Nghiên cứu sử dụng cây sậy và cây cỏ linh lăng để cải tạo đất ô nhiễm bởi một số kim loại nặng tại khu vực khai thác quặng sắt xã Nậm Búng, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái

Trên thế giới việc sử dụng các loài thực vật có khả năng hấp thụ KLN để xử lý phục hồi đất bị ô nhiễm đang là một xu hướng phổ biến được ứng dụng ngày càng nhiều và đã thu hút sự quan tâ

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

TRẦN THỊ THẢO

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÂY SẬY VÀ CÂY CỎ LINH LĂNG

ĐỂ CẢI TẠO ĐẤT Ô NHIỄM BỞI MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TẠI KHU VỰC KHAI THÁC QUẶNG SẮT XÃ NẬM BÚNG,

HUYỆN VĂN CHẤN, TỈNH YÊN BÁI

NGÀNH: Khoa học môi trường

MÃ SỐ: 60.44.03.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đàm Xuân Vận

THÁI NGUYÊN, 2014

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ giảng viên hướng dẫn là PGS.TS Đàm Xuân Vận Các nội dung nghiên cứu

và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, cũng như kết quả luận văn của mình

Tác giả luận văn

Trần Thị Thảo

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy, cô trong khoa Tài Nguyên và Môi trường, trường Đại học Nông lâm Thái nguyên đã quan tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình trong quá trình thực hiện đề tài Nhờ đó tôi đã tiếp thu được nhiều ý kiến đóng góp và nhận xét qúy báu của thầy cô thông qua các buổi bảo vệ đề cương và báo cáo tiến độ thực hiện

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS Đàm Xuân Vận đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn, quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình công tác cũng như thực hiện luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc đến gia đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành tốt mọi công việc trong quá trình thực hiện luận án Bên cạnh đó, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn của mình tới bạn bè và đồng nghiệp, luôn quan tâm, chia sẻ, động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện nhưng luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả mong nhận được sự góp ý của quý thầy, cô và bạn bè

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014

Tác giả

Trần Thị Thảo

Trang 4

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Ô nhiễm kim loại nặng trong đất 4

1.1.1 Khái niệm ô nhiễm kim loại nặng 4

1.1.2 Sự tồn tại và chuyển hóa kim loại nặng trong đất 4

1.1.3 Đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản 7

1.1.4 Tiêu chuẩn đánh giá đất ô nhiễm kim loại nặng 8

1.1.5 Một số phương pháp truyền thống xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng 10

1 2 Biện pháp sử dụng thực vật xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng 11

1.2.1 Khái quát về công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm 11

1.2.2 Cơ chế sinh học của thực vật xử lý kim loại nặng trong đất 13

1.2.3 Ưu - nhược điểm và triển vọng của công nghệ xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng bằng thực vật 15

1.2.4 Tiêu chuẩn loài thực vật được sử dụng để xử lý kim loại nặng trong đất 19

1.2.5 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ KLN của thực vật 19

1.2.6 Các phương pháp xử lý sinh khối thực vật sau khi tích lũy chất ô nhiễm 20

1.2.7 Một số kết quả nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng bằng thực vật trên thế giới và Việt Nam 21

1.3 Tổng quan về cây sậy và những ứng dụng trong BVMT đất 25

1.3.1 Giới thiệu về cây sậy 25

1.3.2 Đặc điểm hình thái 25

1.3.3 Đặc điểm sinh thái cây sậy 26

1.3.4 Ứng dụng của cây sậy trong cải tạo môi trường 28

2.4.2 Đặc điểm của cây cỏ Linh lăng 30

2.4.3 Tiềm năng ứng dụng của cỏ Linh lăng trong bảo vệ môi trường 33

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 34

Trang 5

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 34

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 34

2.2 Nội dung nghiên cứu 34

2.3 Phương pháp nghiên cứu và chỉ tiêu theo dõi 34

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu 34

2.3.2 Các chỉ tiêu theo dõi 39

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 40

3.1 Khái quát mỏ khai thác khoáng sản tại xã Nậm Búng huyện Văn Chấn tỉnh Yên Bái 40

3.2 Nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây sậy và cây cỏ linh lăng để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tại xã Nậm Búng, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái 43

3.2.1 Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của cây sậy và cây cỏ linh lăng trên đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản 43

3.2.2 Khả năng hấp thu kim loại nặng của cây sậy và cây cỏ linh lăng trong thân lá và rễ 48

3.2.3 Đánh giá khả năng xử lý hàm lượng KLN trong đất của cây sậy và cây cỏ linh lăng 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

1 Kết luận 73

2 Kiến nghị 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

Trang 6

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Trang 7

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Khả năng linh động của một số nguyên tố KLN trong đất 5

Bảng 1.2: Mức độ ô nhiễm KLN ở Anh 8

Bảng 1.3: Hàm lượng tối đa cho phép của các KLN được xem là độc đối với thực vật trong đất nông nghiệp 9

Bảng 1.4: Giới hạn tối đa cho phép hàm lượng tổng số đối với As, Cd, Cu, Pb và Zn trong đất (tầng đất mặt) 9

Bảng 1.5: Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao 13

Bảng 1.6: Đặc điểm hình thái của sậy 25

Bảng 2.1: pH và hàm lượng kim loại nặng trong đất trước khi trồng cây 36

Bảng 3.1: Sự biến động về chiều cao cây, chiều dài lá và chiều dài rễ của cây cỏ linh lăng trong thời gian thí nghiệm tại bãi thải 43

Bảng 3.2 : Sự biến động về chiều cao cây, chiều dài lá và chiều dài rễ của cây sậy trong thời gian thí nghiệm tại bãi thải 44

Bảng 3.3 : Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn tích lũy trong thân + lá và rễ của cây cỏ Linh Lăng tại mỏ sắt Nậm Búng sau 2 tháng và 4 tháng 48

Bảng 3.4: Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn tích lũy trong thân + lá và rễ của cây sậy tại mỏ sắt Nậm Búng sau 4 tháng và 8 tháng 52

Bảng 3.5: Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng tại mỏ sắt Nậm Búng 57

Bảng 3.6: Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn trong đất sau khi trồng sậy tại mỏ sắt Nậm Búng 57

Bảng 3.7: Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn di động trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng tại mỏ sắt Nậm Búng 65

Bảng 3.8: Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn di động trong đất sau khi trồng sậy tại mỏ sắt Nậm Búng 65

Trang 8

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Mô tả cây sậy (Phragmites autralis) 26

Hình 1.2 Cây cỏ linh lăng (Medicago sativa) 30

Hình 3.1: Sự biến động về chiều cao cây cỏ linh lăng trong thời gian thí nghiệm tại đồng ruộng 45

Hình 3.2: Sự biến động về chiều cao cây sậy trong thời gian thí nghiệm tại đồng ruộng 45

Hình 3.3: Sự biến động về chiều dài lá cây cỏ linh lăng trong thời gian thí nghiệm tại đồng ruộng 46

Hình 3.4: Sự biến động về chiều dài lá cây sậy trong thời gian thí nghiệm tại đồng ruộng 46

Hình 3.5: Biểu đồ thể hiện chiều dài rễ cây cỏ linh lăng sau 2 tháng và 4 tháng 47

Hình 3.6: Biểu đồ thể hiện chiều dài rễ cây sậy sau 2 tháng và 4 tháng 47

Hình 3.7: Hàm lượng As, Pb, Cd, Zn tích lũy trong cỏ linh lăng sau 2 tháng trồng tại mỏ sắt Nậm Búng 49

Hình 3.8: Hàm lượng As, Pb, Cd, Zn tích lũy trong cỏ linh lăng sau 4 tháng trồng tại mỏ sắt Nậm Búng 50

Hình 3.9: Hàm lượng As, Pb, Cd, Zn tích lũy trong sậy sau 4 tháng trồng tại bãi thải mỏ sắt Nậm Búng 54

Hình 3.10: Hàm lượng As, Pb, Cd, Zn tích lũy trong sậy sau 8 tháng trồng tại bãi thải mỏ sắt Nậm Búng 55

Hình 3.11: Hàm lượng As tổng số còn lại trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 58

Hình 3.12: Hàm lượng As tổng số còn lại trong đất sau khi trồng sậy 58

Hình 3.13: Hàm lượng Pb tổng số còn lại trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 60

Hình 3.14: Hàm lượng Pb tổng số còn lại trong đất sau khi trồng sậy 60

Hình 3.15: Hàm lượng Cd tổng số còn lại trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 62

Hình 3.16: Hàm lượng Cd tổng số còn lại trong đất sau khi trồng sậy 62

Hình 3.17: Hàm lượng Zn tổng số còn lại trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 63

Trang 9

Hình 3.18: Hàm lượng Zn tổng số còn lại trong đất sau khi trồng sậy 63

Hình 3.19: Hàm lượng As di động trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 66

Hình 3.20: Hàm lượng As di động trong đất sau khi trồng sậy 66

Hình 3.21: Hàm lượng Pb di động trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 67

Hình 3.22: Hàm lượng Pb di động trong đất sau khi trồng sậy 67

Hình 3.23: Hàm lượng Cd di động trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 69

Hình 3.24: Hàm lượng Cd di động trong đất sau khi trồng sậy 69

Hình 3.25: Hàm lượng Zn di động trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 70

Hình 3.26: Hàm lượng Zn di động trong đất sau khi trồng sậy 70

Trang 10

đã làm phá vỡ các điều kiện sinh thái được hình thành từ hàng chục triệu năm, gây ô nhiễm nặng nề đối với môi trường đất, nước

