Luận văn thạc sĩ đánh giá sự hợp lý của các loại hình sử dụng đất nông nghiệp của huyện thanh trì hà nội trên quan điểm phân bố của kim loại nặng

Bảng 4.6: Hàm lượng KLN Pb, Cd trong đất và nước, vùng sản xuất cây trồng nước lúa, rau muống, rau cần 52Bảng 4.7: Hàm lượng KLN Pb, Cd trong đất và nước tưới vùng sản xuất cây trồng cạn

bộ giáo dục và đào tạo

trường đạI học nông nghiệp I

-

bùi thị khuyên

đánh giá sự hợp lý của các loại hình sử dụng

đất nông nghiệp của huyện thanh Trì hà nội trên quan điểm phân bố của Kim loại nặng

Lời cam đoan

- Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn

là trung thực và ch−a từng đ−ợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào

- Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đ−ợc cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đã đ−ợc chỉ

rõ nguồn gốc

Tác giả

Bùi Thị Khuyên

Lời cảm ơn

- Để hoàn thành luận văn này, tôi đặc biệt cảm ơn PGS TS Nguyễn

Đình Mạnh và sự động viên giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn Khoa học

đất, bộ môn Nông hoá, khoa Đất và Môi trường, cũng như các thầy cô trong Khoa sau đại học trường Đại học nông nghiệp I Hà nội

- Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể phòng Thí nghiệm tổng hợp Viện Rau - Quả Hà Nội nơi tôi đang công tác đã tạo điều kiện giúp đỡ, động viên tôi hoàn thành luận văn này

- Tôi cũng gửi lời cảm ơn tới Huyện uỷ, Uỷ ban, phòng thống kê Huyện, nhân dân Huyện Thanh Trì nơi tôi thực tập đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian thực tập và hoàn thành đề tài

Tác giả

Bùi Thị Khuyên

Mục lục

Danh mục các chữ viết tắt v

2.1 Vị trí và tầm quan trọng của cây thực phẩm 52.2 Cây trồng và vấn đề tích luỹ kim loại nặng 72.3 Tác hại của kim loại nặng (Pb, Cd) đối với sinh vật đất và con người 92.4 Nghiên cứu kim loại nặng trên thế giói 132.4.1 Kim loại nặng trong đất, nước, không khí 132.4.2 Kim loại nặng trong cây trồng 182.4.3 Tương quan tương hỗ giữa hàm lượng Pb, Cd trong đất và hàm lượng Pb, Cd trong cây 212.5 Nghiên cứu kim loại nặng (Pb, Cd) ở Việt nam 29

2.5.2 Kim loại nặng trong cây trồng 37

3 Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 41

3.1 Vật liệu và địa bàn nghiên cứu 41

3.1.2 Địa bàn nghiên cứu 413.2 Nội dung nghiên cứu 413.3 Phương pháp nghiên cứu 413.3.1 Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 423.3.2 Các phương pháp xử lý số liệu 43

4.1 Khái quát chung về khu vực nghiên cứu 444.2 Tính chất đất trồng và nước tưới của huyện Thanh Trì 484.3 Hiện trạng phân bố hàm lượng kim loại nặng trong môi trường đất, nước của huyện Thanh Trì 504.4 Tương quan giữa kim loại nặng trong đất trồng, nước sử dụng để tưới

4.4.1 Phân bố KLN (Pb, Cd) trong rau ở Thanh Trì 564.4.2 Tương quan giữa kim loại nặng trong đất – nước - rau 584.4.3 Đánh giá sự phù hợp của các loại hình sản xuất rau ở Thanh Trì 624.5 Giải pháp quản lý hàm lượng kim loại nặng trong sản phẩm nông nghiệp 734.5.1 Giải pháp quản lý hàm lượng Cd trong sản phẩm nông nghiệp 734.5.2 Giải pháp quản lý hàm lượng Pb trong sản phẩm nông nghiệp: 75

Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu

1 Cd: Cadimi

2 CĐ: Cố định

3 C T : Công ty

4 ĐHNNI : Đại học Nông nghiệp I

5 FAO : Food and agriculture organization of the United Nation (Tổ chức nông nghiệp và lương thực liên hợp quốc)

Danh mục các bảng

Bảng 2.1: Thành phần hoá học trung bình của một số loại hạt (%) 5Bảng 2.2: Hàm lượng Cd, Pb trong một số loại đá (ppm) 14Bảng 2.3: Hệ số liên quan giữa hàm lượng KLN tổng số và tính chất đất 17Bảng 2.4: Hàm lượng cadimi trong cây thực phẩm (ppm) 19Bảng 2.5: Hàm lượng chì trung bình trong một số loại cây thực phẩm 20Bảng 2.6 a: Sự tích luỹ Pb, Cd trong các bộ phận khác nhau của cây ngô 23Bảng 2.6b: Hàm lượng Pb, Cd trung bình ở một số loại hạt ngũ cốc

