Nghiên cứu sự sinh trưởng phát triển và khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây lau (SACCHARUM ARUNDINACEUM) để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tại mỏ thiếc xã Hà Thượng Huyện Đại Từ Tỉnh Thái Nguyên (Khóa luận tốt nghiệp)

Nghiên cứu sự sinh trưởng phát triển và khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây lau (SACCHARUM ARUNDINACEUM) để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tại mỏ thiếc xã Hà Thượng Huyện Đại Từ Tỉnh Thái Nguyên (Khóa luận tốt nghiệp)Nghiên cứu sự sinh trưởng phát triển và khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây lau (SACCHARUM ARUNDINACEUM) để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tại mỏ thiếc xã Hà Thượng Huyện Đại Từ Tỉnh Thái Nguyên (Khóa luận tốt nghiệp)Nghiên cứu sự sinh trưởng phát triển và khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây lau (SACCHARUM ARUNDINACEUM) để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tại mỏ thiếc xã Hà Thượng Huyện Đại Từ Tỉnh Thái Nguyên (Khóa luận tốt nghiệp)Nghiên cứu sự sinh trưởng phát triển và khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây lau (SACCHARUM ARUNDINACEUM) để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tại mỏ thiếc xã Hà Thượng Huyện Đại Từ Tỉnh Thái Nguyên (Khóa luận tốt nghiệp)Nghiên cứu sự sinh trưởng phát triển và khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây lau (SACCHARUM ARUNDINACEUM) để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tại mỏ thiếc xã Hà Thượng Huyện Đại Từ Tỉnh Thái Nguyên (Khóa luận tốt nghiệp)Nghiên cứu sự sinh trưởng phát triển và khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây lau (SACCHARUM ARUNDINACEUM) để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tại mỏ thiếc xã Hà Thượng Huyện Đại Từ Tỉnh Thái Nguyên (Khóa luận tốt nghiệp)

ĐÈO VĂN CHUNG

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU SỰ SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN VÀ KHẢ NĂNG HẤP THỤ KIM LOẠI NẶNG CỦA CÂY LAU (SACCHARUM ARUNDINACEUM) ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG SAU KHAI THÁC KHOÁNG SẢN TẠI MỎ THIẾC XÃ HÀ THƯỢNG -

HUYỆN ĐẠI TỪ - TỈNH THÁI NGUYÊN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy

Chuyên ngành : Khoa học môi trường

ĐÈO VĂN CHUNG

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU SỰ SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN VÀ KHẢ NĂNG HẤP THỤ KIM LOẠI NẶNG CỦA CÂY LAU (SACCHARUM ARUNDINACEUM) ĐỂ XỬ LÝ ĐẤT Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG SAU KHAI THÁC KHOÁNG SẢN TẠI MỎ THIẾC XÃ HÀ THƯỢNG -

HUYỆN ĐẠI TỪ - TỈNH THÁI NGUYÊN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo : Chính quy

Chuyên ngành : Khoa học môi trường

Lớp : KHMT N02 – K45

Khoa : Môi Trường

Khóa học : 2013 - 2017 Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Ngọc Nông

Thái Nguyên, năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Thực tập tốt nghiệp là việc hết sức quan trọng với mỗi sinh viên, nó chính là cẩm nang là hành trang sẽ đi suốt cuộc đời cho mỗi sinh viên trước khi ra trường đem những kiến thức đã học ở trường về nơi công tác để vận dụng vào thực tiễn, góp phần công của mình vào công cuộc xây dựng quê hương, đất nước

Được sự nhất trí của nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa Môi trường

trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên và dưới sự hướng dẫn của thầy giáo

PGS.Ts Nguyễn Ngọc Nông em tiến hành thực hiện đề tài: „‟Nghiên cứu sự

sinh trưởng phát triển và khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây lau (SACCHARUM ARUNDINACEUM) để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tại mỏ thiếc xã Hà Thượng - Huyện Đại Từ - Tỉnh Thái Nguyên’’

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến toàn thể các thầy cô, cán bộ khoa Môi trường, trường Đại học Nông lâm – Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ em tận tình trong thời gian em thực tập tốt nghiệp tại khoa và trong suốt 4 năm học vừa qua

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.Ts Nguyễn Ngọc Nông đã hướng dẫn chỉ bảo em nhiệt tình và tạo mọi điều kiện giúp đỡ em

hoàn thành khóa luận này

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các bạn sinh viên và những người thân trong gia đình đã động viên khuyến khích và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập cũng như hoàn thành đề tài

Do thời gian có hạn, năng lực còn hạn chế lần đầu tiên xây dựng một khóa luận nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiết sót Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và các bạn sinh viên để báo cáo của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2017

Người thực hiện đề tài

Đèo Văn Chung

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Hàm lượng kim loại nặng trong giáng thủy 9

Bảng 2.2 Hàm lượng trung bình một sốKLN trong đá và đất (ppm) 10

Bảng 2.3 Hàm lượng kim loại nặng trong nguồn phân bón nông nghiệp 11

Bảng 2.4 Biến đổi hàm lượng kim loại nặng trong đất do các hoạt động khai khoáng theo thời gian 11

Bảng 2.5 Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao 16

Bảng 2.6 Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý kim loại nặng trong đất 17

Bảng 3.1 Bảng vị trí lấy mẫu và lý lịch mẫu đất 22

Bảng 3.2: Tọa độ lấy mẫu đất 23

Bảng 3.3 Các công thức của thí nghiệm 24

Bảng 3.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 24

Bảng 3.1 Hiện trạng sử dụng đất năm năm 2012 của xã Hà Thượng 29

Bảng 4.1 Bảng pH và Hàm lượng KLN trong đất bãi thải trước khi trồng lau 35

Bảng 4.2 Bảng sinh trưởng phát triển tự nhiên của cây lau trên khu vực bãi thải bị ô nhiễm 36

Bảng 4.3 Bảng Hàm lượng As,Pb, Cd và Zn tích lũy tự nhiên trong thân + lá và rễ của cây Lau lấy tại mỏ khai thác 37

Bảng 4.4 Bảng Động thái sinh trưởng chiều cao cây lau trong 5 tháng 39

Bảng 4.5 Bảng Sự biến động về chiều dài lá cây Lau trong thời gian nghiên cứu sau 5 tháng 41

Bảng 4.6 Động thái khối lượng rễ cây sau khi trồng 5 tháng 42

Bảng 4.7 Bảng năng suất sinh vật học gồm khối lượng tươi, khối lượng khô, của cây lau 44

Bảng 4.8 Bảng Động thái sinh trưởng nhánh trong thời gian 5 tháng 45

Bảng 4.9 Bảng tính khối lượng tổng thể, trung bình tổng thể của cây và Tổng số nhánh, trung bình số nhánh 46

