Nghiên cứu khả năng hấp thu thiếc trong đất ô nhiễm của cỏ vetiver và cây dương xỉ

Ngoài ra, cây dương xỉ cũng được biết đến với khả năng hấp thu các kim loại nặng như asen, chì, kẽm… Việc sử dụng cỏ vetiver, cây dương xỉ để xử lý đất bị nhiễm kim loại nặng đã được ngh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH vi

CHƯƠNG 1 4

1.1 THỰC TRẠNG Ô NHIỄM THIẾC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 4

1.1.1 Ô nhiễm thiếc trên thế giới 5

1.1.2 Ô nhiễm thiếc tại Việt Nam 9

1.2 KHẢ NĂNG HẤP THU KIM LOẠI NẶNG CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY DƯƠNG XỈ 11

1.2.1 Cỏ vetiver 11

1.2.2 Cây dương xỉ 15

1.3 CÁC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THỰC VẬT ĐỂ HẤP THU KIM LOẠI NẶNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 16

1.3.1 Các công nghệ sinh học xử lý môi trường 16

1.3.2 Các nghiên cứu trên thế giới 19

1.3.3 Các nghiên cứu ở Việt Nam 23

1.3.4 Các biện pháp để xử lý thực vật sau khi hấp thu kim loại nặng 27

CHƯƠNG 2 29

2.1 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 29

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.2.1 Phương pháp tổng quan thu thập tài liệu 29

2.2.2 Phương pháp khảo sát thực địa lấy mẫu 29

2.2.3 Phương pháp thực nghiệm 30

2.2.4 Phương pháp tổng hợp, đánh giá xử lý số liệu 32

CHƯƠNG 3 33

3.1 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY DƯƠNG XỈ Ở CÁC NỒNG ĐỘ THIẾC KHÁC NHAU TRONG MẪU ĐẤT TỰ LẬP 33

3.1.1 Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng của cỏ vetiver và cây dương xỉ ở các nồng độ khác nhau thông qua việc khảo sátchiều dài thân, lá 33 3.1.2 Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng của cỏ vetiver và cây dương xỉ ở các nồng độ khác nhau thông qua việc khảo sát chiều dài rễ 36 3.1.3 Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng của cỏ vetiver và cây dương xỉ ở các nồng độ khác nhau thông qua việc khảo sátsinh khối khô 39

3.2 KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP THU THIẾC TRONG THÂN, LÁ

VÀ RỄ CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY DƯƠNG XỈ VỚI CÁC NỒNG ĐỘ THIẾC KHÁC NHAU TRONG MẪU ĐẤT TỰ LẬP 42 3.3 KẾT QUẢ SO SÁNH HIỆU QUẢ XỬ LÝ THIẾC CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY DƯƠNG XỈ 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC a

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Nồng độ trung bình của thiếc trong môi trường 4

Bảng 1.2 Sự phát thải toàn cầu của một số nguyên tố kim loại nặng 6

Bảng 1.4 Hàm lượng thiếc có trong thực phẩm 8

Bảng 1.5 Giới hạn ô nhiễm thiếc trong thực phẩm 10

Bảng 1.6 Nồng độ kim loại nặng trong lá, chồi, cành của một số loài thực vật 20

Bảng 3.1 Sự sinh trưởng qua chiều cao 33

Bảng 3.2 Sự tăng trưởng dựa trên chiều dài rễ 36

Bảng 3.3 Sinh khối khô thân, lá và rễ 39

Bảng 3.4 Lượng kim loại thiếc có trong thân, lá và rễ cỏ vetiver và cây dương xỉ 42

Bảng 3.5 Hàm lượng thiếc còn lại trong đất sau khi thí nghiệm 47

Bảng 3.6 Biến động hàm lượng kim loại thiếc trong đất trồng cỏ vetiver và cây dương xỉ theo thời gian 51

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Cỏ vetiver 11 Hình 1.2 Cây dương xỉ 15 Hình 2.1 Mô hình bố trí các chậu trồng cỏ vetiver và cây dương xỉ 30 Hình 3.1 Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 1 tháng 34 Hình 3.2 Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 2 tháng 35 Hình 3.3 Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 3 tháng 35 Hình 3.4 Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 1 tháng 37 Hình 3.5 Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 2 tháng 38 Hình 3.6 Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều dài rễ theo nồng độ thiếc sau 3 tháng38 Hình 3.7 Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng về sinh khối của cỏ vetiver và cây dương xỉ theo các nồng độ thiếc sau 1 tháng 40 Hình 3.8 Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng về sinh khối của cỏ vetiver và cây dương xỉ theo các nồng độ thiếc sau 2 tháng 41 Hình 3.9 Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng về sinh khối của cỏ vetiver và cây dương xỉ theo các nồng độ thiếc sau 3 tháng 41 Hình 3.10 Biểu đồ thể hiện sự tích lũy thiếc trong thân, lá và rễ của cỏ vetiver 44 Hình 3.11 Biểu đồ thể hiện sự tích lũy thiếc trong thân, lá và rễ của cây dương xỉ 46 Hình 3.12 Biểu đồ thể hiện hàm lượng thiếc còn lại trong đất sau khi trồng cỏ vetiver 48 Hình 3.13 Biểu đồ thể hiện hàm lượng thiếc còn lại trong đất sau khi trồng cây dương

xỉ 49 Hình 3.14 Biểu đồ so sánh hàm lượng thiếc còn lại trong đất sau 3 tháng trồng cỏ vetiver và cây dương xỉ ở các nồng độ bổ sung khác nhau 50

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu

Ô nhiễm kim loại nặng nói chung và ô nhiễm thiếc nói riêng đang là vấn đề bức thiết của toàn cầu Kim loại thiếc được sử dụng rất rộng rãi đặc biệt là trong công nghiệp chế biến đồ hộp, công nghiệp sơn, công nghiệp nhựa, điện tử và trong thuốc bảo

vệ thực vật…Thiếc được cho rằng có độ độc thấp nhất, vô hại đối với sức khỏe Thực

tế, lượng thiếc quá lớn khi đi vào cơ thể sẽ gây ngộ độc Đồ hộp chứa thực phẩm dễ gây nên trúng độc thiếc vì kim loại thiếc sẽ có sự biến đổi hóa học khi kết hợp với các hợp chất chứa trong thực phẩm, sau đó đi vào cơ thể gây nên sự biến đổi thứ hai Các hợp chất này trong quá trình tiêu hóa không thể phân giải và bài tiết được, do đó ảnh hưởng đến sức khỏe của con người Thiếc xâm nhập vào cơ thể qua việc tiếp xúc với thiết bị điện tử, qua đường ăn uống do sử dụng đồ hộp, thực phẩm bị nhiễm thiếc Thiếc tồn tại ở dạng hữu cơ gây độc lớn nhất cho con người, độ độc tương đương với cyanua Thiếc triethyl là thiếc hữu cơ nguy hiểm nhất đối với con người[18]

