nghiên cứu hàm lượng một số kim loại nặng trong đất và một số loài giun đất tại vùng sản xuất nông nghiệp xung quanh khu công nghiệp hõa cầm, thành phố đà nẵng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH - MÔI TRƯỜNG ĐỖ VĂN VINH NGHIÊN CỨU HÀM LƯỢNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT VÀ MỘT SỐ LOÀI GIUN ĐẤT TẠI VÙNG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP XUN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH - MÔI TRƯỜNG

ĐỖ VĂN VINH

NGHIÊN CỨU HÀM LƯỢNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG

TRONG ĐẤT VÀ MỘT SỐ LOÀI GIUN ĐẤT

TẠI VÙNG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP XUNG QUANH KHU CÔNG NGHIỆP HÕA CẦM, TP.ĐÀ NẴNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐÀ NẴNG, 5

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH - MÔI TRƯỜNG

ĐỖ VĂN VINH

NGHIÊN CỨU HÀM LƯỢNG MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG

TRONG ĐẤT VÀ MỘT SỐ LOÀI GIUN ĐẤT

TẠI VÙNG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP XUNG QUANH KHU CÔNG NGHIỆP HÕA CẦM, TP.ĐÀ NẴNG

N n QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN & MÔI TRƯỜNG

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

T S ĐÀM MINH ANH

NIÊN KHÓA 2011 - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong khóa luận là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác

Sinh viên thực hiện

Kí tên

Đỗ Văn Vinh

LỜI CẢM ƠN

Với lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Th.S Đàm Minh Anh, Ts Phạm Thị Hồng Hà giảng viên khoa Sinh – Môi trường, trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng Thầy đã tận tình hướng dẫn, quan tâm giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Sinh – Môi trường, trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến quý báu cho

em trong quá trình thực hiện đề tài cũng như những năm tháng học tập tại đây Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, những người luôn động viên, hỗ trợ giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và làm khóa luận tốt nghiệp

Đà Nẵng, ngày tháng năm 2015

Sinh viên

Đỗ Văn Vin

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Ý nghĩa khoa học 2

CHƯƠNG TỔNG QUAN 3

Sự tíc lũy v độc tín của kim loại nặn đối với môi trườn 3

1.1.1 Khái niệm và sự tích lũy kim loại nặng trong đất 3

1.1.2 Độc tính của 1 số kim loại nặng Chì, Cadimi và Đồng 4

1.1.2.1 Độc tính của chì (Pb) 4

1.1.2.2 Độc tính của Cadmium (Cd) 4

1.1.2.3 Độc tính của đồng (Cu) 5

Tìn ìn ô n iễm KLN tron đất trên t ế iới v Việt Nam 5

1.2.1 Trên thế giới 5

1.2.2 Tại Việt Nam 7

3 Tìn ìn n iên cứu sự tíc lũy KLN tron các lo i iun đất trên t ế iới v việt Nam 9

1.3.1 Trên thế giới 9

1.3.2 Tại Việt Nam 11

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

Đối tượn v p ạm vi n iên cứu 13

Nội dun n iên cứu 14

3 P ươn p áp n iên cứu 14

2.3.1 Phương pháp hồi cứu số liệu 14

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa 14

2.3.3 Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 16

2.3.3.1 Phương pháp phân tích mẫu đất 16

2.3.3.2 Phương pháp phân tích mẫu giun 17

2.3.4 Phương pháp phân tích số liệu 17

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 18

3 Một số tín c ất môi trườn đất tại k u vực n iên cứu 18

3.1.1 Đặc điểm pH môi trường đất tại khu vực nghiên cứu 18

3.1.2 Hàm lượng mùn (OM) trong môi trường đất tại khu vực nghiên cứu 19

3.1.3 Hàm lượng nitơ tổng số trong môi trường tại khu vực nghiên cứu 21

3.1.4 Hàm lượng photpho tổng số trong môi trường tại khu vực nghiên cứu 22

3.1.5 Hàm lượng KLN Cu, Cd và Pb trong môi trường đất 23

3 Sự p ân bố v t n p ần lo i iun đất tại k u vực n iên cứu 27

3.3 Sự tíc lũy các KLN Cu, Cd v Pb tron iun đất iốn Pheretima 28

3.4 Tươn quan iữa m lượn Cu, Cd v Pb tron đất v tron iun đất iốn Pheretima 32

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35

1 Kết luận 35

2 Kiến nghị 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

P ụ Lục 42

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Cd Cadmium

Cu Đồng KCN Khu công nghiệp KLN Kim loại nặng

KV Khu vực

Pb Chì TCCP Tiêu chuẩn cho phép TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

DANH MỤC BẢNG

3.2 Hàm lượng mùn (OM) tại khu vực nghiên cứu 20 3.3 Hàm lượng Nts trong đất tại khu vực nghiên cứu 21 3.4 Hàm lượng Pts trong đất tại khu vực nghiên cứu 22 3.5 Hàm lượng Cu, Cd và Pb trong mẫu đất tại khu vực

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Số iệu

hình

3.1 Biến động chỉ số pH trong đất qua các đợt thu mẫu 18 3.2 Biến động hàm lượng mùn (OM) qua các đợt thu mẫu 20 3.3 Biến động hàm lượng Nts trong đất qua các đợt thu mẫu 21 3.4 Biến động hàm lượng Pts trong đất qua các đợt thu mẫu 22 3.5 Hàm lượng Cu trong đất qua các đợt thu mẫu 23 3.6 Hàm lượng Cd trong đất qua các đợt thu mẫu 24 3.7 Hàm lượng Pb trong đất qua các đợt thu mẫu 25 3.8 Thành phần loài giun đất tại khu vực nghiên cứu 28 3.9 Hàm lượng Cu trong giun đất qua các đợt thu mẫu 30 3.10 Hàm lượng Cd trong giun đất qua các đợt thu mẫu 31 3.11 Hàm lượng Pb trong giun đất qua các đợt thu mẫu 32 3.12 Tương quan giữa Cd trong đất và trong cơ thể giun đất 33 3.13 Tương quan giữa Cu trong đất và trong cơ thể giun đất 33 3.14 Tương quan giữa Pb trong đất và trong cơ thể giun đất 33

