Đặt vấn đề Ô nhiễm môi trường hiện nay là một trong những vấn đề cấp thiết hàng đầu. vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất ngày càng được quan tâm do ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường đất, nước, sức khỏe con người và cây trồng. Quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa cũng đồng nghĩa với việc gia tăng việc phát thải vào môi trường tự nhiên các chất độc hại đến với sức khỏe con người và các hệ sinh thái khác. Các hoạt động khai thác khoáng sản bao gồm than đá, quặng chì, quặng thiếc.
đã làm cho môi trường nước, môi trường đất bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi các chất độc hại như Pb, Cd, Zn, As. và xu hướng ô nhiễm có chiều hướng ngày càng tăng nên chúng ta cần phải có biện pháp xử lý triệt để. Để xử lý đất ô nhiễm người ta thường xử dụng các phương pháp truyền thống như rửa đất, cố định các chất ô nhiễm bằng hóa học hoặc vật lý, xử lý nhiệt, trao đổi ion… Hầu hết các biện pháp này rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích… Gần đây nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hóa, chống chịu và loại bỏ kim loại nặng của một số loài thực vật, người ta bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý môi trường như một công nghệ đặc biệt. Thực vật có nhiều khả năng khác nhau đối với sự có mặt của các ion kim loại trong môi trường.
Hầu hết các loài thực vật rất nhạy cảm với sự có mặt của các ion kim loại, thậm chí ở nồng độ thấp. Tuy nhiên vẫn có một số loài thực vật vẫn có khả năng sống trong môi trường bị ô nhiễm bởi các kim loại độc hại và có khả năng hấp thụ, tách các loại kim loại này trong các bộ phận khác nhau của chúng, như: cây lau (Saccharum arundinaceum plant), cải xoong (thuộc dòng hyperaccumulators), dương xỉ Pteris vittata , dương xỉ Pityrogramma calomelanos, cỏ Mần Trầu, cỏ 2 Vetiver, cây Sậy (Phragmites australis)… Trong đó, cây lau là một loài thực vật bản địa trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên, sống ở trên nhiều loại đất khác nhau, là loài cây linh hoạt và dễ thích nghi, sức sống bền bỉ đồng thời lại có sinh khối lớn. Xuất phát từ những vấn đề thực tế trên, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng Pb, Cd, Zn của cây lau (Saccharum arundinaceum plant) để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tại mỏ sắt Trại Cau, mỏ Chì Kẽm làng Hích và mỏ Thiếc HàThượng, tỉnh Thái Nguyên”. Đề tài được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS.
Trần Thị Phả. Mục tiêu của đề tài 1. Mục tiêu tổng quát Cải tạo đất ô nhiễm bởi một số kim loại nặng (Cd, Pb, Zn) tại một số khu vực khai thác khoáng sản tỉnh Thái Nguyên bằng cây Lau. Mục tiêu cụ thể Đánh giá sự tích lũy kim loại nặng Pb, Cd, Zn trong đất tại mỏ sắt Trại Cau, mỏ chì kẽm làng Hích và mỏ thiếc Hà Thượng, tỉnh Thái Nguyên Đánh giá sự sinh trưởng của cây lau trong các môi trường bị ô nhiễm kim loại nặng Pb, Cd, Zn.
Đánh giá khả năng hấp thụ, xử lý kim loại nặng Pb, Cd, Zn của cây lau trong các môi trường đất bị nhiễm KLN. Ý nghĩa của đề tài 1. 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 nghiên cứu sau này. - Vận dụng và phát huy kiến thức đã học tập và nghiên cứu.
- Là cơ sở, tài liệu cho các nghiên cứu khoa học về sau. 3 - Nâng cao khả năng học tập, nghiên cứu và tìm tài liệu tham khảo. - Nghiên cứu sẽ làm sáng tỏ khả năng sinh trưởng, phát triển và hấp thụ KLN của cây Lau. Trên cơ sở đó đánh giá hiệu quả cải tạo môi trường đất dưới khả năng hấp thụ KLN của cây Lau.
Đồng thời kết quả nghiên cứu đóng góp, làm cơ sở cho việc nghiên cứu và phát triển công nghệ thực vật xử lí ô nhiễm- biện pháp sinh học trong xử lý môi trường. Ý nghĩa trong thực tiễn Đề tài xác định tính khả thi của việc ứng dụng cây Lau để cải tạo đất ô nhiễm tại mỏ Sắt Trại Cau, mỏ Chì Kẽm làng Hích và mỏ Thiếc Hà Thượng, Thái Nguyên. Đây là những cơ sở khoa học cho việc lựa chọn loài thực vật có khả năng ứng dụng trong công cuộc bảo vệ tài nguyên và môi trường, cũng như tăng cường nghiên cứu các ứng dụng các công nghệ thân thiện với môi trường trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước. 4 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
Cơ sở khoa học của đề tài 2. Một số khái niệm * Khái niệm về kim loại nặng (KLN) Có hai quan điểm chính về KLN: Quan điểm phân loại theo tỉ trọng: Cho rằng KLN là các kim loại có tỉ trọng (ký hiệu d) lớn hơn 5, bao gồm: Pb (d=11,34), Cd (d=8,6), As (d=5,72), Zn (d=7,10). Trong số các nguyên tố này có một số nguyên tố cần cho dinh dưỡng cây trồng, ví dụ: Mn, Zn. Các nguyên tố này cây trồng cần với hàm lượng nhỏ, gọi là nguyên tố vi lượng, nếu hàm lượng cao sẽ gây độc cho cây trồng [4].
