Nghiên Cứu Sử Dụng Cỏ Vetiver Để Cải Tạo Đất Ô Nhiễm Pb, As Ở Tỉnh Thái Nguyên

Nghiên cứu cỏ vetiver giúp cải tạo đất ô nhiễm Pb, As sau khai thác khoáng sản tại Thái Nguyên, mang lại hiệu quả môi trường tích cực.

• Tác giả: Lương Thị Thúy Vân
• Người hướng dẫn: PGS. Lương Văn Hinh
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Trồng trọt
• Đề tài: Nghiên Cứu Sử Dụng Cỏ Vetiver Cải Tạo Đất Ô Nhiễm Pb, As Tại Thái Nguyên
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ nông nghiệp
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• Lời cam đoan
• Danh mục ký hiệu các chữ viết tắt
• Danh mục bảng
• Danh mục hình
• MỞ ĐẦU
• Tính cấp thiết của đề tài
• Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Đối tượng nghiên cứu
• Phạm vi nghiên cứu
• Ý nghĩa của đề tài
• Ý nghĩa khoa học của đề tài
• Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• Những đóng góp mới của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất
• 1.1.1. Khái niệm về kim loại nặng
• 1.1.2. Đất ô nhiễm kim loại nặng do các hoạt động khai thác khoáng sản
• 1.1.3. Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm đất do kim loại nặng
• 1.1.4. Sự tồn tại và chuyển hóa của các nguyên tố Pb, As ở trong đất và trong cây
• 1.2. Sử dụng thực vật xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng
• 1.2.1. Khái niệm chung
• 1.2.2. Các biện pháp sử dụng thực vật xử lý kim loại nặng trong đất
• 1.2.3. Tiêu chuẩn loài thực vật sử dụng để xử lý kim loại nặng trong đất
• 1.2.4. Phương pháp xử lý thực vật sau khi tích lũy chất ô nhiễm
• 1.2.5. Ưu điểm và hạn chế của biện pháp sử dụng thực vật xử lý kim loại nặng trong đất
• 1.2.6. Một số kết quả nghiên cứu sử dụng thực vật để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới và Việt Nam
• 1.3. Một số đặc điểm cơ bản của cỏ Vetiver và tình hình nghiên cứu sử dụng cỏ Vetiver cải tạo đất ô nhiễm
• 1.3.1. Một số đặc điểm cơ bản của cỏ Vetiver
• 1.3.2. Tình hình nghiên cứu, sử dụng cỏ Vetiver cải tạo đất ô nhiễm trên thế giới và Việt Nam
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất
• 2.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm
• 2.3.3. Phương pháp thu mẫu và xác định các chỉ tiêu sinh trưởng của cây
• 2.3.4. Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất do quá trình khai thác khoáng sản tại khu vực khai thác thiếc (xã Hà Thượng, huyện Đại Từ) và khu vực khai thác chì - kẽm (xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ) tỉnh Thái Nguyên
• 3.1.1. Khu vực khai thác thiếc xã Hà Thượng - Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên
• 3.1.2. Khu vực khai thác quặng Pb - Zn làng Hích, Đồng Hỷ, Thái Nguyên
• 3.2. Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm do quá trình khai thác khoáng sản
• 3.2.1. Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy Pb của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm
• 3.2.2. Nghiên cứu khả năng sinh trưởng và tích lũy As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm
• 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón đến khả năng sinh trưởng và khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm
• 3.3.1. Ảnh hưởng của phân bón đến khả năng phân nhánh của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As
• 3.3.2. Ảnh hưởng của phân bón đến chiều cao thân lá và chiều dài rễ của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As
• 3.3.3. Ảnh hưởng của phân bón đến sinh khối của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As
• 3.3.4. Ảnh hưởng của phân bón đến khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm
• 3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ trồng đến sinh trưởng, phát triển và tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver
• 3.4.1. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến khả năng đẻ nhánh của cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As
• 3.4.2. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến chiều cao thân lá và chiều dài rễ của cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As
• 3.4.3. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến sinh khối của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As
• 3.4.4. Ảnh hưởng của mật độ đến khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm
• 3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của chu kỳ thu hoạch đến sinh khối và khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm
• 3.5.1. Ảnh hưởng của chu kỳ thu hoạch đến sinh khối của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As
• 3.5.2. Ảnh hưởng của chu kỳ thu hoạch đến khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver
• 3.6. So sánh tính chất của đất ô nhiễm Pb, As trước và sau khi trồng cỏ Vetiver
• 3.7. Đề xuất biện pháp kỹ thuật trồng cỏ Vetiver cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng do quá trình khai thác khoáng sản
• 3.7.1. Thời vụ trồng cỏ
• 3.7.2. Mật độ trồng, phương pháp trồng
• 3.7.3. Xử lý sinh khối
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Về Cỏ Vetiver Cải Tạo Đất Thái Nguyên

Thái Nguyên, với trữ lượng khoáng sản phong phú và hoạt động khai thác sôi nổi, đối mặt với thách thức ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng như chì (Pb) và arsenic (As). Các hoạt động khai thác, chế biến khoáng sản, sử dụng công nghệ lạc hậu, thiếu hệ thống xử lý chất thải hiệu quả đã gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường đất và nước. Đất ô nhiễm kim loại nặng làm giảm năng suất cây trồng, suy thoái thảm thực vật và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng cỏ Vetiver – một giải pháp sinh học tiềm năng – để cải tạo đất ô nhiễm tại Thái Nguyên. Nghiên cứu của Võ Văn Minh (2008) và Truong P. cho thấy tiềm năng của cỏ Vetiver. Đề tài này tiếp tục khẳng định khả năng cải tạo đất của cỏ Vetiver, đồng thời đề xuất các biện pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện canh tác địa phương, góp phần phục hồi diện tích đất thoái hóa, ô nhiễm sau khai thác khoáng sản.

1.1. Hiện Trạng Ô Nhiễm Kim Loại Nặng tại Thái Nguyên

Hoạt động khai thác khoáng sản, đặc biệt là khai thác thiếc, chì và kẽm, đã gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng tại một số khu vực của Thái Nguyên. Chất thải từ các mỏ, chứa kim loại nặng, được thải trực tiếp ra môi trường, gây ô nhiễm đất và nước. Quá trình này không chỉ ảnh hưởng đến năng suất nông nghiệp mà còn đe dọa sức khỏe cộng đồng. Theo nghiên cứu, sau khai thác, tầng đất mặt bị xáo trộn, trơ sỏi đá, gây xói mòn và tích tụ các chất rắn, ảnh hưởng đến chất lượng đất và nước.

1.2. Giới Thiệu Về Cỏ Vetiver và Khả Năng Phyto remediation

Cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides) là một loài cỏ có khả năng thích nghi cao với nhiều điều kiện môi trường khác nhau. Đặc biệt, nó có khả năng phyto-remediation, tức là khả năng hấp thụ và tích lũy các chất ô nhiễm, bao gồm cả kim loại nặng, từ đất. Ứng dụng cỏ Vetiver trong cải tạo đất ô nhiễm là một giải pháp sinh học hiệu quả, chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Đây là một quá trình mà thực vật được dùng để loại bỏ, di chuyển, tinh lọc các chất ô nhiễm thông qua nhiều cơ chế thuộc phạm trù chức năng của thực vật, sau đó được thu hoạch và xử lý như chất thải nguy hại.

