Đánh giá khả năng làm giảm nhẹ ô nhiễm của cỏ vetiver (Chrysopogon zizanioides L.) - Áp dụng thử nghiệm tại sân bay Biên Hòa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --- Bùi Thị Bích Thủy “ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LÀM GIẢM NHẸ Ô NHIỄM ASEN TRONG ĐẤT CỦA CỎ VETIVER Chrysopogon zizanioides L... ĐẠI H

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Bùi Thị Bích Thủy

“ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LÀM GIẢM NHẸ Ô NHIỄM ASEN TRONG ĐẤT

CỦA CỎ VETIVER (Chrysopogon zizanioides L.) – ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM

TẠI SÂN BAY BIÊN HÒA”

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Bùi Thị Bích Thủy

“ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LÀM GIẢM NHẸ Ô NHIỄM ASEN TRONG ĐẤT

CỦA CỎ VETIVER (Chrysopogon zizanioides L.) – ÁP DỤNG THỬ NGHIỆM

TẠI SÂN BAY BIÊN HÒA”

Chuyên ngành: Sinh thái học

Mã số: 60 42 01 20

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS Ngô Thị Thúy Hường PGS.TS Lê Thu Hà

Hà Nội - 2016

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Ngô Thị Thúy Hường và PGS.TS Lê Thu Hà, những người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ

em trong suốt thời gian qua

Trong quá trình học tập và thực hiện đề tài nghiên cứu, em nhận được sự giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi của Lãnh đạo Viện Khoa học Địa Chất và Khoáng Sản – Bộ Tài nguyên và Môi trường, sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của cán bộ, viên chức Viện Khoa học Địa Chất và Khoáng Sản, cán bộ và nhân viên PTN Sinh thái học và SHMT - Khoa Sinh học, trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐH Quốc gia Hà Nội Em xin chân thành cảm ơn

Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban chủ nhiệm đề tài cấp bộ mã số

TNMT.04.66 đã cho phép sử dụng nguồn số liệu của đề tài và hỗ trợ kinh phí để

hoàn thành công trình này

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cơ quan, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên, tạo mọi điều kiện học tập và nghiên cứu trong suốt thời gian qua

Hà Nội, tháng 01 năm 2016

Học viên cao học

Bùi Thị Bích Thủy

MỤC LỤC

NỘI DUNG TRANG

MỤC LỤC i

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG iv

DANH MỤC HÌNH v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 As và những tác hại của As 3

1.1.1 Đặc điểm của As 3

1.1.2 As trong tự nhiên 4

1.1.3 Tác hại của As 6

1.2 Tình hình ô nhiễm As và một số biện pháp khắc phục ô nhiễm As 9

1.2.1 Tình hình ô nhiễm As trong đất trên thế giới và ở Việt Nam 9

1.2.2 Tình hình khắc phục ô nhiễm As trong đất trên thế giới và Việt Nam bằng thực vật 12

CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15

2.1 Đối tượng nghiên cứu 15

2.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 15

2.2.1 Địa điểm nghiên cứu 15

2.2.2 Thời gian nghiên cứu 16

2.3 Phương pháp nghiên cứu 17

2.3.1 Thiết kế thí nghiệm 17

2.3.2 Phương pháp thu mẫu ngoài thực địa 18

2.3.3 Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm 18

2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu 21

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 22

3.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu 22

ii

3.1.1 Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên, khí hậu của khu vực sân bay Biên Hòa 22