MỞ ĐẦU

1 Tín cấp t iết của đề t i

Công nghiệp hóa, hiện đại hóa là động lực để thức đẩy sự phát triển kinh tế của nhiều địa phương Tuy nhiên, các hoạt động phát triển công nghiệp này gây ra nguy cơ ô nhiễm môi trường, đặc biệt là sự ô nhiễm về các kim loại nặng (KLN) Trong đó, vùng sản xuất nông nghiệp xung quanh các khu công nghiệp có nguy cơ

ô nhiễm KLN cao và ngày càng gia tăng [11] Hàm lượng KLN tích lũy trong môi trường cao không những ảnh hưởng đến hệ sinh thái xung quanh mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người thông qua chuỗi thức ăn [34]

Trong công tác quan trắc môi trường hiện nay, cùng với việc sử dụng các phương pháp lí hóa, phương pháp sử dụng các sinh vật chỉ thị ngày càng được quan tâm nghiên cứu và có những thành công nhất định Đây là phương pháp dự báo một cách chắc chắn về những tác động của ô nhiễm KLN đến hệ sinh thái, đời sống sinh vật và sức khỏe con người [18]

Giun đất là một trong số những sinh vật chính được lựa chọn để chỉ thị chất lượng môi trường đất Với đặc tính vốn có của động vật đất, sống đào hang và ăn các chất mùn bã trong đất, có khả năng tích lũy các KLN mà không bị ngộ độc, phân bố rộng, có số lượng phong phú [42] Vì vậy, giun đất sẽ là sinh vật quan trắc

có hiệu quả ô nhiễm kim loại nặng trong đất Nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới như ở Anh, Trung quốc, Pháp, Mỹ, Hà Lan đã chứng minh mối tương quan chặt chẽ giữa hàm lượng KLN trong các môi trường đất khác nhau và kim loại nặng tích lũy trong các loài giun đất Kết quả trên cho thấy tính khả thi của việc sử dụng các loại giun đất để chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng trong đất Tại Việt Nam, các nghiên cứu về hướng sử dụng giun đất chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng chưa có nhiều Trong đó, nghiên cứu của Phạm Thị Hồng Hà và cộng sự cho thấy các loài giun đất

giống Pheretima có khả năng chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng Cd và Pb [14] Vì vậy,

cần có những nghiên cứu cụ thể tại các khu vực khác nhau, trên các loài giun đất khác nhau để cho cái nhìn tổng quan về tính hiệu quả của phương pháp, từ đó có những ứng dụng thực tiễn vào công tác quan trắc và quản lý môi trường hiện nay Khu công nghiệp Hòa Cầm là một trong số những khu công nghiệp trọng điểm

của thành phố Đà Nẵng, các doanh nghiệp ở đây hoạt động chủ yếu ở đây thuộc các lĩnh vực điện tử, cơ khí lắp ráp… Các chất thải từ hoạt động mạ, sơn, hàn của các lĩnh vực trên là một trong số những nguồn gây nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng cao [3], chính vì vậy việc đánh giá ô nhiễm kim loại nặng ở các khu vực xung quanh các khu công nghiệp đặc biệt là các vùng sản xuất nông nghiệp là hết sức cần thiết

Đề tài “Nghiên cứu hàm lượng một số kim loại trong đất và một số loài giun đất tại vùng sản xuất nông nghiệp xung quanh khu công nghiệp Hòa Cầm, TP.Đà Nẵng” nhằm đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất và sự tích lũy trong một số loài giun đất Từ đó, có những đánh giá và đề xuất khả năng sử dụng các loài giun đất trong việc chỉ thị ô nhiễm các kim loại nặng

Mục tiêu n iên cứu

Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng (Đồng (Cu), Cadium (Cd) và Chì (Pb)) trong vùng đất nông nghiệp xung quanh khu công nghiệp Hòa Cầm

Đánh giá tích lũy một số kim loại nặng ở một số loài giun đất (giống

Phertima) tại khu vực nghiên cứu và đánh giá mối liên hệ giữa hàm lượng kim loại

nặng trong đất và trong một số loài giun đất Từ đó, đề xuất hướng sử dụng giun đất chỉ thị ô nhiễm một số kim loại nặng (Cu, Cd và Pb) trong môi trường đất

3 Ý n ĩa k oa ọc

Cung cấp số liệu thành phần loài bổ sung cho khu hệ giun đất của khu vực Tp

Đà Nẵng Đánh giá mức độ tích lũy kim loại nặng trong giun đất nhằm củng cố cơ

sở khoa học cho phương pháp sử dụng giun đất chỉ thị ô nhiễm KLN trong đất

CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Sự tíc lũy v độc tín của kim loại nặn đối với môi trườn

1.1.1 Khái niệm và sự tích lũy kim loại nặng trong đất

Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm3 Chúng có thể tồn tại trong khí quyển (dạng hơi), thuỷ quyển (các muối hoà tan), địa quyển (dạng rắn không tan, khoáng, quặng, ) và sinh quyển (trong cơ thể con người, động thực vật) Cũng như nhiều nguyên tố khác, các KLN có thể cần thiết cho sinh vật cây trồng hoặc động vật hoặc không cần thiết Những kim loại cần thiết cho sinh vật nhưng chỉ có nghĩa “cần thiết” ở một hàm lượng nhất định nào đó, nếu ít hơn hoặc nhiều hơn thì lại gây tác động ngược lại Những kim loại không cần thiết, khi vào cơ thể sinh vật ngay cả ở dạng vết (rất ít) cũng có thể gây tác động độc hại [3]

