiệp. Sử dụng chất ức chế nitrate hoá là một cơ chế hợp lý để duy trì dạng ammonium của phân bón trong đất. Nhiều thử nghiệm đồng ruộng cho thấy vi ệc sử d ụng các loại chất ức chế nitrate hoá đã hạn chế có ý nghĩa phát th ải N 2O từ bón phân có chứa gốc ammonium. Chất ức chế cần được chọn cho phù hợp với điều kiện khí hậu, ki ểu hệ thống canh tác cũng như loại phân N. Đôi khi năng suất cây trồng không th ấy tăng rõ khi s ử d ụng ch ất ức chế nhưng sự giảm phát thải N2O là hoàn toàn đạt được. Nhiều nghiên cứu cũng đã xác định thời kỳ bón N, loại phân N và sự chia N làm nhiều lần bón cũng ảnh h ưởng đ ến l ượng N 2O phát thải. Phân N tan chậm Sử dụng phân N tan chậm có thể cải thiện hiệu quả sử dụng phân N do l ượng N phóng thích phù hợp theo nhu cầu cây trồng, giảm lượng nitrate rửa trôi và giảm mất N b ởi tiến trình khử nitrate. Sự phóng thích của phân N phụ thuộc vào nhi ệt đ ộ mà không b ị ảnh hưởng bởi tác động của thuỷ lực hoặc vi sinh vật tấn công lớp vỏ bọc. Các nghiên c ứu trong nhà lưới đã xác định là bón phân N chậm tan có thể làm tăng năng su ất v ới hi ệu qu ả s ử d ụng N gia tăng và giảm đi sự rửa trôi nitrate. Sử dụng phân N tan ch ậm cũng làm gi ảm N 2O phát thải. 3.4 Ô nhiễm cadmium do sử dụng phân lân Cadmium là nguyên tố hiếm, thuộc danh mục những kim loại nặng - kim loại có số thứ tự nguyên tử > 20 hoặc trọng lượng riêng > 5–6 g cm –3 (Moolenaar S.W, 1998). Sự thâm canh nông nghiệp với sử dụng phân lân có khả năng nhiễm Cd lên các hệ sinh thái khu vực (Bennet và csv., 1999), vì phân lân luôn chứa một lượng Cd nhất đ ịnh (Lê Văn Khoa, 1999). Sự tích luỹ cadmium trên đất nông nghiệp là mối quan tâm c ủa nhi ều quốc gia trên trên thế giới. Tốc độ nhiễm cadmium của đất từ hoạt động nông nghi ệp th ường thì ch ậm hơn so với tốc độ nhiễm của cadmium từ công nghiệp. Hàm lượng Cd trên đ ất nông nghi ệp không cao, thay đổi từ 0.01 - 1 mg kg -1. Khi đất có sử dụng chất thải vi sinh từ c ống rãnh, nh ư nguồn dinh dưỡng thêm vào, hàm lượng Cd của đất có thể đạt đến 3 mg kg -1. Tuy hàm lượng Cd trong đất nông nghiệp không cao so với các tiêu chuẩn được sử dụng để đánh giá m ức đ ộ ô nhiễm của đất (1-3 mg kg-1), nhưng lại là nỗi lo do nguy cơ gây nhiễm Cd lên các chu ỗi th ức ăn con người (Meclaughlin et al, 1996). 159
Sự gia tăng nồng độ của kim loại nặng trong đất, như cadmium, sẽ tác động ảnh hưởng làm đảo lộn các chức năng của đất ( Bφckman O.C et al.,1990), làm thay đổi sinh học đất (S.W. Moolenaar – 1998). Sự hô hấp của đất và cả sinh khối vi sinh đều bị ảnh hưởng khi mà hàm lượng tích tụ của kim loại năng vượt quá ngưỡng cho phép (Steve P. McGrath – 1994). Cadmium trong đất đi vào các chuỗi thức ăn và 70% cadmium hấp thu bởi con người có nguồn gốc từ thực phẩm thực vật và phần khác từ động vật thuỷ sinh. Cadmium có thể gây ung thư thận và các bệnh khác nhau về thận do tác động làm suy giảm chức năng hoạt động của thận. Cadmium tích luỹ trong xương, gây ung thư và các bệnh về xương. Các nghiên cứu Hình 9.10. Bà Komatsu bị lùn xuống 31 trước đây đã phát hiện bệnh “Itai-Itai” (Hình cm vì chứng bệnh Itai-itai (do 9.10) ở Toyama (Japan) là do nguồn nước tưới cadmium). lúa bị ô nhiễm cadmium (Nguyễn Ngọc