3.1.2 Điều kiện kinh tế, xã hội khu vực thành phố Biên Hòa 23

3.1.3 Tình hình ô nhiễm As trong đất ở sân bay Biên Hòa 24

3.2 Tổng quan về loài thực vật nghiên cứu 25

3.3 Tính chất hóa, lý học và cơ lý của đất thí nghiệm 27

3.4 Sinh trưởng và phát triển của cỏ vetiver trong các nhóm thí nghiệm 34

3.5 Đánh giá hàm lượng As trong cỏ vetiver và đất theo thời gian 40

3.5.1 Hàm lượng As tích lũy trong chồi cỏ theo thời gian 40

3.5.2 Hàm lượng As tích lũy trong rễ cỏ theo thời gian 42

3.5.3 Biến động của hàm lượng As trong đất theo thời gian` 44

3.6 Tương quan giữa hàm lượng As trong đất và hàm lượng As tích lũy trong cây cỏ vetiver 46

3.6.1 Tương quan giữa hàm lượng As trong đất và hàm lượng As tích lũy trong rễ cỏ vetiver 46

3.6.2 Tương quan giữa hàm lượng As trong đất và hàm lượng As tích lũy trong chồi cỏ 48

3.7 Đề xuất phương pháp sử dụng cỏ vetiver trong giảm thiểu ô nhiễm As 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51

KẾT LUẬN 51

KIẾN NGHỊ 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường

EDTA Ethylene diamine tetra acetic acid

Eh Điện thế oxy hoá khử

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

TOC Tổng carbon hữu cơ

iv

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Hàm lượng As trong một số vùng quặng Việt Nam 11 Bảng 3.1 Một số đặc tính vật lý và hóa học của đất của khu vực thử nghiệm tại căn

cứ không quân Biên Hòa 29 Bảng 3.2 Thành phần nhóm hạt của đất 30

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Asen và Trioxit asen 4

Hình 1.2 Phân bố As trên thế giới 10

Hình 2.1 Địa điểm nghiên cứu 16

Hình 2.2 Mô hình thí nghiệm và vị trí lấy mẫu đất và mẫu sinh phẩm 17

Hình 3.1 Vị trí địa lý khu vực sân bay Biên Hòa 22

Hình 3.2 Cỏ Veetiver (Chrysopogon zizanioides L.) 26

Hình 3.3 So sánh chỉ số TOC ở ba nhóm 1, 2 và 3 (%) trong thời gian thử nghiệm Sự khác biệt ý nghĩa thống kê đối với chỉ số TOC giữa ba nhóm được chỉ định với o (oo: p < 0,01; o: p < 0,05), và sự khác biệt theo thời gian trong cùng một nhóm so với ban đầu được biểu thị với * (**: p < 0,01; *: p < 0,05) 31

Hình 3.4 Mẫu đất tại hiện trường đợt 1 33

Hình 3.5 Chiều cao (cm) của cỏ vetiver (nhóm 1 và nhóm 2) được trồng trong khu vực đất ô nhiễm As tại các thời điểm lấy mẫu Sự khác biệt có ý nghĩa về chiều cao (cm) trong cùng một nhóm thí nghiệm so với ban đầu được biểu thị bằng (*) và giữa hai nhóm (o) (trung bình ± SD, n = 30, 34

Hình 3.6 Sinh trưởng của cỏ vetiver ở ba nhóm thí nghiệm G1, G2, G3 vào tháng 1 năm 2015 36

Hình 3.7 Cỏ vetiver bắt đầu ra hoa từ tháng 5 37

Hình 3.8 Sự biến động về số lượng nhánh trong khóm (nhánh/khóm) của cỏ vetiver (nhóm 1 và nhóm 2) được trồng trong khu vực đất ô nhiễm As tại các thời điểm lấy mẫu Sự khác biệt có ý nghĩa về số nhánh (nhánh/khóm) trong cùng nhóm thí nghiệm so với ban đầu được biểu thị bằng (*) và giữa hai nhóm (o) (trung bình ± SD, n = 30, *: p < 0,05, **: p < 0,01, ***: p < 0,001; hoặc o: p < 0,05; oo: p < 0,01) 38