Đất có thể bị nhiễm bẩn bởi sự tích tụ kim loại nặng thông qua lượng khí thải

từ các khu công nghiệp, chất thải mỏ, khu xử lý chất thải của các khu công nghiệp, các phế phẩm từ các ngành mạ, hàn kim loại Ngoài ra, ô nhiễm KLN còn đến từ các loại xăng pha chì và sơn, phân động vật, bùn thải, thuốc trừ sâu, dư lượng đốt than, hóa dầu Đặc biệt là ô nhiễm kim loại từ phân bón ở những vùng đất nông nghiệp [32]

Sự hiện diện của các kim loại độc hại trong đất có thể ức chế nghiêm trọng sự phân hủy sinh học các chất ô nhiễm hữu cơ [36] Ô nhiễm kim loại nặng trong đất có thể gây ra những rủi ro và nguy hiểm cho con người và hệ sinh thái thông qua: tiêu hóa trực tiếp hoặc tiếp xúc với đất bị ô nhiễm, các dây chuyền thực phẩm (đất - thực vật - con người hay đất – thực vật – con người - động vật), uống nước ngầm bị ô nhiễm, sử dụng thực phẩm bị nhiễm độc chất

từ đất Ô nhiễm KLN làm giảm khả năng sử dụng đất để sản xuất nông nghiệp gây mất an ninh lương thực và các vấn đề có liên quan đến việc canh tác trên những vùng đất bị ô nhiễm [37]

1.1.2 Độc tính của 1 số kim loại nặng Chì, Cadimi và Đồng

1.1.2.1 Độc tính của chì (Pb)

Chì có kí hiệu hóa học là Pb, khối lượng nguyên tử là 207,2 đ.v; khối lượng riêng d = 11,35 g/cm3 Trong tự nhiên Pb tồn tại dưới dạng quặng PbS, PbCO3, PbSO4

Con người tiếp xúc và ngộ độc chì từ các nguồn: dùng xăng pha chì, sơn

có chì, ống chì trong hệ thống cấp nước, các quá trình khai mỏ, luyện chì và các chất đốt có chì Các nguồn khác phát thải chì bao gồm các đường hàn trong bình đựng thức ăn, men sứ gốm, acquy, pin và đồ mỹ phẩm [3]

Chì đặc biệt độc hại đối với não và thận, hệ thống sinh sản và hệ thống tim mạch của con người Khi bị nhiễm độc chì thì sẽ ảnh hưởng có hại tới chức năng của trí óc, thận, gây vô sinh, sẩy thai và tăng huyết áp Đặc biệt chì là mối nguy hại đối với trẻ em Ở trẻ em, nồng độ chì trong máu vượt quá 80 µg/100ml, thường kèm đau bụng, kích thích sau đó li bì ngủ lịm, chán ăn, nhợt nhạt (do thiếu máu), nói líu nhíu không rõ Trẻ em có thể lên cơn co giật và chết não do bị phù nề và suy thận trong trường hợp nhiễm độc nặng [8]

1.1.2.2 Độc tính của Cadmium (Cd)

Cadmium kí hiệu hóa học là Cd, khối lượng nguyên tử là 112,4 đ.v, có khối lượng riêng d = 8,642 g/cm3 Dạng tồn tại chủ yếu của Cadmium trong tự nhiên là các muối CdCl2 và CdSO4

Cadmium là một kim loại độc có trong tự nhiên với nồng độ thấp, được khám phá ra từ năm 1917, nhưng từ 1930 mới được sử dụng với số lượng đáng

kể Sản lượng Cadmium trên thế giới là 18000 đến 25000 tấn/năm Cadmium

có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như chất quang dẫn, chất bán dẫn, pin, đèn chân không, màn X-quang Các chất này còn được dùng trong kỹ thuật đúc, điện, sản xuất gương, trong lĩnh vực bôi trơn, phân tích hoá học và còn được dùng trong lĩnh vực thú y do tính chất diệt nấm và diệt giun và trong xúc tác Chúng còn được dùng trong que hàn và nhất là trong các que hàn nhôm Cadmium được đưa vào hệ sinh thái từ nhiều nguồn khác nhau: khói bụi, nước thải khi chế biến chì, thiếc, sắt, thép, Nước rửa trong ngành đúc điện Trong một số loại phân, đặc biệt là phân lân Trong bùn thải của các trạm xử lí nước

thải công nghiệp [3]

Cadmium là một KLN gây độc đối với sinh vật và con người Thực vật sẽ không thể phát triển được nếu chúng tích lũy Cadmium với hàm lượng quá cao Trong cơ thể con người Cadmium tích tụ mãn tính ở trong thận, nó có thể gây ra rối loạn chức năng nếu hàm lượng lên đến 200 mg/kg trọng lượng cơ thể [11], [20]

1.1.2.3 Độc tính của đồng (Cu)

Đồng kí hiệu hóa học là Cu, khối lượng nguyên tử là 63,546 đ.v, có khối lượng riêng d = 8,920 g/cm3 Dạng tồn tại chủ yếu của Cu trong tự nhiên là các muối CuCl2 và CuSO4