Quỳnh và csv, 2002). Nhiều nghiên cứu cũng cho thấy sự nhiễm cadmium sẽ gây ảnh hưởng đến gan, phổi , khả năng sinh sản và cả hệ thống thần kinh. Trên ngưỡng giới hạn, cadmium trở thành gây độc đối v ới sinh vật. Qui trình lo ại tr ừ Cd trong quá trình chế biến phân lân từ đá phosphate sẽ làm tăng cao giá thành c ủa phân lân và do đó hiện nay chưa thể ứng dụng được. Trung bình một người Châu Âu hấp thụ 20 microgram Cd/ngày. Theo WHO, hàm lượng Cd cho phép là không vượt quá 70 microgram Cd/ngày. Tuy nhiên, thực tế có một số lớn người đã có dấu hiệu tác động của Cd mặc dù ở mức hấp thu trung bình của 20 microgram Cd/ngày. Không thể có một ngưỡng nhất định để áp dụng cho toàn bộ dân số, ngưỡng gi ới h ạn này tuỳ thuộc vào độ nhạy cảm mỗi cá nhân. Sự hấp thu Cd của cây không tuỳ thuộc vào hàm lượng Cd trong đ ất, nh ưng b ị ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm pH, Eh, độ mặn c ủa đ ất, hàm l ượng h ữu c ơ trong đất, tình trạng dinh dưỡng của đất... (Chaney and Homick,1978) Dựa vào số lượng phân lân được nhập vào và hàm lượng cadmium trung bình ch ứa trong phân lân kể từ năm 1982 đến 1999, hơn 273 tấn Cd được ước tính đã đi vào đ ất nông nghiệp của miền Tây nước Úc. Lượng Cd du nhập vào đất vườn là 2-20g/ha và đất tr ồng lúa mì là 1-5g/ha. Sử dụng phân lân và hàm lượng Cd trong đất nông nghiệp ĐBSCL Hiện nay có bốn nhà máy sản xuất phân super lân và phân lân nung ch ảy t ại Vi ệt Nam và có khoảng 30 nhà máy sản xuất phân NPK, với tổng công suất của các nhà máy này là 3,83 triệu tấn/năm. Với mức sản xuất hiện này chỉ vừa đủ đáp ứng nhu c ầu phân lân trên toàn quốc (Nguyễn Xuân Thuỷ, 2001). Riêng đồng bằng sông Cửu Long hàng năm có từ 500.000 – 800.000 tấn phân (lân và đạm) được sử dụng. 160
Trên thực tế, thì nhu cầu phân lân có lẽ Bảng 3: Hàm lượng Cd trong một số phân lân được sử dụng ở ĐBSCL (Nguyễn Hữu vượt xa số liệu thống kê. Riêng thị trường phân bón đồng bằng sông Cửu Long đã xuất On và Ngô Ngọc Hưng, 2003). hiện nhiều loại phân ngoại nhập khác nhau bên cạnh phân nội địa, như NPK, DAP đến từ Thailand, Pháp hoặc Japan. Theo kết quả phân tích các mẫu lân, hàm lượng Cd trong phân thay đổi từ 0,02 - 2,76 mg kg-1. Hàm lượng Cd cao nhất là NPK con cò Pháp (2,76 mg kg-1), kế đến là NPK Thái Lan (2,37 mg kg-1), phân nội địa có hàm lượng thấp hơn (bảng 9.3). Kết quả từ bảng 9.3 cũng cho thấy sử dụng phân nhập ngoại như NPK Pháp, NPK Thái Lan, DAP Trung Quốc có nguy cơ nhiễm Cd cao hơn phân nội địa. Căn cứ vào lượng lân sử dụng trên tổng diện tích lúa trung bình hàng năm ở ĐBSCL, số lượng 24.3 triệu tấn phân lân được ước tính đưa vào đất nông nghi ệp sau 28 năm (1975 – 2003), tương đương với 867 ngàn tấn phân lân sử dụng hàng năm.Cùng v ới l ượng phân lân được sử dụng này, 26,93 tấn Cd đã đi vào đất trồng lúa ĐBSCL trong khoảng thời gian này. Sử dụng phân lân là nhu cầu lâu dài trong nông nghi ệp, do đó c ần có nh ững qui đ ịnh hoặc nghiên cứu cho việc hạn chế sự gia tăng hàm lượng Cd trong đất cũng nh ư sự hút thu Cd trong cây trồng. Bảng 9.4 Giới hạn hàm lượng Cd trong đất Căn cứ vào các tiêu chuẩn giới hạn Cd nông nghiệp của tiêu chuẩn Việt Nam và một của đất trong và ngoài nước (Bảng 9.4), hàm số nước trên thế giới (mg kg-1). lượng Cd trong đất lúa đồng bằng sông Cửu Long còn rất thấp (Hình 9.11). Tuy nhiên, Dự thảo EC Canada mối tương quan tuyến tính của hàm lượng TCVN -2000 Directive Cd đất theo thời gian bón phân lân (Hình 9.12 ) cho thấy có sự tác động của con 2 1-3 1,4 người lên hiện trạng Cd của đất. 161
