Đặt vấn đề Đất là một thành phần quan trọng của môi trường, là một tài nguyên vô giá mà tự nhiên đã ban tặng cho con người. Đất là tư liệu sản xuất đặc biệt, là đối tượng lao động độc đáo, là một yếu tố cấu thành của hệ sinh thái Trái Đất. Ở Việt Nam, trong thời gian qua, tình trạng khai thác khoáng sản trái phép đã diễn ra tràn lan ở một số địa phương (như khai thác vàng, than thổ phỉ ở Thái Nguyên, thiếc ở Tĩnh Túc Cao Bằng…). Các chất thải từ các hoạt động khai thác khoáng sản có chứa KLN như: Pb, Zn, Cd, As, Ni, Cu… thường được thải trực tiếp ra môi trường mà không qua xử lý, làm cho môi trường đất bị ô nhiễm.
Đồng thời một số diện tích lớn rừng đã bị ảnh hưởng và tác động, làm cho môi trường đất bị suy thoái. Ảnh hưởng của sự suy thoái và ô nhiễm đất sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng, dẫn đến làm giảm năng suất cây trồng, làm nghèo thảm thực vật, suy giảm đa dạng sinh học. Đồng thời chúng có tác động ngược lại làm cho quá trình xói mòn, rửa trôi thoái hóa diễn ra nhanh hơn. Nhiều diện tích đất canh tác nông nghiệp phải bỏ hoang, diện tích đất trống đồi trọc tăng lên.
Sự tích tụ cao các chất độc hại, các KLN trong đất sẽ làm tăng khả năng hấp thụ các nguyên tố có hại trong cây trồng, vật nuôi và gián tiếp gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người. Làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp và vốn đầu tư cao. Để xử lý đất ô nhiễm người ta thường sử dụng các phương pháp truyền thống như: rửa đất; cố định các chất ô nhiễm bằng hoá học hoặc vật lý; xử lý nhiệt; trao đổi ion, ôxi hoá hoặc khử các chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đi đến những nơi chôn lấp thích hợp,. Hầu hết các phương pháp đó rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích.
Trong những năm gần đây, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại bỏ kim loại nặng của một số loài thực vật, người ta đã 2 bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý môi trường như một công nghệ môi trường đặc biệt. Phương pháp sử dụng thực vật để xử lý kim loại nặng trong đất được các nhà khoa học quan tâm đặc biệt bởi chi phí đầu tư thấp, an toàn và thân thiện với môi trường. Theo tài liệu nghiên cứu, thế giới có ít nhất 400 loài thuộc 45 họ thực vật có khả năng hấp thụ kim loại. Các loài này là thực vật thân thảo hoặc thân gỗ, có khả năng tích luỹ và không có biểu hiện về mặt hình thái khi nồng độ kim loại trong thân cao hơn hàng trăm lần so với các loài bình thường khác.
Cỏ linh lăng (Medicago sativa) là một loài cây thuộc chi Linh lăng (Medicago) của họ Đậu (Fabaceae). Cây có nguồn gốc ở vùng Trung Âu. Cỏ linh lăng có sinh khối lớn và khả năng hút kim loại nặng tốt, tuy nhiên khả năng hấp thụ kim loại nặng này ảnh hưởng bởi điều kiện pH, loại đất, và điều kiện cạn úng khác nhau. Để tăng hiệu quả việc ứng dụng cỏ linh lăng vào xử lý kim loại nặng trong đất, việc nghiên cứu các ảnh hưởng của các điều kiện môi trường đất khác nhau tới sự hấp thụ kim loại nặng của loài cây này là rất cần thiết.