Đồng hiện diện trong nước do hiện tượng ăn mòn trên đường ống và các dụng

cụ thiết bị làm bằng đồng hoặc đồng thau Ngoài ra, các loại hóa chất diệt tảo được

sử dụng rộng rãi trên ao hồ, nước thải từ nhà máy luyện kim, xi mạ, thuộc da, sản xuất thuốc trừ sâu, diệt cỏ hay phim ảnh cũng góp phần làm tăng lượng đồng trong môi trường [3]

Đồng là một trong ba kim loại được sử dụng nhiều nhất trên thế giới Đồng là một loại vi chất dinh dưỡng thiết yếu trong sự phát triển của cả hai loài thực vật và động vật Đối với con người, đồng có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc sản xuất hemoglobin trong máu Ở thực vật, kim loại đồng có vai trò rất lớn trong khả năng kháng bệnh và điều tiết nước Chúng thực sự là cần thiết, nhưng với liều lượng cao, đồng có thể gây ra thiếu máu, gan và tổn thương thận và dạ dày và kích thích đường ruột Khả năng hòa tan của đồng được tăng lên đáng kể ở pH 5,5 và khá gần với đất nông nghiệp (có pH lý tưởng là 6,0 - 6,5) [35]

1 Tìn ìn ô n iễm KLN tron đất trên t ế iới v Việt Nam

1.2.1 Trên thế giới

Ô nhiễm môi trường bởi các KLN diễn ra phổ biến trên thế giới Ô nhiễm KLN, đặc biệt là KLN trong đất thường gây hậu quả nghiêm trọng, ảnh hưởng lâu dài và tốn nhiều chi phí khi khắc phục, xử lý

Tại Ấn Độ, hàm lượng Hg trong môi trường đất và nước ngầm tại thành phố công nghiệp Vapi phía Nam Ấn Độ cao gấp 96 lần so với tiêu chuẩn của tổ chức Y

tế thế giới (WHO) [15], các KLN khác như chì, crom, cadmium, đồng, niken cũng hiện diện trong môi trường Nồng độ của các kim loại đồng, chì, niken và kẽm trong

nước thải trong các kênh ở khu vực này thường khoảng 20-50 µg/l, gấp hàng ngàn lần so với những gì đã có sẵn trong tự nhiên [42]

Một trong những khu vực tập trung những lò nấu chảy kim loại nặng lớn nhất thế giới là thành phố Norils (Nga) Tại đây, có hơn 4 triệu tấn cadimi, đồng, chì, niken, thạch tín, selen và kẽm phát thải ra không khí mỗi năm Các mẫu thử không khí khi nghiên cứu ở vùng này đều có mức nhiễm đồng, niken vượt quá chuẩn tối đa cho phép, số người tử vong vì các bệnh hô hấp đều ở mức cao [15]

Nồng độ chì trong đất đô thị ở Cosenza-Rende (miền nam nước Ý) đã được khảo sát theo phương pháp X-Ray Fluorescence Spectrometry và địa thống kê Ilaria Guagliardi đã tiến hành nghiên cứu cấu trúc và không gian nhằm đánh giá rủi

ro của nồng độ chì trong đất ở đô thị này Kết quả cho thấy, đất ở vùng này có giá trị nồng độ chì cao hơn các giá trị quy chuẩn liên quan đến ô nhiễm đất nước này với chì Những khu vực bị ô nhiễm là khá lớn và có khả năng sự ô nhiễm này sẽ tạo

ra một rủi ro sức khỏe nghiêm trọng cho con người và thực vật ở khu vực này trong tương lai gần Guagliardi cũng cho rằng việc tạo ra các bản đồ địa hóa học, xác định các khu vực điểm nóng ô nhiễm KLN và đánh giá tỉ lệ vượt quá giá trị quy định cho nồng độ các kim loại này trong đất có vai trò quan trọng trong việc kiểm soát ô nhiễm KLN trong đất [26]

Theo cục kiểm soát ô nhiễm của Thái Lan năm 2004, trong 1.180 triệu tấn gạo sản xuất tại huyện Mac Sot có đến 91% bị tích tụ cadmium, trong đó có 130 triệu tấn là không an toàn lương thực Bộ trưởng bộ tài nguyên và môi trường Thái Lan

đã công bố loại gạo nổi tiếng Hương Lài (Jasmine) của vùng Phra That Phadaeng thuộc huyện Mac Sot, tỉnh Tak của nước này (từng đoạt giải thưởng trong nước các năm 2002-2003), đã chứa hàm lượng cadmium ở mức không thể chấp nhận được Viện Quốc tế Quản lý nước (IWMI) dự báo nạn ô nhiễm gạo bởi cadmium đã ảnh hưởng đến 50.756 cư dân thuộc 8 làng trong khu lòng chảo Huay MacTao và khoảng 106.413 cư dân ở huyện Mac Sot - những người trực tiếp tiêu thụ lương thực, thực phẩm từ các làng nói trên [15]

Tại Hàn Quốc, các nhà khoa học có một mối quan tâm ngày càng tăng về ô nhiễm kim loại nặng trong đất ở các khu vực nông nghiệp Byong-Gu Ko và cộng

sự đã tiến hành khảo sát hàm lượng KLN trên 600 mẫu đất được thu thập trong 58

ruộng lúa gần khu vực mỏ toàn quốc vào năm 2000, 2004 và 2008 Nghiên cứu này được thực hiện để theo dõi tình trạng và xu hướng tích lũy dài hạn của các KLN trong đất nông nghiệp gần các mỏ kim loại khép kín một cách thường xuyên Các KLN bao gồm: cadmium (Cd), đồng (Cu), chì (Pb), asen (As), kẽm (Zn) và nickel (Ni) được phân tích và dữ liệu được sử dụng để phân tích dữ liệu thống kê chi tiết như phân tích tương quan Nghiên cứu chỉ ra rằng nồng độ của kim loại nặng trong đất cao hơn ở các cánh đồng lúa nằm ở vùng mỏ khép kín so với các ruộng lúa thông thường Có 120 trên 600 mẫu vượt quá mức ngưỡng cho phép theo luật Bảo tồn đất Môi trường ban hành bởi bộ môi trường (ME) Hàn Quốc [31]