Tác động của thiếc vô cơ đối với con người không lớn, những biểu hiện về nhiễm động độc thiếc vô cơ như dạng lành tính của bệnh bụi phổi, thể hiện ở đường tiêu hóa như buồn nôn, tiêu chảy, thiếu máu Thiếc ảnh hưởng đến sự trao đổi chất của các kim loại khác như đồng, kẽm, sắt Đối với thiếc hữu cơ, khi tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp hơi thiếc trimethyl và dimethyl hoặc sau khi uống trực tiếp thiếc methyl sẽ dẫn đến tử vong Ngoài ra, có khoảng 100 trường hợp tử vong xảy ra tại Pháp vào năm

1954 sau khi uống một loại thuốc nhiễm thiếc triethyl iodua, triethyl iodide và tetraethyl Tử vong xảy ra sau khi tiếp xúc với một liều lượng ước tính 3g triethyl iodide trong khoảng 6-8 tuần Những người mắc bệnh có dấu hiệu thần kinh và các triệu chứng như nhức đầu, sợ ánh sáng, ý thức thay đổi và co giật xuất hiện sau 4 ngày

từ khi bị nhiễm độc, và đau đầu liên tục, sức khỏe suy yếu kéo dài trong ít nhất 4 năm[14]

Thời gian bán phân hủy của thiếc trong môi trường rất dài và khó có khả năng phân hủy sinh học Thiếc có thể từ đất được thực vật hấp thu và đi vào cơ thể con người qua đường ăn uống Chính vì vậy mà việc xử lý đất bị ô nhiễm thiếc đang trở thành vấn đề cấp thiết của toàn xã hội

Khi cỏ vetiver mới du nhập vào Việt Nam vào năm 1999 chúng chỉ được biết đến như là một loại cỏ chống xói mòn, giữ đất, nước và được nghiên cứu để xử lý đất, nước bị nhiễm kim loại nặng Ngoài ra, cây dương xỉ cũng được biết đến với khả năng hấp thu các kim loại nặng như asen, chì, kẽm…

Việc sử dụng cỏ vetiver, cây dương xỉ để xử lý đất bị nhiễm kim loại nặng đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam Như nghiên cứu của Bùi Thị Kim Anh (năm 2011) về nghiên cứu sử dụng thực vật (dương xỉ) để xử lý

ô nhiễm asen trong đất vùng khai thác khoáng sản, của Lương Thị Thúy Vân (năm 2012) về nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver để cải tạo đất bị ô nhiễm Pb, As sau khai thác khoáng sản ở tỉnh Thái Nguyên, của Nualchavee Roongtanakiat và cộng sự (năm 2011)

về hút thu kẽm, cadimi và chì từ đất ô nhiễm bằng cỏ vetiver…Tuy nhiên, hiện nay tại Việt Nam và trên thế giới có rất ít nghiên cứu về việc xử lý đất ô nhiễm thiếc bằng thực

vật Vì vậy mà đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp thu thiếc trong đất ô nhiễm của cỏ vetiver, cây dương xỉ ” là rất cấp thiết Ứng dụng cỏ vetiver, cây dương xỉ để xử lý đất

bị ô nhiễm kim loại nặng là một công nghệ xử lý bằng thực vật được đánh giá là một công nghệ mới, và rất có triển vọng Đây là một biện pháp đơn giản, dễ làm, rất kinh

tế, hiệu quả và rất tự nhiên Đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver và cây dương xỉ để ứng dụng xử lý kim loại nặng trong đất, tuy nhiên hiện nay tại Việt Nam chưa có nghiên cứu về việc sử dụng cỏ vetiver và cây dương xỉ trong việc xử lý kim loại thiếc trong đất và so sánh hiệu quả xử lý của hai loài này, đây chính là tính mới trong đề tài mà luận văn nghiên cứu

Mục tiêu đề tài

Đánh giá khả năng hấp thu thiếc của cỏ vetiver và cây dương xỉ nhằm cải tạo đất

ô nhiễm ở các vùng khai thác mỏ góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng Nội dung nghiên cứu

 Tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài

 Đánh giá khả năng thích nghi, sinh trưởng, phát triển của thực vật

 Đánh giá khả năng hấp thu thiếc trong thân, lá và rễ của cỏ vetiver và

cây dương xỉ với các nồng độ thiếc khác nhau trong mẫu đất tự lập

 So sánh hiệu quả xử lý thiếc của cỏ vetiver và cây dương xỉ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 THỰC TRẠNG Ô NHIỄM THIẾC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

Thiếc trong môi trường thiên nhiên tồn tại chủ yếu dưới dạng đá (Cassiterit SnO2) Bên cạnh đó thiếc còn có trong các thành phần nhiên liệu hóa thạch và hàng loạt khoáng khác Phản ứng của thiếc trong môi trường như sau:

Sn2+↔ Sn4+ + 2eThiếc tồn tại trong vỏ Trái đất ở dạng khử Do các quá trình gia công quặng hoặc quá trình phong hóa mà thiếc có thể ở dạng SnO2 ít hòa tan tạo thành dung dịch keo

-Sự tích tụ các hợp chất thiếc chủ yếu trong các động thực vật phù du và trong bụi của khí quyển Thời gian lưu của thiếc trong khí quyển, trong nước biển khoảng

105 năm Nồng độ trung bình của thiếc trong môi trường được trình bày trong Bảng 1.1

Bảng1.1 Nồng độ trung bình của thiếc trong môi trường[11]

1.1.1 Ô nhiễm thiếc trên thế giới

Theo các tác giả Galloway và Freedmas (1982) thì sự phát thải của một số nguyên tố kim loại nặng từ các hoạt động tự nhiên và nhân tạo trên thế giới hàng năm được thể hiện trong bảng 1.2 sau:

Bảng 1.2 Sự phát thải toàn cầu của một số nguyên tố kim loại nặng

(đơn vị: 108 g/năm) Nguyên tố Tự nhiên Nhân tạo Nguyên tố Tự nhiên Nhân tạo

có nồng độ cao ở mức 1000 ppm Nồng độ đất nền trung bình tại Mỹ là 0,89 ppm Nồng độ thiếc trong lớp đất mặt (0-7,6 cm) từ cuối phía tây của Đông St Louis, Illinois dao động từ <13 đến 1,130 mg / kg Đông St Louis có lịch sử là nơi đặt các cơ sở công nghiệp bao gồm các nhà máy luyện kim loại đen và kim loại màu, một nhà máy điện đốt than, công ty sản xuất hóa chất, và nhà máy lọc dầu Bùn trầm tích thu thập được trong tháng 1 năm 1996 từ hồ Central Park ở thành phố New York, chứa nồng độ thiếc

trung bình dao động từ 4,0 ppm đến 67 ppm Điều này do trước đó có nhà máy đốt chất thải rắn của thành phố New York gần khu vực hồ Central Park [14]