Yên Bái hiện có hàng trăm khu vực mỏ, điểm khai thác khoáng sản, vật liệu xây dựng Tuy vậy, phần lớn các điểm khai thác đều chưa xây dựng các bãi thải theo đúng quy định, gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới đời sống người dân, môi trường và cảnh quan sinh thái Khu vực khai thác mỏ sắt Sài Lương - Nậm Chậu thuộc xã Nậm Búng (huyện Văn Chấn) mới mở khai trường từ tháng 11 - 2009, nhưng những hoạt động khai khoáng đang khiến chính quyền và người dân ở đây rất bức xúc.Theo kết quả kiểm tra của Sở TN&MT Yên Bái, phần lớn các mỏ đang khai thác đều chưa xây dựng bãi thải theo đúng phương án đã duyệt, nên đã gây bồi lấp dòng chảy, đồng ruộng của nhân dân, làm ô nhiễm nguồn nước

Đây là hiện trạng chung của nhiều tỉnh đang có cơ sở khai thác trên cả nước cũng như ở Yên Bái Tình hình khai thác khoáng sản ở tỉnh Yên Bái trong những năm qua cho thấy, số lượng và sản lượng mỏ khoáng sản được đưa vào khai thác ngày càng tăng Đây cũng là một trong những ngành chiếm dụng diện tích đất sử dụng lớn Vì vậy ô nhiễm đất là không thể tránh khỏi, có những khu vực đã bị ô nhiễm nghiêm trọng không còn khả năng canh tác Một số nguyên tố vết và siêu vết

có tính độc hại tích luỹ trong nông sản, từ đó gây tác hại nghiêm trọng đối với động, thực vật và con người Qua đó vấn đề cần được quan tâm trong hoạt động khai thác khoáng sản là những giải pháp khắc phục, đặc biệt là các giải pháp hiệu quả để khắc phục diện tích đất bị ô nhiễm sau khai thác

Trang 11

Có nhiều cách để giải quyết vấn đề ô nhiễm đất do kim loại nặng (KLN) Song

có hai hướng chính là ngăn chặn xảy ra ô nhiễm mới và phục hồi đất đã bị ô nhiễm Việc phục hồi đất bị ô nhiễm kim loại nặng hiện nay bằng biện pháp sinh học đang là một kỹ thuật đầy triển vọng Trên thế giới việc sử dụng các loài thực vật có khả năng hấp thụ KLN để xử lý phục hồi đất bị ô nhiễm đang là một xu hướng phổ biến được ứng dụng ngày càng nhiều và đã thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học Theo thống kê có khoảng 400 loài cây thuộc 45 họ thực vật có khả năng siêu tích lũy kim loại nặng Ở Việt Nam, 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… Sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm đang

là biện pháp được đánh giá cao và có nhiều ưu điểm nổi trội như: dễ thực hiện, không đòi hỏi trình độ cao, chi phí thấp và đặc biệt là thân thiện với môi trường

Cây sậy và cây cỏ linh lăng là loài cây có khả năng hút KLN tốt, khả năng hấp thụ KLN này ảnh hưởng bởi điều kiện pH, loại đất và điều kiện cạn úng khác nhau Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu về khả năng hút KLN của cây sậy và cây cỏ linh lăng Qua các nghiên cứu khoa học về thực vật xử lý ô nhiễm môi trường trên thế giới các nhà khoa học phát hiện cây sậy và cây cỏ linh lăng là một loại cây có khả năng tồn tại và hấp thụ các kim loại nặng như Zn, Pb, As, Cd, Câu hỏi đặt ra không biết tại Việt Nam cây sậy và cây cỏ linh lăng sẽ sinh trưởng và hấp thụ KLN như thế nào?

Xuất phát từ thực tế trên, đồng thời góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm

kim loại nặng trong đất, em tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sử dụng

cây sậy và cây cỏ linh lăng để cải tạo đất ô nhiễm bởi một số kim loại nặng tại khu vực khai thác quặng sắt xã Nậm Búng, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái” Đề tài được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đàm Xuân Vận

2 Mục tiêu của đề tài

2.1 Mục tiêu tổng quát

Cải tạo đất ô nhiễm bởi một số kim loại nặng tại khu vực khai thác quặng sắt xã Nậm Búng, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái bằng cây sậy và cây cỏ

linh lăng

Trang 12

- Đánh giá khả năng xử lý KLN trong đất của cây sậy và cây cỏ linh lăng

4 Ý nghĩa của đề tài

4.1 Ý nghĩa trong nghiên cứu khoa học

Nghiên cứu sẽ làm sáng tỏ khả năng sinh trưởng, phát triển và hấp thụ KLN của cây sậy và cây cỏ linh lăng Trên cơ sở đó đánh giá hiệu quả cải tạo môi trường đất dưới khả năng hấp thụ KLN của cây sậy cây cỏ linh lăng 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 - công nghệ được đánh giá rất cao ở các nước phát triển, nhưng

vẫn đang còn mới mẻ tại Việt Nam

4.2 Ý nghĩa trong thực tiễn

Đề tài xác định tính khả thi của việc ứng dụng cây sậy và cây cỏ linh lăng trong cải tạo đất ô nhiễm và nghèo kiệt do khai thác khoáng sản tại Việt Nam nói chung và tỉnh Yên Bái nói riêng Đây là những 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 góp phần tăng diện tích đất sau khai khoáng được che phủ và đất có khả năng sử dụng cho sản xuất nông lâm nghiệp Tăng cường nghiên cứu các ứng dụng các công nghệ thân thiện với môi trường theo tinh thần chủ trương chung của đất nước ta trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước

Trang 13

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Ô nhiễm kim loại nặng trong đất

1.1.1 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

Trong những năm gần đây, ô nhiễm KLN trong đất đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học vì tính chất bền vững của chúng Độc tính của kim loại đối với sinh vật liên quan đến cơ chế oxy hóa và độc tính gen Sự tích tụ 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 khoẻ con người, làm thay đổi cấu trúc tế bào, gây ra nhiều bệnh di truyền, bệnh về máu, bệnh ung thư [14]

1.1.2 Sự tồn tại và chuyển hóa kim loại nặng trong đất

Trong đất, các kim loại độc hại có thể tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau, liên kết với các hợp chất hữu cơ, vô cơ hoặc tạo thành các chất phức hợp (chelat) Khả năng dễ tiêu của chúng đối với thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: pH, dung tích trao đổi cation (CEC) và sự phụ thuộc lẫn nhau vào các kim loại khác Ở đất

có CEC cao, chúng bị giữ lại nhiều trên các phức hệ hấp phụ Nhìn chung, KLN

có khả năng linh động lớn ở đất chua (pH < 5,5)

Trang 14

Bảng 1.1: Khả năng linh động của một số nguyên tố KLN trong đất

Nguồn: Diels L và nnk, 1999[30]

1.1.2.1 Sự tồn tại và chuyển hóa của nguyên tố asen (As) trong đất

As tồn tại trong đất dưới dạng các hợp chất chủ yếu như asenat (As5+) trong điều kiện oxy hóa Chúng bị hấp thụ mạnh bởi các khoáng sét, sắt, mangan oxyt hoặc

với sắt và nhôm (AlAsO4, FeAsO4), trong khi ở các đất kiềm và đất cacbonat lại có nhiều ở dạng Ca3(AsO4)2 Khi bón vôi cho đất cũng làm tăng khả năng linh động của

As do chuyển từ Fe, Al – asenat sang dạng Ca – asenat linh động hơn

Trong đất As thường tồn tại ở dạng hấp phụ, tạo hợp chất với Al, Fe, Ca và hợp chất hữu cơ Nguồn As trong đất có thể là từ các sản phẩm phong hóa đá và khoáng vật chứa As, chất thải khí từ các nhà máy dùng than, chất thải rắn, lỏng dùng thuốc bảo vệ thực vật, v.v… Chẳng hạn, trung bình hàng năm ở Canada người ta phun thuốc diệt côn trùng vào vườn cây ăn quả đã đưa vào đất đến 2,7 kg As/ha Trên 94%

As trong đất tồn tại ở pha rắn, còn lại chỉ có khoảng 6% tổng As tồn tại trong dung dịch đất (có thể là dạng natri asenit) dễ dàng di chuyển và ra khỏi đất Khi tồn tại ở dạng linh động, As đặc biệt nguy hiểm cho sinh vật và con người Sự biến đổi điều kiện oxy hóa - khử trong đất làm cho As di chuyển và phân bố lại trong đất và thông qua đó làm thay đổi hàm lượng As đi vào sinh vật và con người [9]

Trang 15

1.1.2.2 Sự tồn tại và chuyển hóa của nguyên tố cadimi (Cd) trong đất

Cd tồn tại ở dạng các hợp chất rắn như CdO, CdCO3, Cd(PO4)2 trong các điều kiện oxy hóa Trong các điều kiện khử (Eh ≤ - 0,2 V), Cd tồn tại nhiều ở dạng CdS Độ chua của đất có ảnh hưởng rất lớn đối với khả năng linh động của Cd trong

) Tuy nhiên, nếu đất có nhiều Fe, Al, Mn, chất hữu cơ thì Cd lại bị chúng liên kết làm giảm khả năng linh động của Cd Trong các đất trung tính hoặc kiềm do bón vôi, Cd bị kết tủa dưới dạng CdCO3 [18]

1.1.2.3 Sự tồn tại và chuyển hóa của nguyên tố chì (Pb) trong đất

Chì là nguyên tố KLN có khả năng linh động kém, có thời gian bán hủy trong đất từ

800 đến 6000 năm [7] Dạng tồn tại của Pb trong đất chủ yếu là các muối dễ tan (clorua, bromua), hợp chất hữu cơ hấp phụ trên keo sét, axit humic và các hợp chất khó tan (cacbonat, hydroxyt…) Dạng tồn tại của Pb trong đất phụ thuộc chủ yếu vào thành phần cơ học, hàm lượng hợp chất hữu cơ, pH, v.v… Điều kiện khí hậu hình thành đất ảnh hưởng rất lớn tới dạng tồn tại của chì Trong đất vùng khô, Pb tồn tại ở dạng ion hấp phụ, cacbonat hữu cơ, sunfua Trong đất vùng nhiệt đới Pb ở dạng hydroxyt chiếm ưu thế [6]