DANH MỤC HÌNH

Hình 4.1: Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong mẫu đất trước khi trồng

cây 35 Hình 4.2: Biểu đồ hàm lượng KLN tích lũy trong cây sậy được lấy tại

bãi thải mỏ Thiếc Hà Thượng – Đại Từ - Thái Nguyên 38 Hình 4.3 Hình Động thái sinh trưởng chiều cao trung bình cây lau

trong 5 tháng 40 Hình 4.4 Hình về Sự biến động về chiều dài lá trung bình cây Lau trong

thời gian nghiên cứu sau 5 tháng 41 Hình 4.5 Khối lượng trung bình rễ cây sau khi trồng 5 tháng 43 Hình 4.6 Năng suất trung bình của sinh vật học gồm khối lượng tươi,

khô 44 Hình 4.7 Động thái sinh trưởng nhánh trung bìnhtrong thời gian 5

tháng 46 Hình 4.8 Khối lượng tổng thể, trung bình tổng thể của cây và Tổng số

nhánh, trung bình số nhánh 47

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC BẢNG ii

DANH MỤC HÌNH iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv

MỤC LỤC v

PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1

1.Tính cấp tiết của đề tài 1

2.Mục tiêu của đề tài 2

2.1 Mục tiêu chung 2

2.2 Mục tiêu cụ thể 3

3 Ý nghĩa của đề tài 3

3.1 Ý nghĩa khoa học 3

3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Cơ sở khoa học của đề tài 4

2.1.1 Tổng quan về ô nhiễm KLN trong đất và một số phương pháp xử lý ô nhiễm truyền thống 4

2.1.2 Nguồn gốc gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất 8

2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường và cơ chế xử lý ô nhiễm kim loại nặng bằng biện pháp sinh học 12

2.2.1 Cơ chế xử lý ô nhiễm KLN 12

2.2.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình hấp thu KLN của cây Lau 13

2.2.3 Một số vấn đề môi trường cần quan tâm đối với công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm KLN 13

2.3 Tổng quan về loài thực vật nghiên cứu và tiềm năng ứng dụng của chúng

trong bảo vệ môi trường 14

2.3.1 Đặc điểm của loài thực vật nghiên cứu 14

2.3.2 Tổng quan về công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật ở trong và ngoài nước 15

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

3.1.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 20

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 20

3.2.1 Địa điểm 20

3.2.2 Thời gian nghiên cứu 20

3.3 Nội dung nghiên cứu 20

3.3.1 Đánh giá sơ lược về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội và môi trường Xã Hà Thượng - Đại Từ - Thái Nguyên 20

3.3.2 Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển tự nhiên của cây Lau trên đất bãi thải bị ô nhiễm tại mỏ Thiếc Xã Hà Thượng - Đại Từ - Thái Nguyên 21

3.3.3 Đánh giá sinh trưởng, phát triển của cây Lau được trồng trong thí nghiệm chậu vại với các vị trí mẫu đất lấy tại bãi thải bị ô nhiễm tại mỏ Thiếc Xã Hà Thượng – Đại Từ - Thái Nguyên 21

3.3.4 Đề xuất một số nhiệm vụ nghiên cứu và triển khai để hoàn thiện đề tài nghiên cứu 21

3.4 Về phương pháp nghiên cứu 21

3.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp 21

3.4.2 Phương pháp khảo sát thực địa, xác định các vị trí lấy mẫu 22

3.4.3 Phương pháp điều tra lấy mẫu đất và mẫu cây 22

3.4.4 Phương pháp bố trí, theo dõi thí nghiệm trong chậu vại 23

3.5 Phương pháp tổng hợp số liệu và biểu đạt kết quả vào bảng biểu 27

PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 28

4.1 Sơ lược về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội, môi trường Xã Hà Thượng – Huyện Đại Từ - Tỉnh Thái Nguyên 28

4.1.1 Điều kiện tự nhiên (UBND Xã Hà Thượng giai đoạn 2013-2020)[16] 28

4.1.2 Tài nguyên va môi trường(UBND Xã Hà Thượng giai đoạn 2013-2020)[16] 29

4.1.3 Điều kiện kinh tế - hã hội, (UBND Xã Hà Thượng giai đoạn 2013-2020)[16] 31

4.2 Khả năng sinh trưởng, phát triển và tích lũy kim loại nặng (KLN) của cây lau trên đất bãi thải bị ô nhiễm tại mỏ Thiếc Hà Thượng – Đại Từ - Thái Nguyên 34

4.2.1 Đặc điểm đất khu vực bãi thải bị ô nhiễm tại mỏ Thiếc Hà Thượng – Đại Từ - Thái Nguyên 34

4.2.2 Tình hình sinh trưởng phát triển tự nhiên của cây lau ở khu vực bãi thải bị ô nhiễm 36

4.2.3 Hàm lượng kim loại nặng tích lũy tự nhiên trong thân, lá, rễ của cây lâu khu vực bãi thải bị ô nhiễm 37

4.3 Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển của cây lau được trồng trong trí nghiệm chậu vại với các vị trí mẫu đất bãi thải bị ô nhiễm tại mỏ Thiếc Hà Thượng – Đại Từ - Thái Nguyên 39

4.3.1 Động thái sinh trưởng phát triển chiều cao cây 39

4.3.2 Động thái sinh trưởng chiều dài lá 40

4.3.3 Động thái sinh trưởng của rễ sau 5 tháng 42

4.3.4 Năng suất sinh vật học ( tươi, khô) 43

4.3.5 Động thái sinh trưởng nhánh 45

4.3.6 Tổng hợp các chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển của cây lau 46

4.4 Đề xuất một số nhiệm vụ tiếp tục nghiên cứu và triển khai để hoàn thiện

đề tài nghiên cứu 48

4.4.1 Nghiên cứu, phân tích các tiêu chuẩn đất sau trồng cây, thân, lá, rễ cây lau sau thí nghiệm 48

4.4.2 Thử nghiệm trồng cây cỏ VA06 để mở rộng kỹ thuật sản xuất trên đất bãi thải sau khai thác mỏ 48

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

5.1 Kết luận 50

5.2.Kiến nghị 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

I Tiếng Việt 54

II Tiếng Anh 54

PHẦN 1

MỞ ĐẦU 1.Tính cấp tiết của đề tài

Những năm gần đây, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp khai thác thì khai thác khoáng sản đang phát triển một cách mạnh mẽ do nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội của đất nước và trong điều kiện mở cửa của kinh tế thị trường, các hoạt động này đang được khai thác với quy mô ngày càng lớn Hoạt động này đã đóng góp quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội, góp phần tích cực vào sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước

Tuy nhiên, sự phát triển của khai thác khoáng sản là tăng trưởng kinh tế

- xã hội, tạo ra những thị trường mạnh để thu hút đầu tư từ nước ngoài thì nó cũng đang tạo ra những mặt tiêu cực gây ảnh hưởng xấu tới con người và hệ sinh thái xung quanh khu vực khai thác Các hoạt động khai thác than, quặng, phi quặng và vật liệu xây dựng, như: tiến hành xây dựng mỏ, khai thác thu hồi khoáng sản, đổ thải, thoát nước mỏ… đã làm phá vỡ cân bằng điều kiện sinh thái được hình thành từ hàng chục triệu năm, gây ô nhiễm nặng nề đối với môi trường Đất và ngày càng trở nên vấn đề cấp bách mang tính chất xã hội

và chính trị của cộng đồng

Đây là hiện trạng chung của nhiều tỉnh đang có cơ sở khai thác trên cả nước, và tỉnh Thái Nguyên là một trong số đó Tình hình khai thác khoáng sản

ở tỉnh Thái Nguyên trong những năm qua cho thấy, số lượng mỏ khoáng sản

và sản lượng được đưa vào khai thác ngày càng tăng Tuy nhiên 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 và có những khu vực đã bị ô nhiễm nghiêm trọng không còn khả năng canh tác Một số nguyên tố vi lượng và siêu vi lượng có tính độc hại tích luỹ trong nông sản phẩm, từ đó gây tác hại nghiêm trọng đối với động, thực vật và con người Qua đó vấn đề cần quan tâm nhất 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 sau khai thác

Có rất nhiều phương pháp được đưa ra để giải quyết vấn đề ô nhiễm kim loại nặng (KLN), trong đó việc sử dụng các biện pháp sinh học đang được quan tâm đó là việc sử dụng cây Lau có khả năng hấp thụ KLN để phục hồi đất bị ô nhiễm Việc sử dụng cây Lau là xu hướng phổ biến trên thế giới do có nhiều ưu điểm vượt trội Tuy nhiên vấn đề này ở Việt Nam vẫn còn là mới mẻ

Hoạt động chế biến khoáng sản tại xưởng tuyển thiếc thuộc xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên là một trong những mỏ điển hình của việc hoạt động sản xuất không đi đôi với các biện pháp bảo vệ môi trường Xí nghiệp kết thúc hoạt động khai thác tuyển thiếc và bắt đầu tiến hành công tác phục môi trường, khắc phục ô nhiễm từ sự quá tải của bãi thải

mỏ thiếc xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên – nơi lưu trữ chất thải từ quá trình nghiền, tuyển quặng Xí nghiệp thiếc Đại Từ đang phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm nước mặt, ô nhiễm môi trường đất từ chính hoạt động sản xuất của mình

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

kim loại nặng trong đất tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sự sinh trưởng

phát triển và khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây lau để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tại mỏ thiếc xã Hà Thượng

- Huyện Đại Từ - Tỉnh Thái Nguyên’’

2.Mục tiêu của đề tài

2.1 Mục tiêu chung

Thực hiện đề tài này để đánh giá khả năng xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng của cây Lau tại đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản nhằm cải tạo và phục hồi đất bị thoái hóa, ô nhiễm sau khai thác giúp tăng diện tích đất có chất lượng tốt cho sản xuất nông lâm nghiệp

2.2 Mục tiêu cụ thể

- Xác định khả năng sinh trưởng, phát triển của cây Lau trên đất sau khai thác khoáng sản tại khu vực bãi thải mỏ thiếc – xã Hà Thượng – Huyện Đại Từ Xác định khả năng hấp thụ kim loại nặng trong thân, lá và rễ của cây Lau trên đất sau khai thác khoáng sản tại khu vực bãi thải mỏ thiếc

Hà Thượng - huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên

- Xác định khả năng xử lý KLN trong đất của cây Lau trên đất sau khai thác khoáng sản tại khu vực bãi thải mỏ thiếc Hà Thượng - huyện Đại

3.2 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Đề tài xác định những tác động từ khai thác khoáng sản tới tài nguyên đất

Từ đó đem lại tính khả thi của việc ứng dụng của một số loài thực vật để cải tạo đất

ô nhiễm ở các mỏ khai thác khoáng sản tại Việt Nam 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, cũng như tăng cường nghiên cứu các ứng dụng các công nghệ thân thiện với môi trường theo tinh thần chủ trương chung của Nước ta trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Cơ sở khoa học của đề tài

2.1.1 Tổng quan về ô nhiễm KLN trong đất và một số phương pháp xử lý ô nhiễm truyền thống

* Khái niệm ô nhiễm kim loại nặng và ô nhiễm đất

Thuật ngữ kim loại nặng được từ điển hoá học định nghĩa là các kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm3 Đối với các nhà độc tố học, thuật ngữ “kim loại nặng” chủ yếu được dụng để chỉ các kim loại có nguy

cơ gây nên các vấn đề về môi trường, bao gồm: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr,

Co, V, Ti,Fe, Mn, Fe, Ag, Sn Ngoài ra, các á kim như As và Se cũng được xem là các KLN Các KLN thường ở dạng vết trong môi trường đất tự nhiên Các KLN phổ biến nhất là: Cd, Cr, Cu, Hg, Pb và Zn Trong đó, Cu và Zn là nguyên tố vi lượng, có vai trò quan trọng đối với quá trình trao đổi chất trong

tế bào và là thành phần, cấu trúc của các protein và enzyme Tuy nhiên, các nguyên tố vi lượng nói riêng và các KLN nói chung ở nồng độ cao là yếu tố cực kỳ độc hại đối với quá trình trao đổi chất của tế bào Ô nhiễm đất được xem như là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất bởi các chất gây ô nhiễm gây ảnh hưởng xấu đến đời sống của sinh vật và con người, (Nguyễn Ngọc Châu, 2006)[1]

*Tính độc của một số loại kim loại nặng

- Tính độc của Arsenic (As)

+ Đối với cây trồng: Arsenic được nhiều người biết đến do tính độc của một số hợp chất có trong nó As khác hẳn với một số kim loại nặng bình thường vì đa số các hợp chất As hữu cơ ít độc hơn các As vô cơ Lượng As trong các cây có thể ăn được thường rất ít Sự có mặt của As trong đất ảnh

hưởng đến sự thay đổi pH, khi độc tố As tăng lên khiến đất trồng trở nên chua hơn, nồng độ pH < 5 khi có sự kết hợp giữa các loại nguyên tố khác nhau như

Fe, Al

+ Đối với con người: Khi lượng độc tố As vượt quá ngưỡng, nhất là trong thực vật, rau cải thì sẽ ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, nhiều hơn sẽ gây ngộ độc Nhiễm độc As trong thời gian dài làm tăng nguy cơ gây ung thư bàng quang, thận, gan và phổi

- Tính độc của Kẽm (Zn)

+ Đối với cây trồng: Sự dư thừa Zn cũng gây độc đối với cây trồng khi

Zn tích tụ trong đất quá cao Sự tích tụ Zn trong cây quả nhiều cũng gây một

số mối liên hệ đến mức dư lượng Zn trong cơ thể người và góp phần phát triển thêm sự tích tụ Zn trong môi trường mà đặc biệt là môi trường đất

