MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Những năm gần đây, do nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội của đất nước và trong điều kiện mở cửa của nền kinh tế thị trường, các hoạt động khai thác khoáng sản đang được khai thác với quy mô ngày càng lớn. Công nghiệp khai thác khoáng sản đã có nhiều đóng góp quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội, góp phần tích cực vào sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Tuy nhiên, bên cạnh những mặt tích cực đạt được, trong quá trình khai thác khoáng sản phục vụ cho lợi ích của mình, con người đã làm thay đổi môi trường xung quanh.
Các hoạt động khai thác than, quặng, phi quặng và vật liệu xây dựng như: tiến hành xây dựng mỏ, khai thác thu hồi khoáng sản, đổ thải, thoát nước mỏ… đã làm phá vỡ cân bằng điều kiện sinh thái được hình thành từ hàng chục triệu năm, gây ô nhiễm nặng nề đối với môi trường và ngày càng trở nên vấn đề cấp bách mang tính chất xã hội và chính trị của cộng đồng. Đặc biệt, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất đang ở mức đáng lo ngại ở nhiều vùng khai thác khoáng sản. Các nhà khoa học đã chỉ ra những rủi ro có thể xảy ra đối với con người cũng như mức độ tích tụ các kim loại nặng trong các sản phẩm nông nghiệp quan trọng như lúa, gạo… Nguồn gốc và sự xuất hiện các nguy hại với môi trường sống do khai thác mỏ gây ra thật phức tạp và kinh phí cho sự phục hồi là rất tốn kém. Vì vậy, giải quyết vấn đề này còn gặp rất nhiều khó khăn.
Trên thế giới hiện nay đã có rất nhiều các phương pháp khác nhau xử để lý KLN trong đất được đưa ra và sử dụng như: Công nghệ rửa đất, công nghệ cố định tại chỗ,. Tuy nhiên, các phương pháp này đều có chi phí cao, chỉ phù hợp tiến hành với quy mô nhỏ trong khi tình trạng ô nhiễm đất lại xảy ra trên diện rộng, không những thế một số phương pháp còn có thể làm phát n 2 sinh các chất ô nhiễm mới trong đất. Do đó, hiệu quả của việc áp dụng các phương pháp trên là không cao. Vậy, vấn đề đặt ra là cần phải tìm ra một phương pháp xử lý KLN trong đất sao cho vừa hiệu quả, vừa dễ thực hiện, chi phí thấp mà lại thân thiện với môi trường.
Sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm đã và đang được coi là giải pháp và xu hướng tối ưu. Đây là giải pháp được đánh giá cao có nhiều ưu điểm nổi trội: dễ thực hiện, không đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao, chi phí xử lý thấp và đặc biệt là thân thiện với môi trường Trong quá trình nghiên cứu kĩ thuật xử lý ô nhiễm bằng thực vật, các nhà khoa học đã khám phá ra rất nhiều loài thực vật có khả năng hút kim loại nặng từ đất. Trong đó, nhiều nhà khoa học đã phát hiện Cỏ linh lăng có thể sinh trưởng, phát triển bình thường và có thể hấp thụ một lượng kim loại nặng ( Pb, Zn, As, Cd…) nhất định. Vậy tốc độ sinh trưởng và phát triển của cỏ linh lăng trong môi trường đất bị nhiễm kim loại nặng ra sao? Khả năng xử lý kim loại nặng của cỏ linh lăng ở trong các môi trường có nồng độ kim loại nặng khác nhau như thế nào? Xuất phát từ thực tiễn này, đồng thời góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất.
Được sự nhất trí của Ban giám hiệu Nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Môi trường, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên và cô giáo hướng dẫn đề tài tốt nghiệp Th.S Trần Thị Phả, em tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng sinh trưởng và hấp thụ Chì (Pb) và Cadimin (Cd) của cây Cỏ linh lăng (Medicago sativa) trong các môi trường đất khác nhau”. Mục tiêu của đề tài 1. Mục tiêu chung Nghiên cứu khả năng sinh trưởng và hấp thụ Chì (Pb) và Cadimin (Cd) của cây Cỏ linh lăng nhằm đánh giá khả năng xử lý đất bị ô nhiễm Chì (Pb) và Cadimin (Cd) trong các môi trường đất khác nhau 1. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của cây cỏ linh lăng trong các môi trường đất bị nhiễm Pb và Cd với nồng độ khác nhau; - Xác định khả năng tích lũy Pb và Cd của cây cỏ linh lăng trong điều kiện môi trường đất nghiên cứu bị nhiễm Pb và Cd ở các nồng độ khác nhau - Đánh giá khả năng hấp thụ kim loại nặng trong thân, lá và rễ của cây cỏ linh lăng.
- Nghiễn cứu biện pháp sử dụng cây cỏ linh lăng để xử lý ô nhiễm môi trường đất. Yêu cầu của đề tài - Các chỉ tiêu theo dõi về khả năng sinh trưởng của cây cỏ linh lăng trong đề tài phải được định lượng rõ ràng; - Số liệu phân tích, xử lý về hàm lượng Pb và Cd trong mẫu đất, mẫu cây trong quá trình nghiên cứu phải có độ tin cậy cao. Ý nghĩa của đề tài 1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu - Nâng cao kiến thức, kỹ năng và rút ra kinh nghiệm phục vụ công tác học tập và nghiên cứu sau này; - Đánh giá hiệu quả cải tạo môi trường đất dưới khả năng hấp thụ KLN của loài thực vật trên trong điều kiện thí nghiệm n 4 1.