(ppm tính theo chất khô) 24Bảng 2.7: Hàm lượng Cd, Pb trong cây trồng ở ba vị trí nghiên cứu có

hàm lượng KLN khác nhau 28Bảng 2.8: Hàm lượng Pb, Cd trong nguồn nước thải nghiên cứu (mg/l) 29Bảng 2.9: Hàm lượng Pb trong đất nghiên cứu1 (mg/kg đất khô) 30Bảng 2.10: Hàm lượng KLN trong một số loại phân bón bán trên thị

Bảng 2.11: Hàm lượng Pb (mg/kg) trong nhóm đất phù sa và trong các

loại đất phù sa các hệ thống sông 33Bảng 2.12: Hàm lượng KLN trung bình trong ba nhóm đất chủ yếu ở

Bảng 2.13: Hàm lượng Cd trong một số loại đất chính ở Việt Nam 34Bảng 2.14: Hàm lượng Cd trong đất và bùn ở Thanh Trì (mg/kg) 35Bảng 4.1: Một số chỉ tiêu kinh tế xã hội của Huyện từ năm 2001 - 2005 45Bảng 4.2: Cơ cấu trồng trọt- thuỷ sản của Huyện từ 2001 – 2005 47Bảng 4.3: Kết quả phân tích mẫu đất ở Thanh Trì 48Bảng 4.4: Kết quả phân tích nước sử dụng tưới ở Thanh Trì 49Bảng 4.5: Các loại hình sử dụng đất nông nghiệp (trồng trọt) và các kiểu

sử dụng đất của Huyện Thanh Trì - Hà Nội 50

Bảng 4.6: Hàm lượng KLN (Pb, Cd) trong đất và nước, vùng sản xuất

cây trồng nước (lúa, rau muống, rau cần) 52Bảng 4.7: Hàm lượng KLN (Pb, Cd) trong đất và nước tưới vùng sản

xuất cây trồng cạn 54Bảng 4.8: Hệ số tương quan giữa hàm lượng KLN (Pb, Cd) trong đất

trồng và nước tưới ở các loại hình sử dụng đất 55Bảng 4.9: Phần trăm số mẫu rau có hàm lượng kim loại nặng dưới và

vượt tiêu chuẩn cho phép 58Bảng 4.10: Hệ số tương quan giữa hàm lượng Pb trong đất trồng và nước

sử dụng tưới với hàm lượng Pb trong rau 59Bảng 4.11: Hệ số tương quan giữa hàm lượng Cd trong đất trồng và nước

sử dụng tưới với hàm lượng Cd trong rau 60Bảng 4.12: Đánh giá chung sự phù hợp của các loại rau hiện trồng ở Huyện 63Bảng 4.13: Đánh giá sự phù hợp của đất trồng hiện tại đối với cây rau cần 65Bảng 4.14: Đánh giá sự phù hợp của đất trồng, nước tưới hiện tại đối với

Bảng 4.15: Đánh giá sự phù hợp của đất trồng hiện tại đối với cây cải bắp 68Bảng 4.16: Đánh giá sự phù hợp về nước tưói hiện tại đối với xà lách 69Bảng 4.17: Đánh giá sự phù hợp về đất trồng, nước tưới hiện tại đối với

Bảng 4.18: Đánh giá sự phù hợp nuớc tưói hiện tại đối với cà chua 71Bảng 4.19: Đánh giá sự thích hợp về nước tưói hiện tại đối với suplơ 72Bảng 4.20: Đánh giá sự phù hợp về đất trồng, nước tưới hiện tại đối với

Bảng 4.21: Tổng hợp đánh giá sự phù hợp của các loại rau hiện tại trồng

ở Huyện Thanh Trì Hà Nội dựa trên quan điểm phân bố của kim loại nặng (Pb, Cd) trong đất trồng và nước tưói 77

Danh mục các sơ đồ, hình

Sơ đồ 2.1: Dẫn chuyền KLN (do tác động của con người) trong dây

chuyền thực phẩm [17] 9Hình 2.1: Hàm lượng Pb trong cỏ (Bromus unioloides) tương ứng với

hàm lượng chì trong dung dịch dinh dưỡng [ 55] 22Hình 2.2: Hàm lượng Pb hút bởi yến mạch trồng trong đất cát và bón

thêm chì (a) 200 mg/l , (b) 2 5 mg/ l - Rễ Cây [ 55] 22Hình 2.3: Mối liên quan giữa hàm lượng Cd của hạt lúa mì và hàm lượng

tổng số Cd trong đất [72] 26Hình 4.1: Pb trung bình trong một số loại rau ở Thanh Trì 56Hình 4.2: Cd trung bình trong một số loại rau ở Thanh Trì 57