Hình 9.11 : So sánh giá trị trung bình hàm lượng Hình 9.12: Sự phát triển hàm lượng Cd trong Cd của 3 nhóm đất. đất theo thời gian sử dụng phân lân. Sự tác động của con người làm phát sinh nguy cơ nhiễm Cd lên các chuỗi thức ăn, lên các hệ sinh thái khu vực, đặc biệt khi phân lân được sử dụng trên đất phèn, đất nhiễm mặn và trên đất với hệ thống đê bao (Hình 9.13) (Nguyễn Hữu On và Ngô Ngọc Hưng, 2004). Hình 9.13 Hàm lượng Cd trong đất theo số vụ canh tác trên đất ĐBSCL. 3.5 Phân bón và nền nông nghiệp bền vững về mặt môi trường Không có sự bổ sung dưỡng chất từ phân bón thì không thể giữ vững tăng trưởng dân số thế giới nếu như không mở rộng diện tích đất nông nghiệp mà điều này làm đánh mất vùng đất tự nhiên; và do đó dẫn đến những ảnh hưởng nghiêm trọng đối với môi trường. Năm 1960, khoảng 1.4 tỉ ha đất nông nghiệp được canh tác. Đến năm 1990, số diện tích canh tác vẫn ít hơn 1.5 tỉ ha, tuy nhiên sản lượng đã được tăng gấp đôi. Nếu phân bón đã không được sử dụng, thế giới sẽ mất đi 2.6 tỉ ha đất tự nhiên do sử dụng cho nông nghiệp - bằng với kích thước của Bắc và Trung 162
Mỹ. Dân số thế giới gia tăng theo hàm số mũ kể từ đầu những năm 1800. Dân số từ 1 t ỉ người vào năm 1820 đã tăng lên 5.7 tỉ người vào năm 1995. Theo ước tính c ủa Ngân hàng th ế giới, dân số thế giới từ năm 1995 là 5.7 tỉ sẽ tăng lên 7 tỉ người vào năm 2020 - phần l ớn là ở các nước đang phát triển. Bao gồm Trung Quốc từ 1.2 tỉ sẽ tăng lên 1.5 t ỉ người, Nam Châu Á từ 1.3 tỉ tăng lên 1.9 tỉ, và Châu Phi từ 0.7 tỉ tăng lên 1.3 tỉ người. Nếu giữ vững sản lượng lương thực đủ cung ứng cho nhu cầu dân số bằng vi ệc nâng cao năng suất mà không khai thác đất trồng, điều này sẽ bảo v ệ và duy trì đ ược đ ộng v ật hoang dã và cư trú tự nhiên của chúng - n ếu như các ảnh h ưởng b ất l ợi c ủa n ền nông nghi ệp thâm canh đó có thể được khống chế. Đây là vấn đề thử thách đ ối v ới môi tr ường trong th ế kỷ 21 - hướng dẫn người nông dân phương pháp thâm canh nông nghiệp có hi ệu qu ả nh ất, ít ảnh hưởng bất lợi nhất cho môi trường và bảo đảm sức khoẻ cho cộng đồng. 4. NGHIÊN CỨU TÌNH HUỐNG CỦA MỘT SỐ NƯỚC SẢN XUẤT PHÂN BÓN 4.1 Qui định môi trường và công nghệ phân bón ở Trung Quốc Trung Quốc đã đưa ra nhiều luật, qui định và tiêu chuẩn. Tuy nhiên sự ép bu ộc luôn là vấn đề cần thiết. Qui định môi trường ngày càng trở thành nghiêm nhặt h ơn do đi ều ki ện môi trường xấu đi và vấn đề cảnh báo môi trường đang gia tăng. Các ô nhiễm chính sinh ra từ kỹ nghệ phân hoá học là n ước thải và s ự phát th ải đ ộc chất vào khi quyển. Thông thường vùng bị ảnh hưởng ô nhi ễm là chung quanh nhà máy ch ế tạo phân bón. Phần lớn các chất phát thải vào không khí có th ể đ ược tái s ử d ụng b ằng cách trang bị thiết bị mới. Các nhà máy chế tạo với sử dụng than đá có thêm một số vấn đ ề v ề phát thải TSP và SO2. Các nhà máy sử dụng khi đốt thì có ít v ấn đ ề