1.1.2.4 Sự tồn tại và chuyển hóa của nguyên tố kẽm (Zn) trong đất

Hàm lượng kẽm trung bình trong đất và đá thông thường gia tăng theo thứ tự: cát (10-30 mg.kg-1), đá granic (50 mg.kg-1), sét (95 mg.kg-1) và bazan (100 mg.kg-1) (Adriano, 1986 trích theo WHO, 2001) Theo Murray (1994) hàm lượng kẽm tự nhiên trong đất 17-125 mg/kg Cháy rừng giải phóng một lượng lớn kẽm vào không khí Khoảng 7600 tấn kẽm mỗi năm ở mức độ toàn cầu phóng thích vào không khí do cháy rừng Sự phong hoá địa chất là một trong những nguyên nhân giải phóng kẽm vào môi trường

Zn có trong thành phần khoáng như biotit, amphibol, phyroxen Phong hóa khoáng và đá chuyển Zn thành hợp chất hòa tan và hấp thụ ở dạng Zn2+

Hàm lượng Zn trung bình trong đất cũng như đá khoảng 0,005% Trong đất có phản ứng axit thì tính linh động của Zn2+

tăng và độ dễ tiêu cũng tăng [7]

Trang 16

1.1.3 Đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản

Nguồn gây ô nhiễm: Dung dịch axit sinh ra trong quá trình oxy hóa sunfua có thể hòa tan các kim loại và chất độc hại khác từ đó chúng phát tán vào môi trường, gây ô nhiễm môi trường Trong bãi thải, nước lỗ hổng tương tác với các vật chất rắn của bãi thải là một dung dịch axit, kết quả của quá trình oxy hóa sunfua là một dung môi mạnh Khi tạo thành các dòng axit tiêu hóa thoát từ bãi thải chúng thường là các dung dịch có hàm lượng cao (thậm chí bão hòa) các kim loại nặng và các ion hòa tan Khi dung dịch bị trung hòa, xảy ra sự lắng đọng nhiều hợp chất thứ sinh của Fe, Cu, Zn, Pb và các nguyên

tố khác Các hợp chất này lại là những hợp chất tương đối dễ tan khi thay đổi các điều kiện Eh – pH Tính linh động cao của các nguyên tố là điều kiện để xuất hiện hàm lượng kim loại cao trong nước mặt Thành phần kim loại nặng và các chất độc hại của dòng thải axit phụ thuộc vào thành phần ban đầu của vật chất bãi thải và đặc điểm của các quá trình biến đổi biểu sinh [22]

Quá trình khai khoáng gây ô nhiễm và suy thoái môi trường đất ở mức độ nghiêm trọng nhất và là một thực tế đáng báo động Các dạng ô nhiễm môi trường tại những mỏ đã và đang khai thác rất đa dạng như ô nhiễm đất, nước mặt, nước ngầm [4] Các tác nhân gây ô nhiễm là axit, KLN, xianua, các loại khí độc, v.v… Hiện tượng suy giảm chất lượng nước mặt, nước ngầm ở nhiều nơi do ô nhiễm KLN có nguồn gốc công nghiệp như Ni, Cr, Pb, As, Cu, Se, Hg, Cd … cần phải sớm có giải pháp xử lý Nhiều KLN rất độc đối với con người và môi trường cho dù

ở hàm lượng rất thấp

Công đoạn nào của quá trình khai thác khoáng sản cũng đều gây nên ô nhiễm kim loại vào đất, nước, không khí và cơ thể sinh vật Sự nhiễm bẩn kim loại không chỉ xảy ra khi mỏ đang hoạt động mà còn tồn tại nhiều năm sau kể từ khi mỏ ngừng hoạt động

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 …

Trang 17

thường được thải trực tiếp ra môi trường mà không qua xử lý, làm cho môi trường đất bị ô nhiễm Đồng thời một 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

1.1.4 Tiêu chuẩn đánh giá đất ô nhiễm kim loại nặng

1.1.4.1 Tiêu chuẩn đánh giá đất ô nhiễm kim loại nặng của một số nước trên thế giới

Việc xây dựng ngưỡng độc hại đối với các KLN rất khó khăn và tùy thuộc vào mục đích sử dụng đất Tùy theo từng nước mà công việc kiểm soát đánh giá đất ô nhiễm có khác nhau Ở Anh, mức độ đánh giá các KLN được trình bày ở bảng 1.2

Ô nhiễm rất nặng

Trang 18

Bảng 1.3: Hàm lượng tối đa cho phép của các KLN được xem

là độc đối với thực vật trong đất nông nghiệp

Nguồn: Trích theo Lê Văn Khoa và nnk, 2008 [8]

1.1.4.2 Tiêu chuẩn đánh giá đất ô nhiễm kim loại nặng của Việt Nam

Ở Việt Nam, nhìn chung đất bị ô nhiễm KLN chưa phải là phổ biến Tuy

nhiên, sự ô nhiễm cũng đã xuất hiện mang tính cục bộ ở các vùng xung quanh các khu công nghiệp, các nơi khai thác quặng và các làng nghề tái chế, đặc biệt là tái chế kim loại

Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN 03 – 2008 đưa ra giới hạn tối đa cho phép hàm lượng tổng số của As, Cd, Cu, Pb, Zn trong đất dùng cho mục đích khác nhau ở Việt Nam được trình bày trong bảng 1.10

Bảng 1.4: Giới hạn tối đa cho phép hàm lượng tổng số đối với As, Cd, Cu,

Đất dân sinh Đất thương

mại

Đất công nghiệp

Trang 19

1.1.5 Một số phương pháp truyền thống xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng

1.1.5.1 Phương pháp đào và chuyển chỗ (Dig and Haul):

Đào và chuyển chỗ là phương pháp xử lý chuyển chỗ (ex-situ) đất nhằm di chuyển các chất độc hại đến một nơi khác an toàn hơn

Với phương pháp này, các chất ô nhiễm không được loại bỏ khỏi đất ô nhiễm

mà đơn giản chỉ là đào lên và chuyển đất ô nhiễm đi chỗ khác với hy vọng là không

bị ô nhiễm ở những nơi cần thiết [48]

1.1.5.2 Phương pháp cố định hoặc cô đặc (Stabilization/Solidification)

Cố định hoặc cô đặc chất ô nhiễm có thể là phương pháp xử lý tại chỗ hoặc chuyển chỗ Phương pháp này liên quan đến hỗn hợp các chất đặc trưng được thêm vào đất, hoặc là các thuốc thử, các chất phản ứng với đất ô nhiễm để làm giảm tính linh động và hoà tan của các chất ô nhiễm

Các tác nhân liên kết được sử dụng bao gồm tro (fly-ash), xi măng (cement) hoặc rác đốt (kiln dust) Mặc dù quá trình này đã được chứng minh là hiệu quả với chất ô nhiễm là kim loại nặng nhưng lại có khả năng là tác nhân liên kết hoặc thay đổi pH đất Phương pháp cố định hoặc cô đặc không xử lý được chất ô nhiễm từ ma trận đất (soil matrix) nhưng nó có thể nén các chất ô nhiễm lại trong môi trường đất [48]

1.1.5.3 Phương pháp thuỷ tinh hoá (Vitrification)

Phương pháp thuỷ tinh hoá là quá trình xử lý bởi nhiệt, có thể được sử dụng

để xử lý đất tại chỗ hay chuyển chỗ Đây là quá trình chuyển chất ô nhiễm thành dạng thuỷ tinh cố định (Stable glassy form)

Đối với phương pháp này, cho dòng điện chạy qua một dãy điện cực than chì, làm nóng chảy đất ở nhiệt độ rất cao (1500 - 20000C) Thuỷ tinh bền được hình thành, kết hợp chặt chẽ và cố định kim loại khi đất được làm lạnh Một nắp đậy khí thải được nắp đặt trên vùng xử lý Nắp này được sử dụng để thu nhận và xử lý các khí thải (các kim loại bay hơi) được thải ra trong suốt quá tình xử lý

Hiện nay phương pháp này được sử dụng khá rộng rãi nhưng chỉ được áp dụng trên diện tích nhỏ, chi phí giá thành cao, yêu cầu kỹ thuật hiện đại nên người

Trang 20

ta cần tìm kiếm những phương pháp khác có hiệu quả kinh tế cao hơn, thân thiện hơn với môi trường [31]

1.1.5.4 Phương pháp rửa đất (Soil washing)

Rửa đất là công nghệ xử lý đất chuyển vị (ex-Situ treatment technology), có thể được sử dụng để xử lý đất ô nhiễm KLN Quá trình này dựa vào cơ chế hút và tách vật lý để loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi đất Quá trình vật lý loại bỏ những hạt kim loại có kích thước lớn và vận chuyển các chất ô nhiễm vào pha lỏng Dung dịch làm sạch đất có thể trung tính hoặc chứa các yếu tố hoạt tính bề mặt Các chất

trình này sẽ làm giảm hàm lượng kim loại trong đất và tạo ra một dịch lỏng với hàm lượng kim loại cao và tiếp tục xử lý

Ở những nơi có nhiều chất ô nhiễm hỗn hợp, phương pháp này sẽ gặp khó khăn vì khó xác định dung dịch rửa thích hợp Hơn nữa đối với đất ô nhiễm với nhiều phức chất khác nhau thì sử dụng phương pháp này sẽ rất tốn kém

1 2 Biện pháp sử dụng thực vật xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng

1.2.1 Khái quát về công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm

Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm (Phytoremediation) là phương pháp sử dụng thực vật để hấp thụ, chuyển hóa, cố định hoặc phân giải chất ô nhiễm trong đất, nước Thuật ngữ “Phytoremediation” bắt nguồn từ “Phyto” theo nghĩa Hy Lạp

là thực vật và “Remediare” theo nghĩa Latin là xử lý [23] Khả năng thích nghi của thực vật trong môi trường ô nhiễm đã được biết từ lâu, nhưng mãi đến năm 1991, thuật ngữ này mới được đặt tên bởi Ilya Raskin – một nhà khoa học Mỹ gốc nga, khi quan tâm nghiên cứu tìm kiếm công nghệ xử lý KLN, loại chất ô nhiễm mà công nghệ vi sinh vật lúc bây giờ chưa giải quyết được

Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm có thể dùng để xử lý các chất như KLN, thuốc trừ sâu, dung môi, thuốc súng, dầu mỏ, các hợp chất hữu cơ đa vòng thơm, nước

rỉ rác, nước thải nông nghiệp, chất thải khai khoáng và các chất ô nhiễm phóng xạ…[32]

Trang 21

Trong mấy năm qua, một số tạp chí hang đầu thế giới đã xuất bản các ấn phẩm tập trung vào các khía cạnh khác nhau của công nghệ này (Salt & nnk, 1995, 1998; Chaney & nnk, 1997; Raskin & nnk, 1997; Chaudhry & nnk, 1998; Wenzel & nnk, 1999; Meagher 2000; Navari – Izzo & Quartacci 2001; Lasat 2002; McGrath & nnk, 2000; McGrath & Zhao 2003; McIntyre 2003; Singh & nnk, 2003) [27, 38, 40, 41, 44]

Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm nhằm mục đích tìm kiếm hướng tiếp cận mới hiệu quả về kinh tế và thân thiện với môi trường để loại bỏ kim loại độc hại từ các vùng chứa chất thải nguy hại [43] Quá trình hút tách KLN nhờ thực vật (Phytoextraction) hay còn gọi là quá trình tích lũy nhờ thực vật (Phytoaccumulation) là quá trình hấp thụ và chuyển hóa các KLN trong đất thông qua hệ rễ vào các cơ quan khí sinh của thực vật Các loài thực vật có khả năng này được gọi là các loài thực vật siêu tích tụ (hyperaccumulator), chúng

có khả năng hấp thụ một lượng lớn KLN một cách không bình thường so với các loài thực vật khác (ví dụ hấp thụ 0,1% đối với Cr, Co, Cu, Ni hoặc 1% đối với Zn, Mn trong thân) Các loài siêu tích tụ phân bố rộng trong hệ thống thực vật (Cunnigham & nnk, 1995), tuy nhiên về đặc điểm canh tác, phòng trừ dịch bệnh, nhu cầu dinh dưỡng, sinh lý của các đối tượng này chưa được biết nhiều [29] Quá trình hút các chất nhờ thực vật là việc sử dụng các loài thực vật siêu tích tụ để loại bỏ kim loại trong đất bằng cách hấp thụ kim loại từ rễ chuyển lên thân, sau đó các chất ô nhiễm trong thân sẽ được thu hoạch, xử lý tiếp như là các chất thải nguy hại hoặc xử lý bằng cách phục hồi kim loại (Evanko & nnk, 1997) Tùy thuộc vào loại kim loại nặng ô nhiễm mà lựa chọn 1 loại thực vật hay kết hợp nhiều loại để trồng xử lý, tuy nhiên cần phải tiến hành thử nghiệm

để xác định các đặc điểm thích hợp để đảm bảo cho quá trình sinh trưởng, phát triển của thực vật [24]

Xử lý kim loại nặng trong đất bằng thực vật có thể được thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau phụ thuộc vào từng cơ chế loại bỏ các kim loại nặng như:

Trang 22

- Phương pháp làm giảm hàm lượng kim loại trong đất bằng cách trồng các loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại cao trong thân Các loài thực vật này phải kết hợp được 2 yếu tố là có thể tích luỹ kim loại trong thân và cho sinh khối cao Có rất nhiều loài đáp ứng được điều kiện thứ nhất, nhưng không đáp ứng được điều kiện thứ hai Vì vậy, các loài có khả năng tích luỹ thấp nhưng cho sinh khối cao cũng rất cần thiết Khi thu hoạch các loài thực vật này thì các chất ô nhiễm cũng được loại bỏ ra khỏi đất và các kim loại quý hiếm như Ni, Ti, Au, có thể được chiết tách ra khỏi cây

- Phương pháp sử dụng thực vật để cố định kim loại trong đất hoặc bùn bởi

sự hấp thụ của rễ hoặc kết tủa trong vùng rễ Quá trình này làm giảm khả năng linh động của kim loại, ngăn chặn ô nhiễm nước ngầm và làm giảm hàm lượng kim loại khuếch tán vào trong các chuỗi thức ăn

Bảng 1.5: Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao

Tên loài Kim loại tích luỹ trong thân

(g/g P khô) Arabidopsis halleri 13.600 Zn

Nguồn: Barcelo J và Poschemrieder C., 2003 [25]

1.2.2 Cơ chế sinh học của thực vật xử lý kim loại nặng trong đất

Thực vật có khả năng hấp thụ và tích luỹ các chất ô nhiễm đặc thù từ môi trường, chúng có thể chuyển hoá nhiều chất độc thành không độc, có thể tích luỹ

Trang 23

các chất độc trong các cơ quan khác nhau của thực vật và thông qua thu hoạch những chất ô nhiễm sẽ được thải loại khỏi môi trường Do đó, thực vật thường được sử dụng để làm sạch các kim loại, thuốc trừ sâu, các dung môi hữu cơ, dầu mỡ, thuốc súng, những hydraSacbon có nhân thơm ở các vùng đất, nước

bị ô nhiễm kim loại nặng, ở các khai trường và nơi có hoạt độ phóng xạ

Do đó, xử lý ô nhiễm đất bằng thực vật là một quá trình, trong đó dùng thực vật để thải loại, di chuyển, tinh lọc và trừ khử các chất ô nhiễm trong đất, trong trầm tích và trong nước ngầm Đây là một hệ thống mà những thực vật tích tụ được đưa vào môi trường để loại bỏ khỏi nơi chúng sống các chất gây ô nhiễm thông qua nhiều cơ chế thuộc phạm trù chức năng thực vật

1.2.2.1 Cơ chế chiết tách chất ô nhiễm bằng thực vật (Phytoextraction)

Quá trình chiết tách chất ô nhiễm bằng thực vật là quá trình xử lý chất độc, đặc biệt là KLN, bằng cách sử dụng các loại thực vật hút các chất ô nhiễm qua rễ sau đó chuyến hóa lên các cơ quan trên mặt đất của thực vật [44] Chất ô nhiễm tích lũy vào thân cây và lá, sau đó thu hoạch và loại bỏ khỏi môi trường Cơ chế này được chia ra thành 2 loại: loại có tính kế tục (continuous) và kết hợp (induced) (Salt & nnk, 1998)

Cơ chế kế tục là sử dụng thực vật tích lũy các chất ô nhiễm độc hại với mức cao một cách đặc biệt trong suốt quá trình sống của nó (đó chính là các loài siêu tích tụ), trong khi đó cơ chế kết hợp là cách tiếp cận nhằm nâng cao khả năng tích lũy chất độc bằng cách bổ sung các chất xúc tác (accelerants) hoặc chất tạo phức (chelators) vào đất Trong trường hợp chất ô nhiễm là KLN, chất tạo phức như EDTA giúp cho KLN linh động hơn và sau đó dễ hấp thụ hơn như Pb, Cd, Cr, Cu, Ni, Zn đối với cây mù tạc tại

Ấn Độ (Brassica juncea), cây Hướng dương (Helianthus anuus) [26] Các chất tạo

phức khác như CDTA, DTPA, EGTA, EDDHA và NTA để nâng cao khả năng tích lũy kim loại đã được khảo sát ở một số loài thực vật khác nhau [37,39] Tuy nhiên, có một

số rủi ro liên quan đến một số chất tạo phức chất định đã được chú ý như tính tan được trong nước của phức hợp chất ô nhiễm độc hại – chất tạo phức có thể dẫn đến xâm nhập vào các tầng đất sâu hơn (Wu & nnk, 1997; Lombi & nnk, 2001), có nguy cơ ô nhiễm nước ngầm và nước mặt [39]

Trang 24

1.2.2.2 Cơ chế cố định chất ô nhiễm bằng thực vật (Phytostabilization)

Quá trình xói mòn, rửa trôi và thẩm thấu có thể di chuyển chất ô nhiễm trong đất vào nước mặt và nước ngầm Cơ chế cố định chất ô nhiễm nhờ thực vật là cách

mà các chất ô nhiễm tích lũy ở rễ cây và kết quả trong đất Quá trình diễn ra là nhờ chất tiết ở rễ thực vật cố định chất ô nhiễm và làm giảm khả năng linh động của kim loại trong đất Thực vật được trồng trên các vùng đất ô nhiễm cũng cố định được và

có thể được bao phủ bề mặt dẫn đến làm giảm xói mòn đất, ngăn chặn khả năng tiếp xúc trực tiếp giữa chất ô nhiễm và động vật Dự án cố định chất ô nhiễm nhờ thực vật điển hình được tiến hành ở Pháp và Hà Lan Thực vật với tỷ lệ thoát hơi nước cao như cây cỏ, cây lách (sedges), cây thức ăn gia súc (forage plants) và cây sậy (Phragmites maxinus) được sử dụng để làm giảm lượng nước ngầm chảy kéo theo các chất ô nhiễm Sử dụng các loại thực vật có đặc điểm như là cây lâu năm, sức

sống tốt, có hệ thống rễ dày và ăn sâu như cây dương có thể phối hợp hiệu quả

1.2.2.3 Cơ chế xử lý chất ô nhiễm nhờ quá trình thoát hơi nước ở thực vật (Phytovolatilization)

Thực vật có thể loại bỏ chất độc trong đất thông qua cơ chế thoát hơi nước Đối với quá trình này, chất ô nhiễm hòa tan được hấp thụ cùng với nước vào rễ, chuyển hóa lên lá và bay hơi vào không khí thông qua khí khổng [42] Ví dụ điển hình nhất là quá tình bay hơi thủy ngân (Hg) bằng cách chuyển dạng cơ bản trong cây Arabidopsis chuyển gen và cây dương vàng chứa enzyme merA, Selen (Se) cũng là dạng kim loại đặc biệt được thực vật hấp thụ và bay hơi [42]