+ Đối với con người: Zn là dinh dưỡng thiết yếu và nó sẽ gây ra các chứng bệnh nếu thiếu hụt cũng như dư thừa Trong cơ thể con người, Zn thường tích tụ chủ yếu là trong gan, là bộ phận tích tụ chính của các nguyên

tố vi lượng trong cơ thể, khoảng 2g Zn được thận lọc mỗi ngày Trong máu, 2/3 Zn được kết nối với Albumin và hầu hết các phần còn lại được tạo phức chất với λ –macroglobin

-Tính độc của Chì (Pb)

+ Hàm lượng chì trong vỏ trái đất là 10-20mg/kg, trong nước biển là 0,03g/m3 Hàm lượng chì có trong các đá khoảng vài mg/kg, trong đất chì dao động từ vài đến 200 mg /kg Chì được coi là nguyên tố độc đối với hầu hết các sinh vật Sự có mặt của chì làm giảm hoạt động của vi sinh vật đất, gây rối loạn quá trình tuần hoàn nitơ, (Lê Văn Khoa, 2004)[4]

+ Là nguyên tố KLN có khả năng linh động kém có thời gian bán hủy trong đất từ 800-6000 năm Theo thống kê của nhiều tác giả hàm lượng chì trong đất trung bình từ 15-25 ppm Trong môi trường trung tính hoặc kiềm,

Pb tạo thành PbCO3 hoặc Pb3(PO4)2 ít làm ảnh hưởng đến cây trồng Chì bị hấp phụ trao đổi chiếm tỉ lệ nhỏ (<5%) hàm lượng Pb có trong đất Trong đất chì có độc tính cao, hạn chế hoạt động của các vi sinh vật và tồn tại khá bền vững dưới dạng phức hệ với các chất hữu cơ

- Tính độc của Cadmium (Cd)

+ Đối với cây trồng: Trong các cây, Cd tập trung cao trong các rễ cây hơn các bộ phận khác ở các loài yến mạch, đậu nành, cỏ, hạt bắp, cà chua, nhưng các loài này sẽ không phát triển được khi tích luỹ Cd ở rễ cây Sự tập trung Cd trong mô thực vật có thể gây ra thông tin sai lệch của quần thể

+ Đối với con người: nguy hại chính đối với sức khoẻ con người từ Cd

là sự tích tụ mãn tính của nó ở trong thận Thức ăn là con đường chính mà Cd

đi vào cơ thể, nhưng việc hút thuốc lá cũng là nguồn ô nhiễm kim loại nặng, những người hút thuốc lá có thể thấm vào cơ thể lượng Cd dư thừa từ 20 – 35 µgCd/ngày Khi xâm nhập vào cơ thể Cd sẽ phá huỷ thận Ngoài ra, tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến và ung thư phổi cũng khá lớn ở nhóm người thường xuyên tiếp xúc với chất độc này

* Một số văn bản pháp luật liên quan

- Luật Bảo vệ môi trường, số :55/2014/QH13, ban hành ngày 23 tháng

6 năm 2014.chính thức ngày 1 tháng 1 năm 2015

- Nghị định số 18/2015/NĐ-CP: của chính phủ ngày 14 tháng 2 năm

2015 Quy định về quy hoạch bảo vệ môi trường, đánh giá môi trường chiến lược, đánh giá tác động môi trường và kế hoạch bảo vệ môi trường

- Thông tư số 27:2015/TT-BTNMT: của Bộ Tài Nguyên Môi trường Ngày 29 tháng 05 năm 2015 Đánh giá môi trường chiến lược, đánh giá tác động môi trường và kế hoạch bảo vệ môi trường

- Thông tư số 38/2015/TT-BTNMT ngày 30 tháng 6 năm 2015 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về cải tạo, phục hồi môi trường trong hoạt động khai thác khoáng sản (có hiệu lực từ ngày 17 tháng 8 năm 2015)

- Luật Khoáng sản số 60/2010/QH12 ngày 17 tháng 11 năm 2010

- Nghị định 15/2012/NĐ-CP Quy định chi tiết thi hành một số điều của

Luật Khoáng sản ngày 09 tháng 03 năm 2012

- QCVN 03:2008/BTNMT : Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép của một số kim loại nặng trong đất

* Một số phương pháp xử lý ô nhiễm đất truyền thống

- Phương pháp đào và chuyển chỗ (Dig anh 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 đơm 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

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 tái 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, (Nguyễn Thị Huệ, 2011)[3]

Phương pháp thuỷ tinh hoá (Vitrification)

Phương pháp thuỷ tinh hoá là quá trình xử lý bởi nhiệt, có thể được xử 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 – 2000 0C) 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 thập

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 ta cần tìm kiếm những phương pháp khác có hiệu quả kinh tế cao hơn, thân thiện hơn với môi trường, (Lưu Thị Oanh,2013)[5]

Phương pháp rửa đất (Soil washing)

Rửa đất là công nghệ xử lý đất chuyển vị (ex-Situ treatment technology), có thể đuợc 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 thường dùng trong các dung dịch làm sạch đất là HCl, EDTA, 23HNO3và CaCl2 Quá trình này sẽ làm giảm nồng độ kim loại trong đất và tạo ra một dịch lỏng với nồng độ 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 đất ô nhiễm với nhiều phức chất khác nhau sử dụng phương pháp này sẽ rất tốn kém, (Trần Thị Phả, 2011),[7]

2.1.2 Nguồn gốc gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất

*Nguồn tự nhiên

Nguồn ô nhiễm KLN trong đất từ lắng đọng khí quyển KLN tồn tại trong không khí thường ở dạng bụi hoặc sol khí Các sol khí kim loại trong khí quyển có đường kính rất khác nhau từ 0,01 - 1µm (đối với Pb trong khí thải của ôtô, khói dầu, khói luyện kim); từ 1 - 10µm (trong tro nhiên liệu

bụi kim loại) và từ 10 - 80µm (trong tro đốt lò) Các yếu tố quyết định dạng tồn tại và xâm nhập của các KLN vào đất qua đường khí quyển gồm có: cỡ hạt, độ hoà tan, khoảng cách từ nguồn phát thải đến nơi tiếp nhận,

độ axit của nước mưa Các phần tử kim loại lớn nhất sẽ rơi xuống đất dưới dạng kết tủa khô hoặc theo nước mưa mang thành phần kim loại hoà tan Hàm lượng một số kim loại nặng có trong nước mưa được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 2.1 Hàm lƣợng kim loại nặng trong giáng thủy

Miền nam

Newjersey 4 – 118 < 0,1 - 5,1 <1 - 16 -

Swandon

& Johnson (1980)

Miền bắc

Đức 11 – 14 0,19 - 0,35 2,3 - 2,5 320

Shulyz (1987)

Miền nam

Thuỵ Điển 7,9 - 8,5 0,13 - 0,16 1,3 - 2,0 25 - 37 Bergkvest

(Nguồn: Fergusson,1991) [10]