Tổ chức y tế thế giới đã chỉ ra các hợp chất thiếc đã gây ô nhiễm môi trường và thực phẩm trên phạm vi toàn thế giới từ những năm 1980, các hợp chất này chủ yếu là các hợp chất thiếc hữu cơ [14]

Các hợp chất cơ thiếc được sử dụng trong nuôi trồng thủy hải sản Viện Khoa học Vệ sinh quốc gia Tokyo tháng 6 và tháng 8 năm 1988 đã phân tích cá mua từ thị trường bán lẻ và các loại tôm cua nuôi được mua vào tháng 10 năm 1987 Các nhà nghiên cứu khẳng định rằng sự ô nhiễm các hợp chất cơ thiếc là phổ biến trên toàn quốc cả ở trong môi trường biển lẫn trong các loài hải sản Theo họ thì điều đặc biệt đáng lo ngại là hàm lượng các chất này cao trong các loài cá bị ô nhiễm nặng nhất

Năm 1994 các nhà nghiên cứu thuộc Đại học tổng hợp Pau ở vùng Adour đã chứng minh sự tồn lưu các hợp chất cơ thiếc ở vùng vịnh Arcachon Trong những củ cà rốt dài 30 cm trồng ở 14 vùng trầm tích thuộc vịnh này, năm 1990 người ta phát hiện ra đều chứa hợp chất cơ thiếc Kim loại này luôn có mặt ở đây với một hàm lượng đáng

kể Vào mùa hè, vịnh Arcachon đã đón tiếp đến 15000 du thuyền Theo các nhà nghiên cứu Đại học Pau thì các quy định không được tôn trọng Hơn nữa có sự giải phóng chậm chạp và liên tục các hợp chất tích tụ trong lớp trầm tích vào thời kỳ ô nhiễm nặng Hơn nữa, trong bể nuôi sò, nước có nồng độ dưới 20mg/l được coi là ngưỡng không gây tác hại đối với sự sinh sản, nhưng nó vẫn gây ra vài dị dạng ở vỏ sò chứng

tỏ kim loại này vẫn còn gây ra độc hại[11]

Thiếc có mặt trong hầu hết các loại thực phẩm mà con người sử dụng Bảng 1.4 thể hiện hàm lượng thiếc có mặt trong các loại thực phẩm:

Bảng 1.4 Hàm lượng thiếc có trong thực phẩm

Nguồn: Blego at al., 1999

1.1.2 Ô nhiễm thiếc tại Việt Nam

Hiện nay tại một số nơi do việc khai thác quặng thiếc trái phép dẫn đến ô nhiễm môi trường nghiêm trọng như tại các xã Khánh Phú, Khánh Thành, Khánh Thượng (huyện Khánh Vĩnh, Khánh Hòa), xã Châu Quang, Châu Hồng và Châu Cường (huyện Quỳ Hợp, Nghệ An), xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên …Việc ô nhiễm thiếc chủ yếu do khai thác trái phép làm ô nhiễm nguồn nước mặt và bùn thải từ các hoạt động trên Nước và bùn thải bị ô nhiễm ngấm vào đất khiến cho đất bị ô nhiễm thiếc

Tại xã Châu Hồng, Quỳ Hợp, Nghệ An có hàm lượng thiếc cao, trữ lượng lớn hơn mỏ thiếc Tĩnh Túc, Cao Bằng Tuy nhiên, tại đây hiện tượng khai thác thiếc trái phép đã diễn ra từ năm 2001 khiến môi trường đất và nước nơi này ô nhiễm nặng nề Ô nhiễm tại đây thể hiện ở việc tăng các bệnh tiêu chảy, viêm đại tràng, đau mắt ở người dân và loét da, lở mồm long móng ở trâu bò

Theo QCVN 8-2:2011/BYT Lượng thiếc ăn vào hàng tuần có thể chấp nhận được tạm thời là 14 mg/kg thể trọng Trong đó giới hạn ô nhiễm thiếc trong thực phẩm được thể hiện trong bảng 1.5 dưới đây:

Bảng 1.5 Giới hạn ô nhiễm thiếc trong thực phẩm

(mg/kg hoặc mg/l)

1 Các sản phẩm sữa dạng bột (đựng trong bao bì tráng

2 Các sản phẩm dạng lỏng (đựng trong bao bì tráng thiếc) 250

3 Các sản phẩm phomat (đựng trong bao bì tráng thiếc) 250

4 Các sản phẩm chứa chất béo từ sữa (đựng trong bao bì

khí) coi như không có sự bổ sung từ nước uống [14] Các nguồn quan trọng nhất đưa thiếc vào cơ thể là từ thực phẩm, đặc biệt là thực phẩm đóng hộp

1.2 KHẢ NĂNG HẤP THU KIM LOẠI NẶNG CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY

nguồn từ vetiver Theo các nhà thực vật học thì cỏ vetiver là loài bản địa thuộc miền bắc Ấn

Độ, một số khác cho rằng cỏ này xuất xứ quanh Bombay nên người ta tạm kết luận là loài

cỏ này sống ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới trên những đồng bằng Nam Á, Bangladesh và Myanmar Cỏ Vetiver được trồng nhiều ở Thái Bình, Nghệ An Gồm 11 loài, trong đó chỉ

có 2 loài được sử dụng trong hệ thống cỏ Vetiver đó là V zizanioides và V nemoralis, trong khi V zizanioides được phân bố hầu hết ờ các vùng nhiệt đới thì V nemoralis

chỉ có mặt ở vùng Đông Nam Á Còn ở Việt Nam thì cỏ Vetiver còn được gọi là cỏ

Hương Bài hay Hương Lau được phân loại là V zizanioides L và được trồng nhiều ở

Thái Bình, Nghệ An

* Đặc tính về hình thái

- Nhìn chung thì cỏ vetiver rất giống như một bụi cỏ sả to, mọc thẳng đứng, thân xếp vào nhau tạo thành khóm dày đặc, vững chắc, chiều cao có thể tới 3m Chồi ngọn thì nằm sâu dưới lớp đất mặt vài cm, đây là các mô tế bào đang phát triển Do đó

cỏ vetiver thường mọc thành từng cụm

- Thân lá mọc thẳng đứng, cứng, chịu được điều kiện ngập lũ cao trung bình 1,5m, thường thì khó phân biệt được thân và lá, phiến lá tương đối cứng, lá dài từ 40-90cm, rộng 4-10mm, lá nhẵn, mép lá nhám

1 Cụm hoa là chùy tận cùng, thẳng, dài 201 30cm, cuống chung lớn, phân nhánh nhiều Bông nhỏ không cuống, là loại lưỡng tính, hình dẹt, bông rất nhỏ, bông có cuống là bông đực, cỏ vetiver ít ra hoa, nếu có thì hoa thường bất thụ

- Cỏ vetiver không bò lan và thân rễ đan xéo nhau, khi trồng gần nhau thì cỏ vetiver tạo thành một hàng hàng rào chắn phù sa và phân tán dòng chảy rất hiệu quả