1.2.3 Ưu - nhược điểm và triển vọng của công nghệ xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng bằng thực vật

1.2.3.1 Ưu điểm

- Công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất có các ưu điểm như: có thể sử dụng trên quy mô rộng, trong khi các công nghệ khác không thể thực hiện được Đây là giải pháp lâu dài, bởi vì chất ô nhiễm có thể bị khoáng hóa Sinh khối thực vật có thể sử dụng như là nguyên liệu, nhiên liệu, đồ gỗ mỹ nghệ, phát điện, làm sợi làm giảm xói mòn đất, dẫn đến giảm ô nhiễm sông hồ Sinh khối thực vật chứa các chất

Trang 25

ô nhiễm có thể chiết, phục hồi lại như là một nguồn tài nguyên Ví dụ, sinh khối chứa Se, một chất dinh dưỡng sẽ được chuyển đến những nơi đất thiếu Se để bổ sung vào nguồn thức ăn cho động vật [29, 32]

- Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm có thể được sử dụng để xử lý tại chỗ hoặc chuyển chỗ [31, 43] Xử lý tại chỗ luôn được cân nhắc ưu tiên, bởi vì nó giảm thiểu mức độ xáo trộn đất và giảm mức độ phát tán ô nhiễm thông qua không khí và nước

- Mặt khác, công nghệ thực vật là công nghệ xanh và thân thiện với môi trường, tạo ra sự thẩm mỹ nên cộng đồng dễ chấp nhận [43]

- Công nghệ thực vật không đòi hỏi các dụng cụ đắt tiền, các chuyên gia có trình độ cao và tương đối dễ dàng thực hiện Nó có khả năng xử lý thường xuyên ở một vùng rộng lớn với nhiều chất ô nhiễm khác nhau

- Tuy nhiên, ưu điểm lớn nhất của công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm là chi phí thấp so với các công nghệ thông thường [31, 43] Ví dụ, chi phí làm sạch 1 acre đất cát pha với chất ô nhiễm ở độ sâu 50 cm bằng thực vật ước tính khoảng 60.000 USD – 100.000 USD, trong khi xử lý theo phương pháp đào và chuyển chỗ thông thường phải mất 400.000 USD

- Các yếu tố vật lý và hóa học như kết cấu đất, pH, độ mặn, hàm lượng chất ô nhiễm và sự hiện diện của các chất độc sẽ ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng, phát triển của các loài siêu tích tụ Các nhà khoa học cho rằng, chỉ có những vùng đất bị ô nhiễm nhẹ mới sử dụng được phương pháp này,

vì hầu hết các loài thực vật không thể sinh trưởng trong điều kiện môi trường ô nhiễm nặng

Trang 26

- Kim loại nặng trong đất có thể bị kết tủa, kết hợp chặt chẽ vào trong các khoáng chất trong đất, trong các sinh vật đất hoặc trong nền đất Trong môi trường

pH cao, kim loại nặng khó có thể tiếp xúc sinh học Hơn nữa, khả năng tự do của kim loại nặng có thể cũng bị giới hạn bởi động học của quá trình khuếch tán

- Chất ô nhiễm hòa tan trong nước có thể thấm ra ngoài vùng rễ và phụ thuộc vào yếu tố ngăn chặn

- Thực vật dùng để xử lý kim loại nặng thường bị giới hạn về chiều dài

rễ Schonoor & nnk, (1995) cho rằng chất ô nhiễm ở độ sâu từ 5m trở lại là thích hợp đối với công nghệ thực vật xử lý

- Sử dụng các loài thực vật nhập nội có thể ảnh hưởng đến sự đa dạng của sinh vật

- Việc xử lý thực vật sau khi xử lý cũng cần phải quan tâm Sinh khối thực vật thu hoạch từ quá trình xử lý chất độc có thể được xếp vào loại chất thải nguy hại, vì vậy vấn đề cần phải có các biện pháp xử lý thích hợp

- Khí hậu không thuận lợi cũng là vấn đề được chú ý, vì thực vật phát triển chậm

và sinh khối thấp dẫn đến hiệu quả xử lý thấp [31]

Nói chung, lợi ích và hạn chế của công nghệ này phải được đánh giá đối với từng trường hợp cụ thể để xác định loại công nghệ nào là thích hợp nhất Vì vậy, việc kết hợp các cơ chế khác nhau của công nghệ thực vật xử

lý ô nhiễm được cho là có tính khả thi nhất đối với các vùng bị ô nhiễm [40]

1.2.3.3 Triển vọng của công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất

Mặc dù công nghệ thực vật xử lý kim loại nặng có một số hạn chế nhận định nhưng trong trường hợp như diện tích đất bị ô nhiễm rộng, KLN ít di động

ở tầng đất mặt, công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm vẫn là giải pháp thích hợp nhất Cải tiến công nghệ này có thể đạt được bằng cách tăng cường các nhân tố thích hợp Ví dụ, các loài thực vật mới có thể được chọn với các khả năng di truyền tốt hơn đối với quá trình tích lũy KLN, hoặc quá trình canh tác, làm đất và chăm sóc thực vật có thể thực hiện để nâng cao tính hấp thụ KLN [34]

Trang 27

Nền tảng của công nghệ thực vật được xây dựng trên cơ sở quần xã vi sinh vật

và môi trường đất bị ô nhiễm Sự tác động qua lại giữa các phức hợp hóa học, sinh học

và vật lý diễn ra trong đất đã giúp đất ô nhiễm được cải tạo Sự tương tác diễn ra trong đất ở gần vùng rễ được gọi là vùng quyển rễ có vai trò quan trọng Người ta thấy rằng vùng quyển rễ chứa vô số vi sinh vật trên 1 gam đất cao hơn các vùng không có thực vật 10-100 lần Rễ thực vật tiết ra các hợp chất hữu cơ khác nhau giúp cho quần xã vi sinh vật phát triển và thuận tiện cho việc hút kim loại Sự tương tác qua lại giữa rễ, vi sinh vật, kim loại và đất đã làm cho công nghệ thực vật trở thành loại công nghệ đặc thù riêng cho từng vị trí khác nhau Các nguyên lý về nông học đối với mỗi vùng khác nhau cũng phải được xem xét để đạt được hiệu quả của công nghệ này [31]

Để nâng cao công nghệ thực vật xử lý đất ô nhiễm KLN, thì cần phải biết rõ các quá trình hình thành và tiếp xúc sinh học của kim loại, vai trò thực vật – vi sinh vật, nấm trong đất và các loài thực vật

Mới đây, công nghệ sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm đã được kết hợp với phương pháp xử lý điện động học, bằng cách sử dụng điện áp không đổi 30 V cho chạy qua đất, việc kết hợp này được cho là có nhiều triển vọng lớn trong việc xử lý đất ô nhiễm KLN

Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm cho thấy những kết quả đấy hứa hẹn Tuy nhiên, hiện nay công nghệ này vẫn đang ở giai đoạn phát triển và cần nhiều nghiên cứu cụ thể hơn Việc tiếp tục các nghiên cứu trình diễn và thử nghiệm ngoài thực tế đã được hướng dẫn khắp nước Mỹ để có thể hiểu biết tốt hơn và thực thi công nghệ này

Để thương mại hoá công nghệ xử lý môi trường bằng thực vật, cần phải tìm kiếm các loài thực vật có khả năng cho sinh khối nhanh và tích luỹ hàm lượng kim loại cao trong các cơ quan và dễ dàng thu hoạch Có hai hướng tiếp cận chủ yếu trong việc sử dụng thực vật để xử lý môi trường:

- Nhập nội và nhân giống các loài có khả năng siêu hấp thụ kim loại

- Ứng dụng kỹ thuật di truyền để phát triển các loài thực vật cho sinh khối nhanh và cải tiến khả năng hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu tốt đối với các điều kiện môi trường

Trang 28

1.2.4 Tiêu chuẩn loài thực vật được sử dụng để xử lý kim loại nặng trong đất

Theo Chaney và cs, 1997 [27], để đạt hiệu quả cao trong xử lý ô nhiễm, các

loài thực vật được chọn phải có những tính năng sau:

- Có khả năng chống chịu đối với hàm lượng kim loại cao;

- Có khả năng hấp thụ nhanh các kim loại từ môi trường đất và nước;

- Có khả năng tích lũy kim loại nặng cao kể cả hàm lượng các ion này thấp trong đất;

- Có khả năng chuyển vận kim loại từ rễ lên thân và lá;

- Có thể chịu đựng được điều kiện môi trường dinh dưỡng kém;

- Có khả năng sinh trưởng nhanh và cho sinh khối lớn

1.2.5 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ KLN của thực vật

Khả năng linh động và tiếp xúc sinh học của KLN chịu ảnh hưởng lớn bởi các đặc tính lý hóa của môi trường đất như: pH, hàm lượng khoáng sét, chất hữu cơ, CEC và hàm lượng KLN trong đất Thông thường pH thấp, thành phần cơ giới nhẹ,