* Quá trình khoáng hoá đá

Nguồn từ quá trình phong hoá đá: Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ nhưng hàm lượng các kim loại nặng trong đá thường rất thấp, vì vậy nếu không có các quá trình tích lũy do xói mòn, rửa trôi… thì đất tự nhiên ít có khả năng có hàm lượng kim loại nặng cao

Đá Axit (Granite)

Đá trầm tích

Vỏ phong hóa

Dao động trong đất

Trung bình trong đất

* Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo

- Ô nhiễm KLN do hoạt động sản xuất công nghiệp:

Song song với quá trình công nghiệp hoá thì chất thải công nghiệp phát sinh ngày càng nhiều và có tính độc hại ngày càng cao, nhiều loại rất khó bị phân huỷ sinh học, đặc biệt là các KLN Các KLN có thể được tích luỹ trong đất trong thời gian dài gây ra nguy cơ tiềm tàng đối với môi trường Các chất thải có khả năng gây ô nhiễm KLN trong đất ở mức độ lớn như chất thải công nghiệp tẩy rửa, công nghệ phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, thuốc nhuộm, màu vẽ, công nghiệp sản xuất pin, thuộc da, công nghiệp sản xuất khoáng chất

- Ô nhiễm KLN do hoạt động sản xuất nông nghiệp:

Quá trình sản xuất nông nghiệp đã làm gia tăng đáng kể các KLN trong đất Các loại thuốc BVTV thường chứa As, Hg, Cu trong khi các loại phân bón hoá học lại chứa nhiều Cd, Pb, As, Hàm lượng của một số KLN trong phân bón nông nghiệp được thể hiện ở bảng dưới đây

Bảng 2.3 Hàm lượng kim loại nặng trong nguồn phân bón nông nghiệp

Bùn cống thải

Phân chuồng

Nước tưới TBVTV

(Nguồn: Lê Văn Khoa, 2004) [4]

Ô nhiễm kim loại nặng cho đất do hoạt động khai thác khoáng sản: Hoạt động khai thác khoáng sản thải ra một lượng lớn KLN vào dòng nước và góp phần gây ô nhiễm cho đất nhất là tại các mỏ khai thác theo phương pháp truyền thống và những mỏ khai thác thổ phỉ Lượng phát thải các KLN liên quan đến hoạt động này không ngừng tăng lên trên quy mô toàn thế giới

Bảng 2.4 Biến đổi hàm lượng kim loại nặng trong đất do các hoạt động

khai khoáng theo thời gian

Môi trường đất tại các mỏ vàng mới khai thác thường có độ kiềm cao (pH:

8 - 9), ngược lại ở các mỏ vàng cũ, thường có độ axit mạnh (pH: 2,5 - 3,5); dinh dưỡng đất thấp và hàm lượng KLN trong đất rất cao, (Trần Thị Phả, 2008)[6]

2.2 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường và cơ chế xử lý ô nhiễm kim loại nặng bằng biện pháp sinh học

2.2.1 Cơ chế xử lý ô nhiễm KLN

Công nghệ thực vật xử lý KLN trong đất là một dạng của công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm Đây là loại công nghệ bao gồm phức hệ các cơ chế khác nhau của mối quan hệ giữa thực vật và môi trường đất

Cơ chế chiết tách chất ô nhiễm bằng thực vật

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 loài thực vật hút chất ô nhiễm qua rễ sau đó chuyển hóa lên các cơ quan trên mặt đất của thực vật Chất ô nhiễm tích lũy vào thân cây và lá, sau đó thu hoạch và loại bỏ khỏi môi trường

Cơ chế cố định chất ô nhiễm bằng thực vật

Quá trình xói mòn, rửa trôi và thẩm thấu có thể di chuyển chất ô nhiễm trong đất vào nước mặt, nước ngầm Cơ chế cố định chất ô nhiễm nhờ thực vật là cách mà chất ô nhiễm tích lũy ở rễ cây và kết tủa trong đất Quá trình diễn ra nhờ chất tiết ở rễ thực vật cố định chất ô nhiễm và khả năng linh động của kim loại trong đất Thực vật được trồng trên các vùng đất ô nhiễm cũng

cố định được đất và có thể bao phủ bề mặt dẫn đến làm giảm sói mòn đất, Ngăn chặn khả năng tiếp xúc trực tiếp giữa chất ô nhiễm và động vật

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

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

2.2.2 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình hấp thu KLN của cây Lau

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 và nồng độ KLN trong đất Thông thường pH thấp, thành phần cơ giới nhẹ, độ mùn thấp, thực vật hút KLN mạnh 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

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 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 Hơn nữa việc tái chế kim loại trong thân với mục đích thương mại đối với các loài siêu tích tụ tốt hơn là phải trả tiền để xử lý sinh khối

2.2.3 Một số vấn đề môi trường cần quan tâm đối với công nghệ thực vật

xử lý ô nhiễm KLN

Có rất nhiều vấn đề cần quan tâm về mặt môi trường liên quan đến việc

sử dụng công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm Một trong mối quan tâm lớn nhất

là vấn đề sức khỏe con người Liệu các loài thực vật tích lũy kim loại có tác động đến chuỗi thức ăn thông qua động vật ăn cỏ và côn trùng hay không? Ví dụ: chất ô nhiễm trong phấn hoa của các loài thực vật tích tụ sau khi sử dụng

để xử lý chất ô nhiễm có phát tán vào các vùng khác nhau bằng ong và côn trùng khác hay không? Các loài côn trùng tiêu hóa KLN có đưa vào trong chuỗi thức ăn hay không?,v v

Các vấn đề quan tâm khác bao gồm hậu quả tác động của các hoạt động

xử lý đến mùa màng và thực vật vùng lân cận như phát tán thuốc trừ sâu, các

loài thực vật ngoại lai Sử dụng các loài thực vật nhập nội cần quan tâm bởi

vì rủi ro tiềm tàng về tác động đến sự đa dạng sinh học thực vật ở vùng bản địa Vấn đề này có thể giải quyết bằng cách sử dụng các loài thực vật bản địa

ở một vùng cụ thể hoặc sử dụng các loài nhập nội vô sinh

2.3 Tổng quan về loài thực vật nghiên cứu và tiềm năng ứng dụng của chúng trong bảo vệ môi trường

2.3.1 Đặc điểm của loài thực vật nghiên cứu

Cây Lau có tên khoa học là (Saccharum arundinaceum), 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 Nói chung, nó được coi là loài duy nhất trong chi Phragmites Khi các điều kiện sinh trưởng thích hợp,

nó có thể tăng chiều cao tới 5m hoặc hơn trong một năm bằng các thân cây mọc thêm theo chiều đứng, và mọc ra các rễ ở những khoảng đều đặn Các thân cây mọc đứng cao từ 2-6m, với các thân cây thường là cao hơn trong các khu vực có mùa hè nóng ẩm và đất màu mỡ Lá của nó là rộng đối với các loài cỏ, dài từ 20-50 cm và bản rộng 2-3 cm Hoa có dạng chùy có màu tía sẫm mọc dày dặc, dài 20-50 cm Là loài cây có thể sống trong những điều kiện thời tiết khắc nghiệt và phù hợp với khí hậu Việt Nam