Tình trạng ô nhiễm KLN còn diễn ra ở rất nhiều nước khác nhau Tại Nhật, qua nghiên cứu của trường đại học nông nghiệp và kĩ thuật Tokyo đã cho thấy đất của những trang trại trong vùng Hommachi đã bị ô nhiễm KLN cao Nồng độ Cd thu được gấp gần 3 lần tổng nồng độ Cd trung bình trong đất của Nhật Bản Theo nghiên cứu, những trang trại thuộc khu vực này đã bị ô nhiễm bởi nước tưới từ kênh thủy lợi Fuchu Ngoài ra, nghiên cứu chỉ ra rằng lúa mì có sự hấp thụ và tích lũy Cd hơn lúa tại khu vực này [38]

Trong những năm gần đây, ô nhiễm KLN trong đất đô thị và nông nghiệp của Trung Quốc diễn biến rất phức tạp Tình hình ô nhiễm càng trở nên tệ hơn với sự phát triển của hoạt động công nghiệp Theo điều tra quốc gia về ô nhiễm đất, được thực hiện bởi bộ bảo vệ môi trường và bộ tài nguyên đất đai của Trung Quốc, gần 4 triệu ha đất canh tác đã bị ô nhiễm vừa phải hoặc nặng, chiếm khoảng 2,9% diện tích đất canh tác của Trung Quốc Tỷ lệ đất vượt quá tiêu chuẩn môi trường đạt 16,1%, trong đó tỷ lệ cho sự ô nhiễm nhẹ, vừa, trung bình và nặng tương ứng là 11, 2%; 2,3%; 1,5% và 1,1% Hầu hết ô nhiễm đất là vô cơ (82,8%) và hầu hết các chất gây ô nhiễm bao gồm Cd, Ni, Cu, As, Hg, Pb, DDT và PAHs [41]

1.2.2 Tại Việt Nam

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của quá trình công nghiệp hóa đất nước, chất thải công nghiệp cũng đang ngày một gia tăng về số lượng, đa dạng về chủng loại gây ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường đất nói riêng Ô nhiễm kim loại nặng do nước thải công nghiệp đang là một vấn đề rất bức xúc của môi trường Việt Nam KLN là loại rất khó xử lí để loại bỏ ra khỏi nguồn đất bị nhiễm kim loại, đây

chính là nguy cơ tiềm ẩn đe dọa đến sức khỏe của con người và hệ sinh thái xung quanh

Qua nghiên cứu đánh giá hàm lượng kim loại nặng (As, Cd, Pb, Cu, Zn) trong môi trường đất tại làng nghề đúc nhôm, chì Văn Môn – Yên Phong – Bắc Ninh cho thấy hàm lượng Cd tổng số trong 23 mẫu đất phân tích có 9 mẫu vượt quá TCCP (chiếm 31,13 % tổng số 23 mẫu), trong đó 8 mẫu là đất nông nghiệp và một mẫu đất dùng cho mục đích sinh hoạt, vui chơi giải trí Hàm lượng Pb trong số 23 mẫu có 6 mẫu vượt quá TCCP (chiếm 31,13%) Hàm lượng Cu có 8 mẫu đất trong tổng số 23 mẫu dùng cho mục đích nông nghệp vượt quá TCCP (chiếm 34,78%) Hàm lượng

Zn có 7 mẫu vượt TCCP trong tổng số 23 mẫu [10]

Trong báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia 2010 của bộ tài nguyên và môi trường Việt Nam, đất nông nghiệp vùng ngoại thành và phụ cận thành phố Hà Nội đều có dấu hiệu ô nhiễm KLN Mức độ tích lũy các kim loại ngày càng tăng đặc biệt là bốn nguyên tố: đồng (Cu), kẽm (Zn), Cadimi (Cd) và chì (Pb) Nguyên nhân chính là do chất thải làng nghề, thâm canh tăng vụ, bón nhiều phân bón hóa học qua nhiều năm [9]

Một nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các hoạt động sản xuất tại khu chế biến kim loại màu Thái Nguyên đến sức khỏe dân cư sinh sống xung quanh năm

2000 đã cho thấy hàm lượng chì trong nước thải vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần Hàm lượng Pb và As trong đất ở vùng nghiên cứu cao hơn 1,2 - 2,5 lần Trong nước sinh hoạt cao hơn 1,5 - 6 lần và thực phẩm từ 6 -12 lần so với vùng đối chứng Các xét nghiệm máu của phụ nữ trong độ tuổi sinh sản sống liên tục ở khu vực nghiên cứu từ 5 năm trở lên đã cho thấy hàm lượng chì và asen trong máu cũng cao hơn vùng đối chứng 3 – 80 lần [21]

Tại Thành phố Đà Nẵng, nghiên cứu của Phạm Thị Hồng Hà (2011) tại các khu vực xung quanh khu công nghiệp Hòa Khánh như Hòa Khánh Bắc, Hòa Hiệp Nam và Đa Phước I cũng đã có những những dấu hiệu ô nhiễm kim loại nặng Đây

là những khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp từ những hoạt động xả thải của khu công nghiệp Hòa Khánh Môi trường đất ở cả 3 khu vực nghiên cứu đều đã bị ô nhiễm

Cd, hàm lượng Cd trung bình trong đất 7,05 ± 4,69 mg/kg vượt từ 2 đến 3 lần tiêu chuẩn cho phép về hàm lượng của các kim loại nặng có trong đất nông nghiệp [14]