độ mùn thấp, thực vật hút KLN mạnh [34]

Tương tác qua lại giữa các KLN với tính chất đất là vấn đề cốt lõi của công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm Nói chung, sự hấp phụ vào các hạt đất sẽ làm giảm hoạt tính của kim loại Vì vậy, khả năng trao đổi cation (CEC) trong đất

đối với các vị trí liên kết trên hạt keo đất, nên sự giải hấp thụ và giải phóng vào dung dịch đất Vì cậy, pH đất không chỉ ảnh hưởng đến khả năng tiếp xúc sinh học của kim loại mà còn ảnh hưởng gián tiếp đến quá trình hút kim loại vào trong rễ Tuy nhiên, ảnh hưởng đến khả năng tiếp xúc sinh học của kim loại thể hiện ở mối liên hệ của các đặc tính từng loại đất [38] Để phát triển hiệu quả công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm, các đặc tính của thực vật và các đặc tính của môi trường đất cần được khảo sát, đánh giá kĩ lưỡng Quá trình canh tác và khả năng di truyền của thực vật cần được tối ưu hóa để phát triển công nghệ này

Khả năng tích lũy kim loại trong thân với hàm lượng cao có thật sự quan trọng đối với quá trình xử lý kim loại trong đất hay không đã được bàn luận [27,

Trang 29

29] Một số kết quả nghiên cứu cho thấy, thực vật có sinh khối cao trồng trong môi trường đất ô nhiễm và pH thấp, khả năng hấp thụ Zn tăng và tính độc của Zn đã làm giảm 50% sản lượng

Trong một số trường hợp, để xử lý một nguyên tố trong đất bằng thực vật đòi hỏi phải bổ sung vào đất các yếu tố khác, bởi vì hóa tính đất hoặc thực vật làm giảm khả năng hấp thụ và chuyển hóa lên thân Khi thêm yếu tố tạo phức như HEDTA, EDTA vào đất khả năng hòa tan và linh động của KLN tăng, tiếp xúc với thực vật

dễ dàng hơn [26,37]

1.2.6 Các phương pháp xử lý sinh khối thực vật sau khi tích lũy chất ô nhiễm

Sinh khối thực vật chứa KLN là nguồn lây nhiễm cần được quản lý Một trong những vấn đề quan trọng khi dùng thực vật để xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm môi trường đất do KLN gây ra là xử lý sinh khối thực vật này như thế nào? Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều biện pháp nhằm đưa ra hướng giải quyết đúng đắn và hợp lý Có thể kể đến các biện pháp sau:

- Làm nhiên liệu sinh học (biogas)

- Nguyên liệu cho thủ công, mỹ nghệ;

- Nguyên liệu sợi;

- Chiết lấy kim loại quý;

- Sử dụng năng lượng để phát điện;

- Sử dụng làm thức ăn cho động vật;

- Đốt cháy (tro hóa) để chôn lấp

Trong các phương pháp xử lý trên thì tro hóa thường được dùng để loại

bỏ các cây trồng ô nhiễm Đây là phương pháp đơn giản, an toàn, sinh khối sau khi đốt có thể tích và khối lượng nhỏ dễ dàng đem đi chôn lấp, rất có ý nghĩa trong việc tạo nguồn năng lượng nhiệt, điện và làm cho phương pháp xử lý bằng thực vật có hiệu quả và kinh tế, tuy nhiên phải lưu ý đến khả năng bay hơi của KLN ở nhiệt độ tro hóa

Trang 30

1.2.7 Một số kết quả nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng bằng thực vật trên thế giới và Việt Nam

1.2.7.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

+ Khả năng hấp thụ asen (As)

Các nhà khoa học Trung Quốc đã thực hiện dự án thử nghiệm trồng

dương xỉ Pteris vittata L để thu gom As độc hại trong đất tại ba địa điểm ở

tỉnh Hồ Nam, Triết Giang và Quảng Đông Mỗi địa điểm thử nghiệm có

diện tích 1 ha được trồng 30 tấn hạt Pteris vittata L Với kỹ thuật này, họ

hy vọng có thể giải quyết về cơ bản vấn đề ô nhiễm kim loại nặng ở vùng

hạ du của Trung Quốc do quá trình khai khoáng gây nên [47]

Theo Ma L Q và cộng sự, loài dương xỉ Pteris vittata L có khả năng tích

lũy 14 500 mg As/kg đất mà chưa có triệu chứng tổn thương Loài này sinh trưởng nhanh, có sức chống chịu cao với As trong đất (As > 15000 mg/kg) và chỉ bị độc ở

hàm lượng 22.630 mg/kg qua 6 tuần Theo các nhà khoa học Mỹ, Pteris vittata L

có thể chứa tới 22 g As/kg lá Họ cũng đã chứng minh rằng, trong vòng 24 giờ, loài dương xỉ này giảm mức As trong nước từ 200 µg/l xuống gần 100 lần [47]

Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy As của hai loài dương xỉ thu

từ vùng khai thác mỏ của Thái Nguyên, Bùi Thị Kim Anh, Đặng Đình Kim và cộng

sự cho thấy, trong khoảng hàm lượng mà cây chống chịu được, Pteris vittata tích

lũy lượng As 307 - 6042 mg/kg trong thân và trong rễ là 131 - 3756 mg/kg Loài

Pityrogramma calomelanos tích lũy được lượng As trong thân lá và trong rễ tương

ứng là 885 - 4034 mg/kg và 483 - 2256 mg/kg [46]

+ Khả năng hấp thụ cadimi (Cd)

Khả năng hấp thụ Cd trong đất cũng đã được công bố trong những năm gần

đây Cây T.caerulescens được đánh giá là loài thực vật có khả năng tích luỹ Cd với

hàm lượng lớn Tích luỹ Cd của loài thực vật này tuỳ thuộc vào từng kiểu sinh thái

Ở một kiểu sinh thái nhất định chúng có thể tích luỹ Cd lên đến 12.500 mg Cd/kg đất khối lượng khô mà không có dấu hiệu độc; tuy nhiên ở một số kiểu sinh thái khác chỉ tích luỹ 2.300 mg Cd/kg đất khối lượng khô Trong khi đó, Cosio (2004)

Trang 31

và Kupper (2000) cho rằng cây Arabidopsis halleri mới chính là siêu tích luỹ Cd

Trong khi một nghiên cứu khác của Salt và các cộng sự (1997) lại nghi ngờ cây

B.juncea cũng là loài siêu tích luỹ Cd

Hấp thụ gián tiếp thông qua tác nhân chuyển là các ion hoá trị II Gien zip chuyển Zn và Fe trong thực vật được cho là có vai trò trong vận chuyển Cd Trong môi trường dư thừa cation hoá trị II, ví dụ như Zn, sẽ làm giảm hấp thụ Cd ở nhiều

loài thực vật, kể cả cây T caerulescens [19]

Nghiên cứu thử nghiệm khả năng xử lý Cd và Zn bằng thực vật đã được tiến hành đối với đất ô nhiễm ở Palmerton, PA (Brown và cộng sự, 1994), đất ô nhiễm do

là nấu Zn ở Pháp, đất nông nghiệp bị ô nhiễm bởi bùn đô thị ở Anh (Lombi và cộng

sự, 1997) (trích theo Lê Đức & cs [5]) Trong từng trường hợp cây, T.caerulescens

Ganges xử lý Cd và Zn trong đất nhưng tốc độ xử lý phải mất hơn 15 năm mới xử lý được hoàn toàn mà cũng chỉ xử lý được ở tầng đất nông Ở Vương quốc Anh, đất

nông nghiệp bị hạn chế vì độc tính của Cu với cây T.caerulescens Ganges, cho thấy

sự cần thiết của các loài thực vật dùng để xử lý ô nhiễm phải chịu được các hàm

lượng của các chất ô nhiễm phức tạp [41] Khả năng xử lý của cây T.caerulescens

Ganges cũng bị giới hạn bởi hình dạng cây nhỏ và sinh khối thấp Trong một nghiên

cứu, mặc dù cây T.caerulescens Ganges tích lũy với hàm lượng Cd và Zn cao trong lá nhưng cây B juncea loại bỏ được Zn và Cd nhiều hơn vì kích thước lớn hơn (Ebbs và

cộng sự, 1997) Phương pháp tiếp cận chuyển gen giữa 2 cây này có thể giúp cho việc

xử lý Cd và Zn nhanh hơn

Ngoài ra, cây Thlaspi caerulescens sinh trưởng trong 391 ngày đã loại bỏ

hơn 8 mg Cd/kg đất và 200 mg Zn/kg đất tương ứng với 43% Cd và 7% Zn trong đất bị ô nhiễm

+ Khả năng hấp thụ kẽm (Zn)

Zn là một yếu tố vi lượng cần thiết nhưng khi ở hàm lượng cao chúng lại gây độc cho cả động vật và thực vật (Cobbet và Goldsbrough, 2002 ; Gupta UC và

Gupta SC,1998) Loài siêu tích luỹ Zn đầu tiên được xác định là cây T

caerulescens Cây này có khả năng tích luỹ từ 25.000 đến 30.000 g/g Zn tổng số

Trang 32

trước khi có dấu hiệu độc, mặc dù cây T caerulescens có thể tích lũy nhiều nhất là 40.000 µg/g Zn trọng lượng khô trong thân Cây Arabidopsis halleri cũng được tìm

Arabidopsis lyrata ssp Frednsville tích lũy Zn trong lá với hàm lượng cao khi trồng

ngoài thực địa (Cannon, 1960), nhưng khả năng tích lũy Zn có thể thay đổi trong điều kiện trồng thí nghiệm