* Đặc tính về sinh lý học

- Vetiver thuộc nhóm thực vật C4, sử dụng CO2 hiệu quả hơn theo con đường quang hợp bình thường Điều lưu ý là hầu hết thực vật C4 chuyển hóa CO2 thành đường lại sử dụng rất ít nước, đây là một yếu tố giúp cây phát triển trong điều kiện khô hạn

- Cỏ vetiver không mẫn cảm với giai đoạn sáng, vẫn sinh trưởng và ra hoa quanh năm trong điều kiện nhiệt độ cho phép, cây cỏ này thích hợp nhất dưới ánh sáng, không chịu được bóng râm, nhưng một khi đã sống được trong bóng râm thì lại có thể tồn tại tới hàng chục năm Nó có thể chịu được điều kiện ít sáng trong rừng cây cao su hoặc trong các khu rừng nhiệt đới

- Hạt cỏ vetiver ở trong điều kiện bình thường thì các hạt trưởng thành dần dần phát tán và hạt chỉ có thể nảy mầm khi gặp điều kiện tối thích (vùng đầm lầy nhiệt đới) nhưng sức sống kém Hạt cỏ vetiver rất nhạy cảm với các yếu tố môi trường do vậy rất dễ mất sức sống, tỷ lệ nảy mầm thấp Chính vì đặc điểm này mà chúng ta không cần lo ngại hạt cỏ sẽ phát tán và trở thành cỏ dại

- Cụm hoa: trong họ Poaceae thì cụm hoa là đặc điểm nhận biết quan trọng Riêng đối với cỏ vetiver thì lại dễ có sự nhầm lẫn, nhất là về chiều dài, rộng và màu sắc hoa

- Hoa cỏ vetiver là hoa lưỡng tính, thường đi thành từng cặp, mỗi cặp giống nhau về hình thức gồm một hoa có một cuống ngắn và một hoa không cuống, riêng phần cuối của cuống thì các hoa chụm ba Hoa không có cuống lưỡng tính, phẳng theo chiều ngang, có gai ngắn và sắc Mỗi hoa có hai nhụy cái, hai đầu nhụy cái như lông vũ, thường bị thoái hóa hoặc không bình thường Hoa có hình nón, thuôn dài, oval, đỉnh hình nêm, rộng 1,5-2,5mm, dài 2,5-3,5mm Mặt phía trên thô, có gai nhỏ, mặt dưới nhẵn

* Đặc tính về sinh thái học

Cỏ vetiver thích ứng trong nhiều điều kiện, khí hậu, đất đai, địa hình, chịu đựng

và thích nghi nhanh với sự thay đổi khắc nghiệt của môi trường

- Chịu được hạn hán trong nhiều tháng, sống được trong môi trường ngập lũ đến

45 ngày và trong biên độ nhiệt độ từ -14˚C đến 60˚C

- Phát triển tốt trong vùng đầm lầy ngang mực nước biển cho đến vùng núi cao 2600m so với mặt biển, vùng có lượng mưa trung bình năm cực thấp khoảng 200mm hoặc rất cao khoảng 3000mm

- Mọc và phát triển lại rất nhanh sau khi bị ảnh hưởng của hạn hán, sương muối, nước mặn, các hóa chất và độc chất trong đất

- Chịu được ngưỡng biến động cao của pH đất từ 3-10,5

- Sống và phát triển tốt trong đất nghèo dinh dưỡng, đất nhiễm phèn, ngập mặn, đất bị nhiễm kim loại nặng như Al, As, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, Ni, Se, Zn

- Có thể hạn chế sự phát triển của tảo

- Tinh dầu trong rễ có mùi thơm khỏe làm cho rễ không hấp dẫn đối với loài gặm nhấm và các loại côn trùng hại khác, nó còn ngăn chặn không cho chuột làm tổ gần hàng rào,

lá cỏ cứng và sắc làm cho rắn không đến gần được

- Không chịu được điều kiện bóng râm

* Đặc tính về di truyền

Có hai loại cỏ vetiver đang được sử dụng để bảo vệ đất là: Vetiverria zizanioides và V nigritana Loại V nigritana có nguồn gốc từ Nam Phi và Tây phi và chủ yếu được sử dụng tại tiểu lục địa này Có hai kiểu gen của Vetiveria zizanioides

Nhưng chỉ cò một loại là thích hợp để sử dụng trên toàn thế giới, do vậy để phân biệt được hai kiểu gen này là một điều rất quan trọng

- Kiểu gen Bắc Ấn Độ là loại cỏ hoang dại, chưa được thuần hóa, cỏ này cũng cho hoa và hạt hữu tính, rễ ăn nông, thích hợp với đất ẩm ướt, nếu không kiểm soát thì

sẽ trở thành cỏ dại

- Kiểu gen Nam Ấn Độ, đã được thuần hóa Đây chính là loại cỏ vetiver đã được trồng hàng thế kỷ nay và được phân bố rộng rãi khắp các vùng nhiệt đới Loại cỏ này cho hoa nhưng hoa bất thụ, cho hạt nhưng lại là hạt lép, không phát tán hoặc có sức sống rất kém, không thể nảy mầm, loại cỏ này nhân giống bằng phương pháp vô tính

Đây là loại cỏ được sử dụng an toàn nhất trong các lĩnh vực

1.2.2 Cây dương xỉ

Dương xỉ có tên khoa học là Pteris

vittata L, là loài cây thuộc nhóm Quyết, là

những thực vật đã có thân, rễ, lá thật và có

mạch dẫn Chúng sinh sản bằng bào tử Bào

tử mọc thành nguyên tản và cây con mọc ra

từ nguyên tản sau quá trình thụ tinh Mặt

dưới các lá dương xỉ có những đốm nhỏ

chứa các túi bào tử Túi bào tử có một vòng

tế bào với màng tế bào dày lên rất rõ gọi là

vòng cơ có tác dụng phát tán bào tử khi túi

bào tử chín Bào tử rơi xuống đất nảy mầm

thành nguyên tản rồi từ đó mọc ra cây dương xỉ mới

Dương xỉ có cơ quan sinh dưỡng cấu tạo phức tạp phù hợp với môi trường cạn Thân dương xỉ ngầm, hình trụ, nằm ngang to, có vẩy màu nâu Lá già có cuống dài, lá non cuộn tròn ở đầu, có mạch dẫn Rễ dài, nhiều, màu nâu, rễ thật Vậy nên khả năng

sinh trưởng và phát tán rất lớn Dương xỉ có trên 10000 loài, chia 5 bộ: Osumdales, Polypodiales, Cyatheales, Marisileales và Salviniaceae Phân bố rất rộng từ đồng bằng,

Hình 1.2 Cây dương xỉ

đồi núi thấp, núi trung bình Còn gặp ở cả nhiều nước nhiệt đới và các nước châu Á, Úc, thậm chí cả châu Âu