Xuất phát từ thực tiễn trên, được sự nhất trí của Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Môi Trường - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, dưới sự hướng dẫn trực tiếp của Th.s Trần Thị Phả, em tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng, hấp thụ Chì (Pb) và Cadimi (Cd) của cỏ Linh lăng (Medicago Sativa)”. Mục tiêu của đề tài Mục tiêu lâu dài của đề tài này là nghiên cứu khả năng hấp thụ Pb và Cd của cỏ linh lăng, tạo cơ sở ứng dụng việc sử dụng cỏ linh lăng trong cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng. để đạt được mục tiêu đó, chúng tôi đề nghị theo đuổi các mục tiêu cụ thể như sau: - Đánh giá ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng cỏ linh lăng. - Đánh giá khả năng tích lũy Cd và Pb của cây cỏ linh lăng trong môi trường đất có nồng độ pH khác nhau.
3 - Đánh giá khả năng xử lý Cd và Pb của cây cỏ linh lăng ở môi trường đất có nồng độ pH khác nhau. Yêu cầu của đề tài - Đánh giá được khả năng sinh trưởng của cỏ linh lăng trong môi trường pH khác nhau. - Đánh giá được khả năng hút Pb và Cd của cỏ linh lăng trong môi trường pH khác nhau. Ý nghĩa của đề tài - Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học: + Nâng cao kiến thức, kỹ năng và rút ra kinh nghiệm thực tế phục vụ cho công tác nghiên cứu sau này.
+ Vận dụng phát huy các kiến thức đó vào thực tế. - Ý nghĩa thực tiễn: + Xác định khả năng sinh trưởng, phát triển của cây cỏ linh lăng trong môi trường pH khác nhau. + Đánh giá khả năng tích lũy Cd và Pb trong thân, lá và rễ của cây cỏ. + Đánh giá khả năng xử lý Cd và Pb trong đất của cỏ linh lăng.
4 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất 2. Khái niệm kim loại nặng Kim loại nặng là thuật ngữ dùng để chỉ những kim loại có tỷ trọng lớn hơn 4 hoặc 5. Chúng bao gồm: Pb (d=11,34), Cd (d=8,60), Ag (d=10,50), Bi (d=9,80), Co (d=8,90), Cu (d=8,96), Cr (d=7,10), Fe (d=7,87), Hg (d=13,52), Mn (d=7,44), Ni (d=8,90), Zn (d=7,10),.
Ngoài ra các á kim như As, Se cũng được xem như các KLN (Bjerrgard M. Các kim loại nặng là tác nhân ô nhiễm nguy hiểm đối với hệ sinh thái đất, chuỗi thức ăn và con người. Những KLN có độc tính cao nguy hiểm là thủy ngân (Hg), cadimi (Cd), chì (Pb), niken (Ni); các kim loại có độc tính mạnh là asen (As), crom (Cr), mangan (Mn), kẽm (Zn) và thiếc (Sn) (Phạm Việt Hùng và cs, 1999) [22]. Khi các KLN xâm nhập vào môi trường sẽ làm biến đổi điều kiện sống, tồn tại của sinh vật sống trong môi trường đó.
KLN gây độc hại với môi trường và cơ thể sinh vật khi hàm lượng của chúng vượt quá tiêu chuẩn cho phép [5]. Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng 2. Từ quá trình khoáng hóa đá Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ nhưng hàm lượng các KLN trong đá thường rất thấp, vì vậy nếu không có các quá trình tích lũy do xói mòn, rửa trôi… thì đất tự nhiên ít có khả năng có hàm lượng KLN cao. Hàm lượng trung bình một số KLN trong đá và đất (ppm) Vỏ TB Nguyên Đá bazơ Đá axit Đá trầm Dao động phong trong tố (Baselt) (Granite) tích trong đất hóa đất As 1,5 1,5 7,7 1,5 0,1-40 6 Cd 0,13 0,09 0,17 0,11 0,01-2 0,35 Pb 3 24 19 14 2-300 19 Hg 0,012 0,08 0,19 0,05 0,01-0,5 0,06 Nguồn: Fergussun, 1990 5 2.