Mặc dù tốc độ hấp thụ Zn thấp hơn nhưng rễ cây T.arvense tích luỹ Zn về cơ bản cao hơn loài T.caerulescens Sự khác nhau này là do sự vận chuyển Zn lên lá tốt hơn ở loài siêu tích luỹ Cây T.caerulescens chứa Zn trong chất lỏng của thân gỗ cao hơn 5 lần và vận chuyển lên thân cao hơn 10 lần so với cây T.arvense (Lasat và cộng sự, 1998) và vận chuyển lên thân cao hơn 10 lần so với cây T arvense (Lasat

và cộng sự, 1996)

+ Khả năng hấp thụ chì (Pb)

Pb là một KLN cực kỳ độc, nó là mối đe doạ đối với các loài động, thực vật và sức khoẻ con người Mặc dù nhiều loài thực vật có xu hướng không hấp

thụ Pb như cây Thlaspi praecox trong khi siêu tích lũy Cd và Zn, ngược lại nhiều

loài thực vật có thể siêu tích lũy Pb hòa tan trong đất Một số kết quả nghiên cứu

cho thấy, cây Sesbania đrummonii, một loài cây họ Đậu và nhiều cây họ Cải có

thể tích luỹ Pb với hàm lượng khá lớn trong rễ (Wong và cộng sự, 2002) và

Piptathertan miliacetall, một loài cỏ tích luỹ Pb trực tiếp khi môi trường đất bị ô

nhiễm mà không có dấu hiệu nhiễm độc sau 3 tuần Sahi và cộng sự, 2002 cho

rằng cây S drummondii có thể chịu đựng được với mức Pb lên đến 1500 mg/L

và tích lũy khoảng 40 g/kg khối lượng khô Cây Brassica juncea sẽ giảm khả

34,5 g Pb /kg thân, mặc dù sự tích lũy đáng kể trong thân không được tiến hành đến khi Pb đạt mức bão hòa ở rễ Hầu hết sự tích lũy trong cây được tìm thấy ở thân, cuống lá mà không thấy trong lá, điều này cho thấy Pb ở dạng không hòa tan nhiều hơn

Trang 33

1.2.7.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Kết quả nghiên cứu trong nhiều năm cho thấy, ở Việt Nam, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng đã và đang xảy ra, nguy cơ con người phải đối mặt với loại ô nhiễm này ngày càng hiện hữu và việc tìm kiếm các loài thực vật có thể đóng vai trò tích cực trong xử lý ô nhiễm KLN đã được các nhà khoa học Việt Nam quan tâm

Đối chiếu với các tài liệu đã công bố về hệ thực vật Việt Nam, trong danh sách các loài “siêu tích tụ” kim loại đã được công bố trên thế giới thì ở Việt Nam chỉ có thể bắt gặp 26 loài Trong số này, 4 loài là thực vật thủy sinh và 22 loài là

Trang 34

As bằng cỏ vetiver Bùi Thị Kim Anh [3] đã đánh giá được khả năng xử lý đất của 2 loài dương xỉ Pteris vittata (P vittata) và Pityrogramma calomelanos Nghiên cứu của Nguyễn Thế Đặng [6] đã đưa ra được một số loài cây có khả năng hấp thụ kim loại nặng khác nhau và sự phân bố của chúng trong các phần khác nhau của cây

1.3 Tổng quan về cây sậy và những ứng dụng trong BVMT đất

1.3.1 Giới thiệu về cây sậy

Cây sậy có tên khoa học: Phragmites australis, là một loài cây lớn thuộc họ

Hòa thảo (Poaceae) có nguồn gốc ở những vùng đất lầy ở cả khu vực nhiệt đới và

ôn đới của thế giới Cây sậy có thể tìm thấy ở mọi tỉnh thành của miền Bắc Việt Nam Trong điều kiện thuận lợi về đất, nước và ánh sáng, sậy có thể mọc trải rộng

ra khắp các vùng chung quanh và trở thành một quần thể độc nhất bởi hệ thống thân, rễ và chồi nhánh đầy sinh lực của chúng Hạt giống từ hoa của cây sậy có thể phát tán đi xa nhờ gió

1.3.2 Đặc điểm hình thái

Bảng 1.6: Đặc điểm hình thái của sậy

1,5-2 cm) Thân sậy rỗng ở giữa (nên mới gọi là “ống sậy”)

Trang 35

Hình 1.1 Mô tả cây sậy (Phragmites autralis) 1.3.3 Đặc điểm sinh thái cây sậy

Cây sậy (Phragmites australis) rất phổ biến ở cả khu vực cửa sông lúc triều

lên và các vùng ngập nước Cây thường mọc đơn lập [33], trong khi các loài khác bị loại trừ bởi việc che bóng và chiếm dụng không gian rộng của cây sậy Mặc dù cây sậy thường sống đơn lập, nhưng ở các vùng cận ẩm ướt hay các vùng khô hơn có thể có các loài chịu nước và kém chịu nước tốt hơn [33]

Cây sậy có thân rễ rộng và phát triển lan rộng tạo nên mật độ cây sậy dày đặc [28, 35] Việc phát triển thân cây thường giảm dần sau khi thân rễ được 6 tuổi Thân

rễ dày, “bám sâu” và có vảy và có thể phát triển tới 20m [ 36] Thân rễ có thể phát triển 40cm/ năm sống 2 đến 3 năm [36] Các thân rễ trong đất thường dài, dày và không có nhánh Dưới nước, các thân rễ thường mảnh hơn, mọc ra nhiều nhánh hơn

và thường ngắn hơn [36] Thân rễ có thể xâm nhập sâu, nhưng độ sâu của rễ cũng khác nhau với các điều kiện vị trí khác nhau

Cây sậy có thể sinh sản từ hạt và sinh sản sinh dưỡng từ thân bò và thân rễ Sự lan truyền của cây sậy chủ yếu thông qua sinh sản sinh dưỡng và tái sinh, trong khi sự thiết lập của quần thể mới được tạo ra thông qua sự phát tán của hạt, thân rễ Các nhà nghiên cứu cho rằng khoảng 88% sự lan truyền của cây sậy là do sinh sản sinh dưỡng trong khi sự thiết lập của các quần thể mới là kết quả của sinh sản bằng hạt

Trang 36

Cây sậy có hoa đực, hoa cái và hoa lưỡng tính Hoa dưới có nhị và không có khả năng thụ phấn, hoa trên có nhụy hoặc hoa lưỡng tính

Sự thụ phấn: Thụ phấn chéo có lẽ là cách thụ phấn phổ biến nhất ở cây sậy, nhưng sự tự thụ phấn hay sinh sản đơn tính (tự sinh sản ra hạt mà không cần thụ phấn) cũng có thể xảy ra Trong phòng thí nghiệm, 5 trong 16 chùm hoa bản địa và

2 trong 4 chùm hoa ngoại lai từ quần thể ở đảo Rhode đã sản sinh ra các hạt giống thông qua sự tự thụ phấn hay sinh sản đơn tính Một số trường hợp tự thụ phấn cũng xảy ra trong các quần thể cây sậy nói chung ở Nhật Bản, mặc dù kết quả tạo ra hạt của việc tự thụ phấn thấp hơn nhiều so với thụ phấn chéo

Sự nảy mầm: nhiệt độ ấm, điều kiện ánh sáng đủ, và độ mặn thấp cho tới

trung bình trong khu vực ẩm và không bị ngập nước là thuận lợi nhất cho sự nảy mầm thành công của cây sậy

Sự phát triển cây con: Việc tạo thành cây sậy từ cây con từ hạt xảy ra ở một

số khu vực, nhưng tỉ lệ chết cao khi cây con tiếp xúc với lũ lụt, hạn hán, nước mặn

và băng giá [28] Sự nhạy cảm của cây con giống có thể hạn chế sự tạo thành cây

từ hạt ở ngoài đồng ruộng do các điều kiện thời tiết

Sự phát triển của cây bản địa và cây ngoại lai: Sự thiết lập, phát triển và chết của cây sậy con có thể khác nhau giữa các kiểu di truyền Các cây sậy con bản địa thường có tỉ lệ chết cao hơn, sản sinh lượng sinh khối ít hơn ở dưới và trên mặt đất, ngắn hơn so với cây ngoại lai Lượng sinh khối bên trên và bên dưới mặt đất sản sinh bởi giống ngoại lai lớn hơn 2 đến 4 lần so với các cây giống bản địa khi áp dụng công thức hàm lượng dinh dưỡng cao và thấp

Tái sinh sinh dƣỡng: Sự tái sinh và lan rộng của cây sậy về cơ bản là thông

qua sự phát triển của thân rễ và thân bò Một số lượng đáng kể quần thể cây sậy cũng được thiết lập bằng tái sinh sinh dưỡng thông qua sự gián đoạn của các quần thể con và sự phát tán của các đoạn thân rễ [45] Phát triển sinh dưỡng cho phép cây sậy mọc lan tới các khu vực không phù hợp cho sự phát triển từ hạt

Sự phát triển: cây sậy có khả năng phát triển nhanh chóng cả bên trên và

dưới mặt đất với tốc độ phát triển lên tới 4 cm/mỗi ngày Cây sậy phát triển nhanh chóng có thể gây ảnh hưởng tới nguồn dinh dưỡng có sẵn

Trang 37

Dinh dƣỡng/pH: Cây sậy có thể sống trong môi trường đất có tính axit hoặc

đất kiềm, giàu dinh dưỡng hoặc nghèo dinh dưỡng nhưng điều kiện đất và nước dung nạp được có thể phụ thuộc vào các quá trình phát triển

Khả năng chịu bóng râm: cây sậy thường phổ biến nhất ở các khu vực đầy

đủ ánh nắng mặt trời hoặc gần như đầy đủ ánh nắng mặt trời [35] Một đánh giá đã chỉ ra rằng độ cao và mật độ của cây sậy thường thấp ở những nơi có một phần che phủ bởi bóng râm