1 Mở đầu

1.1 Đặt vấn đề

Thực phẩm là nguồn cung cấp dòng vật chất, năng lượng cho cơ thể con người tồn tại và phát triển [51] Song song với sự tăng dân số nhu cầu cung cấp thực phẩm càng ngày càng tăng Bên cạnh nhu cầu tiêu thụ thực phẩm tăng về số lượng, những năm gần đây yêu cầu chất lượng vệ sinh an toàn thực phẩm cũng càng ngày càng được chú trọng hơn Theo thống kê của B ộ Y Tế hàng năm nước ta có khoảng 7.000 người bị ngộ độc thực phẩm (trong số đó

có ngộ độc do nguồn rau xanh) và không ít nạn nhân đã bị tử vong một cách thương tâm, phí chi cho điều trị tốn khoảng 500 tỷ đồng trên một năm [8] Ngộ độc thực phẩm trở thành mối đe doạ thường trực trong đời sống hàng ngày của mỗi người dân Đứng trước vấn đề bức xúc này, ngày 4 tháng 2 năm

1999 Thủ tướng Chính phủ ra Quyết định thành lập Cục quản lý Chất lượng,

Vệ sinh, An toàn thực phẩm Gần đây nhất ngày 7 tháng 8 năm 2003, Chủ tịch

nước Trần Đức Lương đã công bố Pháp lệnh vệ sinh an toàn thực phẩm

Trong bối cảnh nền sản xuất nông nghiệp nước ta và trình độ dân trí còn thấp thì phần lớn nguyên nhân ngộ độc thực phẩm là nguồn thực phẩm tươi sống như: từ rau, quả, gạo, thịt, cá sử dụng trực tiếp hàng ngày Do vậy phấn

đấu để phát triển một nền nông nghiệp sạch, sản xuất thực phẩm vệ sinh, an toàn nhằm đảm bảo sức khoẻ cho nhân dân là vấn đề cấp thiết của nước ta hiện nay

Sản phẩm cây trồng (lương thực, rau, quả) không gây ngộ độc cho con người khi hàm lượng tối đa kim loại nặng, thuốc bảo vệ thực vật vi sinh vật và hàm lượng NO3- trong sản phẩm phải nằm trong mức an toàn của tổ chức Y Tế thế giới và tổ chức Nông Lương thế giới (WHO / FAO) [42 ]

Huyện Thanh Trì nằm ở phía Tây Nam của Hà Nội, là một trong năm Huyện ngoại vi Hà Nội sản xuất thực phẩm nội tiêu và cung cấp cho nội thành

là chủ yếu nhưng cũng là nơi tập trung nhiều khu công nghiệp, (có 22 nhà máy: phân bón, hoá chất, sơn và pin ) và là nơi có địa hình thấp nhất thành phố, các con sông chảy qua hoặc bắt nguồn từ nội thành và các cống thoát nước đều đổ về đây, chính vì các lý do nêu trên mà môi trường (đất trồng và nước tưới) ở Huyện Thanh Trì có nguy cơ ô nhiễm về hàm lượng kim loại nặng cao hơn so với các khu vực khác của thành phố Hà Nội Đó là nguyên nhân ô nhiễm thực phẩm theo dây chuyền sản xuất [9]

Khác với sự tích luỹ thuốc bảo vệ thực vật, nitrate trong sản phẩm, sự tích luỹ về kim loại nặng thường không gây đột biến về sức khoẻ tức thời Sự tích luỹ kim loại nặng là từ từ vì vậy những nguy cơ ô nhiễm KLN thường chưa được ý thức đầy đủ

Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng ở đất trồng nước tưới và rau xanh ở Huyện Thanh Trì thành phố Hà Nội đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Tuy nhiên các công trình nghiên cứu chỉ mới dừng ở mức độ điều tra thu thập

số liệu, đánh giá mức độ ô nhiễm [2], [4], [13], [30], [31] Từ những nghiên cứu cơ bản này, các nhà khoa học đã đưa ra quy trình áp dụng để sản xuất rau

an toàn là chủ yếu [38 ], [39 ], [40], [41], [42], [43].Chưa có các nghiên cứu đi sâu vào phân tích số liệu thông qua việc đánh giá đất, xác định các loại hình

sử dụng và hệ thống sử dụng đất thích hợp để sản phẩm nông nghiệp (đặc biệt

là sản phẩm rau xanh) sản xuất ở đây có hàm lượng kim loại nặng nhỏ hơn mức tối đa cho phép theo TCVN [1], [2]