Hình 3.9 So sánh chu vi khóm (cm) của cỏ vetiver (nhóm 1 và nhóm 2) được trồng trong khu vực đất ô nhiễm As tại các thời điểm lấy mẫu Sự khác biệt có ý nghĩa về chu vi khóm (cm) trong cùng lô thí nghiệm so với tháng thứ 4 được biểu thị bằng (*) và giữa hai nhóm (o) (trung bình ± SD, n = 30, *: p < 0,05, **: p < 0,01, ***: p < 0,001; hoặc o: p < 0,05) 39

vi

Hình 3.10 So sánh tích tụ As trong chồi cỏ vetiver (mg/kg trọng lượng ướt) của hai nhóm (nhóm 1 và nhóm 2) trong thời gian thử nghiệm Sự khác biệt có ý nghĩa thống kê đối với hàm lượng As giữa hai nhóm được chỉ định với o (oo: p < 0,01; o:

p < 0,05), và sự khác nhau trong cùng một nhóm theo thời gian so với ban đầu được biểu thị với * (**: p < 0,01; *: p < 0,05) 41 Hình 3.11 So sánh tích tụ As trong rễ cỏ vetiver (mg/ kg trọng lượng ướt) của hai nhóm (G1 và G2) trong thời gian thử nghiệm Sự khác biệt có ý nghĩa thống kê đối với hàm lượng As giữa hai nhóm được chỉ định với o (oo: p < 0,01; o: p < 0,05), và

sự khác nhau theo thời gian trong cùng một nhóm so với ban đầu được biểu hiện với

* (**: p < 0,01; *: p < 0,05) 44 Hình 3.12 So sánh tích tụ As trong đất (mg/kg) của ba nhóm 1, nhóm 2 và nhóm 3 trong thời gian thử nghiệm Sự khác biệt ý nghĩa thống kê đối với hàm lượng As giữa ba nhóm được chỉ định với o (oo: p < 0,01; o: p < 0,05), và sự khác nhau theo thời gian trong cùng một nhóm so với ban đầu được biểu hiện với * (**: p < 0,01;

*: p < 0,05) 45 Hình 3.13 Sự tương quan giữa hàm lượng As (mg/kg trọng lượng khô) trong đất và trong rễ cỏ vetiver của nhóm 1 47 Hình 3.14 Sự tương quan giữa hàm lượng As (mg/ kg trọng lượng khô) trong đất và trong rễ cỏ vetiver của nhóm 2 47 Hình 3.15 Sự tương quan giữa hàm lượng As (mg/kg trọng lượng khô) trong đất và trong chồi vetiver của nhóm 1 49

MỞ ĐẦU

Asen và kim loại nặng là các nguyên tố vi lượng tồn tại tự nhiên trong môi trường Nhiều KLN là các vi lượng rất cần thiết cho cơ thể con người Tuy nhiên sự

có mặt của chúng với hàm lượng lớn có thể gây ô nhiễm môi trường và có tác hại xấu đến sức khỏe con người cũng như các sinh vật Khi thâm nhập vào môi trường, chúng có thể gây ô nhiễm nguồn nước, ô nhiễm đất trồng Điều đáng nói là nhiều KLN có khả năng tích tụ trong đất, trong động thực vật và rất khó phân hủy hay đào thải Điều đó có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người khi sử dụng nguồn thức ăn

từ những động, thực vật sinh trưởng trong những vùng bị ô nhiễm

Người sử dụng nguồn nước hoặc thực phẩm bị ô nhiễm As (hàm lượng As cao hơn mức cho phép) trong thời gian dài có thể mắc các chứng bệnh nguy hiểm như: Các bệnh dạ dày, rối loạn chức năng gan, hội chứng đen da, ung thư

da, v.v thậm chí tử vong Hơn nữa, nhiều bệnh do As và KLN gây ra chỉ được phát hiện sau một thời gian dài Nhiều hội chứng khác do nhiễm độc KLN cũng

đã được ghi nhận

As là KLN độc hại và đang có dấu hiệu ô nhiễm trong môi trường đất, nước ở nhiều nơi trên thế giới Có rất nhiều phương pháp khác nhau để xử lý đất bị ô nhiễm