Ý nghĩa trong thực tiễn - Biết được khả năng sinh trưởng của cây cỏ linh lăng trong môi trường đất bị ô nhiễm Pb và Cd. - Cơ sở cho việc lựa chọn loài thực vật có khả năng áp dụng tốt nhất trong công cuộc bảo vệ tài nguyên và môi trường, thông qua đó đua ra mô hình ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn. n 5 PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Cơ sở khoa học 2.
Một số khái niệm liên quan. * Khái niệm về KLN. Thuật ngữ “Kim loại nặng” được từ điển hóa học định nghĩa là các kim loại có tỷ trọng lớn hơn 5. Đối với các nhà độc tố học, thuật ngữ “kim loại nặng” chủ yếu dùng để chỉ các kim loại có nguy cơ gây nên các vấn đề môi trường bao gồm: Cu, Zn, Pb, Hg, Ni, Mn, Cr, Fe, Mn, Ti, Fe, Ag, Sn (Rainbow, 1985, Hopkin, 1989; Bryan & Langston, 1992).
Ngoài ra, các phi kim như As và Se cũng được xem là các KLN. * Khái niệm về ô nhiễm KLN trong đất. Ô nhiễm KLN trong đất: 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.
Cơ sở thực tiễn 2. Nguồn gây ô nhiễm KLN trong đất Có 2 nguồn ô nhiễm KLN chính là tự nhiên và nhân tạo: a. Nguồn tự nhiên. * Quá trình phong hóa đá.
Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ, hàm lượng tạo ra không lớn. Đá mẹ là nguồn cung cấp đầu tiên các nguyên tố khoáng và có vai trò quan trọng trong việc tích lũy các KLN trong đất. Trong những điều kiện xác định, phụ thuộc vào các loại đá mẹ khác nhau mà các đất được hình thành có chứa hàm lượng các KLN khác nhau. Nguồn nhân tạo Ngoài nguồn từ quá trình phong hoá đá, có nhiều nguồn từ các hoạt động nhân sinh đưa kim loại vào đất.
Bao gồm: Khai khoáng và luyện kim, các hoạt động công nghiệp, lắng đọng từ khí quyển, hoạt động sản xuất nông nghiệp, chất thải đưa vào đất. * Hoạt động sản xuất nông nghiệp. Trong sản xuất nông nghiệp, con người đã làm gia tăng đáng kể hàm lượng các nguyên tố KLN trong đất. Việc sử dụng các loại phân bón (hữu cơ, vô cơ), thuốc bảo vệ thực vật, bùn thải, nước thải,.đều bổ xung KLN có thể tích lũy gây độc cho đât.
Trong thành phần của phân bón và hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) có chứa các KLN độc hại như: As, Pb, Cu, Cd, Zn. Hàm lượng KLN trong các loại phân bón khá cao. Số lượng và hàm lượng các KLN được đưa vào đất từ sản xuất nông nghiệp được thống kê trong bảng 2. Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp (ppm) Kim Phân Phân Bùn cống Phân Nước TBVT Đá vôi loại Photpho Nitơ thải chuồng tưới V As <1-1200 2-120 0,1-24 2-30 <1-25 <10 3-30 Bi - - - <1-100 - - - Cd 0,1-190 <0,1-9 <0,05-0,1 2-3000 <0,01-0,8 <0,05 - Hg 0,01-2 0,3-3 - <1-56 <0,01-0,2 - 0,6-6 Pb 4-1000 2-120 20-1250 2-7000 0,4-16 <20 11-26 Sb <1-10 - - 2-44 <0,1-0,5 - - Se 0,5-25 - <0,1 1-17 0,2-2,4 <0,05 - Te 20-23 - - - 0,2 - - Nguồn: Lê Văn Khoa (2004)[8] n 7 Asenat hiđrô chì đã từng được sử dụng nhiều trong thế kỷ 20 làm thuốc trừ sâu cho các loại cây ăn quả.
Việc sử dụng nó đôi khi tạo ra các tổn thương não đối với những người phun thuốc này. * Hoạt động công nghiệp, khai khoáng. Nguồn ô nhiễm KLN do các hoạt động công nghiệp và nước thải đô thị: Tác động của quá trình công nghiệp và đô thị đến môi trường đất xảy ra rất mạnh từ cuộc cách mạng công nghiệp ở thế kỉ 18 - 19, đặc biệt là trong những thập niên gần đây. Các chất thải có khả năng gây ô nhiễm trong đất ở mức độ lớn như chất thải công nghiệp tẩy rửa, công nghiệp phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc nhuộm, màu vẽ, thuộc da, pin, khoáng chất, mà As chứa trong những chất thải này rất nhiều.
Nước thải từ cống rãnh thành phố bao gồm cả nước thải sinh hoạt và công nghiệp cũng chứa nhiều KLN (Bảng 2. Hàm lượng các kim loại trong bùn cống rãnh đô thị mg/kg chất khô Nguyên tố Khoảng giao động Trung bình As 1,1 - 230 10 Cd 1 – 3410 10 Cu 84 - 17000 800 Fe 1000 - 154000 17000 Mn 32 - 9870 260 Nguồn: Logan, 1990 [28]. Năm 2005, Trung Quốc là nhà sản xuất asen trắng hàng đầu, chiếm gần 50% sản lượng thế giới. Sau đó là Chile và Peru, theo báo cáo của Khảo sát Địa chất Vương quốc Anh [25].
n 8 * Sự ô nhiễm đất do khai thác khoáng sản - Khoáng sản là một loại tài nguyên không tái tạo, ít khi ở dạng đơn khoáng mà thường hình thành những tập hợp khoáng vật khác nhau. Các hoạt động khai mỏ thải ra một lượng lớn KLN vào dòng nước và góp phần gây ô nhiễm cho đất.