Ô nhiễm kim loại nặng trong đất là ô nhiễm rất khó khắc phục, việc khắc phục thường tốn nhiều thời gian và chi phí Để sản xuất nông nghiệp cho năng suất ổn định và tạo ra những sản phẩm an toàn vệ sinh thực phẩm việc

đánh giá tính chất hợp lý của các loại hình sử dụng đất nông nghiệp trên nền

đất canh tác có hàm lượng kim loại nặng khác nhau từ đó xác định các loại hình sử dụng (Land Use Type) và hệ thống sử dụng đất (Land Use Utilization)

phù hợp là một vấn đề cần thiết Vì vậy đề tài “Đánh giá sự hợp lý của các

loại hình sử dụng đất nông nghiệp ở Huyện Thanh Trì Hà Nội trên quan

điểm phân bố kim loại nặng trong đất trồng và nước tưới” được thực hiện sẽ

góp phần cho việc quy hoạch đất sản xuất rau an toàn tại khu vực Thanh Trì

-Hà Nội

1.2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Trên cơ sở phân tích sự tích luỹ KLN trong từng loại cây trồng ở Huyện và mối tương quan giữa hàm lượng kim loại nặng trong đất, nước với

hàm lượng KLN trong cây rau, từ đó đề xuất loại hình sử dụng đất phù hợp

hơn để sản phẩm nông nghiệp của Huyện đạt tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực

phẩm (chú trọng các loại rau vì ảnh hưởng trực tiếp đến tích luỹ KLN trong chuỗi thức ăn)

1.3 Đối tượng và phạm vi đánh giá

1.3.1 Đối tượng

- Các loại rau: Rau muống, rau cần, cải bắp, xà lách, cải cúc, cải ngọt,

su hào, suplơ, dưa chuột, đậu các loại, cà chua

- Nguồn nước tưới, đất trồng thuộc Huyện Thanh Trì - Hà Nội

Cd) trong một số loại rau

- Dự báo tình hình nhiễm kim loại nặng trong sản phẩm nông nghiệp trên cơ sở dẫn chuyền kim loại nặng

- Bước đầu đề xuất một phương pháp nghiên cứu sự hợp lý của loại hình

sử dụng đất theo quan điểm xem xét về KLN Vận dụng phương pháp “Đánh giá thích hợp” để nghiên cứu “ Sự hợp lý” nhằm góp phần vào phương pháp sử

dụng đất cho sản xuất nông nghiệp sạch hơn

2 Tổng quan tài liệu nghiên cứu

2.1 Vị trí và tầm quan trọng của cây thực phẩm

Nông nghiệp là sinh học áp dụng cho trồng trọt và chăn nuôi, nông

nghiệp là những tác động có mục đích của con người vào cảnh quan dùng để canh tác nhằm lấy ra ngày một nhiều hơn các sản phẩm cây và con [45], để sử dụng làm nguồn cung cấp thực phẩm Thực phẩm lại là nhu cầu của con người không thể thiếu được trong cuộc sống để tồn tại và phát triển Trong đó rau, quả, cây ngũ cốc chiếm một phần rất quan trọng cung cấp thức ăn hàng ngày cho con người và động vật

Lương thực (gạo, ngô, khoai, sắn ) là nguồn cung cấp các chất dinh dưỡng chủ lực như gluxit, protit lipít cho cơ thể con người Trong hạt thóc, ngô, đậu nành và hạt lạc, tuỳ theo các loại giống khác nhau, thành phần hoá học trung bình (tính theo % chất khô) như sau:

Bảng 2.1: Thành phần hoá học trung bình của một số loại hạt (%) Loại hạt Protit Gluxit Lipit Xenluloza Tro

Thóc 7 - 8 65 - 71 1,2 – 1,7 4,2 – 5,0 2,1 – 3,2 Ngô 11,3 – 14,3 31,2 – 64,0 6,36 – 14,4 1,5 - 5 1,1 – 1,3

Đậu nành 29,6 – 50,3 22 – 35,5 13,5 – 24,5 2,7 – 3,5 4,5 – 6,0 Lạc 20 – 37,2 - 40,2 – 60,7 1,2 – 4,9 1,8 – 4,6

Nguồn: Nguyễn Văn Đạt và Ngô Văn Tám (1975) [3]

Rau quả có vai trò đặc biệt về dinh dưỡng, cung cấp cho cơ thể nhiều hoạt tính sinh học, đặc biệt là các chất khoáng kiềm, péctin, axít hữu cơ và vitamin Rau là nguồn cung cấp vitamin C và caroten cho khẩu phần ăn hàng ngày