II. Vấn Đề Ảnh Hưởng Của Ô Nhiễm Pb As Đến Môi Trường Đất

Ô nhiễm chì (Pb) và ô nhiễm arsenic (As) không chỉ gây hại cho môi trường đất mà còn ảnh hưởng tiêu cực đến chuỗi thức ăn và sức khỏe con người. Ảnh hưởng của ô nhiễm Pb, As đến đất thể hiện ở việc làm giảm độ phì nhiêu, thay đổi cấu trúc đất, và ức chế sự phát triển của vi sinh vật có lợi. Kim loại nặng có thể tích lũy trong cây trồng và vật nuôi, gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng khi con người tiêu thụ. Việc xử lý đất ô nhiễm bằng các phương pháp truyền thống thường tốn kém và gây ra những tác động tiêu cực khác đến môi trường. 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 kim loại nặng 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.

2.1. Tác Động Của Ô Nhiễm Kim Loại Nặng Đến Nông Nghiệp Thái Nguyên

Đất nông nghiệp ô nhiễm tại Thái Nguyên gây ra những tổn thất lớn về năng suất và chất lượng cây trồng. Kim loại nặng tích lũy trong cây trồng có thể vượt quá giới hạn cho phép, khiến sản phẩm nông nghiệp không an toàn cho người tiêu dùng. Điều này ảnh hưởng đến sinh kế của người nông dân và uy tín của nông sản địa phương. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng quá trình ô nhiễm đất và nước dẫn đến làm giảm năng suất cây trồng, làm nghèo thảm thực vật, suy giảm sự đa dạng sinh học, đồng thời chúng có tác động ngược lại làm cho quá trình xói mòn, rửa trôi thoái hóa đất diễn ra nhanh hơn.

2.2. Nguy Cơ Sức Khỏe Từ Ô Nhiễm Kim Loại Nặng Trong Đất

Sự tích lũy kim loại nặng trong đất có thể dẫn đến ô nhiễm nguồn nước và thực phẩm, gây ra các bệnh mãn tính và nguy hiểm cho sức khỏe con người. Đặc biệt, trẻ em và phụ nữ mang thai là những đối tượng dễ bị tổn thương nhất. Việc tiếp xúc lâu dài với đất ô nhiễm có thể gây ra các vấn đề về thần kinh, tiêu hóa và hệ miễn dịch. Việc xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng rất phức tạp và thường không triệt để do tính chất của đất bị thay đổi khi liên kết với kim loại nặng.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Khả Năng Của Cỏ Vetiver Hấp Thụ Pb As

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá khả năng hấp thụ kim loại nặng của cỏ Vetiver (Pb, As) trong điều kiện thực tế tại Thái Nguyên. Các thí nghiệm được thực hiện để xác định khả năng sinh trưởng, phát triển và tích lũy kim loại nặng của cỏ Vetiver trên các loại đất ô nhiễm khác nhau. Nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố môi trường và biện pháp canh tác đến hiệu quả cải tạo đất của cỏ Vetiver. Từ năm 2006 - 2010, đề tài tiến hành khảo sát và xác định hàm lượng kim loại nặng ở 2 vùng mỏ khai thác khoáng sản của tỉnh Thái Nguyên; nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trong đất ô nhiễm thực hiện tại trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.

3.1. Thiết Kế Thí Nghiệm Đánh Giá Khả Năng Chịu Đựng và Tích Lũy

Các thí nghiệm được thiết kế để đánh giá khả năng chống chịu và tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver ở các nồng độ ô nhiễm khác nhau. Các chỉ số sinh trưởng như chiều cao cây, số lượng nhánh, sinh khối và hàm lượng kim loại nặng trong cây được đo lường và phân tích để đánh giá hiệu quả của cỏ Vetiver trong việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng.

3.2. Phân Tích Hàm Lượng Kim Loại Nặng Trong Đất và Cây

Mẫu đất và mẫu cây cỏ Vetiver được thu thập định kỳ và phân tích để xác định hàm lượng Pb, As. Phương pháp phân tích hiện đại như ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) được sử dụng để đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả.

3.3. Nghiên cứu Ảnh hưởng của Phân Bón và Mật Độ Trồng Cỏ Vetiver

Nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng của phân bón đến khả năng sinh trưởng và tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver. Các loại phân bón khác nhau được sử dụng để xác định loại phân bón nào có thể tăng cường hiệu quả cải tạo đất của cỏ Vetiver. Ngoài ra, ảnh hưởng của mật độ trồng đến sinh trưởng, phát triển và tích lũy Pb, As của cỏ cũng được nghiên cứu.

IV. Kết Quả Đánh Giá Hiệu Quả Của Cỏ Vetiver Cải Tạo Đất Ô Nhiễm

Kết quả nghiên cứu cho thấy cỏ Vetiver có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt trên đất ô nhiễm Pb, As tại Thái Nguyên. Cỏ có khả năng tích lũy một lượng đáng kể kim loại nặng trong thân, lá và rễ. Việc sử dụng phân bón phù hợp và mật độ trồng hợp lý có thể tăng cường hiệu quả cải tạo đất của cỏ Vetiver. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng cỏ Vetiver trong việc cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng tại Thái Nguyên và các khu vực khác có điều kiện tương tự. Kết quả nghiên cứu của đề tài khẳng định, khi trồng cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản, cỏ có khả năng chống chịu tốt và tích lũy Pb, As với hàm lượng cao trong cây.

4.1. Khả Năng Tích Lũy Pb As Của Cỏ Vetiver ở Các Bộ Phận Cây

Nghiên cứu cho thấy cỏ Vetiver có khả năng tích lũy Pb, As cao hơn trong rễ so với thân và lá. Tuy nhiên, hàm lượng kim loại nặng tích lũy trong các bộ phận cây vẫn phụ thuộc vào nồng độ ô nhiễm trong đất và giai đoạn sinh trưởng của cây. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng cỏ có khả năng chống chịu tốt và tích lũy Pb, As với hàm lượng cao trong cây.

4.2. Tác Động Của Phân Bón Đến Khả Năng Tích Lũy Kim Loại Nặng

Việc sử dụng một số loại phân bón, đặc biệt là phân hữu cơ, có thể tăng cường khả năng hấp thụ và tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver. Phân bón cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cây và giúp cây tăng cường khả năng chịu đựng môi trường ô nhiễm. Nghiên cứu này đưa ra những biện pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện canh tác ở địa phương nhằm cải tạo, phục hồi diện tích đất bị thoái hóa và ô nhiễm sau khai thác khoáng sản.

4.3. Ảnh Hưởng Của Mật Độ Trồng Đến Hiệu Quả Cải Tạo Đất

Mật độ trồng cỏ Vetiver có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả cải tạo đất. Mật độ trồng quá dày có thể làm giảm sự phát triển của cây do cạnh tranh dinh dưỡng, trong khi mật độ trồng quá thưa có thể làm giảm khả năng che phủ và hấp thụ kim loại nặng của đất. Nghiên cứu tìm ra mật độ trồng tối ưu để đạt hiệu quả cải tạo đất cao nhất.

