MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đất đai là tài nguyên thiên nhiên vô cùng quý giá , là nơi cư trú cho rất nhiều loài sinh vật, là địa bàn phân bố các khu đất đai dân cư và xây dựng các cơ sở kinh tế, văn hóa xã hội, an ninh quốc phòng. Chính vì vậy đất đai đóng vai trò quyết định cho sự tồn tại và phát triển của loài người Hiện nay, cùng với ô nhiễm nước, ô nhiễm không khí thì ô nhiễm đất đang trở nên đáng báo động. Đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng trong đất chiếm tỷ lệ rất cao do quá trình phát triển của công nghiệp, nông nghiệp và khai khoáng trên phạm vi toàn cầu khiến cho nồng độ kim loại nặng ngày càng gia tăng, vượt giới hạn cho phép nhiều lần nhưng đến nay vẫn chưa có các biện pháp quản lý, xử lý chúng thích hợp.
Ô nhiễm đất làm ảnh hưởng rất lớn đến tính chất và thành phần của đất, làm giảm năng suất cây trồng, ảnh hưởng đến các sinh vật trong đất và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của con người. Vì vậy việc phòng chống và xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất có ý nghĩa quan trọng và cấp thiêt cho mỗi vùng, mỗi quốc gia. Đến nay, đã có rất nhiều phương pháp hóa – lý khác nhau được sử dụng để xử lý KLN trong đất như: Công nghệ rửa đất, công nghệ cố định tại chỗ, công nghệ xử lý bằng điện động học… Tuy nhiên, với xu hướng ô nhiễm môi trường đất diễn ra trên quy mô rộng, các phương pháp hóa lý truyền thống tỏ ra không hiệu quả vì chi phí xử lý quá cao. Từ những năm 1990, phương pháp sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm đã được giới thiệu như một loại công nghệ thương mại.
Công nghệ này được n 2 đánh giá là có nhiều ưu điểm nổi trội như: 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. Tại Việt Nam, công nghệ xử lý bằng thực vật hay sử dụng thực vật để làm sạch đất bị nhiễm KLN là một công nghệ mới được nghiên cứu trong những năm gần đây nhờ sự hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển hóa, chống chịu và loại bỏ KLN của một số loài thực vật. Việc nghiên cứu dùng thực vật trong xử lý đất bị ô nhiễm cũng đã được thực hiện và áp dụng trên thực tế đối với một số loài cây như: Cỏ Vetiver, dương xỉ, cải xoong, cây thơm ổi… Ưu điểm so với các phương pháp khác là đất sau khi được cải tạo vẫn có thể trồng cây hoàn toàn bình thường. Tại địa điểm tiến hành xử lý, chất ô nhiễm ít lan truyền sang địa điểm khác.
Sự phát triển của thực vật trên địa điểm xử lý cũng giảm được sự xói mòn đất do gió và nước từ đó ngăn ngừa sự lan truyền các chất ô nhiễm. Qua các nghiên cứu khoa học về thực vật xử lý ô nhiễm môi trường, các nhà khoa học phát hiện Cỏ linh lăng là một loại cây có khả năng tồn tại, hấp thụ các kim loại nặng trong đất. Còn ở trong môi trường đất bị ô nhiễm kim loại nặng với nồng độ khác nhau cây Cỏ linh lăng sẽ sinh trưởng và phát triển như thế nào? Khả năng hấp thụ từng kim loại nặng trong môi trường đất bị ô nhiễm với nồng độ khác nhau của nó ra sao? Để tìm hiểu vấn đề trên, được sự đồng ý của Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Môi trường trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, dưới sự hướng dẫn của cô giáo Th. Trần Thị Phả, em tiến hành thực hiện đề tài:“Nghiên cứu khả năng sinh trưởng và hấp thụ kẽm (Zn) và asen (As) của cây Cỏ linh lăng (Medicago sativa) trong các môi trường đất khác nhau”.
Mục đích nghiên cứu Thực hiện đề tài này để đánh giá khả năng xử lý đất bị ô nhiễm Zn và As của cây cỏ linh lăng. Mục tiêu nghiên cứu - Xác định khả năng sinh trưởng của cây cỏ linh lăng trong môi trường đất bị ô nhiễm Zn và As với các nồng độ khác nhau. - Xác định khả năng hấp thụ Zn và As của cây cỏ linh lăng trong các môi trường đất có nồng độ Zn khác nhau. - Xác định mối tương quan hàm lượng Zn và As trong cây cỏ linh lăng và trong mẫu đất nghiên cứu.
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 Zn và As trong mẫu đất, mẫu cây trong quá trình nghiên cứu phải có độ tin cậy cao. Ý nghĩa nghiên cứu 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.
- Đóng góp về mặt lý luận trong việc nghiên cứu khả năng xử lý đất ô nhiễm KLN của cây cỏ linh lăng trong điều kiện thí nghiệm. Ý nghĩa trong thực tiễn - Biết được khả năng sinh trưởng của cây cỏ linh lăng trong môi trường đất bị ô nhiễm Zn và As. - Đánh giá được khả năng hấp thụ kim loại Zn và As trong thân, lá và rễ của cây cỏ linh lăng trong các môi trường bị ô nhiễm với nồng độ khác nhau. n 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.