As, trong đó phương pháp sử dụng thực vật là phương pháp đang được nhiều nhà khoa học quan tâm hiện nay bởi hiệu quả cao, chi phí thấp và thân thiện với môi

trường, đặc biệt có khả nặng xử lý đất ô nhiễm KLN Và cỏ vetiver (Chrysopogon

zizanioides L.) là một trong những đối tượng đang được quan tâm Qua một số kết

quả nghiên cứu của Randoff và cộng sự (1995), Knoll N (1997), Truong, Baker (1998), Chen (2000) cho thấy cỏ vetiver là đối tượng thực vật có nhiều đặc tính ưu việt trong lĩnh vực này Tại Việt Nam năm hiện nay đã có 43 tỉnh thành trong nước trồng loài cỏ này với các mục đích khác nhau như: Chống sạt lở, xói mòn, ứng dụng

xử lý nước thải từ các trại chăn nuôi nhưng chưa có nghiên cứu nào về ứng dụng của cỏ vetiver trong giảm thiểu ô nhiễm KLN Việc ứng dụng một loài thực vật để

xử lý ô nhiễm cần thiết phải đánh giá được khả năng sinh trưởng, phát triển cũng như hiệu quả hấp thu các chất trong môi trường đất ô nhiễm

53

TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT

1 Bùi Thị Kim Anh (2011), Nghiên cứu sử dụng thực vật (dương xỉ) để xử lý ô

nhiễm Asen trong đất vùng khai thác khoáng sản, Luận án Tiến sĩ ngành:

Môi trường đất và nước-Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, tr 78 – 81

2 Bộ Tài nguyên và Môi trường, Quyết định số: 04/2008/QĐ-BTNMT của Bộ

trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường quy đinh quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

về giới hạn cho phép của kim loại nặng trong đất, ban hành ngày 18 tháng

7 năm 2008

3 Bộ Y tế, Quyết định số: 02/2011/TT-BYT của Bộ trưởng Bộ Y tế quy định

quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn ô nhiễm hóa học và sinh học trong thực phẩm, ban hành ngày13 tháng 01 năm 2011

4 Nguyễn Bá Cảnh ( 2014), “Đánh giá hiện trạng ô nhiễm asen trong nước

ngầm Hà Nội, ứng dụng vật liệu Hydroxit sắt III phế thải để hấp thụ asen trong nước ngầm”, Luận văn thạc sĩ Khoa học Môi trường-Trường Đại học

Nông Lâm, Thái Nguyên

5 Lương Thị Thúy Chinh (2013), Ô nhiễm đất bởi asen và xử lý đất ô nhiễm

asen, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại Học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội

6 Trần Hữu Hoan (2004), Sáu giải pháp giảm thiểu asen khả thi cho những

vùng đã phát hiện bị ô nhiễm, Báo cáo hội thảo trình diễn: Thiết bị xử lý

asen trong nước sinh hoạt, Trung tâm nước sạch và vệ sinh môi trường

nông thôn, Hà Nội, Tr 30

7 Châu Minh Khôi (2012), “Khả năng xử lý ô nhiễm đạm, lâm hữu cơ hòa tan

trong nước thải ao nuôi cá tra của lục bình (Eichhorina crassipes) và cỏ vetiver (Vetiver zizanioides)”, tạp chí khoa học Trường Đại học Cần Thơ,

tr 3 – 7

8 Đặng Đình Kim (2007), Nghiên cứu sử dụng thực vật để cải tạo đất bị ô

nhiễm kim loại nặng tại các vùng khai thác khoáng sản, Viện Sinh thái và

Tài nguyên sinh vật, ĐH Quốc gia Hà Nội

9 Trần thị Lựu (2008), Đặc điểm thành phần khoáng vật trầm tích Đệ Tứ vùng

Đan Phượng (Hà Tây), mối liên quan giữa thành phần trầm tích và hiện trạng ô nhiễm As trong nước dưới đất vùng châu thổ sông Hồng, Luận văn