Vitamin là những chất cần cho sự sống Cơ thể cần không chỉ các chất

như protein, glucit, chất béo và muối khoáng mà còn cần tới các vitamin như

là thành phần không thể thiếu trong bữa ăn hàng ngày Tuy hàng ngày lượng vitamin cần cho cơ thể rất ít nhưng giữ vai trò rất quan trọng: Tham gia vào cấu tạo của nhiều loại coenzym khác nhau và tham gia vào nhiều quá trình chuyển hoá quan trọng của cơ thể Một số vitamin còn có tác dụng giúp cơ thể chống lại các tác nhân oxy hoá có hại, liên quan tới một số bệnh như ung thư, tim mạch Cơ thể người và động vật hầu như không tự tổng hợp được vitamin, phần lớn những chất này phải được đưa từ bên ngoài vào Vitamin thường có trong các loại thức ăn thiên nhiên, do vậy nếu bữa ăn hàng ngày

được chú ý cấu tạo hợp lý thì ít khi xảy ra hiện tượng thiếu hụt vitamin Tuy nhiên trong một số quá trình sinh lý đặc biệt, nhu cầu của cơ thể về vitamin tăng lên, lúc đó cần phải bổ sung thêm vitamin cho cơ thể, ngoài số lượng vitamin có sẵn trong thức ăn Nhiều nghiên cứu đã chỉ rõ mối liên quan giữa

ăn uống với sức khoẻ, trong đó có vai trò của vitamin Các loại rau có nhiều vitamin như rau ngót (185 mg%), rau mùi (140 mg%), mùng tơi (72 mg %) cải sen (51 mg %), cải bắp (30 mg %), rau muống (23 mg %) tuy vậy trong quá trình chế biến bảo quản, lượng vitamin C bị giảm đi khá nhiều Mức giảm trung bình là 50 % Caroten có nhiều ở một số rau quả có mầu như ớt vàng, cà chua, cà rốt, rau mùi, hành lá

Ngoài vitamin, nhóm rau quả cùng với các thức ăn động vật khác còn cung cấp chất khoáng cho cơ thể như Ca, K, Zn, Cu, Fe, Se Chất khoáng là thành phần quan trọng của tổ chức xương, có tác dụng duy trì áp lực thẩm thấu, có nhiều tác dụng trong các chức phận sinh lý và chuyển hoá của cơ thể,

ăn thiếu chất khoáng sinh nhiều bệnh Thiếu iốt gây bưới cổ và rối loạn các chuyển hoá khác trong cơ thể Thiếu fluo gây hà răng Thiếu canxi sẽ ảnh hưởng tới hoạt động của hệ cơ tim, tới chức phận tạo huyết và đông máu, gây bệnh còi xương ở trẻ em và xốp xương ở người lớn và người có tuổi Trong

100 g sữa bò có 120 mg canxi, trong 100 g lương thực có khoảng 30 mg

canxi Trong thịt các loại có khoảng 10 - 20 mg canxi nhưng trong các loại rau

đậu đều có trên 60 mg canxi, đặc biệt đậu tương có 165 mg canxi và vừng có

1200 mg canxi Một đặc tính sinh lý quan trọng là rau quả gây cho ta cảm giác thèm ăn và kích thích tiết dịch tiêu hoá Rau phối hợp với các thức ăn nhiều protein, lipít và gluxít sẽ làm tăng kích thích tiết vị ở chế độ ăn ăn rau kết hợp protein, lưọng dịch vị tiết tăng 2 lần so với ăn protein đơn thuần Bữa

ăn có rau còn tạo điều kiện thuận lợi cho sự tiêu hoá hấp thu các chất dinh dưỡng khác

Trong rau còn có các men, men trong củ hành giống pepxin của dịch vị Men trong bắp cải giống trypxin của tuyến tuỵ Protein trong rau thường thấp, chỉ khoảng 0.1 - 1,5 % nhưng có lượng lyzin và methionin cao, phối hợp tốt với ngũ cốc Gluxit thấp 3 - 4 % bao gồm đường đơn, đường kép, tinh bột, xenluloza Xenluloza của rau thuộc loại mịn dễ chuyển sang dạng hoà tan ở trong ruột Trong rau, xenluloza ở dưới dạng liên kết với các chất pectin tạo thành phức hợp péc tin - xenluloza kích thích mạnh nhu động ruột và tiết dịch ruột Nhiều tài liệu cho rằng xenluloza của rau có khả năng đào thải cholesterol

ra khỏi cơ thể Lượng xenlulozatrong rau khoảng 0.35 - 3,5 % tuỳ loại rau Rau, quả còn chứa nhiều chất xơ chống táo bón, phòng cholesterol máu cao và ung thư đại tràng Đặc biệt rau, quả rất cần đối với người cao tuổi [20]