Đặc biệt loài dương xỉ còn có khả năng tích luỹ kim loại nặng trong rễ với hàm lượng cao Chúng được áp dụng trong công nghệ xanh, cải tạo môi trường

Cây dương xỉ rất phổ biến ở Việt Nam và thông thường chúng sinh trưởng và phát triển tốt quanh năm

1.3 CÁC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THỰC VẬT ĐỂ HẤP THU KIM LOẠI

NẶNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.3.1 Các công nghệ sinh học xử lý môi trường

Để giúp ích cho các ngành công nghiệp nông thôn, cơ sở hạ tầng, tình trạng đất đai và vấn đề suy thoái môi trường thì công nghệ sinh học xử lý môi trường sẽ được ứng dụng trong các lĩnh vực như sau:

* Kỹ thuật Sạch - xanh

Là kỹ thuật dùng thực vật chủ yếu là cây trồng để làm sạch đất nhiễm độc và lọc nước bị ô nhiễm Công nghệ sử dụng các loài thực vật đưa ra biện pháp rất hữu hiệu, tự nhiên và chi phí rất thấp để kiểm soát hoặc làm giảm sự suy thoái và ô nhiễm môi trường

a Cải tạo: Việc sử dụng một phương pháp nào đó, cơ giới hoặc sinh học để

phục hồi đất xấu hoặc bị thoái hóa do các hiện tượng tự nhiên hoặc do quá trình canh tác Các loại đất này bao gồm đất ô nhiễm bởi kim loại nặng, đất mặn, đất phèn, đất khô cằn, đất pha cát, đất ngập nước, đất sườn dốc, đất đồi

b Phục hồi: Việc sử dụng một phương pháp nhất định thuộc cơ giới hay sinh

học để phục hồi đất hoặc nước bị ô nhiễm do sự tác động của con người Sử dụng công nghệ thực vật để làm giảm sự suy thoái và ô nhiễn các khu vực sau:

- Các chất thải công nghiệp: Phục hồi đất đã bị thoái hóa và ô nhiễm để dừng việc lan tràn các chất độc ô nhiễm

- Chất thải đô thị: Khôi phục lưới lọc chất ô nhiễm

- Các chất thải hầm mỏ: Phục hồi các mỏ sau khi khai thác xong và cải tạo các chất thải hầm mỏ

- Xử lý ở cửa sông: Xử lý nước thải đô thị như nước cống thải và nước do các cơn bão chứa chất tẩy rửa qua đất ẩm

- Nước bẩn và ô nhiễm: Làm sạch và khử trùng nước bị ô nhiễm trong các đập, sông, suối, chất thải từ các ngành công nghiệp chăn nuôi tập trung, các trang trại nuôi heo, gia súc, gia cầmvà các ngành công nghiệp sản xuất có sự ô nhiễm kim loại nặng và

sự phát triển cực mạnh của tảo

- Các chất ô nhiễm nông nghiệp: Kiểm soát sự lan tràn các hóa chất nông nghiệp

và phân bón bằng việc ngăn chặn các chất này ngấm vào nước

* Kỹ thuật sinh học

Là phương pháp sử dụng sinh vật mà chủ yếu là thực vật trên cơ sở kết hợp hài hòa các kỷ thuật thông thường để giải quyết các vấn đề xói mòn và ổn định các sườn dốc

+ Ứng dụng trong lĩnh vực ưu tiên cao:

- Ổn định đường cao tốc, đường ray xe lửa: Sử dụng công nghệ thực vật trong lĩnh vực này vì chi phí rất thấp chỉ bằng khoảng 15% của biện pháp kỷ thuật thông thường dùng bê tông hoặc tường đá, với kỷ thuật đơn giản, có hiệu quả cao nhất, dễ dàng duy trì biện pháp sinh học để ổn định các trụ chống, tường, cống, kênh tiêu Đặc biệt đường cao tốc và đường ray xe lửa thường đi qua các đồi núi, đồng ruộng là những nơi chảy

có dòng chảy tập trung với lượng nước rất cao, do đó thường hay bị xói mòn và sạt lở rất nghiêm trọng

- Ổn định đê điều: Ổn định đê điều ven sông ở Đồng bằng Sông Hồng và Đồng bằng Sông Cửu Long để chống xói mòn và sạt lỡ do bảo, lũ lụt ở những vùng đê ven

biển, những vùng đồng bằng thấp thường hay bị nước mặn xâm nhập khi bị thủy triều lên cao và bão Khác với cây rễ lớn lúc sống có thể phá hại tường đê và lúc chết đi thì tạo thành đường hầm gây xói lỡ Hệ thống rễ mảnh của các loài thực vật và đặc tính liên kết của nó làm cấu trúc tường vững bền lâu dài và đồng thời làm giảm tối đa sự xói mòn do lũ lụt

- Ổn định các thềm trên các sườn dốc: Nhằm tạo ra các luống trồng cây lương thực hoặc cây ăn quả có giá trị cao trên những vùng đất trước đây đốt nương làm rẫy nay đã thoái hóa Khi trồng các loài thực vật này ở sườn dốc thì cây sẽ phát triển thành một hệ thống chống chịu và phục hồi những khu đất bị xói mòn mạnh và làm giảm sự lan rộng xói mòn này trong thực tế

- Ổn định Sông, kênh rạch, đường thủy: Sự lưu thông của tàu bè, thuyền máy trên các châu thổ sông chính, đặc biệt là châu thổ sông Mêkông thì thường tạo thành sóng và gây xói mòn và sạt lỡ rất nghiêm trọng Do đó khi trồng các loài thực vật này

ở hai bên bờ sông, kênh rạch thì sẽ làm giảm sự xói mòn và sạt lở do sự lưu thông trên gây ra

- Ổn định đất chua và kiểm soát xói mòn: Kiểm soát xói mòn và ổn định các rãnh thoát nước, các kênh, dòng nước bị đất chua như ở Bãi Sậy - Đồng Tháp ở châu thổ sông MêKông

+ Bảo vệ đất Nông - Lâm nghiệp và nâng cao khả năng sản xuất Ngoài những lợi ích thông thường là cải tiến lĩnh vực cây trồng đạt được qua việc bảo tồn đất và nước ở những vùng có lượng mưa thấp Công nghệ thực vật còn có những ứng dụng đặc biệt sau đây trong một số nghành Nông nghiệp Nông thôn

- Kiểm soát xói mòn do lũ lụt: Bảo vệ đất và vụ mùa khỏi thiệt hại do lũ lụt ở những vùng thường xảy ra lũ lụt và những vùng đất thấp

- Đồng lúa: Cố định đê điều, kênh tưới tiêu, cải tạo đất chua và mặn

- Đồng mía: Bảo vệ đất và giữ độ ẩm, giữ phân bón và hóa chất trong đất, ổn định các đê điều, kênh tưới tiêu, cải tạo đất chua và mặn