thạc sĩ ngành Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội

10 Phạm Quý Nhân (2009), Nguồn gốc và sự phân bố Amoni và asen trong các

tầng chứa nước đồng bằng sông Hồng, báo cáo kết quả đề tài khoa học

công nghệ, Trường đại học Mỏ - Địa Chất

11 Đặng Đức Nhận và cs (2006), “Sự di động của asen trong nước ngầm khu

vực phía Nam thành phố Hà Nội”, Proceeding National Workshop: Arsenic

Cotamination in Groundwater in Red River Plain, Hà Nội, Tr 37-47

12 Lê Kế Sơn (2010), Báo cáo tổng thể về tình hình ô nhiễm dioxin tại ba điểm

nóng sân bay Biên Hòa, Đà Nằng và Phù Cát, Văn phòng ban chỉ đạo 33,

Bộ Tài nguyên và Môi trường

13 Lê Kế Sơn (2013), Dự án xử lý ô nhiễm ô nhiễm dioxin tại các điểm nóng ở

Việt Nam Báo cáo tổng thể về tình hình ô nhiễm dioxin tại ba điểm nóng:

sân bay Biên Hòa, Đà Nẵng và Phù Cát, tr 19 – 22

nước giếng khoan tại một số vùng thuộc đồng bằng Bắc Bộ”, Hội nghị

khoa học lần thứ III trường Đại học khoa học tự nhiên, Hà Nội, Tr 107

TIẾNG ANH

15 Adriano D.C (2011) “Trace element in the terrestrial environment”,

Comparative genomic analyses identify common molecular pathways modulated upon exposure to low doses of arsenic and cadmium, BMC

Genomics 12, New York, pp 173

16 Appelo, C A J., and Postma D (2005), Geochemistry, Groundwater and

pollution, Balkema Publisher, Amsterdam, pp 649

17 Barcelo J and Poschenrieder C (2003), Phytoremediation: principles and

perspectives, Contributions to Science, institute d’Edtudis Catalans,

Bacelona, pp 333 – 344

55

18 Berg M., Tran H C., Nguyen T C., Pham H V., Schertenleif R , Giger W

(2001), Arsenic contamination of groundwater and drinking water in Viet

Nam: A human Health Threat, Environ Sci Technol, pp 2621 - 2626

19 Brooks R.R (1998), Plants that Hyperaccumulate heavy metal, CAB

International, Wallingford, UK, pp 380

20 C Jane Wyatt, Veronica Lopez Quiroga, Rita Teresa Olivas Acosta and Rosa

Olivia Mensdez (1998), Excretion of arsenic in Urine of Children, 7-11

Years, Exposed to Elevated Levels of As in the City Water Supply in Hermosillo, Sonora, Mexico Environmental research, Vol 78, Issues 1

21 Cheng Hong, Xiaojie Yang, Aiping Liu, Hengsheng Fu, Ming Wan (2003), A

Study on the Performance and Mechanism of Soil-reinforcement by Herb Root System, Proc Third International Vetiver Conf, Guangzhou, China

22 Dowling C B., Poreda R J., Basu A R., Peter S L., Aggarwal P K (2002),

Geochemical study of arsenic release mechanisms in Bengal Basin groundwater, Water Resour Res 38, pp 1-20

23 Emsley, John (2001) Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the

Elements, Oxford, pp 43, 513, 529

24 Environmental Protection Agency (U.S.EPA) (2003), Health effects and rick

assessment of arsenic, The Journal of Nutrition, Vol 133, pp 1536-1538

25 Fetter C.W (2001), Applied Hydrogeology (Fourth Edition), Upper Saddle

River, New jersey 07458: Prentice Hall

26 Garbarion, et all (2003), Arsenic speciation and reactivity in poultry litter,

Environmental Science Technology, Vol.37, No: 18, pp 4083-4090

27 Garelick, et all (2008), Arsenic pollution Sources, Reviews of

Environmental Contamination, Vol 197, Publisher Springer New York

28 Gebel, et all (1998), “Human biomonitoring of arsenic antimony in case of

an elevated geogenic exposure”, Environmental Health Perspect, Vol.106,

pp 33-39