1.3.4 Ứng dụng của cây sậy trong cải tạo môi trường

Trong những năm qua, sậy đã được ứng dụng xử lý kim loại nặng tại một số nước trên thế giới với kết quả rất khả quan Theo kết quả nghiên cứu của Alishir Afrous về khả năng tích lũy Hg và As của sậy trong môi trường nước tại nhà máy

thủy sản Dezful, Iran cho thấy, sậy P australis có khả năng hấp thụ 6,23 mg Hg/kg trong 200 mg Hg /kg đất, cao hơn so với cây bồ hoàng (Scirpus) và T latifolia chỉ

Công trình xử lý nước thải bằng phương pháp rễ cây sậy tại Bệnh viện Nhân

Ái (huyện Thác Mơ, tỉnh Bình Phước) do Lê Trường Giang, Phó Giám đốc Sở Y tế TPHCM, làm chủ nhiệm vừa được Sở Khoa học - Công nghệ TPHCM nghiệm thu ngày 12/6/2009 Hệ thống xử lý nước thải Bệnh viện Nhân Ái sẽ giải quyết được toàn bộ nước thải của trung tâm trước khi thải ra hồ Thác Mơ Theo Lê Trường Giang, đây là phương pháp tối ưu về kinh tế và phù hợp nhất với điều kiện địa hình, hiện trạng của tỉnh Bình Phước hiện nay

Hệ thống xử lý nước thải dựa trên nguyên tắc sinh học Nước thải sinh hoạt

và y tế được dẫn cho chảy vào một bể cát trồng cây sậy Nước bẩn sẽ được thấm qua rễ, tại đây, các vi khuẩn sẽ hoạt động làm giảm các chất trong nước thải Sau

Trang 38

đó, nước tiếp tục thấm qua các lớp vật liệu lọc rồi chảy xuống những ống thoát nằm phía dưới và thải ra tự nhiên Nước thải sau khi xử lý sẽ bảo đảm các thông số ô

lửng, Coliforms Về cấu tạo, bể cát có đáy và mặt bên được phủ một lớp nhựa

chống thấm dày 1,5 mm để chống nước thải rò rỉ xuống nước ngầm Bên ngoài bể cát có hàng rào bao quanh để chống sự xâm nhập của người và các loại động vật như heo, nai, bò gây hư hỏng thiết bị

Nghiên cứu loại bỏ Cr và Ni trong nước ô nhiễm cũng được thử

nghiệm với cây cỏ vetiver (Vetiveria zizanioides L.) và cây sậy (Phragmites australis) theo

“phương pháp vùng rễ”, kết quả thu được cũng rất khả quan Khi hàm lượng Cr và Ni thấp, hiệu suất xử lý có thể đạt trên 70% với Ni và trên 90% với Cr6+ và Cr3+ [29]

Sậy được sử dụng rộng rãi trong việc xử lý kim loại nặng trong khu đất ngập nước Sậy có khả năng hấp thụ một lượng lớn các kim loại nặng trong đất thông qua lượng sinh khối của chúng Ở miền trung Ấn Độ, sậy đã loại bỏ 70% As và 58 – 65%

Pb trong vùng đất ngập nước thông qua bộ rễ của chúng

Gần đây, ở một số nước (Đức, Anh, Ấn Độ…) đã sử dụng cánh đồng lau sậy để

xử lý nước thải Phương pháp này do giáo sư Kathe Seidel người Đức đưa ra từ những năm 60 của thế kỷ trước

Một nghiên cứu của Trần Thị Phả về khả năng xử lý của cây sậy cho thấy: Trong các khoảng pH thí nghiệm khác nhau, sậy đã tích lũy được lượng KLN ở các mức hàm lượng khác nhau Sự tích lũy ở rễ cây sậy cao hơn ở thân, lá Khi

pH càng tăng thì khả năng tích lũy KLN của sậy càng giảm Và hàm lượng KLN trong môi trường đất ở các mức thí nghiệm chưa ảnh hưởng tới khả năng sinh trưởng của sậy, tuy nhiên có ảnh hưởng đến khả năng xử lý [15]

Theo nghiên cứu của Đặng Văn Minh và cs, cây sậy đạt chiều cao là 180

cm sau trồng 1 năm, cao hơn so với 2 loại cây cỏ vetiver và dương xỉ Sinh khối thân lá thể hiện sự sinh trưởng nhanh hay chậm của cây trồng trong khoảng thời gian nhất định Theo dõi sau khi trồng 12 tháng cho thấy sinh khối thân lá của cây sậy là 24,2 g chất khô/khóm Qua đó cho thấy khả năng sinh trưởng của cây sậy trên đất sau khai thác thiếc khá cao so với dương xỉ Tương

tự sinh khối thân lá, cây sậy có sinh khối rễ cao hơn dương xỉ Sau 1 năm

Trang 39

nghiên cứu, hàm lượng KLN tích lũy trong cây sậy cao hơn so với cỏ vetiver và dương xỉ Hàm lượng As trong thân lá và rễ là 18,97 mg/kg và 59,37 mg/kg Hàm lượng Pb trong thân lá và rễ là 5,63 mg/kg và 30,36 mg/kg Hàm lượng

Cd trong thân lá và rễ là 0,73 mg/kg và 1,63 mg/kg [10]

Cây sậy được coi là loài thực vật đáng tin cậy trong việc xử lý kim loại nặng trong đất Theo nghiên cứu của Nadia Ait Ali và nnk hàm lượng Cd dao động từ 675 đến 1193 mg/kg, từ 45 đến 85 mg/kg trong rễ và thân lá tương ứng Hàm lượng Zn dao động từ 42 đến 106 mg/kg, từ 166 đến 915 mg/kg trong thân lá và rễ tương ứng

2.4.2 Đặc điểm của cây cỏ Linh lăng

2.4.2.1 Đặc điểm về hình thái

Cỏ Linh lăng là thực vật lâu năm, sống từ 5 đến 12 năm, phụ thuộc vào các giống và đặc điểm khí hậu nơi sinh trưởng Chúng là cây giống đậu sống lâu năm ở các khu vực ôn đới Cỏ cao trung bình 30 - 70 cm, có thể phát triển tới độ cao 1m, sống bằng thân ngầm dưới đất phân nhánh

Lá của chúng mọc thành cụm lá chét, mỗi cụm có 3 lá phụ hình xoang gắn từ một điểm, có lông mịn, bìa có răng mịn 1/3 trên Gân phụ khít nhau 7 - 8 cặp

Hoa màu tím tía, ít khi trắng hợp thành nhóm chùm ở nách lá cao 1 - 2 cm, đài

có 5 răng nhọn

Trái họ đậu cong thành đường xoắn 2 hoặc 3 vòng

Chúng có hệ rễ sâu, đôi khi sâu tới 4 – 5 mét, Điều này làm cho chúng có tính chịu khô hạn tốt

Hình 1.2 Cây cỏ linh lăng (Medicago sativa)

Trang 40

2.4.2.2 Đặc điểm về sinh thái

Giống như các loài cây thuộc họ đậu khác, các mắt rễ của chúng có chứa các

loại vi khuẩn, chẳng hạn như Rhizobium là các vi khuẩn có khả năng cố định đạm

Cỏ Linh lăng có thể gieo vào mùa xuân hay mùa thu và phát triển tốt trên các loài đất được tưới tiêu nước tốt với pH khoảng từ 6,8 - 7,5 Cỏ linh lăng cần nhiều kali, các loại đất dinh dưỡng thấp cần phải được bón phân bằng phân hữu

cơ hay phân hóa học Thông thường người ta gieo từ 13 – 17 kg/ha trong các khu vực có khí hậu thích hợp và khoảng 22kg/ha trong các khu vực xa hơn về phía nam (ở Bắc bán cầu)

Lucerne hay alfalfa tên khoa học là Medicago sativa thuộc họ fabacea có cái tên Hán Việt là Linh lăng Thảo, là một loại cỏ có 3cánh lá, hoa tím mọc chuyển tiếp liên tục từ 3 cho đến 12 năm tuỳ theo điều kiện thời tiết mát mẻ rễ có thể ăn sâu từ 4,5 mét.Alfalfa nên trồng xen canh với bắp hạt, đậu hạt nhằm điều tiết dinh dưỡng cho sức sinh sản cuả nó

các quốc gia trên Thế Giới xếp vào danh mục cây cỏ quan trọng dùng chăn nuôi gia súc sản xuất sữa như: bò- dê – trâu và gia súc sản xuất thịt như: trừu (cừu) -

dê – bò.Theo phân khoa Canh Nông Đại Học California Hoa Kỳ nghiên cưú và thực nghiệm:

Alfalfa mọc tốt trên các loại đất có nồng độ PH 6.8- 7.5 và gieo hạt từ 13 đến 20kg cho một ha Alfalfa cần nhiều K3CO3 (Potassium carbonate) cho nên tốt khi trồng trên đất mặn Cỏ linh lăng gieo trồng tốt nhất vào cuối mùa mưa từ tháng 9 -11

Để có thực phẩm dự trữ vào các mùa hạ khô hay muà đông, Alfalfa được cắt

bó thành từng tảng vuông hay cuốn tròn để dự trữ tránh tình trạng uá tàn và hoá sơ

cỏ Những tảng dài chữ nhật nặng chừng 25kg đến 35kg được xếp vào kho cho khô tránh ánh sáng hủy hoại màu xanh diệp lục tố, còn những tảng cuộn tròn nặng chừng 200kg đến 1 tấn được để ngoài cánh đồng nhưng được bao plastic dày tránh

bị mưa làm hư thối Hàng năm những cánh đồng trồng Alfalfa Lucerne ở Hoa Kỳ-

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	1,6 MB