Cơ sở khoa học 2.1 Khái niệm ô nhiễm kim loại nặng 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. Một định nghĩa khác cho rằng, kim loại nặng là những nguyên tố có đặc tính kim loại và có số nguyên tử lớn hơn 20.
Các nguyên tố này thường ở dạng vết trong môi trường đất tự nhiên. Các kim loại nặng phổ biến nhất là: Cd, Cr, Cu, Zn, Pb, Hg. Trong đó, Cu và Zn là các nguyên tố vi lượng có vai trò quan trọng đối với quá trình trao đổi chất trong tế bào và là thành phần, cấu trúc của các protein và enzyme. Tuy nhiên, các nguyên tố vi lượng nói riêng và các KLN nói chung ở nồng độ cao là yếu tố cực kì độc hại đối với quá trình trao đổi chất của tế bào.
Vì vậy, ô nhiễm đất bởi tác nhân KLN có thể dẫn đến mất cân bằng của các loài động, thực vật bậc cao đặc biệt trong môi trường đất bị ô nhiễm KLN với nồng độ cao, thực vật phát triển kém, độ che phủ bề mặt thấp, hậu quả là các KLN sẽ xâm nhập vào nguồn nước mặt và nước ngầm [21]. Trong những năm gần đây, ô nhiễm KLN đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học vì tính chất bền vững của chúng. Độc tính của KLN đối với sinh vật liên quan đến cơ chế oxy hóa và độc tính gen [18]. n 5 Tác hại của KLN đối với động vật và con người là làm tổn hại hoặc giảm chức năng của hệ thần kinh trung ương, giảm năng lượng sinh học, tổn hại đến cấu trúc của máu, phổi, thận, gan, và các cơ quan khác.
Tiếp xúc với KLN trong thời gian dài có thể ảnh hưởng mãn tính đến thể chất, cơ và quá trình thoái hóa hệ thần kinh dẫn đến biểu hiện các bệnh Parkinson, bệnh teo cơ, bệnh đa xơ cứng. Hơn nữa KLN còn làm tăng các tương tác dị ứng và gây nên đột biến gen, cạnh tranh với các kim loại cần thiết trong cơ thể ở các vị trí liên kết sinh hóa và phản ứng như các kháng sinh giới hạn rộng chống lại cả vi khuẩn có lợi và có hại. Một số văn bản pháp luật liên quan - Luật Bảo vệ môi trường 2005 được Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam khóa XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005. - Nghị định số 80/2006/NĐ- CP ngày 09 tháng 08 năm 2006 của Chính phủ quy định chi tiết và hướng dẫn thi hành một sô điều của Luật Bảo vệ môi trường 2005.
- Nghị định số 21/2008/NĐ- CP ngày 28 tháng 02 năm 2008 của Chính phủ sửa đổi bổ sung một số điều của Nghị định số 80/2006/NĐ- CP ngày 09 tháng 08 năm 2006 của Chính phủ về việc quy định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường 2005. - QCVN 03: 2008/BTNMT quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép của KLN trong đất. Cơ sở thực tiễn 2. Nguồn gây ô nhiễm KLN trong đất Hiện nay, ô nhiễm KLN trong đất đang là một vấn đề môi trường cấp bách toàn cầu.
Ô nhiễm Zn trong đất chủ yếu từ 2 nguồn chính là tự nhiên và nhân tạo: n 6 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 (bảng 2.1: Hàm lượng của các kim loại điển hình trong các loại đá Đơn vị: (µg/g) Đá macma Đá trầm tích Nguyên tố Siêu bazơ Bazơ Granít Đá vôi Sa thạch Phiến sét 200 35 Cr 2000-2980 4 10-11 90-100 1500- 4-60 Mn 1040-1300 400-500 620-1100 850 2200 0,3 Co 110-150 1 0,1-4 19-20 35-50 2-9 Ni 2000 0,5 7-12 68-70 150 30 Cu 10-42 10-13 5,5-15 39-50 90-100 16-30 Zn 50-58 40-52 20-25 100-120 100 0,05 Cd 0,12 0,09-0,2 0,028-0,1 0,2 0,13-0,2 0,5 Sn 0,5 3-3,5 0,5-4 4-6 1-1,5 0,03- Hg 0,004 0,08 0,05-0,16 0,18-0,5 0,01-0,08 0,29 Pb 0,1-14 20-24 5,7-7 20-23 3-5 8-10 Nguồn: Levison, 1974 [22] Thường thì, hàm lượng của các kim loại trong đá macma nhiều hơn so với trong đá trầm tích, ước tính nguồn tự nhiên của các kim loại vi lượng trong đất thì có 95% thuộc đá macma và đá biến chất, 5% còn lại thuộc đá trầm tích. Trong đá trầm tích thì nguồn của các kim loại 80% là trong đá n 7 phiến sét, 15% trong đá sa thạch và 5% trong đá vôi. Hàm lượng của Mn, Cr, Co, Ni, Cu và Zn xuất hiện ở hàm lượng cao trong hầu hết các loại đá.