V. Đề Xuất Giải Pháp Biện Pháp Kỹ Thuật Trồng Cỏ Vetiver Cải Tạo Đất

Dựa trên kết quả nghiên cứu, đề tài đề xuất một số biện pháp kỹ thuật trồng cỏ Vetiver để cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng tại Thái Nguyên. Các biện pháp này bao gồm lựa chọn giống cỏ phù hợp, chuẩn bị đất, bón phân, mật độ trồng và chế độ chăm sóc. Việc áp dụng các biện pháp này có thể giúp tăng cường hiệu quả cải tạo đất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học rất có ý nghĩa cho việc nghiên cứu và sử dụng cỏ Vetiver cải tạo đất ô nhiễm nói chung, đặc biệt là những vùng đất ô nhiễm kim loại nặng do quá trình khai thác khoáng sản.

5.1. Lựa Chọn Thời Vụ và Phương Pháp Trồng Cỏ Vetiver

Thời vụ trồng cỏ Vetiver tốt nhất là vào mùa mưa, khi đất có độ ẩm cao. Phương pháp trồng có thể là trồng bằng hom hoặc bằng cây con. Cần đảm bảo rằng cây con được trồng ở độ sâu phù hợp và có đủ ánh sáng để phát triển.

5.2. Quy Trình Chăm Sóc và Thu Hoạch Cỏ Vetiver

Cần đảm bảo rằng cỏ Vetiver được tưới nước đầy đủ, đặc biệt là trong giai đoạn đầu sau khi trồng. Bón phân định kỳ để cung cấp dinh dưỡng cho cây. Thu hoạch cỏ sau một thời gian nhất định để loại bỏ kim loại nặng đã tích lũy trong cây.

5.3. Xử Lý Sinh Khối Cỏ Vetiver Sau Thu Hoạch

Sau khi thu hoạch, sinh khối cỏ Vetiver chứa kim loại nặng cần được xử lý một cách an toàn. Có thể sử dụng các phương pháp như đốt, ủ phân hoặc chôn lấp an toàn để ngăn chặn sự phát tán của kim loại nặng ra môi trường.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Cỏ Vetiver

Nghiên cứu này đã chứng minh tiềm năng của cỏ Vetiver trong việc cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng tại Thái Nguyên. Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu để tối ưu hóa các biện pháp canh tác và đánh giá hiệu quả lâu dài của việc sử dụng cỏ Vetiver trong cải tạo đất. Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc xác định cơ chế hấp thụ và tích lũy kim loại nặng của cỏ Vetiver, đánh giá tác động của cỏ Vetiver đến hệ sinh thái đất, và phát triển các phương pháp xử lý sinh khối cỏ Vetiver sau thu hoạch một cách hiệu quả và bền vững. Đề tài “Nghiên cứu sử dụng cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides (L.) Nash) để cải tạo đất bị ô nhiễm Pb, As sau khai thác khoáng sản ở tỉnh Thái Nguyên” được tiến hành trực tiếp trên môi trường đất bị ô nhiễm Pb, As do nước thải của mỏ khai thác khoáng sản, vì vậy kết quả nghiên cứu của đề tài hoàn toàn có ý nghĩa thực tiễn nên việc lựa chọn biện pháp sử dụng cỏ Vetiver để cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng là hoàn toàn khả thi.

6.1. Đánh Giá Tính Khả Thi Kinh Tế Của Giải Pháp Cỏ Vetiver

Cần đánh giá chi phí và lợi ích của việc sử dụng cỏ Vetiver trong cải tạo đất so với các phương pháp truyền thống khác. Điều này sẽ giúp đưa ra quyết định về việc áp dụng giải pháp cỏ Vetiver một cách hiệu quả và bền vững.

6.2. Nghiên Cứu Cơ Chế Sinh Học Đằng Sau Quá Trình Phyto remediation

Hiểu rõ cơ chế cải tạo đất của cỏ Vetiver sẽ giúp tối ưu hóa quá trình phyto-remediation và phát triển các giống cỏ Vetiver có khả năng hấp thụ kim loại nặng tốt hơn.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp với đề tài "Nghiên cứu sử dụng cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides (L.) Nash) để cải tạo đất bị ô nhiễm Pb, As sau khai thác khoáng sản ở tỉnh Thái Nguyên" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Lương Thị Thúy Vân, chuyên ngành Trồng trọt (mã số: 62.01), dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Lương Văn Hinh và TS. Trần Văn Tựa. Công trình được hoàn thành tại Đại học Thái Nguyên vào năm 2012, với sự tài trợ kinh phí từ Bộ Khoa học và Công nghệ thông qua đề tài cấp Nhà nước mang mã số KC.04/06-10.

Thái Nguyên là địa phương có nguồn tài nguyên khoáng sản đa dạng với nhiều cơ sở khai khoáng và luyện kim. Tuy nhiên, hoạt động khai thác than, quặng kim loại (thiếc, chì - kẽm, sắt...) cùng công nghệ chế biến và tuyển rửa lạc hậu đã thải trực tiếp ra môi trường lượng lớn chất thải rắn, quặng đuôi và nước thải chưa qua xử lý triệt để. Tình trạng này phá vỡ cân bằng sinh thái, gây ô nhiễm nghiêm trọng môi trường đất và nước bởi các kim loại nặng và á kim độc hại như chì (Pb), asen (As), cadimi (Cd), kẽm (Zn), đồng (Cu). Đất sau khai thác bị xáo trộn tầng mặt, trơ sỏi đá, dễ xói mòn, sạt lở và hình thành dòng axit mỏ hòa tan kim loại nặng, làm suy giảm năng suất cây trồng, thu hẹp quỹ đất canh tác nông - lâm nghiệp và đe dọa sức khỏe cộng đồng qua chuỗi thức ăn.

Các giải pháp hóa - lý truyền thống (rửa đất, đóng kén bê tông, nhiệt hóa, chuyển đất chôn lấp) có chi phí xử lý quá cao, không khả thi trên diện tích lớn tại các nước đang phát triển và làm mất đi hoạt tính sinh học tự nhiên của đất. Ngược lại, công nghệ sử dụng thực vật (Phytoremediation) là hướng tiếp cận có chi phí thấp, thân thiện với môi trường và duy trì được cấu trúc đất. Mặc dù loài cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides) đã được thử nghiệm để chống sạt lở, chống xói mòn và xử lý nước thải tại nhiều địa phương, nhưng các công trình nghiên cứu có hệ thống về khả năng chống chịu, tích lũy Pb, As và quy trình canh tác nông học cải tạo đất mỏ của loài cỏ này tại Việt Nam vẫn còn thiếu vắng.

Luận án xác định 4 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất tại khu vực khai thác thiếc (xã Hà Thượng, huyện Đại Từ) và khu vực khai thác chì - kẽm (xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ) thuộc tỉnh Thái Nguyên.
2. Đánh giá khả năng chống chịu và khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As.
3. Nghiên cứu một số biện pháp nông học (bón phân, mật độ trồng, chu kỳ thu hoạch) nhằm nâng cao khả năng cải tạo đất ô nhiễm của cỏ Vetiver.
4. Đề xuất một số biện pháp kỹ thuật sử dụng cỏ Vetiver để cải tạo, xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng do quá trình khai thác khoáng sản.