- Các vườn cây ăn quả và vườn ươm cây công nghiệp: Duy trì nước ở vùng khô

- Bảo vệ ao hồ nuôi trồng thủy sản: Ổn định đường và bờ, giữ môi trường đất

ẩm ướt để khử chất thải gây ô nhiễm

1.3.2 Các nghiên cứu trên thế giới

Trong những năm gần đây, người ta quan tâm rất nhiều về công nghệ sử dụng thực vật để xử lý môi trường, trong đó có xử lý ô nhiễm kim loại nặng và các chất nguy hại khác trong đất Nhiều nhà khoa học đặc biệt là ở Mỹ và châu Âu đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghệ này như một công nghệ mang tính chất thương mại Công nghệ này có ưu điểm là chi phí đầu tư thấp, dễ thực hiện, an

toàn và thân thiện với môi trường Năm 1998, Cục môi trường châu Âu (EEA) đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý kim loại nặng trong đất bằng phương pháp truyền thống và phương pháp sử dụng thực vật tại 1.400.000 vị trí bị ô nhiễm ở Tây

Âu Kết quả cho thấy chi phí trung bình của phương pháp truyền thống trên 1 ha đất từ 0,27 đến 1,6 triệu USD, trong khi phương pháp sử dụng thực vật chi phí thấp hơn 10 đến

1000 lần[6]

Thực chất từ sau những năm 70 của thế kỷ XX, các nhà khoa học trên thế giới

đã bắt đầu nghiên cứu việc sử dụng thực vật có khả năng hấp thụ kim loại cao

(Hyperaccumulater) để xử lý những vùng đất bị ô nhiễm, đặc biệt ở những vùng khai

khoáng với việc thải bỏ lượng lớn các kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường Những thực vật này chịu đựng được nồng độ kim loại cao hơn 10-100 lần so với các cây trồng nông nghiệp Kim loại được tích luỹ trong các chồi, cành, lá trên mặt đất, người

ta chỉ việc thu hoạch chúng Giá trị của kim loại trong sinh khối có thể bù đắp được một phần hoặc toàn bộ giá thành của sự làm sạch nơi đó hoặc thậm chí được xem như "mỏ cây"

Một số loài thực vật có khả năng hút thu và tích tụ nhiều Zn, Ni, Se, Cu, Co hoặc

Mn tới trên 1% chất khô của chồi, cành được minh hoạ ở bảng 1.4 sau:

Bảng 1.6 Nồng độ kim loại nặng trong lá, chồi, cành của một số loài thực vật

Nguyên tố Loài thực vật

Nồng độ kim loại nặng cực đại trong lá, chồi, cành (ppm)

Ni Phyllanthus

serpentinus 38.100 N.Caledinia Kersten, 1979

1964

Mn Alyciarubricanlis 11.500 N.Caledomia Brooks, 1981 Ngày nay, danh mục trên 450 loài thực vật có khả năng hấp thu cao kim loại đã được công bố Các họ thực vật chiếm ưu thế về số loài được xác định là "siêu hấp thụ"

là Asteraceae, Brassicaceae, Caryopyllaceae, Cyperaceae, Conouniaceae, Fabaceae, Flacuortiaceae, Lamiaceae, Poaceae, Violaceae và Euphobiaceae Bên cạnh đó

những công trình nghiên cứu nhằm tạo ra những loài thực vật vừa có khả năng tích tụ kim loại cao lại vừa cho năng suất sinh học cao để dùng trong công nghệ xử lý sinh học cũng ngày càng phát triển Số lượng công trình nghiên cứu về thực vật có khả

năng chiết rút kim loại từ đất (Phytoextraction), cố định kim loại (Phytostabilisation), hoá hơi (Phytovolatilization) hay lọc kim loại bằng bộ rễ (Rhizofiltration) để sử dụng

trong xử lý môi trường ô nhiễm khá phong phú[19]

Nghiên cứu cho thấy, các loài thực vật khác nhau có khả năng hấp thu kin loại

nặng khác nhau Cây Thlaspi caerulescens sinh trưởng trong 391 ngày đã loại bỏ hơn

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

nhiễm Theo Diels L và cộng sự (1999), loài dương xỉ Pteris vittata L có khả năng

tích lũy 14.500 ppm As mà chưa có triệu chứng tổn thương Loài này sinh trưởng nhanh, có sức chống chịu cao với As trong đất (As > 1.500ppm) và chỉ bị độc ở nồng độ

2.630ppm qua 6 tuần Theo các nhà khoa học Mỹ, Pteris vittata L có thể chứa tới 22g

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[16]

Trong thực tế, việc tìm kiếm những loài cây vừa cho sinh khối lớn vừa có khả năng tích lũy kim loại nặng cao, dễ trồng, có khả năng vận chuyển nhanh các chất ô nhiễm từ đất lên thân là điều kiện rất cần thiết để phục vụ cho công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật Một hướng nghiên cứu phục vụ cho công nghệ này đó là chuyển gen có khả năng tích tụ kim loại cao vào các loài thực vật sinh trưởng nhanh, sinh khối lớn,

như loài cải (Brassica juncea) có khả năng hút và tích tụ nồng độ kim loại cao, đặc biệt

là Se Nhiều nghiên cứu đã cho thấy, loài cây này có thể loại bỏ 50% tổng số Se có mặt trong đất trong một chu kỳ sinh trưởng từ 50 - 55 ngày

Gần đây các nhà khoa học Trung Quốc đã bắt đầu tiến hành một dự án thử nghiệm đầu tiên trên thế giới là trồng cây để thu gom As độc hại trong đất Theo Chen Toongbin thuộc Viện khoa học địa lý và Tài nguyên thì dự án trên được thực hiện 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., một loại dương xỉ có thể hấp thu

được 10% As từ đất trong vòng 1 năm Các nhà khoa học Trung Quốc đã dần dần hoàn

thiện kỹ thuật trồng cây dương xỉ (Pteris vittata L.) và vetiver để "hút" các nguyên tố

kim loại nặng trong đất như thạch tín, đồng, kẽm 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[23]

Một trong những mục tiêu của công tác hoàn thổ là lập lại thảm thực vật nhằm làm cho khu vực ổn định, bền vững và có thể ngăn ngừa, kiểm soát được xói mòn Với

những đặc trưng sinh lý và hình thái độc đáo, cỏ vetiver (Vetiveria zizanioides L.) được sử

dụng rất hiệu quả không chỉ để kiểm soát xói mòn mà còn là loài có khả năng chống chịu cao đối với những loại đất bị ô nhiễm kim loại nặng Nhiều nghiên cứu cho thấy, loài cỏ này

có thể phát triển tốt trên nhiều loại đất khác nhau, thậm chí cả trong điều kiện môi trường đất khắc nghiệt: rất chua, kiềm, hàm lượng Mn và Al di động cao Vì vậy, cỏ vetiver đã được sử dụng rất thành công trong phục hồi và cải tạo đất vùng mỏ như: mỏ than, vàng,

bentonit, bôxit ở Australia; mỏ vàng, kim cương, platin ở Nam Phi; mỏ đồng ở Chi Lê;

mỏ chì ở Thái Lan, mỏ chì, kẽm, bôxit ở Trung Quốc v.v[15]