- Ngoài ra, cây Lau còn có khả năng phát triển trên các nền yếu tố khắc nhiệt bởi:

+ Hấp thụ và vận chuyển oxy đặc biệt

+ Biên độ nhiệt lớn

+ Phục hồi nhanh

+ Thích ứng với pH rộng

+ Mọc trên nhiều môi trường nước khác nhau

+ Rất phù hợp với điều kiện nhiệt đới nóng ẩm và có nhiều khu vực nước ngập bỏ hoang của Việt Nam

+ Hệ sinh vật quanh rễ loại cây này có thể phân hủy chất hữu cơ và hấp thu KLN trong đất

+ Lau có lan rộng mọc tự nhiên với tốc độ nhanh, tái sinh bằng

rễ, thân

2.3.2 Tổng quan về công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật ở trong và ngoài nước

2.3.2.1 Công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật ở trên Thế Giới

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 “Remediation” (Theo nghĩa Latinh là xử lý), (Hatice Daghan, 2004) [9]

- 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 công nghệ xử lý KLN, loại chất ô nhiễm mà công nghệ vi sinh lúc bấy giờ chưa giải quyết được, (Raskin et al, 1994) [11]

- Trong thực tế, công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật đòi hỏi phải đáp ứng một số điều kiện cơ bản như dễ trồng, có khả năng vận chuyển các chất ô nhiễm từ đất lên thân nhanh, chống chịu được với nồng độ các chất ô nhiễm cao và cho sinh khối nhanh Tuy nhiên, hầu hết các loài thực vật có khả năng tích luỹ KLN cao là những loài phát triển chậm và có sinh khối thấp, trong khi các thực vật cho sinh khối nhanh thường rất nhạy cảm với môi trường có nồng độ kim loại cao Xử lý KLN nói chung và As nói riêng trong đất bằng thực vật có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau phụ thuộc vào từng cơ chế loại bỏ các KLN như:

- Phương pháp làm giảm nồng độ 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 (bảng 2.4), 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 (bảng 2.5) 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, Tl, 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 2.5 Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao

Tên loài

Nồng độ kim loại tích luỹ trong thân (g/g trọng lƣợng khô)

Tác giả và năm công bố

Arabidopsis halleri

(Cardaminopsis halleri) 13.600 Zn Ernst, 1968

Thlaspi caerulescens 10.300 Zn Ernst, 1982

Thlaspi caerulescens 12.000 Cd Mádico et al, 1992

Thlaspi rotundifolium 8.200 Pb Reeves & Brooks, 1983 Minuartia verna 11.000 Pb Ernst, 1974

Thlaspi geosingense 12.000 Ni Reeves & Brooks, 1983 Alyssum bertholonii 13.400 Ni Brooks & Radford, 1978 Alyssum pintodasilvae 9.000 Ni Brooks & Radford, 1978 Berkheya codii 11.600 Ni Brooks, 1998

Psychotria douarrei 47.500 Ni Baker et al., 1985

Miconia lutescens 6.800 Al Bech et al., 1997

Melastoma malabathricum 10.000 Al Watanabe et al., 1998

Nguồn: Barcelo‟ J., and Poschenrieder C., 2003 [8]

Năm 1998, Cục môi trường Châu Âu (EEA) đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý KLN 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 hecta 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 , (Barcelo‟ J., and Poschenrieder C., 2003) [8]

Bảng 2.6 Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử

lý kim loại nặng trong đất

Tên loài Khả năng xử lý Tác giả và năm công bố

Salix KLN trong đất, nước Greger và Landberg, 1999

Populus Ni trong đất, nước và nước

Brown, 1996 và Banuelos et

al, 1997

Cannabis sativa Chất phóng xạ, Cd trong đất Ostwald, 2000

Helianthus Pb, Cd trong đất EPA, 2000 và Elkatib et al.,

Massacci et al., 2001

Glyceria fluitans KLN trong chất thải mỏ

khoáng sản

MacCabe và Otte, 2000

Nguồn: Barcelo‟ J., and Poschenrieder C., 2003[8]

Có ít nhất 400 loài phân bố trong 45 họ thực vật được biết là có khả năng hấp thụ kim loại Các loài này là các loài thực vật thân thảo hoặc thân gỗ, có khả năng tích luỹ và không có biểu hiện về mặt hình thái khi nồng độ kim loại trong thân cao hơn hàng trăm lần so với các loài bình thường khác Các loài thực vật này thích nghi một cách đặc biệt với các điều kiện môi trường và khả năng tích luỹ hàm lượng kim loại cao có thể góp phần ngăn cản các loài sâu

bọ và sự nhiễm nấm

Tùy thuộc vào KLN ô nhiễm mà lựa chọn 1 loài thực vật hay kết hợp nhiều loài 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

2.3.2.2 Công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật tại Việt Nam

Tại Việt Nam hiện nay, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất tại các khu công nghiệp và các nơi tập trung đang là một thực tế đáng báo động Nhiều công trình thử nghiệm đã được các nhà khoa học đưa ra nhằm tìm ra các giải pháp hữu hiệu cải tạo vấn đề ô nhiễm Hiện tại vẫn chưa có một quy trình công nghệ hữu ích nào để sử lý ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất 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 Một số công trình nghiên cứu ở Việt Nam trong nhưng năm gần đây:

- Một số nghiên cứu ở Việt Nam đã sử dụng bèo tây (Eichhornia crassipes) để hấp phụ một số KLN như Pb, Zn, Fe, Cr, Ni, As…Nghiên cứu kết luận: Bèo tây thích hợp và phát triển tốt với môi trường nước thải có KLN, các KLN được tích luỹ một lượng lớn trong cây như lá, cuống và đặc

biệt là rễ Nó hấp phụ KLN tốt nhất trong khoảng thời gian nuôi từ 15 – 25 ngày, (Trần Thị Phả,2008)[6]

- Các tác giả Đặng Xuyến Như và cs, (2004) cũng đã thử nghiệm bèo tây loại bỏ As, Pb, Cu từ khu vực mỏ khai thác thiếc tại Thái Nguyên và có hiệu quả tốt

- Nghiên cứu và lựa chọn một số loài thực vật có khả năng hấp thu các KLN (Cr, Cu, Zn) trong bùn nạo vét kênh Tân Hóa - Lò Gốm của Đồng Thị Minh Hậu, Hoàng Thị Thanh Thủy, Đào Phú Quốc (2008) cho thấy cỏ Voi và cây Bắp có khả năng hấp thu khá tốt KLN Các kim loại nặng có xu hướng tích lũy trong rễ, cao hơn 5.1†130 lần trong thân Cỏ Voi và Bắp