Đối tượng nghiên cứu là giống cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides (L.) Nash) dòng Nam Ấn Độ do Trung tâm nghiên cứu Đất và Phân bón vùng trung du (Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang) cung cấp, trồng trên môi trường đất ô nhiễm Pb và As sau khai thác mỏ. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn từ năm 2006 đến năm 2010. Địa bàn khảo sát và thí nghiệm ngoài đồng ruộng bao gồm: khu ruộng ô nhiễm As dưới mỏ thiếc (thôn 7, xứ Đồng Nhi, xã Hà Thượng, huyện Đại Từ) và đất ô nhiễm Pb do khai thác quặng chì - kẽm (khu vực xóm Làng Mới, xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên); các thí nghiệm trong chậu được triển khai tại Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng thuật toàn diện các cơ sở lý luận và công trình nghiên cứu trong nước cũng như quốc tế về ô nhiễm kim loại nặng và công nghệ xử lý đất bằng thực vật:

Thực trạng ô nhiễm đất do hoạt động khai thác mỏ: Các nghiên cứu của H. Lim và cộng sự (2004) tại mỏ vàng - bạc Songcheon (Hàn Quốc) ghi nhận hàm lượng As trong bãi thải quặng lên đến 3.584 - 143.813 ppm, Pb đạt 125 - 50.803 ppm. Báo cáo của ANZ (1992) tại các mỏ vàng ở Úc chỉ ra hàm lượng As trong chất thải đạt 1.120 ppm, Pb đạt 353 ppm. Tại Việt Nam, kết quả khảo sát của Lưu Thế Anh (2007), Lê Đức và cs (2006), Lê Văn Khoa và cs (2000, 2007) cho thấy hoạt động khai thác khoáng sản tại các mỏ pyrit Giáp Lai, mỏ Pb-Zn Chợ Điền, mỏ thiếc Sơn Dương và Đại Từ đã gây suy thoái đất nghiêm trọng. Báo cáo của Công ty Gang thép Thái Nguyên (2006) tại mỏ sắt Trại Cau cho thấy hàm lượng Fe trong nước thải vượt 670 lần, Pb vượt 6,7 lần, As vượt 3,78 - 3,88 lần quy chuẩn. Tại Đại Từ, đá thải chứa arsenopirit khiến hàm lượng As trung bình đạt 5.000 mg/kg, vượt QCVN 03:2008/BTNMT tới 417 lần.

Vị trí đất tại mỏ Songcheon (Hàn Quốc)	As (ppm)	Cd (ppm)	Cu (ppm)	Pb (ppm)	Zn (ppm)
Bãi thải quặng	3.584 - 143.813	2,2 - 20	30 - 749	125 - 50.803	580 - 7.541
Đất vùng núi	695 - 3.082	1,32	36 - 89	63 - 428	115 - 795
Đất trang trại	7 - 626	0,75	13 - 673	23 - 290	63 - 110
Mức đất bình thường thế giới	6,0	0,35	30	35	90

Nghiên cứu sử dụng thực vật trên thế giới: Các công bố của Raskin và cs (1997, 2000), Robinson và cs (2003), Chaney và cs (1997, 2005), Salt và cs (1995, 1998), Ghosh và Singh (2005) đã hệ thống hóa các loài thực vật "siêu tích tụ" thuộc các họ Cải (Brassicaceae), họ Đậu (Fabaceae), họ Cúc (Asteraceae)... Thí nghiệm của Lombi và cs (2000) chứng minh loài dương xỉ Pteris vittata L. có thể tích lũy tới 14.500 ppm As mà không bị tổn thương mô lá. Nghiên cứu của Paul Truong (2004) xác định cỏ Vetiver có ngưỡng chịu đựng kim loại nặng trong đất và mô thực vật vượt trội: chịu được Pb trong đất > 1.500 mg/kg (trong cây > 78 mg/kg), Cd trong đất 20 - 60 mg/kg, Zn > 750 mg/kg. Truong cũng chỉ ra quy luật phân bố: 1 - 5% As, Cd, Cr, Hg vận chuyển lên thân lá; 16 - 33% Cu, Pb, Ni, Se lên thân lá; và 40% Zn phân bố đều giữa rễ và thân lá. Nghiên cứu của Xia H. (2004) tại bãi thải mỏ Pb/Zn Lechang (Quảng Đông, Trung Quốc) chứng minh cỏ Vetiver sinh trưởng vượt trội so với các loài cỏ Paspalum notatum, Cynodon dactylon và Imperata cylindrica.

Kim loại nặng	Ngưỡng chịu trong đất (mg/kg) - Cỏ Vetiver	Ngưỡng chịu trong đất (mg/kg) - Cây cỏ khác	Ngưỡng chịu trong cây (mg/kg) - Cỏ Vetiver	Ngưỡng chịu trong cây (mg/kg) - Cây cỏ khác
Cadmi (Cd)	20 - 60	1,5	45 - 48	5 - 20
Crôm (Cr)	200 - 600	-	5 - 18	0,02 - 0,2
Chì (Pb)	> 1.500	-	> 78	-
Thủy ngân (Hg)	> 6	-	> 0,12	-
Niken (Ni)	100	7 - 10	347	10 - 30
Kẽm (Zn)	> 750	-	880	-

Các công trình nghiên cứu tại Việt Nam: Nguyễn Tiến Cư và cs (2008) bước đầu xác định cỏ Vetiver sinh trưởng tốt trên đất ô nhiễm Pb từ 1.400,50 đến 2.530,00 ppm, tích lũy trong rễ 509,42 - 2.311,53 ppm và lên thân lá 2,73 - 40,24 ppm. Võ Văn Minh (2010) khảo sát cỏ Vetiver tại bãi rác Khánh Sơn và bãi phế liệu Hòa Minh (Đà Nẵng), ghi nhận khả năng hút kim loại và làm giàu mùn đất. Trần Văn Tựa và cs (2007) ứng dụng cỏ Vetiver xử lý nước ô nhiễm Cr và Ni. Bùi Thị Kim Anh, Đặng Đình Kim và cs (2005) khảo sát loài dương xỉ Pteris vittata và Pityrogramma calomelanos tại vùng mỏ Thái Nguyên.

Khoảng trống học thuật mà luận án giải quyết là: cung cấp những dẫn liệu thực nghiệm đầy đủ, định lượng chính xác khả năng chống chịu, tích lũy Pb và As trong từng cơ quan sinh dưỡng của cỏ Vetiver, đồng thời xây dựng tổ hợp biện pháp kỹ thuật nông học (phân bón, mật độ, chu kỳ cắt thu sinh khối) nhằm phục hồi trực tiếp các diện tích đất mỏ ô nhiễm tại Thái Nguyên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên cơ sở khoa học về công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật (Phytoremediation), bao gồm 3 cơ chế xử lý chính:

1. Cố định chất ô nhiễm bằng thực vật (Phytostabilization): Dùng hệ rễ dày đặc làm giảm tính linh động, cố định kim loại trong vùng quyển rễ hoặc kết tủa trên bề mặt rễ, hạn chế thấm sâu vào nước ngầm và chống xói mòn đất.
2. Tách chiết chất ô nhiễm bằng thực vật (Phytoextraction): Cây hấp thu kim loại qua rễ, chuyển vận lên các bộ phận khí sinh (thân, lá) có sinh khối lớn, sau đó thu gom và xử lý sinh khối an toàn.
3. Bay hơi nhờ thực vật (Phytovolatilization): Cây hấp thu các chất ô nhiễm và chuyển hóa thành các hợp chất khí bay hơi qua khí khổng vào khí quyển.