Ô nhiễm KLN ở Việt Nam tuy có hiện tượng ô nhiễm cục bộ ở một số khu vực đặc biệt là một số KCN và các làng nghề tái chế kim loại tuy nhiên hiện tượng này ngày càng tăng mạnh ở khá nhiều khu vực trong nước, gây hậu quả nghiêm trọng đối với con người cũng như hệ sinh thái [9]

Nhìn chung, tình hình ô nhiễm kim loại nặng trong đất trên thế giới cũng như

ở Việt Nam diễn biến rất phức tạp Sự gia tăng không chỉ về hàm lượng KLN trong đất mà còn cả thành phần KLN trong đất Những nghiên cứu về ô nhiễm KLN ngày càng trở nên cấp thiết cho việc kiểm soát ô nhiễm Chính vì vậy, cần có những phương pháp hữu hiệu hơn trong việc theo dõi diễn biến của ô nhiễm Các phương pháp có thể cho biết những thay đổi trong môi trường sống của sinh vật do KLN và

sự tác động tổng hợp của các yếu tố ô nhiễm môi trường đến sinh vật, những phương pháp mang tính bền vững, lâu dài như sử dụng sinh vật chỉ thị [44]

1.3 Tìn ìn n iên cứu sự tíc lũy KLN tron các lo i iun đất trên t ế iới

và việt Nam

1.3.1 Trên thế giới

Năm 1988 Morgan JE và Morgan AJ đã tiến hành nghiên cứu khả năng sử

dụng 2 loài giun đất Lumbricus rebellus và Dendrodrilus rubidus để chỉ thị ô

nhiễm kim loại (Cd, Cu, Pb và Zn ) ở một số vùng đất tại nước Anh Kết quả cho thấy, nồng độ Cd trong giun cao hơn trong đất và ngược lại, nồng độ Pb trong giun thấp hơn nồng độ Pb trong đất ở cả 2 loài Nghiên cứu cũng chỉ ra được sự tương quan giữa hàm lượng kim loại nặng trong giun và đất, nồng độ Cd trong đất quyết định đến 82-86% sự biến thiên nồng độ Cd trong giun đất; tương tự đối với Pb, Cu

là 52-58% và 11-32% Morgan cho rằng pH đất và nồng độ Canxi (Ca) trong đất đã

có một số ảnh hưởng lớn đến sự tích lũy Pb Có thể giải thích rằng, pH và nồng độ

Ca trong đất đã ảnh hưởng đến mức độ linh động của các ion KLN có trong đất [29]

Trong một nghiên cứu về sự ô nhiễm kim loại nặng tại thành phố Abeokuta (Nigeria) năm 2000, O Bamgbose và cộng sự đã cho thấy được mối tương quan giữa nồng độ kim loại nặng (Zn, Pb, Mn, Cu, Cd và Cr) trong đất và ở giun đất (loài

Libyodrilus violaceus) Các mẫu được lấy từ các vùng không ô nhiễm có nồng độ

kim loại nặng trung bình trong giun cao hơn trong các mẫu đất (ngoại trừ Cd và Cr),

lần lượt được thể hiện: Zn: 7,02 – 6,74; Pb: 5,04 – 4,94; Mn 10,54 - 10,41; Cu: 1,03

- 1,60; Cd: 0,80 - 0,81 và Cr: 0,55- 0,49 mg/g Tỷ lệ nồng độ kim loại trong giun đất đối với các mẫu đất ít có sự thống nhất Độ linh hoạt của kim loại nặng trong đất cũng đồng thời được xác định bằng độ pH của đất và các chất hữu cơ trong đất chiếm xu thế tại các bãi rác khác nhau Trong nghiên cứu này, nồng độ ion kim loại

ở cả các mẫu đất và giun đất theo xu hướng Pb> Zn> Mn> Cu> Cr> Cd [22]

Trong một thí nghiệm chứng minh vai trò của giun đất vào xử lý sinh học của các kim loại nặng (chì và cadmium) được thực hiện tại Sari, Mazandaran (Iran) năm

2010 Kết quả cho thấy, số lượng giun đất giảm bằng cách tăng nồng độ kim loại nặng và Pb được hấp thụ bởi giun đất nhiều hơn so với Cd Nghiên cứu còn cho thấy số lượng giun giảm đến 53% so với bình thường bằng cách tăng lượng Pb (Pb300) và 56% cho Cd (Cd300) [24]

Gần đây, nghiên cứu của Olayinka O T và cộng sự đã sử dụng giun đất để chỉ

ra sự ô nhiễm Cd, Co, Cu, Mn, Pb, Zn đặc biệt nghiêm trọng ở khu vực xung quanh nhà máy Lafarge, wapco cement ở Ewekoro, Nigeria (2011) Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hàm lượng kim loại nặng được ghi nhận trong các mẫu đất thu thập từ sáu địa điểm giảm theo khoảng cách từ gần đến xa khu vực nhà máy Các nồng độ kim loại nặng trong các mẫu đất thu thập từ sáu địa điểm giảm theo thứ tự: Mn> Zn> Pb> Cd> Co> Cu Có sự giảm đều đặn trong nồng độ của Cd, Co, Cu, Pb và Zn cũng đã

được ghi nhận từ loài giun Hyperiodrilus africanus Kết quả này tương tự như các

công trình nghiên cứu của Anderson và Laursen (1982) Điều này được Olayinka tiếp tục quan sát và thấy rằng gần như trong tất cả các vị trí lấy mẫu hàm lượng các kim loại nặng trong các mẫu giun đất là cao hơn so với các mẫu đất từ cùng một vị trí Theo Olayinka, điều này có thể là do một số cơ chế trong giun đất làm tăng nồng