Ở một số nước, ở nội dung thiết lập thảm thực vật trong chương trình hoàn thổ còn bao gồm cả việc sử dụng phân bón Những khu vực được xác định cải tạo để sử dụng cho mục đích nông nghiệp thường phải có chương trình duy trì việc bổ sung phân bón Tùy trường hợp cụ thể mà người ta sử dụng thạch cao hoặc vôi để điều chỉnh độ pH, tùy theo loại giống cây trồng, loại cây và mật độ cây, tỷ lệ sinh trưởng

mà người ta sử dụng thêm các loại phân đạm, lân hoặc kali Một số loại chất thải hữu

cơ cũng được sử dụng như phân, máu, xương động vật, bùn cống rãnhchúng vừa có tác dụng như phân bón vừa có tác dụng bổ sung chất đất Có thể sử dụng các cây cải tạo đất trồng trên nghèo kiệt để tăng lượng chất hữu cơ

Nghiên cứu của Muhammad Aqeel Ashraf và cộng sự đã chỉ ra khả năng hấp thu thiếc của ba loài Cyperus được thí nghiệm trong chậu với các nồng độ thiếc lần lượt là 0; 0,5; 2; 6; 25; 60 ppm Tất cả câc thí nghiệm đều chỉ ra khả năng loại bỏ thiếc khác nhau ở các loài Syperus khác nhau và ở các nồng độ thiếc khác nhau Thiếc tích luỹ trong thân, lá và rễ tuyến tính với nồng độ thiếc Loài Cyperus rotundus L có khả năng hấp thu thiếc tốt hơn loài Cyperus alternifolius và Cyperus fastigiatus Thiếc trong đất được hấp thu vào lá thân cây nhưng không được giữ lại trong rễ Kết quả chỉ ra rằng loài Syperus có khả năng vượt trội để

xử lý thiếc trong đất ô nhiễm có nồng độ thiếc cao

1.3.3 Các nghiên cứu ở Việt Nam

Ứng dụng công nghệ thực vật hay biện pháp sinh học, đó chính là sử dụng thực vật có khả năng cải tại đất bị ô nhiễm, có phản ứng khác nhau đối với các ion kim loại trong môi trường, thậm chí ở nồng độ rất thấp Công nghệ xử lý môi trường bằng thực vật là một công nghệ mới và hấp dẫn được đề cập trong những năm gần đây Kỹ thuật này được cho biết là có một triển vọng đặc biệt trong việc làm sạch kim loại trong đất, ít nhất là dưới điều kiện cụ thể nào đó và được sử dụng trong hệ thống quản lý thích hợp

Ở nước ta, nghiên cứu khả năng hấp thu kim loại nặng của thực vật với mục đích

sử dụng trong xử lý ô nhiễm môi trường cũng đã bắt đầu được thực hiện có kết quả tốt

(Võ Văn Minh và Võ Châu Tuấn, 2005) Kết quả cho thấy, cây thơm ổi (Lantana camara) có thể chịu được hàm lượng Pb trong đất lên tới 10.000 thậm chí 20.000 ppm Cây cải xoong (Nasturtium officinale) có khả năng làm giảm 60-80% Cr và 70-80%Ni từ

nước thải mạ điện có nồng độ Cr và Ni tương ứng 58,39 mg/l và 5,77 mg/l Nghiên cứu

loại bỏ Cr và Ni trong nước ô nhiễm cũng được thử nghiệm với cây vỏ vetiver (Vetiveria zizanioides) 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+ Trồng cỏ Vetiveria zizanioides trên đất ô nhiễm Pb

với hàm lượng Pb từ 1400,50 ppm đến 2530 ppm trong đất, cỏ vetiver vẫn phát triển tốt sau

90 ngày Hàm lượng Pb tích luỹ trong rễ đạt từ 509,42 ppm đến 2311,53 ppm và có một phần nhỏ Pb được vận chuyển lên thân cỏ ( từ 2,73 ppm đến 40,24 ppm)[8]

Nghiên cứu mới đây cho thấy, loài dương xỉ Pteris vittata và Dennstaedtia scabra,

không những có khả năng tích luỹ cao As mà còn có khả năng hấp thu đồng thời các KL khác nhau như Mn, Cu, Fe, Zn và Pb Khi trong đất bị ô nhiễm có hàm lượng As là

3528 ppm, thì hàm lượng As trong rễ và thân D.scabra tương ứng là 965,47 ppm và

2241,63 ppm[2]

“Báo cáo tổng kết kết quả nghiên cứu khoa học công nghệ đề tài nghiên cứu sử dụng thực vật để cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng khai thác khoáng sản

KC08.04/06-10”, (Đặng Đình Kim,2010) Kết quả đề tài chỉ ra được:

- Hàm lượng Pb và Zn trong đất cao nhất ở Tân Long, Đồng Hỷ lên đến 13.028 và 9.863 ppm, tương ứng Hàm lượng As trong đất ở Hà Thượng, Đại Từ là rất cao, có điểm lên đến 15.146ppm

- Có 26 loài có khả năng tích luỹ cao kim loại nặng Pb, Cd, As và Zn

Có 6 loài thực vật có triển vọng xử lý kim loại nặng As, Pb, Cd và Zn là 2

loài Dương xỉ Pterisvittata (L.) và Pytirogramma calomelanos (L.) Link phù hợp cho

xử lý đất ô nhiễm As và 04 loài cỏ Mần trầu Eleusine indica L., cỏ Gà Cynodon dactylon (L), cỏ gấu (Cyperus rotundus L.) và Mộc tặc yếu (Equisetum ramohsissimum

(Vauch)) để cố định kim loại trong đất ô nhiễm Pb và Zn[5]

Nghiên cứu “Khả năng hấp thụ cadimi, chì và crom trong đất của cỏ vetiver” Theo Võ Văn Minh (2007) cỏ vetiver có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt dưới ảnh hưởng của các nồng độ Pb trong đất từ 500-1500 ppm; Cd từ 10-40 ppm; Cr từ 150-200 ppm Nồng độ Cr 250 ppm trong đất cỏ vetiver ngừng sinh trưởng trong 30 ngày đầu, nhưng sau đó vẫn có khả năng phục hồi và phát triển, trong khi nồng độ Cr