Nguồn ô nhiễm KLN do các hoạt động khai khoáng Các hoạt động khai mỏ thải ra một lượng lớn các KLN vào dòng nước và góp phần gây ô nhiễm cho đất. Môi trường đất tại các mỏ khai thác vàng mới khai trương thường có độ kiềm cao (pH: 8-9), ngược lại các mỏ khai thác vàng cũ thường có độ axit mạnh (pH:2,5-3,5); dinh dưỡng đất thấp và hàm lượng KLN rất cao. Chất thải ở đây thường là nguồn gây ô nhiễm môi trường, cả phần trên bề mặt và dưới tầng đất sâu. Ở úc, chất thải từ các mỏ vàng chứa hàm lượng KLN vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần.
Hàm lượng KLN trong đất thải của một số mỏ vàng điển hình tại Úc KLN Hàm lượng KLN tổng số (mg/kg) As 1120 Cu 156 Pb 353 Zn 283 Nguồn: AZN, 1992 [23] 2. Nguồn ô nhiễm KLN trong đất do các hoạt động công nghiệp và nước thải đô thị Các chất thải công nghiệp ngày càng nhiều và có độc tính ngày càng cao, nhiều loại rất khó phân hủy sinh học, đặc biệt là các KLN. Các chất thải có khả năng gây ô nhiễm KLN trong đất ở mức độ lớn như chất thải công nghiệp tẩy rửa, công nghiệp phân bón, TBVTV, thuốc nhuộm, màu, vẽ, thuộc da, pin, khoáng chất. Nước thải từ cống rãnh thành phố bao gồm cả nước thải sinh hoạt và công nghiệp cũng chưa nhiều KLN (Bảng 2.
Hàm lượng các kim loại trong bùn – nước cống rãnh đô thị Hàm lượng, mg/kg chất khô Nguyên tố Khoảng dao động Trung bình As 1,1 – 230 10 Cd 1 – 3410 10 Cu 84 – 17000 800 Fe 1000 – 15400 17000 Mn 32 – 9670 260 Nguồn: Logan, 1990 6 2. Ô nhiễm kim loại do hoạt động nông nghiệp Quá trình sản xuất nông nghiệp đã làm tăng đáng kể các KLN trong đất. Các loại TBVTV thường chứa As, Hg, Cu… trong khi các loại phân hóa học lại chứa các nguyên tố Cd, Pb, As. Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp (ppm) Bùn Kim Phân Phân Phân Nước Thuốc Đá vôi cống loại photpho nitơ chuồng tưới BVTV thải As <1-1200 2-120 0,1-24 2-30 <1-25 <10 3-30 Cd 0,1-190 <0,1-9 <0,05- 2-3000 <0,01-0,8 <0,05 - 0,1 Pb 4-1000 2-120 20-1250 2-7000 0,4-16 <20 11-26 Hg 0,01-2 0,3-3 - <1-56 <0,01-0,2 - 0,6-6 Nguồn: Lê Văn Khoa, 2001 [11] Cadimi có trong nhiều nguyên liệu dùng để sản xuất phân lân và vôi.
Hàm lượng Cu, Zn, Pb trong các loại phân hóa học (ure, Ca(HCO3)2, sunfat-Fe, Cu…) và khối lượng KLN nhiễm vào đất theo đường phân bón là rất lớn. Khả năng ngấm, rửa trôi và cây không hấp thụ hết là nguyên nhân gây ô nhiễm, suy thoái chất lượng đất. Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất Ở Việt Nam, dựa vào mục đích sử dụng đất, tiêu chuẩn cho phép đối với từng kim loại được quy định khác nhau (bảng 2. Giới hạn hàm lượng tổng số của một số KLN trong đất Đơn vị tính: mg/kg đất khô Đất sử Đất sử dụng Đất sử dụng Đất sử Đất sử Thông dụng cho cho MĐ dân cho MĐ dụng cho dụng cho số MĐ lâm sinh vui Thương mại MĐ nông MĐ công nghiệp chơi và dịch vụ nghiệp nghiệp As 12 12 12 12 12 Cd 2 5 5 2 10 Cu 70 70 100 50 100 Pb 100 120 200 70 300 Zn 200 200 300 200 300 Nguồn: QCVN:03-2008/BTNMT [17] 7 2.