độ của kim loại nặng trong giun đất thu được từ các loại đất không bị ô nhiễm [39]

Năm 2012, qua nghiên cứu về sự tích lũy kim loại nặng trong 2 loài S aequinoctialis và Aporrectodea icteria ở các suối tại thành phố Blantyre (Malawi)

M Monjerezi và cộng sự đã cho thấy loài S aequinoctialis tích lũy kim loại nặng

theo thứ tự Mn> Zn> Cu> Pb Sự tích lũy hàm lượng chì, đồng, kẽm và mangan

trong S aequinoctialis cao hơn đáng kể (p <0,05) ở các mẫu nước tương ứng, trong

cả hai mùa Mẫu nước có hàm lượng Cadmium cao trong mùa mưa trong khi vào

mùa khô hàm lượng Cadmium lại trở nên cao hơn ở loài S aequinoctialis Nồng độ

của Cu, Zn (mùa mưa) và Cd (mùa khô) trong đất có mối tương quan đáng kể với

các nồng độ trong loài A.icteria Những kim loại này cũng cho thấy mối tương quan với hàm lượng mùn (OM ) của đất Từ số liệu thu thập được cho thấy loài A icteria

tích lũy kim loại nặng trong Cd > Zn = Ni> Pb> Cu = Cr, phù hợp với dữ liệu từ các nghiên cứu tương tự (kamitani and kaneko, 2007) [30]

1.3.2 Tại Việt Nam

Trên thế giới, từ năm 1988 đã có những nghiên cứu về chỉ thị giun đất Tuy nhiên ở Việt Nam, một số nghiên cứu của Lê Đức (2005), Huỳnh Thị Kim Hối (2007) mới chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của KLN đến giun đất hoặc về mối liên hệ giữa tính chất đất với sự phân bố, thành phần các loài giun đất Việc sử dụng giun đất làm chỉ thị ô nhiễm KLN vẫn là một hướng nghiên cứu mới mẻ đối với nhiều nhà khoa học

Đến năm 2010, nghiên cứu sử dụng 2 loài giun đất Pontoscolex corethrurus và Pheretima modigliani như những chỉ thị sinh học để kiểm tra sự ô nhiễm của các

kim loại nặng ( Cd, Pb, Cu ) trong đất khu vực xung quanh khu công nghiệp Hòa Khánh, thành phố Đà Nẵng của Nguyễn Văn Khánh và cộng sự đã khẳng định, sự tích lũy kim loại nặng ở 2 loài là khác nhau Nồng độ tích lũy kim loại Cu ở loài

Pontoscolex corethrurus là cao hơn loài Pheretima modigliani và ngược lại so với

sự tích lũy Cd, đối với Pb sự khác biệt này là tương đối nhỏ Sự khác nhau trong khả năng tích lũy sinh học được cho rằng có thể là do sự khác nhau trong tập tính, khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng, sự phân bố của các kim loại nặng trong đất Qua các phép kiểm tra tương quan tuyến tính giữa hàm lượng kim loại nặng trong đất và trong giun, nghiên cứu cho thấy rằng các kim loại nặng tích lũy trong giun tăng cùng với sự gia tăng hàm lượng kim loại nặng trong đất Điều đặc biệt, mối tương

quan giữa hàm lượng kim loại nặng trong đất và trong loài Pheretima modigliani

lên đến 83,04 % (P < 0,001) Điều này cho thấy, việc sử dụng các loài giun đất để chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng trong đất là hoàn toàn có thể Nghiên cứu cũng cho rằng sự tích lũy lim loại nặng ở giun đất còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loài giun, trạng thái chất ô nhiễm trong đất, tuổi giun và sự thay đổi của mùa [16] Trong quá trình nghiên cứu, đánh giá hàm lượng Cd và Pb tích lũy trong môi

trường đất và trong các loài giun đất (giống Pheretima) ở khu công nghiệp Hòa

Khánh, Tp Đà Nẵng của Phạm Thị Hồng Hà (2011) cho thấy, hàm lượng KLN Cd

và Pb trong đất và trong giun đất giống Pheretima có tương quan thuận đối với Cd

ở mức “tương quan chặt” (r = 0,76, pvalue = 0,08) Hàm lượng kim loại Pb cũng mức

“tương quan chặt” (r = 0,78, pvalue = 0,07) Trong nghiên cứu này, tương quan giữa mức độ tích lũy Cd và Pb trong cơ thể giun đất và hàm lượng Cd, Pb tổng số trong đất ở mức tương quan thuận với hệ số tương quan khá chặt chẽ Vì vậy, có thể sử

dụng giun đất trong giống Pheretima làm sinh vật chỉ thị ô nhiễm Cd và Pb trong

đất [14]

Qua những nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam thì việc sử dụng giun đất

để làm chỉ thị đã đạt được những thành công nhất định Trong số đó, việc sử dụng giun đất để chỉ thị sự ô nhiễm kim loại nặng như Pb, Cd và Cu đã được chứng minh

vì tính khả thi cao, đặc biệt là sự ô nhiễm các kim loại nặng này xung quanh các khu công nghiệp

Qua những nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy một số loài giun đất đã được chứng minh là một chỉ số sinh học tốt Chúng có thể dễ dàng được lấy mẫu, có một phạm vi phân bố rộng và có thể tăng trưởng mạnh ở những vùng đất bị ô nhiễm Sự di động hạn chế của giun đồng nghĩa là chúng có thể là đại diện của một khu vực đất một cách chính xác Đặc biệt, khả năng tích lũy sinh học của giun đất là điều cần thiết cho một cơ thể sinh học theo dõi [45] Sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm trong giun đất đặt ra một nguy cơ nghiêm trọng của ngộ độc thứ cấp của động vật ăn thịt có xương sống do hệ quả của tích lũy sinh học [40]