2.2 Cây trồng và vấn đề tích luỹ kim loại nặng

Thuật ngữ kim loại nặng (KLN) nhằm nói tới bất kỳ một nguyên tố nào

có khối lượng riêng lớn (d≥5 g/cm3) Ví dụ về KLN như thuỷ ngân (Hg), cadimi (Cd), asen (As), crôm (Cr), sắt (Fe), chì (Pb), đồng (Cu), kẽm (Zn), selen (Se)

Các nguyên tố KLN là những thành phần tự nhiên của vỏ trái đất Một vài nguyên tố KLN đóng vai trò cần thiết cho việc duy trì quá trình trao đổi

chất của cơ thể con người như kẽm (Zn), đồng (Cu) và selen (Se) Tuy nhiên, ở nồng độ cao chúng có thể gây hại cho cơ thể

Các kim loại nặng như: As; Cd; Hg; Pb gần đây người ta xếp vào các nguyên tố kim loại nặng độc

Bấp chấp từ nguồn nào, các kim loại nặng độc đều có thể và tất nhiên đi xuống đất rồi trở thành một bộ phận của dây chuyền thực phẩm: đất cây trồng động vật người Một khi các nguyên tố đó trở thành một

bộ phận của dây chuyền này thì chúng có thể tích luỹ trong mô động vật và người đến mức gây độc

Các nguyên tố KLN nguy hiểm do chúng có xu hướng tích luỹ sinh học Việc tích luỹ sinh học có nghĩa là một sự tăng lên về nồng độ của một chất trong cơ thể sinh vật, theo thời gian, và được so sánh với nồng độ ở môi trường xung quanh Các hợp chất được tích luỹ trong cơ thể sống tại bất cứ thời điểm nào, chúng được tăng lên và tích luỹ lại nhanh hơn là bị phá huỷ bởi trao đổi chất hay bài tiết

Tình trạng này đặc biệt nguy kịch đối với cá, động vật hoang dã khác và con người ở cuối dây chuyền thực phẩm Kết quả là hạn chế tiêu thụ cá và các sản phẩm của động vật hoang dã khác Con người cần phải cắt bớt việc trả lại các nguyên tố này dưới dạng chất thải công nghiệp [17]

Các nguyên tố KLN xâm nhập vào môi trường thông qua hai con đường chủ yếu: Hoạt động của các quá trình tự nhiên (núi lửa, động đất, sạt lở, lũ lụt ) và các hoạt động của con người (sản xuất công nghiệp, khai khoáng, giao thông )

Con người và nước thải động vật

Sơ đồ 2.1: Dẫn chuyền KLN (do tác động của con người) trong dây

chuyền thực phẩm [17]

2.3 Tác hại của kim loại nặng (Pb, Cd) đối với sinh vật

đất và con người

Chì là một chỉ tiêu nhạy cảm về KLN Nguyên tố chì rất độc ở trong môi trường đất, nếu thừa nó sẽ cản trở mạnh đến hoạt động của quần thể vi sinh vật: Pb 2+ có thể gây độc trực tiếp qua màng tế bào sinh vật Đối với hoạt

động của vi sinh vật Pb gây rối loạn quá trình tuần hoàn nitơ (giảm nitrát hoá, phản nitrát hoá, và khoáng hoá đạm) [12]

Quá trình hô hấp trong đất thường được sử dụng như một chỉ tiêu cho

Đất

Nước

Cây trồng

Chim

Động vật

Cá

Con người

hoạt động của vi sinh vật đất Việc bổ sung thêm các kim loại với liều lượng thấp có tác dụng khác nhau đối với hoạt động của vi sinh vật và phụ thuộc vào tính chất đất Các kim loại nặng ở nồng độ thích hợp sẽ có tác dụng kích thích quá trình hô hấp của vi sinh vật và tăng cường lượng CO2 giải phóng ra Tuy mhiên, ở nồng độ cao sẽ giảm lượng CO2 được giải phóng, như trường hợp của Pb; Zn; Cd; Cu; Ni [18 ]

Để đánh giá độc tính của KLN người ta quy ước dùng giá trị pT trong

Chì là một nguyên tố rất độc hại, nó là nguyên tố không cần thiết cho cơ thể nhưng lại có mặt trong cơ thể do nhiều nguyên nhân khác nhau Độc tính nguy hại nhất của Pb là gây độc trong máu do Pb2+ can thiệp vào quá trình tổng hợp hemoglobin, làm đình trệ sự hình thành hemoglobin, các sản phẩm trung gian trong cơ thể như axit deltaminolevinic Mặt khác, chì ngăn cản oxy thực hiện chức năng trong quá trình hô hấp và sử dụng glucoza cho năng lượng để duy trì hoạt động sống của con người Khi tồn dư chì trong cơ thể đạt tới mức 0,5 - 0,6 ppm thì chức năng của thận bắt đầu bị rối loạn, và tới 0,8 ppm thì sẽ gây ra thiếu máu do thiếu hụt hemoglobin [6]