- Gần đây, các nhà khoa học Việt Nam đã phát hiện ra một loại cây dại

có tên là Cây Lau thường mọc hoang dại ở Việt Nam cũng có khả năng đặc biệt đó Loài cây này có khả năng hấp thụ KLN sinh trưởng rất nhanh Khả năng hấp thụ KLN của cây Lau tuy chưa bằng các loài thực vật khác, nhưng

bù lại chúng lớn rất nhanh, rất rễ trồng và chăm sóc Chúng được xem là loài hấp thụ với KLN là chì và cadimium

- Đề tài cấp Nhà nước KC08.04/06-10 “Nghiên cứu sử dụng thực vật để cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng khai thác khoáng sản” do giáo sư Đặng Đình Kim chủ nhiệm Đề tài có nội dung điều tra, khảo sát và đánh giá ô nhiễm môi trường đất và hệ thực vật ở vùng đã và đang khai thác đặc trưng ở tỉnh Thái Nguyên Kết quả chọn được các loại cây dương xỉ, cỏ Ventiver và cỏ màn trầu dùng để xử lý ô nhiễm Zn và Pb khá khả quan

PHẦN 3

ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

* Đối tượng nghiên cứu: sử dụng cây lau xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng

* Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu sự sinh trưởng phát triển và khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây lau để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng

- Phạm vi không gian: Đề tài được nghiên cứu ở khu vực đất bị ô nhiễm kim loại nặng tại bãi thải mỏ thiếc Xã Hà Thượng – Huyện Đại Từ - Tỉnh Thái Nguyên

- Phạm vi thời gian: Thời gian nghiên cứu từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2016

3.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

3.2.1 Địa điểm

- Mỏ thiếc xã Hà Thượng – Huyện Đại Từ - Tỉnh Thái Nguyên

- Phòng thí nghiệm khoa môi trường, Trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên

3.2.2 Thời gian nghiên cứu

Thời gian bắt đầu: tháng 8 năm 2016

Thời gian kết thúc: tháng 12 năm 2016

3.3 Nội dung nghiên cứu

3.3.1 Đánh giá sơ lược về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội và môi trường

Xã Hà Thượng - Đại Từ - Thái Nguyên

- Điều kiện Tự nhiên: Vị trí địa lý, địa hình, khí hậu thủy văn

- Tài nguyên và môi trường: Tài nguyên đất, tài nguyên rừng, tài nguyên nước, tài nguyên khoáng sản

- Điều kiện kinh tế - xã hội: Sản xuất nông nghiệp, tiểu thủ công nghiệp dịch vụ, ý tế, văn hóa – xã hội,giao thong, thủy lợi, dân số và lao động, quốc phòng an ninh

3.3.2 Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển tự nhiên của cây Lau trên đất bãi thải bị ô nhiễm tại mỏ Thiếc Xã Hà Thượng - Đại Từ - Thái Nguyên

- Đặc điểm khu vực bãi thải bị ô nhiễm ở mỏ thiếc Xã Hà Thượng – Huyện Đại Từ - Tỉnh Thái Nguyên

- Tình hình sinh trưởng phát triển tự nhiên của cây lau ở khu vực bãi thải

bị ô nhiễm mỏ thiếc Xã Hà Thượng– Huyện Đại Từ - Tỉnh Thái Nguyên

- Hàm lượng kim loại nặng tích lũy tưn nhiên trong than lá, rễ của câu lau khu vực bãi thải bị ô nhiễm mỏ thiếc Xã Hà Thượng – Huyện Đại Từ - Tỉnh Thái Nguyên

3.3.3 Đánh giá sinh trưởng, phát triển của cây Lau được trồng trong thí nghiệm chậu vại với các vị trí mẫu đất lấy tại bãi thải bị ô nhiễm tại mỏ Thiếc Xã Hà Thượng – Đại Từ - Thái Nguyên

- Động thái sinh trưởng chiều cao cây

- Động thái sinh trưởng chiều dài lá

- Động thái sinh trưởng của rễ sau 5 tháng theo dõi thí nghiệm

- Năng suất sinh vật học, khối lượng tươi và khối lượng khô

- Động thái sinh trưởng nhánh

- Tổng hợp các chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển cảu cây lau

3.3.4 Đề xuất một số nhiệm vụ nghiên cứu và triển khai để hoàn thiện đề tài nghiên cứu

- Nghiên cứu, phân tích các tiêu chuẩn đất sau trồng cây thân, lá, rễ của cây lau sau thí nghiệm

- Thử nghiệm trông cỏ VA06 để mở rộng kỹ thuật sản xuất trên đất bãi thải sau khai thác mỏ

3.4 Về phương pháp nghiên cứu

3.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp

Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp qua Ủy ban nhân Xã Hà

Thượng đề án xây dựng nông thôn mới giai đoạn 2013- 2020 qua mạng internet vàcác luận văn thạc sĩ năm 2013 và năm 2011, khoa luận tốt nghiệp đại học năm 2013 và năm 2014, mạng internet, nghiên cứu khoa học

3.4.2 Phương pháp khảo sát thực địa, xác định các vị trí lấy mẫu

Tiến hành khảo sát vùng thực bì trên đất sau khai thác quặng thiếc Kết quả thu được quan sát bằng mắt thường và sử dụng phương pháp đo đếm cây thủ công cho thấy sự xuất hiện của một số loại cây như: Lau, dương xỉ, sậy, đòng đòng, ngải dại… và một số loại cây khác Qua khảo sát thực xác định vị trí nguồn thải và nguôn ô nhiễm định vị tọa

độ vị trí bằng máy đo GPS, thông qua các điểm tọa độ như sau:

Bảng 3.1 Bảng vị trí lấy mẫu và lý lịch mẫu đất

3.4.3 Phương pháp điều tra lấy mẫu đất và mẫu cây

* Phương pháp điều tra lấy mẫu đất

- Lấy mẫu đất tại khu vực bãi thải mỏ Thiếc Xã Hà Thượng – Huyện Đại Từ - Tỉnh Thái Nguyên Tại mỏ, đất được được lấy tại 3 vị trí nơi cây lau mọc Đất được lấy tại khu vực vùng rễ của cây lau, sau khi xác định

được vị trí lấy mẫu tiến hành lấy mẫu đất Dùng cuốc, xẻng lấy lớp đất ở

độ sâu 0 – 20 cm

- Lấy mẫu đất đối chứng tại Trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên Đất được lấy tại 1 vị trí nơi cây lau mọc ở sau kí túc xá K Đất được lấy tại khu vực vùng rễ của cây lau sau khi xác định được vị trí lấy mẫu tiến hành lấy mẫu đất Dùng cuốc, xẻng lấy lớp đất ở độ sâu 0 – 20 cm