Mối tương quan giữa hàm lượng KLN trong đất và trong một số loài giun khác nhau là khá rõ ràng Điều đó cho thấy rằng, giun đất là một sinh vật đầy tiềm năng cho mục đích chỉ thị ô nhiễm một số KLN và điều này sẽ là hướng đi mới bền vững trong tương lai Tuy nhiên, để ứng dụng vào thực tiễn cần có những nghiên cứu cụ thể đối từng khu vực khác nhau

CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU Đối tượn v p ạm vi n iên cứu

Đối tượng nghiên cứu là các loài Giun đất thuộc giống Pheretima, họ Megascolecidae, bộ Lumbricimorpha thuộc lớp giun ít tơ Oligochaeta, ngành giun đốt (Annelida) sống trong đất xung quanh khu công nghiệp Hòa Cầm, thành phố Đà

Nẵng Đề tài được thực hiện từ tháng 10 năm 2014 đến tháng 4 năm 2015 tại các khu vực xung quanh KCN Hòa Cầm, cụ thể: KV1 (tổ 7- phường Hòa Thọ Tây), KV2 (tổ 5- Phường Hòa Thọ Đông), KV3 (tổ 25- Phường Hòa Thọ Tây) Mỗi khu vực chọn 3 điểm để thu mẫu, mỗi điểm cách nhau ít nhất 2 m Tiến hành thu mẫu vào 2 đợt, đợt 1 (tháng 10 năm 2014), đợt 2 (tháng 1 năm 2015)

Hình 2.1 Giun đất giống Pheretima

Hình 2.2 Sơ đồ các khu vực nghiên cứu

Nội dun n iên cứu

Xác định pH, hàm lượng Nts, Pts, mùn (OM) môi trường đất

Đánh giá sự phân bố và thành phần loài giun đất tại khu vực nghiên cứu Đánh giá sự tích lũy kim loại Cu, Cd, Pb ở một số loài giun đất tại khu vực nghiên cứu và mối liên hệ giữa hàm lượng kim loại nặng trong đất và một số loài giun đất tại khu vực nghiên cứu

3 P ƣơn p áp n iên cứu

2.3.1 P ƣơn p áp ồi cứu số liệu

Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng phương pháp hồi cứu để có những dữ liệu về vị trí địa lý vùng nghiên cứu, các nguồn gây ô nhiễm KLN trên thế giới và Việt Nam, một số nghiên cứu trong và ngoài nước về hàm lượng KLN trong đất và giun đất, đặc điểm thành phần loài giun đất tại thành phố Đà Nẵng, đặc điểm các tính chất kim loại Cu, Cd, Pb

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa

Thu mẫu giun đất: tiến hành qua 2 đợt ở 3 khu vực nghiên cứu, giun đất được thu trong các hố đào có kích thước 50 × 50 cm, được đào theo độ sâu của phẫu diện đất với các lớp dày 10 cm các tầng đất (A0 = Lớp thảm thực vật; A1 = 0 – 10 cm; A2 = 10 – 20 cm ) cho đến khi không còn thu được giun [25]

Hình 2.3 Phẫu diện thu mẫu

Mẫu được bảo quản trong túi vải có chứa đất tại điểm thu, có dây rút và ghi nhãn đầy đủ về thời gian, địa điểm, sinh cảnh sau đó đựng trong thùng xốp để chuyển về phòng thí nghiệm, tiếp đó mẫu giun sẽ được làm sạch và cuốn vào vải trắng Mẫu được bảo quản trong cồn 700 trước khi phân loại tại phòng thí nghiệm Công nghệ môi trường, khoa Sinh - Môi Trường, trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng

Hình 2.4 Túi vải đựng giun đất

Thu mẫu đất: mẫu đất được thu đồng thời với mẫu giun Lấy mẫu đất tầng mặt

0 – 30 cm theo từng khu vực Mẫu sau khi thu được đựng trong túi polyethylene có

khóa kéo ở miệng, dán nhãn ghi đầy đủ về thời gian, địa điểm, sinh cảnh sau đó đựng trong thùng xốp để chuyển về phòng thí nghiệm Công nghệ môi trường, khoa Sinh – Môi trường, trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng để bảo quản và phân tích [5]

Hình 2.5 Túi polyethylene đựng mẫu đất 2.3.3 Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

2.3.3.1 Phương pháp phân tích mẫu đất

Xử lý sơ bộ đất để phân tích hóa lý theo TCVN 6647: 2000 Mẫu đất được loại bỏ sỏi, đá, mảnh vụn sau đó phơi khô tự nhiên, tránh ánh sáng trực tiếp từ mặt trời rồi nghiền bằng cối sứ thành bột, rây qua rây có kích thước 2 mm [5]

Xác định chỉ tiêu pH của đất: dùng thìa 5ml để lấy mẫu đất cho vào bình tam giác có nắp kín rồi thêm 25 ml dung dịch KCl đã được hòa tan (1,47 g KCl chuẩn

độ đến 1000 ml) gấp năm lần thể tích mẫu thử Rồi lắc mẫu bằng máy lắc chờ ít nhất 1 giờ Sau đó đo pH bằng máy đo pH Đọc giá trị khi máy ở trạng thái ổn định, lấy đến 2 chữ số thập phân [7]

Xử lý mẫu đất: áp dụng theo TCVN 6649:2000 về Chất lượng đất – Chiết các nguyên tố vết tan trong nước cường thủy [6] Cân 1 gam mẫu đất khô, cho vào ống