Theo quan điểm độc học: KLN là các kim loại có nguy cơ gây nên các vấn đề môi trường, bao gồm: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, Vn, Ti, Fe, Mn, As, Se. Có 4 nguyên tố được quan tâm nhiều là: Pb, As, Cd và Hg, 4 nguyên tố này hiện nay chưa biết được vai trò sinh thái của chúng, tuy nhiên nếu dư thừa một lượng nhỏ 4 nguyên tố này thì tác hại rất lớn [4]. * Ô nhiễm môi trường đất do KLN Có một số hợp chất KLN bị thụ động và đọng lại trong đất, song có một số hợp chất có thể hoà tan dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là do độ chua của đất, của nước mưa. Điều này tạo điều kiện để các KLN có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm đất.
Ô nhiễm đất là do con người sử dụng các loại hoá chất trong nông nghiệp và thải vào môi trường đất các chất thải đa dạng khác. Trong các chất thải này, có những chất phóng xạ, đất cũng nhận những kim loại nặng từ khí quyển dưới dạng bụi như: Pb, Hg, Cd, Mo. và các chất phóng xạ. Nguồn rác thải từ đô thị, việc sử dụng phân bón tươi để bón ruộng, nương rẫy cũng đã góp phần làm ô nhiễm đất [2],[4].
Độc tính của một số kim loại nặng * Tính độc của Kẽm (Zn): - Đối với cây trồng: Sự dư thừa Zn cũng gây độc đối với cây trồng khi Zn tích tụ trong đất quá cao. Dư thừa Zn cũng gây ra bệnh mất diệp lục. Sự tích tụ Zn trong cây quả nhiều cũng gây một số mối liên hệ đến mức dư lượng Zn trong cơ thể người và góp phần phát triển thêm sự tích tụ Zn trong môi trường mà đặc biệt là môi trường đất. - Đối với con người: Zn là dinh dưỡng thiết yếu và nó sẽ gây ra các chứng bệnh nếu thiếu hụt cũng như dư thừa.
Trong cơ thể con người, Zn thường tích tụ chủ yếu là trong gan, là bộ phận tích tụ chính của các nguyên tố vi lượng trong cơ thể, khoảng 2g Zn được thận lọc mỗi ngày. Trong máu, 2/3 Zn được kết nối với Albumin và hầu hết các phần còn lại được tạo phức chất với λ -macroglobin. Zn còn có khả năng gây ung thư đột biến, gây ngộ độc hệ thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản, gây độc đến hệ miễn nhiễm. Sự thiếu hụt Zn trong cơ thể gây ra các triệu chứng như bệnh liệt dương, teo tinh hoàn, mù màu, viêm da, bệnh về gan và một số triệu chứng khác.
* Tính độc của Chì (Pb): - Đối với cây trồng: Pb xuất hiện rất tự nhiên trong tất cả các thực vật, nó không đóng vai trò quan trọng nào trong quá trình trao đổi chất. Pb có ảnh hưởng độc trong một số quá trình như quang hợp, sự phân bào, sự hút nước, tuy nhiên dấu hiệu độc trong thực vật là không đặc trưng. Pb có ảnh hưởng đến tính co dãn và đàn hồi của màng tế bào, kết quả làm cứng màng tế bào. Sự biến động hàm lượng Pb trong thực vật bị tác động bởi một số nhân tố môi trường như là quá trình địa hóa, ô nhiễm, thay đổi màu và khả năng di truyền.
Hàm lượng Pb dễ tiêu tăng ở vùng không bị ô nhiễm dao động trong khoảng 0,001 - 0,08 mg/kg (trọng lượng tươi) hoặc 0,05 - 3 mg/kg (trọng lượng khô). 6 - Đối với con người: Là nguyên tố có độc tính cao đối với sức khoẻ con người. Pb gây độc cho hệ thần kinh trung ương, hệ thần kinh ngoại biên, tác động lên hệ enzim có nhóm hoạt động chứa hyđro. Người bị nhiễm độc Pb sẽ bị rối loạn bộ phận tạo huyết (tuỷ xương).
Tuỳ theo mức độ nhiễm độc có thể bị đau bụng, đau khớp, viêm thận, cao huyết áp, tai biến não, nhiễm độc nặng có thể gây tử vong. Đặc tính nổi bật là sau khi xâm nhập vào cơ thể, Pb ít bị đào thải mà tích tụ theo thời gian rồi mới gây độc. Ở trong máu nếu nồng độ Pb cao quá 0,8 mg/kg có thể gây nên hiện tượng thiếu máu do thiếu hemoglobin. Nếu nồng độ Pb trong máu nằm ở 0,5 - 0,8 mg/kg gây ra rối loạn chức năng thận và phá hủy não [3],[7].
* Tính độc của Cadimi (Cd): - Đối với cây trồng: Rau diếp, cần tây, củ cải, cải bắp có xu hướng tích luỹ Cd khá cao, trong khi đó củ khoai tây, bắp, đậu tròn, đậu dài được tích luỹ một số lượng Cd nhiều nhất trong các loại thực phẩm, lá cà chua được tìm thấy tích luỹ Cd khoảng 70 lần so với lá cà rốt trong cùng biện pháp trồng trọt giống nhau. Trong các cây, Cd tập trung cao trong các rễ cây hơn các bộ phận khác ở các loài yến mạch, đậu nành, cỏ, hạt bắp, cà chua, nhưng các loài này sẽ không phát triển được khi tích luỹ Cd ở rễ cây. Tuy nhiên, trong rau diếp, cà rốt, cây thuốc lá, khoai tây, Cd được chứa nhiều nhất trong lá. Trong cây đậu nành, 2% Cd được tích luỹ hiện diện trong lá và 8% ở các chồi.
Cd trong mô cây thực phẩm là một yếu tố quan trọng trong việc giải quyết sự tích luỹ chất Cd trong cơ thể con người.