Công trình áp dụng tiêu chuẩn lựa chọn loài thực vật theo Chaney và cs (1997): sinh trưởng nhanh, sinh khối lớn, hệ rễ sâu, chống chịu nồng độ độc chất cao và có khả năng tích lũy kim loại. Cỏ Vetiver đáp ứng toàn bộ các tiêu chí này: là thực vật C4, rễ dạng chùm cắm sâu tới 3 - 4 m sau 2 năm, chịu biên độ nhiệt rộng (từ -22°C đến trên 40°C), chịu được pH từ 3,3 đến 12,5, không tạo hạt phát tán xâm lấn (nhân giống vô tính).

Quy chuẩn Việt Nam QCVN 03:2008/BTNMT về giới hạn tối đa kim loại nặng trong tầng đất mặt (ppm):
- As: Đất nông nghiệp: 12 | Đất lâm nghiệp: 12 | Đất dân sinh: 12 | Đất thương mại/dịch vụ: 12 | Đất công nghiệp: 12
- Cd: Đất nông nghiệp: 2  | Đất lâm nghiệp: 2  | Đất dân sinh: 5  | Đất thương mại/dịch vụ: 10 | Đất công nghiệp: 5
- Pb: Đất nông nghiệp: 70 | Đất lâm nghiệp: 100| Đất dân sinh: 120| Đất thương mại/dịch vụ: 300| Đất công nghiệp: 200
- Zn: Đất nông nghiệp: 200| Đất lâm nghiệp: 200| Đất dân sinh: 200| Đất thương mại/dịch vụ: 300| Đất công nghiệp: 300

Phương pháp nghiên cứu thực địa và phòng thí nghiệm bao gồm:

• Phương pháp lấy mẫu đất: Tiến hành từ tháng 6 đến tháng 12/2006, lấy mẫu đất tầng mặt (0 - 20 cm) tại 7 điểm thuộc khu vực mỏ thiếc xã Hà Thượng (HT1 đến HT7) và 7 điểm thuộc mỏ chì - kẽm xã Tân Long (TL1 đến TL7).

Ký hiệu	Tọa độ địa lý	Đặc điểm và lý lịch điểm lấy mẫu đất
HT1	N: 22°04’23’’ - E: 106°09’55’’	Đất sau ruộng nhà ông Hợi, có cỏ mọc bình thường
HT2	N: 22°04’32’’ - E: 106°09’55’’	Mẫu đất hỗn hợp tại ruộng ông Hợi (cạnh nhà ông Thắng)
HT3	N: 22°05’45’’ - E: 106°08’25’’	Khu vực Hang Rắn (xóm 6), cỏ mọc được
HT4	N: 22°04’59’’ - E: 106°09’53’’	Khu vực nhà ông Thắng (xóm 7), ruộng lúa bỏ hoang 6 - 7 năm
HT5	N: 22°05’45’’ - E: 106°08’25’’	Cạnh suối Cát - Hang Rắn, hầu như không có thực vật mọc
HT6	N: 22°06’27’’ - E: 106°09’23’’	Đất thải sau khi tuyển (mới thải, chưa lắng đọng)
HT7	N: 22°05’09’’ - E: 106°09’60’’	Đất thải sau khi tuyển (đã lắng đọng một thời gian)
TL1	N: 21°30’00’’ - E: 105°41’28’’	Đất đồi không chịu tác động của hoạt động mỏ
TL2	N: 21°43’38’’ - E: 105°51’19’’	Gần khu bãi thải mỏ cũ (đất trồng ngô sau thu hoạch)
TL3	N: 21°43’58’’ - E: 105°51’19’’	Đất tại khu giữa bãi thải mới, có cỏ mọc
TL4	N: 21°43’58’’ - E: 105°51’19’’	Đất ở giữa bãi thải, không có cỏ mọc
TL5	N: 22°02’90’’ - E: 106°25’45’’	Ruộng lúa nhà ông Chức, cạnh mương thải nhà máy
TL6	N: 21°33’34’’ - E: 105°54’37’’	Đất trầm tích bãi thải chính
TL7	N: 21°43’58’’ - E: 105°51’19’’	Đất vùng giữa bãi thải chính (nhà anh Hoạt)

• Phương pháp bố trí thí nghiệm:
  • Thí nghiệm trong chậu: Nghiên cứu ngưỡng chống chịu, tỷ lệ sống, khả năng đẻ nhánh, chiều cao thân lá, chiều dài rễ, sinh khối tươi (FW), sinh khối khô (DW) và lượng tích lũy Pb, As theo các dải nồng độ kim loại bổ sung.
  • Thí nghiệm ngoài đồng: Bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD) để đánh giá ảnh hưởng của các công thức phân bón (NPK, phân chuồng, vôi bột, phân lân nung chảy DAP), mật độ khoảng cách trồng, và chu kỳ cắt tỉa thu hoạch sinh khối (3 tháng, 6 tháng, 9 tháng, 12 tháng).
• Phương pháp phân tích: Xử lý mẫu thực vật và mẫu đất, xác định hàm lượng kim loại tổng số và dạng dễ tiêu bằng phương pháp khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS). Xử lý thống kê và kiểm định sai khác trung bình bằng phần mềm SAS (Statistical Analysis System).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương 1 tổng thuật sâu sắc về lý thuyết kim loại nặng, chu trình chuyển hóa địa hóa của Pb và As trong đất, các tiêu chuẩn môi trường quốc tế (Hà Lan, Ba Lan, Anh, Đức, Nhật Bản, Áo, Canada) và Việt Nam (QCVN 03:2008/BTNMT). Tác giả phân tích rõ Pb có tính linh động thấp (chu kỳ bán hủy trong đất từ 800 đến 6.000 năm), bị hấp phụ mạnh bởi khoáng sét và mùn, tích lũy chủ yếu ở rễ thực vật (chỉ khoảng 3% chuyển dịch lên ngọn do rào cản nội bì). Ngược lại, As tồn tại dưới dạng asenat ($AsO_4^{3-}$) trong môi trường oxy hóa và asenit ($As(III)$) trong môi trường khử; dạng As(III) có độ tan và độc tính cao gấp 5 - 10 lần As(V). Sự hút thu As của cây chịu tác động lớn bởi hàm lượng photpho và vôi trong đất.

Chương này cũng phân tích đặc điểm hình thái học, hệ thống rễ sợi ăn sâu, tính chịu hạn, khả năng chịu úng, tính chịu kiềm/chua (pH 3,3 - 12,5) và năng lực hấp thụ kim loại nặng vượt trội của cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides), đồng thời tổng kết kinh nghiệm trồng cỏ Vetiver cải tạo đất mỏ tại Australia, Trung Quốc, Nam Phi và Việt Nam.

Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết nguồn gốc vật liệu thực vật là giống cỏ Vetiver nhân giống vô tính từ Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, đất nghiên cứu lấy từ hai điểm nóng ô nhiễm mỏ tại Thái Nguyên. Tác giả trình bày phương pháp định vị tọa độ GPS và lý lịch 14 điểm lấy mẫu đất đại diện (HT1 - HT7 tại Đại Từ và TL1 - TL7 tại Đồng Hỷ). Thiết kế hệ thống thí nghiệm chậu khảo sát khả năng sinh trưởng và tích lũy Pb, As của cỏ theo thời gian (các giai đoạn sinh trưởng 30, 60, 90, 120 ngày sau trồng).

Chương này quy định rõ các chỉ tiêu theo dõi ngoài đồng ruộng gồm: khả năng đẻ nhánh (nhánh/bụi), chiều cao cây (cm), chiều dài rễ (cm), khối lượng chất xanh và sinh khối khô của thân lá và rễ (g/bụi hoặc tấn/ha). Phương pháp phân tích đất và cây thực hiện theo các Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) và quốc tế, định lượng kim loại qua quang phổ phát xạ/khối phổ ICP-MS, và kiểm định phương sai ANOVA thông qua phần mềm thống kê SAS.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 trình bày toàn bộ kết quả thực nghiệm đạt được từ các nghiên cứu khảo sát và bố trí thí nghiệm:

1. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng tại vùng mỏ: Kết quả phân tích tại khu vực khai thác thiếc Hà Thượng (Đại Từ) cho thấy hàm lượng As trong đất vượt quy chuẩn nhiều lần, đặc biệt tại các điểm bãi thải quặng và suối xả thải (HT4, HT5, HT6, HT7). Tại khu vực khai thác mỏ chì - kẽm Làng Hích, xã Tân Long (Đồng Hỷ), đất tại bãi thải quặng và ruộng canh tác lân cận (TL4, TL6, TL7) bị ô nhiễm Pb và Zn nghiêm trọng so với giới hạn của QCVN 03:2008/BTNMT.
2. Khả năng chống chịu và tích lũy Pb, As trong chậu: Cỏ Vetiver thể hiện sức sống cao, phát triển bình thường ở các nồng độ Pb và As trong đất cao. Khả năng tích lũy Pb tập trung chủ yếu ở hệ thống rễ, hàm lượng Pb trong rễ cao gấp nhiều lần trong thân lá. Đối với As, cỏ cũng hấp thụ và lưu giữ phần lớn trong rễ, hạn chế vận chuyển lên thân lá, chứng minh cơ chế cố định kim loại nặng (Phytostabilization) chiếm ưu thế. Mối tương quan thuận rõ rệt được xác lập giữa hàm lượng Pb, As trong đất với hàm lượng tích lũy trong sinh khối thực vật.
3. Ảnh hưởng của các biện pháp kỹ thuật nông học ngoài đồng ruộng:
   • Ảnh hưởng của phân bón: Việc bón bổ sung phân khoáng NPK, phân lân hữu cơ và vôi bột thúc đẩy mạnh mẽ khả năng đẻ nhánh, tăng chiều cao thân lá, tăng chiều dài rễ và gia tăng sinh khối khô của cỏ trên cả đất ô nhiễm Pb (Tân Long) và ô nhiễm As (Hà Thượng). Sự gia tăng sinh khối tổng số kéo theo tổng lượng Pb và As được tách chiết khỏi đất tăng lên rõ rệt.
   • Ảnh hưởng của mật độ trồng: Mật độ trồng có ảnh hưởng quyết định đến năng suất sinh khối trên một đơn vị diện tích và khả năng làm sạch đất. Mật độ thích hợp giúp các khóm cỏ nhanh chóng khép tán, bộ rễ đan bện thành thảm dày ngăn chặn xói mòn và tối ưu hóa lượng kim loại hấp thu trên mỗi hecta.
   • Ảnh hưởng của chu kỳ thu hoạch: Việc cắt tỉa thân lá định kỳ kích thích cỏ tiếp tục đẻ nhánh non, tái tạo sinh khối mới và tăng cường chu chuyển hút thu kim loại từ đất mà không làm chết bộ rễ.
4. Biến đổi tính chất đất sau khi trồng cỏ Vetiver: Đất sau các chu kỳ trồng cỏ Vetiver có sự chuyển biến rõ nét: độ pH đất được trung hòa, hàm lượng chất hữu cơ và dung tích hấp thu cation (CEC) tăng lên, trong khi hàm lượng Pb và As tổng số cũng như dạng dễ tiêu trong tầng đất mặt giảm rõ rệt.
5. Đề xuất quy trình kỹ thuật: Luận án xây dựng quy trình kỹ thuật cụ thể gồm thời vụ trồng, phương pháp nhân giống vô tính bằng tách tép, kỹ thuật làm đất, mật độ trồng, liều lượng và chủng loại phân bón lót/thúc, chu kỳ cắt tỉa sinh khối và biện pháp thu gom, xử lý nhiệt hoặc ủ đóng rắn sinh khối chứa kim loại nặng như chất thải nguy hại.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án đã đạt được các kết quả khoa học và đóng góp mới sau:

Đóng góp về mặt khoa học:

• Là công trình nghiên cứu toàn diện đầu tiên tại Việt Nam đánh giá có hệ thống về khả năng chống chịu, tích lũy Pb, As và tiềm năng cải tạo đất ô nhiễm sau khai thác khoáng sản của loài cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides (L.) Nash).
• Định lượng chính xác tỷ lệ phân bố và hệ số tích lũy của Pb và As trong từng cơ quan (rễ, thân, lá) của cỏ Vetiver qua các giai đoạn sinh trưởng khác nhau, khẳng định vai trò cố định sinh học ưu thế của bộ rễ cỏ Vetiver đối với Pb và As.
• Xác lập cơ sở khoa học về tác động tương hỗ của các biện pháp canh tác nông học (chế độ bón phân, khoảng cách mật độ, chu kỳ cắt thu sinh khối) đến tốc độ sinh trưởng và hiệu suất làm sạch đất mỏ của thực vật.