Chì có thể thay thế canxi (Ca) trong xương do cấu trúc của Pb2+ tương

tự như Ca2+, vì khi có Pb2+ trong máu nó sẽ chiếm chỗ của Ca2+ và nằm lại trong xương Sau một thời gian nó lại lân từ xương ra để làm hại các mô mềm

Khi trong cơ thể có một lượng chì vượt quá ngưỡng cho phép thì nó sẽ

gây nhiễm độc Trẻ em bị nhiễm độc Pb thì chậm lớn, trí tuệ kém phát triển

Đối với người lớn thì chì gây tăng huyết áp, suy tim Với lượng chì 1mg nhiễm vào cơ thể hàng ngày sau vài năm, người có hơi thở thối, sưng lợi, có vết đen ở lợi, da vàng, táo bón, đau khớp xương Bại liệt hoặc biến dạng tay, mạch yếu, nước tiểu ít, phụ nữ dễ bị xảy thai, phá hỏng chức năng gan, tim và

Nhiễm độc chì gây ra các bệnh tai mũi họng, phế quản, máu, gan xương

và các bệnh ngoài da Với cây trồng nhạy cảm ở nồng độ chì là 50 mg/kg đất khô năng suất giảm 11 % so với đối chứng Đối với vật nuôi: Bò con hấp thu 7,7 mg Pb/kg/ ngày giảm trọng lượng 13 % [12 ]

Con người hấp thu Cd thông qua thực phẩm, thuốc lá và một lượng nhỏ

từ nước uống và sự ô nhiễm không khí Thường sự hấp thu không quá 5 %, sự

ngày) sẽ hấp thu lượng Cd gấp đôi nguời không hút thuốc [26 ]

Trong thực phẩm, Cd được coi là nguyên tố nguy hiểm nhất, khi hàm lượng Cd > 15 ppm thì thực phẩm được coi là nhiễm độc Các hợp chất của Cd tồn tại trong nước, không khí, trong thức ăn đều gây ngộ độc Nồng độ Cd cho phép trong không khí tối đa là 0,1 mg/ m3 Với động vật liều chết chắc chắn là

210 mg Cd/kg thể trọng [7] Ngộ độc Cd tích tụ từ nước dẫn đến quái thai ở

động vật Với bò và cừu nếu ăn thức ăn có chứa 50 – 500 mg Cd/kg liên tục trong một năm sẽ gây những biến đổi dị dạng cho thai của chúng [14] Đối với người bị nhiễm độc Cd nhiễm độc Cd ở trẻ em mới sinh trọng lượng cơ thể thấp và xuất hiện chứng còi xương [83] Do sau khi Cd được hấp thu vào trong cơ thể, chúng tương tác với axit desoxyribonucleic và làm sai lệch mã di truyền, sai lệch quá trình sinh tổng hợp protein [71 ]

Nguyên nhân chủ yếu làm Cd có độc tính là do Cd đồng hình với Zn, nên nó có khả năng thay thế Zn trong một số enzim, từ đó gây nên rối loạn trao đổi chất khoáng, rối loạn trao đổi gluxit và rối loạn sinh tổng hợp protein Trong cơ thể, Cd gắn với metalotionin tạo thành chất rất bền, Cd khó phân huỷ trở lại, do đó sự thải loại ra ngoài rất lâu [14]

Cd khi xâm nhập vào cơ thể hầu hết được giữ lại ở thận, gây ảnh hưởng

đến chức năng thẩm thấu của ống thận, làm tăng protein niệu, tăng lượng Cd

và hợp chất của nó được xếp vào nhóm có thể gây ung thư Cd là chất gây ung thư đường hô hấp, khi người bị nhiễm độc Cd tuỳ theo mức độ nhiễm sẽ gây ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, ung thư tuyến tiền liệt [32]

Cd còn gây ức chế tính miễn dịch của cơ thể Ngộ độc cấp tính Cd có triệu chứng nôn, mửa, đau bụng ỉa chảy, rối loạn hệ thần kinh, có thể dẫn tới

tử vong [60]

Mức cho phép hàm lượng tối đa Cd trong các loại rau ở úc là 0,1 mg/kg [101]

Tại hội thảo quốc tế về ô nhiễm hoá chất sử dụng trong nông nghiệp ở

Hà nội ngày 15 – 16 tháng tư năm 2002: 67 hoá chất bị nghi ngờ là các hoá chất rối loạn nội tiết (hormon) Trong đó các KLN như chì, cadimium và thuỷ ngân bị nghi ngờ có các tính chất gây rối loạn nội tiết, là các hoá chất bị cấm

theo “ Luật giám sát ô nhiễm nước” và theo luật huỷ hoá chất thải Cadimium

và chì còn thuộc loại bị cấm theo “ Luật giám sát ô nhiễm không khí ” [36]