h ơn. N ước th ải c ủa nhà máy thường đưa đến ô nhiễm hữu cơ trong nguồn nước. Sử dụng phân hoá học cũng đưa đến hậu quả gián tiếp có ý nghĩa đ ối v ới môi tr ường. Tác động của nó rất sâu rộng, bao gồm ô nhiễm nguồn n ước, gi ảm độ phì nhiêu đất, suy thoái vùng đất, xói mòn, huỷ hoại rừng,..Sử dụng phân hoá học đã đóng góp rất l ớn đ ến s ự phú dưỡng trong nguồn nước ở nông thôn của Trung Quốc. Theo t ổ ch ức l ương nông qu ốc t ế (FAO), liều lượng phân hoá học được bón trên đơn vị Ha ở Trung Qu ốc là g ấp 2,6 l ần so v ới trên thế giới và gấp 3,4 lần lượng trung bình của các quốc đang phát triển. Các nhà máy nhỏ sản xuất phân lân và đạm ở Trung Quốc có hàm lượng th ấp sử d ụng công nghệ địa phương. Việc sử dụng NH3 cho sử dụng phân đạm liên quan công nghệ dựa vào kết tụ than anthracite. Tiến trình sản xuất này đã được ứng dụng trong nhi ều nhà máy nhỏ mà nó rất gây ô nhiễm và không hiệu quả về mặt năng lượng. Kỹ nghệ phân bón Trung Quốc đã gặp phải sức ép do các qui định về c ải thi ện môi trường. Công nghệ sạch cũng cải thiện tính hiệu quả của năng lượng và tiêu th ụ nguyên v ật liệu. Khi vấn đề môi trường được quan tâm, công nghệ sạch có tiềm năng phát tri ển lớn trong những năm tới. Trong số các công nghệ sạch, các ứng dụng ti ết kiệm năng l ượng là quan trọng nhất. Thiết bị làm giảm ô nhiễm trong các nhà máy phân bón nh ỏ thì không đ ược ph ổ bi ến như các nhà máy lớn, điều này chủ yếu là do các nhà máy nh ỏ hiện di ện ở vùng quê, n ơi mà sự cảnh báo về môi trường không được quan tâm như các khu vực đô th ị. Thi ết b ị làm gi ảm ô nhiễm được lắp đặt trong các nhà máy phân bón nhỏ là các thi ết b ị có ch ức năng tái ch ế và tái sử dụng nước và các phát thải trong không khí cũng như một số thiết bị chống ồn. 4.2 Sản xuất phân lân của Moroccco Trong nhiều năm, sản xuất phân lân đã được tập trung ở các qu ốc gia đã phát tri ển, chủ yếu là Hoa Kỳ và Tây Âu. Trong khi kỹ nghệ phân lân ở Hoa Kỳ sử dụng đá phosphate nội 163
địa, kỹ nghệ phân lân ở Châu Âu lại phụ thuộc vào đá phosphate nhập khẩu. Trong ba th ập k ỷ qua, sản xuất phân lân cũng bắt đầu xuất hiện ở các quốc gia đang phát tri ển. Cũng trong nhiều năm, đá phosphate là mặt hàng chính được xuất khẩu đến các nhà máy chế biến c ủa các quốc gia tiêu thụ chính. Tuy nhiên, lân chế bi ến cũng đ ược xu ất khẩu tăng d ần và n ơi mà acid phosphoric được nhập vào là Tây Âu vì ở đây các nhà máy sản xuất acid phosphoric b ị đóng cửa vì lý do kinh tế và môi trường. Các nước chính xu ất khẩu acid phosphoric là Morocco, Tunisia và Hoa Kỳ. Marocco chiếm hai phần ba tài nguyên đá phosphate trên th ế gi ới. Morocco là n ước đứng đầu xuất khẩu với sản phẩm chính là acid phosphoric và đá phosphate. T ừ năm 1977, Morocco chiếm thị trường xuất khẩu về lân trên thế giới là 37%, trong khi Mexico cùng v ới Hoa Kỳ chiếm 30% và còn lại là Tây Âu chiếm khoảng 30%. Có nhiều luật được áp dụng tại Morocco, bên cạnh các qui đ ịnh v ề v ệ sinh liên quan sản phẩm mà nó trực tiếp ảnh hưởng môi trường, các qui định về môi tr ường cũng đ ược ban hành. Các qui định này liên quan đến không khí, nước thải, chất thải rắn và đánh giá tác đ ộng môi trường. Một số biện pháp được thực hiện nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường ở Morocco: giảm sự phát thải trong không khí, trong nguồn nước. Với sự hỗ trợ của Vi ện nghiên c ứu lân thế giới và Liên đoàn Châu Âu, qui trình chế biến để loại bỏ cadmium cũng được phát triển. Morocco và các quốc gia đang phát triển có xuất khẩu lân đang c ố g ắng tuân theo qui định trên chất lượng sản phẩm là chuyển hàm lượng cadmium trong phân bón sang ch ất th ải phosphogypsum. Trong khi acid phosphoric được tinh chế với hàm lượng cadmium th ấp sẽ được xuất khẩu sang Châu Âu, thì phosphogypsum ô nhiễm cadmium có ngu ồn gốc t ừ đá phosphate sẽ được thải vào môi trường của bản thân các nước xuất khẩu lân. Đáp ứng với vấn đề cadmium, có hai định hướng đối với các n ước xuất khẩu phân lân. Đáp ứng thứ nhất là nghiên cứu công nghệ loại trừ cadmium trong sản xu ất acid phosphoric. Mặc dù nhiều công nghệ chế biến được ứng dụng, giá thành sản phẩm vẫn còn cao. Vì v ậy, đá phosphate với hàm lượng cadmium thấp trở thành khan hi ếm và giá thành c ủa nó cũng gia tăng. Đáp ứng thứ hai là sự đình chỉ xuất khẩu phân lân sang các n ước mà các n ước này gi ới hạn hàm lượng cadmium quá ngưỡng giới hạn cho phép, như thế thì sự xu ất kh ẩu nhắm vào thị trường ít hạn chế hoặc không qui định về hàm lượng cadmium, thí d ụ nh ư th ị tr ường Châu Ấ. Các vấn đề chính trong cải tiến công nghệ sản xuất phân bón đ ể c ải thi ện môi tr ường đó là: 1) giảm thiểu tiêu thụ năng lượng trong sản xu ất NH 3. 2) Giảm thiểu sự phát thải khí NO trong sản xuất acid nitric. 3) Sự loại bỏ hàm lượng cadmium trong phân lân. 4) Giảm thiểu sự rửa trôi nitrate từ đất nông nghiệp. Công nghệ sản xuất sạch hơn (cleaner technologies) cũng là vấn đề thách th ức đ ối v ới các nước đang phát triển. Hai vấn đề được đặt ra, đó là: 1) Khả năng sản xuất hi ện th ời, các nhà máy sản xuất phân bón cho thị trường nội địa thường là cũ kỹ cùng v ới s ự ô nhi ễm n ặng mà không có hệ thống quản lý môi trường có hi ệu quả. Như th ế sự áp d ụng công ngh ệ s ạch sẽ bị giới hạn với thiết bị kỹ thuật và một số cải thiện về hiệu quả năng lượng cũng sẽ gặp khó. 2) Đầu tư mới cho khả năng sản xuất phân bón sẽ gặp phải các qui đ ịnh môi tr ường và các yêu cầu đặc biệt cho công nghệ sạch hơn, đặc biệt là sự đầu tư đ ược tr ợ c ấp t ừ các c ơ quan quốc tế, điều này đã ảnh hưởng đến tiến trình thực hiện quyết đ ịnh trong quá trình th ực hiện các dự án đầu tư mới. TÀI LIỆU THAM KHẢO 164
Agro-Chemicals Report. 2001. The nitrogen cycle and the environment.Vol. I, No. 1, January- March. Agro-Chemicals Report. 2002. Focus-Fertilizer industry in developing countries. Vol. II, No 2, April-June. Adapted from paper “Technological change and coporate strategies in the fertilizer industry” by Anthony Bartzokas, October 2001. United Nations University, The Netherlands. Bφckman, O.C., O. Kaarstad, O.H. Lie, and I. Richards. 1990. Agriculture and Fertilizers, Agricultural Group, Norsk Hydro a.s, Oslo, Norway. 243p. Bennet-Chambers M.; P. Davies and B. Knott. 1999. Cadmium in aquatic ecosystems in Western Austrialia: A legacy of nutrient-deficient soils. Journal of Environmental Management No. 57, 283-295. IFDC and UNIDO (1998). Fertilizer Manual. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). 1996. Climate Change 1995: The Science of Climate Change, Eds. J.T. Houghton et al., Cambridge University Press, Cambridge. International Fertilizer Industry Association (IFA) . 2001. Global estimates of gaseous emissions of NH3, NO and N2O from agricultural land. http://www.fertilizer.org/ifa/ form/pub_det.asp ?id=916 International Fertilizer Industry Association (IFA). 1998. The fertilizer industry, food supplies and the environment. http://www.fertilizer.org/ifa/form/pub_det.asp?id=766 International Fertilizer Industry Association (IFA). 2000. Mineral fertilizer distribution and the environment. http://www.fertilizer.org/ifa/form/pub_det.asp?id=792 International Fertilizer Industry Association (IFA). 2001. Environmental aspects of phosphate and potash mining. http://www.fertilizer.org/ifa/form/pub_det.asp?id=918. International Fertilizer Industry Association. 1998. Mineral fertilizer production and the environment. Part 1. The fertilizer industry’s manufacturing processes and environmetal issues. IFA/UNEP/UNIDO (Technical report No. 26 part1). http://www.fertilizer.org International Fertilizer Industry Association. 2002. Fertilizer nutrient consumption. The World, 1920/21 to 2000/01 - Outlook to 2030. http://www.fertilizer.org/ifa/statistics/indicators/ ind_cn_world.asp Isherwood, K.F. IFA.1998. Mineral fertilizer use and the environment. http://www.fertilizer. Org /ifa/Form/pub_det.asp?id=789 Katsu Minami. 2001. General features-The nitrogen cycle and the environment. Agro-Chemicals Report Vol. I, No 1, January 2001. Lê Văn Khoa, Ngô Đức Lương, và Nguyễn Thế Truyền , 1999. Nông nghiệp và môi trường. Nhà Xuất Bản Giáo Dục-1999. Hà Nội, Việt Nam.140 tr. Meclaughlin, M.J. 1996. In-situ immobilization techniques to remediate cadmium- contaminated agricultural soils. South Australian Research & Development Institute, 2001. Moolenaar, S.W. 1998. Sustainable Management of Heavy Metals. Doctoral thesis, Wageningen Agricultural University, Wageningen, the Netherlands. 191 p. Mosier, A.R., Duxbury, J.M., Freney, J.R., Heinemeyer, O. and Minami, K. 1996. Nitrous oxide emission from agricultural fields; Assessment, measurement and mitigation, Plant and Soil, 131, 95-108. Ngô Ngọc Hưng. 2002. Giáo trình Ô nhiễm đất đai. Đại học Cần Thơ. Nguyễn Hữu On và Ngô Ngọc Hưng. 2004. Cadmium (Cd) trong đất luá đồng bằng sông Cửu Long và sự cảnh báo ô nhiễm. Tạp chí Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Số 03/2004. Trang 350-351. 165
Nguyễn Ngọc Quỳnh, Võ Đình Khánh và Nguyễn Huy Vi ệt. 2002. Ảnh hưởng c ủa cadmium nhiễm trong đất và trong nước tưới đến sinh trưởng, phát tri ển c ủa cây lúa. T ạp chí NôngNghiệp-Nông Thôn-Môi Trường – số 3/2002, tr. 227-230. Nguyen Xuan Thuy. 2001. IFA a regional conference for Asia and the Pacific, Hanoi, Vietnam, 10-13 December, 2001. UNEP. 2000. Water Quality: The Impact of Eutrophication. in Lakes and Reservoirs vol. 3. Newsletter and Technical Publications . http:\\ww.unep.or.jp\ \Eutrophication\index. asp.htm. USGS. 2003. Acid Rain: Do you need to start wearing a rainhat? http://ga.water.usgs.gov/edu/ acidrain.html. 166