Đóng góp về mặt thực tiễn và giải pháp đề xuất:

• Cung cấp bộ số liệu thực địa phản ánh mức độ ô nhiễm kim loại nặng (Pb, As, Zn) tại hai điểm nóng mỏ quặng thiếc Hà Thượng (Đại Từ) và quặng chì - kẽm Làng Hích (Đồng Hỷ), tỉnh Thái Nguyên.
• Xây dựng và đề xuất quy trình kỹ thuật trồng cỏ Vetiver để phục hồi môi trường đất mỏ bao gồm: thời vụ trồng tốt nhất, mật độ khóm cây tối ưu, công thức bón phân cân đối giữa vô cơ và hữu cơ nhằm tăng sinh khối, cùng lịch trình cắt tỉa thu hoạch thân lá định kỳ.
• Đề xuất giải pháp quản lý và tiêu hủy sinh khối cỏ sau thu hoạch thông qua phương pháp ủ đóng rắn hoặc đốt thu hồi tro xỉ theo quy chế quản lý chất thải nguy hại, ngăn ngừa ô nhiễm thứ cấp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên phạm vi và giới hạn dữ liệu công bố trong văn bản luận án:

• Hạn chế: Nghiên cứu thực nghiệm ngoài đồng tập trung chủ yếu trong phạm vi 2 khu mỏ tại tỉnh Thái Nguyên (Đại Từ và Đồng Hỷ) trong khung thời gian 2006 - 2010. Các khảo sát dạng hóa học sâu hơn của Pb, As liên kết trong đất và biến động hệ vi sinh vật quyển rễ chưa được phân tích chi tiết.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng mô hình thử nghiệm trồng cỏ Vetiver trên các loại hình mỏ khoáng sản khác (mỏ than, bôxit, quặng sắt); nghiên cứu sâu hơn về công nghệ sinh học xử lý và tái chế sinh khối cỏ sau thu hoạch để thu hồi kim loại hoặc tạo vật liệu năng lượng an toàn; theo dõi dài hạn hơn mức độ ổn định sinh thái và sự tái lập thảm thực vật bản địa sau khi đất mỏ được cỏ Vetiver cải tạo.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo cho nhiều đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên: Chuyên ngành Trồng trọt, Khoa học Đất, Nông hóa, Sinh thái học thực vật và Khoa học Môi trường có thể tham khảo phương pháp bố trí thí nghiệm ngoài đồng ruộng, kỹ thuật phân tích kim loại nặng trong mô thực vật và lý thuyết xử lý ô nhiễm bằng thực vật (Phytoremediation).
• Cán bộ quản lý nhà nước: Các Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Bảo vệ môi trường tại các tỉnh trung du và miền núi có thêm căn cứ khoa học để xây dựng kế hoạch phục hồi môi trường sau khai thác khoáng sản và hoàn nguyên mỏ.
• Doanh nghiệp khai thác khoáng sản: Các đơn vị quản lý mỏ quặng kim loại, bãi thải quặng đuôi (như các đơn vị thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam TKV, các công ty luyện kim) có thể áp dụng trực tiếp quy trình trồng cỏ Vetiver làm hàng rào sinh học cố định bãi thải, chống sạt lở và ngăn ngừa dòng axit mỏ phát tán ra xung quanh.

Câu hỏi thường gặp

1. Cỏ Vetiver có khả năng chống chịu nồng độ Pb trong đất ở mức nào?
Theo kết quả nghiên cứu và tổng quan tài liệu trong luận án, cỏ Vetiver có khả năng chịu đựng hàm lượng Pb trong đất vượt mức 1.500 mg/kg, cao hơn nhiều so với các loài cây cỏ thông thường. Cỏ vẫn sinh trưởng và phát triển bình thường trên nền đất ô nhiễm Pb tại bãi thải mỏ chì - kẽm Làng Hích (Tân Long, Đồng Hỷ) cũng như trong các thí nghiệm đất ô nhiễm nhân tạo.

2. Sự phân bố của Pb và As trong các bộ phận của cỏ Vetiver diễn ra như thế nào?
Cỏ Vetiver tích lũy Pb và As chủ yếu ở bộ phận rễ. Tỷ lệ kim loại nặng chuyển vận từ rễ lên thân và lá rất thấp (chỉ khoảng 1 - 5% đối với As và dưới 10 - 30% đối với Pb). Cơ chế này giúp cây tránh bị ngộ độc ở các cơ quan quang hợp phía trên và đóng vai trò chính trong việc cố định chất ô nhiễm tại chỗ (Phytostabilization).

3. Bón phân có tác dụng gì đối với việc cải tạo đất ô nhiễm của cỏ Vetiver?
Bón phân (kết hợp phân khoáng NPK, phân lân nung chảy DAP, vôi bột và phân hữu cơ) giúp kích thích cỏ Vetiver đẻ nhánh mạnh, gia tăng chiều cao thân lá, tăng chiều dài và mật độ rễ, từ đó làm tăng nhanh sinh khối toàn cây. Sinh khối tăng cao giúp tổng lượng Pb và As được hút thu và cố định khỏi tầng đất mặt tăng lên đáng kể so với việc không bón phân.

4. Sinh khối cỏ Vetiver sau khi thu hoạch tại các vùng đất mỏ ô nhiễm cần được xử lý ra sao?
Do chứa hàm lượng kim loại nặng tích lũy từ đất mỏ, sinh khối cỏ sau thu hoạch được quản lý như chất thải nguy hại. Các phương pháp xử lý được luận án nêu ra bao gồm: phơi sấy và đốt cháy/khí hóa có kiểm soát để thu hồi tro xỉ gom về nơi chôn lấp tập trung, hoặc ủ đóng rắn sinh khối nhằm cô lập hoàn toàn kim loại nặng, tránh phát tán trở lại chuỗi thức ăn và môi trường xung quanh.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Lương Thị Thúy Vân đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides (L.) Nash) để cải tạo đất bị ô nhiễm Pb và As tại các vùng khai thác khoáng sản của tỉnh Thái Nguyên. Bằng hệ thống thí nghiệm chậu và đồng ruộng nghiêm ngặt, công trình đã định lượng được khả năng chống chịu, tích lũy kim loại ưu thế ở hệ rễ và vai trò của các biện pháp canh tác nông học trong việc thúc đẩy sinh khối. Kết quả nghiên cứu cung cấp một quy trình kỹ thuật hoàn chỉnh, chi phí thấp, góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm đất mỏ và mở rộng quỹ đất sản xuất an toàn tại các vùng khai khoáng ở Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Ý nghĩa của đề tài. Ý nghĩa khoa học của đề tài.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài. Những đóng góp mới của đề tài. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất.

Khái niệm về kim loại nặng. Đất ô nhiễm kim loại nặng do các hoạt động khai thác khoáng sản. Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm đất do kim loại nặng. Sự tồn tại và chuyển hóa của các nguyên tố Pb, As ở trong đất và trong cây.

Sử dụng thực vật xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng. Khái niệm chung. Các biện pháp sử dụng thực vật xử lý kim loại nặng trong đất. Tiêu chuẩn loài thực vật sử dụng để xử lý kim loại nặng trong đất.

Phương pháp xử lý thực vật sau khi tích lũy chất ô nhiễm. Ưu điểm và hạn chế của biện pháp sử dụng thực vật xử lý kim loại nặng trong đất. Một số kết quả nghiên cứu sử dụng thực vật để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng trên thế giới và Việt Nam. Một số đặc điểm cơ bản của cỏ Vetiver và tình hình nghiên cứu sử dụng cỏ Vetiver cải tạo đất ô nhiễm.

Một số đặc điểm cơ bản của cỏ Vetiver. Tình hình nghiên cứu, sử dụng cỏ Veitver cải tạo đất ô nhiễm trên thế giới và Việt Nam. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Đối tượng nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Phương pháp đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất. Phương pháp bố trí thí nghiệm.