300 ppm cỏ chỉ có khả năng sống sót sau 70 ngày thí nghiệm, nhưng không có khả năng sinh trưởng Hàm lượng Pb, Cd và Cr tích lũy trong rễ cao hơn thân và lá; Hàm lượng kim loại nặng tích lũy trong cỏ tỷ lệ thuận với nồng độ kim loại nặng trong đất

và thời gian xử lý Hàm lượng Pb, Cd và Cr trong đất ở các chậu thí nghiệm giảm khá nhanh theo thời gian ở tất cả các nồng độ Sau 70 ngày xử lý, hàm lượng các kim loại nặng còn lại trong đất thấp hơn 46%, đặc biệt có lô thí nghiệm chỉ còn lại 27,74% so với ban đầu (ở nồng độ Pb 750ppm) hay 28,9% (ở nồng độ Cd 40ppm) Có thể sử dụng

cỏ vetiver để phục hồi các vùng đất bị ô nhiễm Pb, Cd và Cr [6]

Nghiên cứu “Hiệu quả xử lý đồng của cỏ vetiver trong các môi trường đất khác

nhau” (Võ Văn Minh, 2010).Kết quả cho thấy cỏ vetiver có khả năng sinh trưởng bình

thường và hấp thụ Cu trong các môi trường đất ô nhiễm khác nhau Nồng độ Cu trong đất càng tăng, cỏ vetiver hấp thụ Cu càng tăng Hiệu quả xử lý Cu của cỏ vetiver sau 3 tháng thí nghiệm khá cao (0,59% - 0,82%)[9]

Nghiên cứu “Nghiên cứu sử sụng cỏ vetiver để cải tạo đất bị ô nhiễm chì, asen

sau khai thác khoáng sản ở tỉnh Thái Nguyên” của Lương Thị Thúy Vân, 2012 Đánh

giá khản năng sinh trưởng và tích lũy Pb, As trong các bộ phận của cỏ vetiver trồng

trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As, Đất ô nhiễm với hàm lượng Pb từ 1055,13 – 2906,12 ppm và hàm lượng As từ 248,19 – 1137,17 ppm, cỏ vetiver vẫn có khả năng sinh trưởng, phát triển bình thường và tăng sinh khối qua các giai đoạn thí nghiệm Tuy nhiên, khả năng sinh trưởng, phát triển của cỏ vetiver giảm dần khi hàm lượng kim loại nặng trong đất tăng dần Khả năng tích lũy kim loại nặng của cỏ vetiver tỷ lệ thuận với hàm lượng kim loại nặng trong đất và thời gian thực nghiệm Kim loại nặng chủ yếu được tích lũy tại rễ, chỉ một phần nhỏ được vận chuyển lên thân lá Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật (sử dụng phân bón, mật độ trồng và chu kỳ thu hoạch) nhằm nâng cao khả năng hấp thụ Pb, As trong đất ô nhiễm của cỏ vetiver, Nếu thu hoạch cỏ trong 5 – 7 tháng sau khi trồng ta có thể trồng cỏ với mật độ 30x30 hoặc 30x40 là hợp lý để thu được sinh khối cao nhất Tuy nhiên, mật độ trồng dày hay trồng thưa không ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ Pb, As của cỏ vetiver Để đạt được sinh khối cỏ 69,03 tấn/ha trên đất ô nhiễm As và tăng hàm lượng Pb, As được loại bỏ khỏi đất ô nhiễm nên thu hoạch cỏ 4 lần/năm kết hợp với các biện pháp bón phân và bố trí mật độ thích hợp[5]

Nghiên cứu “Nghiên cứu và lựa chọn một số thực vật có khả năng hấp thu các kim loại nặng (Cr, Cu, Zn) trong bùn nạo vét kênh Tân Hóa – Lò Gốm” (Đồng Thị

Minh Hậu, 2008) Nghiên cứu chỉ ra tổng hàm lượng Cr, Cu, Zn trong bùn là 2656

ppm, 1551 ppm và 2463 ppm Sau 6 tuần lượng kim loại nặng (Cr, Cu và Zn) tích lũy trong rễ cây bắp là 584 ppm, 536 ppm và 1669 ppm; còn trong cỏ voi là 697 ppm, 564 ppm và 1460 Các kim loại nặng có xu hướng tích lũy trong rễ cao hơn 5,1 đến 130 lần trong thân cỏ voi và bắp, thể hiện nguy cơ xâm nhập vào chuỗi thức ăn là rất hạn chế[4]

Đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver và cây dương xỉ để ứng dụng xử lý kim loại nặng trong đất, tuy nhiên hiện nay tại Việt Nam chưa có nghiên cứu về việc sử dụng cỏ vetiver và cây dương xỉ trong việc xử lý kim loại thiếc trong

đất và so sánh hiệu quả xử lý của hai loài này, đây chính là tính mới trong đề tài mà

luận văn nghiên cứu

1.3.4 Các biện pháp để xử lý thực vật sau khi hấp thu kim loại nặng

Một số biện pháp được đưa ra để xử lý thực vật sau khi hấp thu kim loại nặng

Có thể đưa ra 2 nhóm biện pháp chính:

- Biện pháp xử lý ex-situ: Chủ yếu liên quan đến việc đào và mang đất bị ô

nhiễm đến một nơi khác để xử lý, sau đó lại hoàn trả lại đất sau khi chúng đã được xử

lý Thông thường sử dụng biện pháp vật lý và hóa học thực hiện điều này Tuy nhiên, đất sau khi được xử lý theo phương pháp này hoàn toàn mất hết hoạt tính sinh học của mình

- Biện pháp xử lý tại chỗ in-situ: Biện pháp này không đào đất đem đi nơi

khác xử lý mà tiến hành xử lý ô nhiễm tại chỗ Ngày nay biện pháp này ngày càng được ưa chuộng do không đòi hỏi tốn kém về mặt kinh tế lại thân thiện với môi trường

Có nhiều biện pháp xử lý tại chỗ có thể kể đến như: trộn đất ô nhiễm với đất không ô nhiễm, từ đó làm giảm nồng độ chất ô nhiễm trong đất Cố định các hợp chất ô nhiễm trong đất vào các hợp chất phức, chelat… hay bằng cách giảm nồng độ dễ tiêu của chất

ô nhiễm kim loại nặng thông qua việc tăng pH đất (bằng vôi) Việc tăng giá trị pH đất

có thể làm giảm độ độc của một loạt các nguyên tố như Cd, Cu, Ni và Zn Mặc dù nguy

cơ nhiễm độc thực vật gây ra bởi các kim loại này đã được giảm thiểu nhưng hàm lượng tổng số của chúng không hề giảm và hoàn toàn có thể gây độc khi gặp điều kiện thích hợp Vì vậy, một công nghệ mới đã được ứng dụng-sử dụng thực vật “siêu tích tụ” để hút thu kim loại nặng trong đất hoặc trong nước ngầm - giải quyết hầu như hoàn toàn các vấn đề trên

Tuy nhiên, một trong những vấn đề quan trọng trong quá trình dùng thực vật để

xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm môi trường đất do kim loại nặng gây ra

là xử lý sinh khối thực vật này như thế nào? Hiện nay trên thế giới đã có nhiều cách