Tọa độ lấy mẫu ở khu vực bãi thải mỏ thiếc Xã Hà Thượng- Huyện Đại Từ Tỉnh Thái Nguyên được thể hiện ở bảng 3.2, trong đó VT1, VT2, VT3 là vị trí lấy mẫu đất ở ngoài bãi thải mỏ, VT4 là vị trí lấy mẫu đất đối chứng lấy tại Trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên

Bảng 3.2: Tọa độ lấy mẫu đất

* Phương pháp điều tra lấy mẫu cây

- Lấy mẫu cây tại mỏ Thiếc Xã Hà Thượng – Huyện Đại Từ - Tỉnh

Thái Nguyên, mẫu cây cũng được lấy ở tại ví trí lấy mẫu đất, đo chiều cao cây, chiều dài lá, chiều dài rễ

- Lấy mẫu cây đối chứng tại Trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên mẫu cây cũng được lấy ở tại ví trí lấy mẫu đất, đo chiều cao cây, chiều dài lá, chiều dài rễ

3.4.4 Phương pháp bố trí, theo dõi thí nghiệm trong chậu vại

3.4.4.1 Phương pháp bố trí thí nghiệp chậu vại

Bố trí thí nghiệm nghiên cứu khả năng hút KLN (Pb, As,Cd, Zn) của cây Lau Thí nghiệm được bố trí trên chậu vại: Chậu được sử dụng

trong thí nghiệm có chiều cao cây 50cm, đường kính chậu 30cm Mỗi chậu chứa 7kg đất, mỗi chậu trồng 5 cây Mục đích của thí nghiệm này là đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển và cải tạo đất ô nhiễm KLN của cây Lau trong điều kiện thực địa đồng ruộng

Bố trí thí nghiệm theo kiểu khối ngẫu nhiên với 4 công thức, mỗi công thức 3 lần nhắc lại:

Bảng 3.3 Các công thức của thí nghiệm

CT1 Khu vực đất ô nhiễm KLN nhiều nhất lấy tại trung tâm

bãi thải mỏ thiếc Hà Thượng Đại Từ

CT2 Khu vực đất ô nhiễm KLN lấy bên rìa ngoài củavbãi thải

mỏ thiếc Hà Thượng- Đại Từ CT3 Khu vực đất ô nhiễm KLN lấy tại bên rìa ngoài gần

đường tầu của bãi thải mỏ thiếc Hà Thượng - Đại Từ CT4/ĐC Đất không bị ô nhiễm KLN lấy tại trường Đại Học

Nông Lâm Thái Nguyên

Chuẩn bị cây: chọn những cây Lau có thời gian sinh trưởng như nhau, khỏe mạnh, cắt ngắn lại để lại phần thân dài 50cm, rễ dài khoảng 3 - 5cm

Các công việc chăm sóc cây Lau sau khi trồng: dặm cây, tưới nước, làm cỏ để cây sinh trưởng tốt

3.4.4.2 Phương pháp theo dõi, đo đếm các chỉ tiêu

* Phương pháp theo dõi đo đếm các chỉ tiêu của cây lau tại bãi thải mỏ thiếc Xã Hà Thượng – Huyện Đại Từ - Tỉnh Thái nguyên:

Động thái sinh trưởng chiều cao cây, chiều dài lá trên một lần lấy mẫu thí nghiệm tại bãi thải mỏ, mỗi chùm lau có khoảng 30 đến 40 cây

* Phương pháp theo dõi đo đếm các chỉ tiêu của cây lau thí nghiệm trong chậu vại nhà kính tại Trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên

- Động thái sinh trưởng phát triển chiều cao của cây Lau: 1 tháng/lần Được đo từ gốc cây đến lá cao nhất của cây (đo đếm 5 cây/1 lần NL thí nghiệm) chiều cao cây ở mỗi CT được tính trung bình chiều dài lá của các lần nhắc lại trong công thức

- Động thái sinh trưởng phát triển chiều dài lá của cây Lau: 1 tháng/lần, tính từ sát bẹ lá tới mỏ lá, chiều dài lá ở mỗi CT được tính trung bình chiều dài lá của các lần nhắc lại trong công thức

- Động thái sinh trưởng phát triển chiều cao nhánh của cây Lau: 1 tháng/lần, đo chiều cao của nhánh từ gốc nhánh đến lá cao nhất của nhánh Cuối vụ đếm tổng số nhánh của từng chậu

- Xác Định trọng lượng tươi, khô, hệ số K của cây Lau

* Phương pháp lấy mẫu phân tích mẫu đất, xử lý mẫu đất , cây

- Phương pháp lấy mẫu phân tích mẫu đất ngoài thực địa bãi thải mỏ thiếc Xã Hà Thượng – Huyện Đại Từ - Tỉnh Thái nguyên

+ Tại mỗi mỏ, đất được được lấy tại 3 vị trí nơi cây lau mọc Đất được lấy tại khu vực vùng rễ của cây lau

+ Lấy mẫu đất ở độ sâu tầng 0 – 20cm với trọng lượng 30kg cho vào bao tải chở ô tô về khu bố trí thí nghiệm nhặt hết đá to, lá cây và rễ cây và cho đất vào chậu Lấy khoảng 1kg đem về phong thí nghiệm phơi khô rồi dã mịn cho đất lọt qua sàng 0,2mm để xử lý và phân tích đất trước thí nghiệm

- Phương pháp lấy mẫu phân tích mẫu đất trong thí nghiệm chậu vại tại nhà kính Trường Đại Học Nông Lâm Thái Nguyên

Lấy mẫu đất ở trong chậu vại của các lần nhắc lại của từng công thức với trọng lượng khoảng 200 đến 230g cho vào túi ni lông ghi rõ thông tin của từng công thức và từng lần nhắc lại

- Xử lý mẫu đất

+ Đất được phơi khô ở nhiệt độ phòng rồi rây qua sàng 2mm

+ Đất được xử lý trong lò sấy 160 độ trong 2h, sau đó được xử lý bằng tia gramma X-ray khi nhập cảnh vào Úc Sau đó đất được giải phóng cách ly

để phân tích phòng thí nghiệm

+ Phân tích bằng máy ICP-MS 7900 tại phòng thí nghiệm Analytical and Biomolecular Research Facility (ABRF) trường Đại học Newcastle

- Phương pháp lấy mẫu phân tích mẫu cây

Cây mọc tự nhiên tại khu mỏ lấy mẫu tại ví trí lấy mẫu đất, mẫu cây lấy toàn bộ thân, lá, rễ và đo chiều dài rồi đem về phòng thí nghiệm

- Xử lý mẫu cây

Cây được rửa sạch tách bóc từng bộ phận ghi dãn mác cụ thể sau đó cho vào

tủ sấy ở 700c, rồi cắt thái nhỏ và cho máy nghiền rồi rây qua sàng 2mm

- Phương pháp phân tích mẫu đất phân tích tại Úc Trường Đại Học Newcatsle

Các tính chất hóa lý chung của các mẫu đất được xác định bằng các phương pháp tiêu chuẩn Độ pH và độ dẫn được đo bằng nước tinh khiết và