Phương pháp thu mẫu và xác định các chỉ tiêu sinh trưởng của cây. Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất do quá trình khai thác khoáng sản tại khu vực khai thác thiếc (xã Hà Thượng, huyện Đại Từ) và khu vực khai thác chì - kẽm (xã Tân Long, huyện Đồng Hỷ) tỉnh Thái Nguyên.

Khu vực khai thác thiếc xã Hà Thượng - Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên. Khu vực khai thác quặng Pb - Zn làng Hích, Đồng Hỷ, Thái Nguyên. Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm do quá trình khai thác khoáng sản. Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy Pb của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm.

Nghiên cứu khả năng sinh trưởng và tích lũy As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón đến khả năng sinh trưởng và khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm. Ảnh hưởng của phân bón đến khả năng phân nhánh của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As. Ảnh hưởng của phân bón đến chiều cao thân lá và chiều dài rễ của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As.

Ảnh hưởng của phân bón đến sinh khối của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As. Ảnh hưởng của phân bón đến khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm. Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ trồng đến sinh trưởng, phát triển và tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến khả năng đẻ nhánh của cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As.

Ảnh hưởng của mật độ trồng đến chiều cao thân lá và chiều dài rễ của cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến sinh khối của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As. Ảnh hưởng của mật độ đến khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm. Nghiên cứu ảnh hưởng của chu kỳ thu hoạch đến sinh khối và khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm.

Ảnh hưởng của chu kỳ thu hoạch đến sinh khối của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As. Ảnh hưởng của chu kỳ thu hoạch đến khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver. So sánh tính chất của đất ô nhiễm Pb, As trước và sau khi trồng cỏ Vetiver. Đề xuất biện pháp kỹ thuật trồng cỏ Vetiver cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng do quá trình khai thác khoáng sản.

Thời vụ trồng cỏ. Mật độ trồng, phương pháp trồng. Xử lý sinh khối. 108 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.

111 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 112 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƢỢC CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN. 124 vii DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT Bộ KH và CNMT: Bộ Khoa học và Công nghệ môi trường BOD: Biochemical Oxygen Demand (chỉ số nhu cầu oxy sinh hóa) CEC: Cation Exchange Capacity (Dung tích trao đổi cation) COD: Chemical Oxygen Demand (chỉ số nhu cầu oxy hóa học) cs: cộng sự DAP: Diamino phosphate DW: Dry weight (Khối lượng khô) EEA: European Environment Agency (Cục môi trường châu Âu) FW: Fresh weight (Khối lượng tươi) HT: Hà Thượng ICP-MS: Inductively-Coupled Plasma-Mass Spectrometry (Phương pháp khối phổ plasma cảm ứng) ppm: past per million (Nồng độ phần triệu) ppb: past per billion (Nồng độ phần tỷ) QCVN: Quy chuẩn Việt Nam SAS: Statistical Analysis System (Phần mềm phân tích thống kê) SKK: Sinh khối khô TCE: Tricloroetylen TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam TKV: Tập đoàn Than và Khoáng sản Việt Nam TL: Tân Long TNHH NN: Trách nhiệm hữu hạn Nhà nước viii DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Hàm lượng kim loại nặng trong một số loại đất ở khu mỏ hoang Songcheon.

Hàm lượng kim loại nặng trong chất thải của một số mỏ vàng điển hình ở Úc. Đánh giá mức ô nhiễm kim loại trong đất ở Hà Lan. Hàm lượng tối đa cho phép của các kim loại nặng được xem là độc đối với thực vật trong đất nông nghiệp. Đánh giá ô nhiễm đất mặt bởi các kim loại nặng ở Ba Lan.

Giới hạn tối đa cho phép hàm lượng tổng số đối với As, Cd, Cu, Pb và Zn trong đất (tầng đất mặt). Khả năng linh động của một số nguyên tố kim loại nặng trong đất. Hàm lượng As trong thực phẩm và cây trồng. So sánh ngưỡng chịu kim loại nặng của cỏ Vetiver và các loài cỏ khác.

Vị trí và đặc điểm của các điểm lấy mẫu. Một số tính chất của đất thí nghiệm trong chậu. Công thức thí nghiệm nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm. Một số tính chất của đất thí nghiệm ngoài đồng ruộng tại 2 khu vực nghiên cứu.

Công thức thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón đến sự sinh trưởng, phát triển và khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm. Công thức thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ trồng đến sự sinh trưởng, phát triển và khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm. Hàm lượng kim loại nặng trong đất ở khu vực khai thác thiếc xã Hà Thượng - Đại Từ - tỉnh Thái Nguyên. Hàm lượng kim loại nặng trong đất ở khu vực khai thác quặng Pb - Zn xã Tân Long, Đồng Hỷ, Thái Nguyên.

Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến sự phân nhánh của cỏ Vetiver. Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến chiều cao thân lá và chiều dài rễ của cỏ Vetiver. Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến sinh khối của cỏ Vetiver. Hàm lượng Pb trong thân lá của cỏ Vetiver trong các giai đoạn sinh trưởng khác nhau.

Hàm lượng Pb trong rễ của cỏ Vetiver trong các giai đoạn sinh trưởng khác nhau. Ảnh hưởng của hàm lượng As trong đất đến đến khả năng phân nhánh của cỏ Vetiver. Ảnh hưởng của hàm lượng As trong đất đến chiều cao thân lá và chiều dài rễ của cỏ Vetiver. Ảnh hưởng của hàm lượng As trong đất đến sự tạo thành sinh khối của cỏ Vetiver.

Hàm lượng As trong thân lá của cỏ Vetiver trong các giai đoạn sinh trưởng khác nhau. Hàm lượng As trong rễ của cỏ Vetiver trong các giai đoạn sinh trưởng khác nhau. Ảnh hưởng của phân bón đến khả năng phân nhánh của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb. Ảnh hưởng của phân bón đến sự phân nhánh của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm As.

Ảnh hưởng của phân bón đến chiều cao thân lá của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb. Ảnh hưởng của phân bón đến chiều dài rễ của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb. Ảnh hưởng của phân bón đến chiều cao thân lá của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm As. Ảnh hưởng của phân bón đến chiều dài rễ của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm As.

Ảnh hưởng của phân bón đến khối lượng thân lá của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb. Ảnh hưởng của phân bón đến khối lượng rễ của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb. Ảnh hưởng của phân bón đến khối lượng thân lá của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm As. Ảnh hưởng của phân bón đến khối lượng rễ của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm As.

Ảnh hưởng của phân bón đến khả năng tích lũy Pb trong thân lá của cỏ Vetiver. Ảnh hưởng của phân bón đến khả năng tích lũy Pb trong rễ của cỏ Vetiver. Ảnh hưởng của phân bón đến khả năng tích lũy As trong thân lá của cỏ Vetiver. Ảnh hưởng của phân bón đến khả năng tích lũy As trong rễ của cỏ Vetiver.

Ảnh hưởng của mật độ trồng đến khả năng đẻ nhánh của cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm Pb. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến khả năng đẻ nhánh của cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm As. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến chiều cao thân lá của cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm Pb. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến chiều dài rễ của cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm Pb.

Ảnh hưởng của mật độ trồng đến chiều cao thân lá của cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm As. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến chiều dài rễ của cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm As. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến khối lượng thân lá của cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm Pb .