2.4 Nghiên cứu kim loại nặng trên thế giói

2.4.1 Kim loại nặng trong đất, nước, không khí

Theo FAO (1995) đất đai có 9 chức năng: Chức năng sản xuất, chức năng môi trường sống, chức năng điều tiết khí hậu, chức năng thuỷ văn, chức năng dự trữ, chức năng kiểm soát chất thải ô nhiễm, chức năng làm không gian sống, chức năng lưu trữ hay kế thừa, chức năng liên thông không gian [55] Trong quá trình phát triển con người đã vận dụng triệt để chức năng sản xuất và làm môi trường sống của đất đến mức hạn chế thậm chí đi đến cản trở các chức năng khác của đất đai Trong quá trình sống con người đã thải vào không gian, và nguồn nước các chất độc hại cuối cùng là đi vào đất vào đất Khi các chất độc hại đi vào dây chuyền thực phẩm lại gây độc hại cho vật nuôi

và con người, đất mất chức năng sản xuất và làm môi trường sống

Việc gìn giữ các chức năng của đất nhất là chức năng kiểm soát chất thải và ô nhiễm đất chính là đảm bảo cho cây trồng rồi vật nuôi, con người không bị độc hại

Đất hình thành từ đá do quá trình phong hoá Vì vậy đá mẹ là nguồn cung cấp đầu tiên các nguyên tố khoáng và có vai trò quan trọng trong việc quyết định nồng độ KLN trong đất Trong những điều kiện nhất định, phụ thuộc vào nguồn gốc đá mẹ khác nhau mà đất được hình thành có chứa hàm

lượng các KLN khác nhau

Đá Bazơ Basalts, Gabbro 0,13 – 0,22 3 -8

Đá trung gian Diorites, Syenites 0,13 12 - 15

Đá axit (núi lửa) Ryonites, Trachytes,

Đá vôi, đá đôlômit 0,035 3 - 10

Nguồn: Alina Kabata – Pendias và Henryk Pendias 1992 [55]

Hàm lượng Cd trong đá magma, đá trầm tích dao động trong khoảng

0,03 - 0,3 ppm Trầm tích sét và diệp thạch có hàm lượng Cd cao nhất

Hàm lượng Pb giàu nhất trong đá trầm tích sét, trong khi đó đá magma siêu bazơ, đá magma bazơ và trầm tích cacbonat hàm lượng Pb thấp hơn

Theo Lindsay, khi nghiên cứu hàm lượng Pb trong các mẫu chất và đất thấy rằng lượng Pb trung bình có trong các đá khoảng 16 mg/kg, trong đất Pb dao động 2 – 3 mg/kg đến 200 mg/kg đất [79]

Hàm lượng Cd trung bình trong các loại đất biến động trong khoảng 0,06 - 1,1 ppm và dường như không có mối liên quan với các loại đất, mặc dầu hàm lượng trung bình cao nhất tìm thấy ở đất Hitosols (0.78ppm) và thấp nhất trong đất Podzols (0,37 ppm) Yếu tố chính quyết định hàm lượng Cd trong

đất là thành phần của đá mẹ, chất hữu cơ, tỷ lệ sét và các sesquioxit

Hàm lượng Cd trong lớp đất mặt trung bình phổ biến ở mức 0,53 ppm Trong quá trình sản xuất con người đã tác động làm tăng đáng kể hàm lượng

Cd trong đất Trong quá trình phong hoá Cd sẵn sàng đi vào trong dung dịch

đất dưới dạng Cd++ hoặc các ion phức như CdCl+, CdOH+, CdOH+, CdHCO3+, CdCl3-, CdCl42,-Cd(OH)3-, và Cd(OH)42- Tuy nhiên Cd trong môi trường tự nhiên phổ biến là hợp chất Cd2+ và yếu tố quan trọng quyết định độ linh động của ion Cd là pH và thế oxy hoá khử Cd tồn tại ở các dạng hợp chất rắn như CdO, CdCO3, Cd3(PO4) 2 trong các điều kiện oxy hoá và trong các điều kiện khử Cd tồn tại nhiều ở dạng CdS [55]

Độ chua của đất có ảnh hưởng lớn đến khả năng linh động của Cd trong đất Trong đất chua có nhiều Fe, Al, Mn, chất hữu cơ thì Cd lại bị liên kết làm giảm tính linh động Trong đất trung tính hoặc kiềm do bón vôi, Cd bị kết tủa dưới dạng CdCO3 Đất axit Cd trở lên linh động nhất trong khoảng pH

là 4,5 -5,5 Ngược lại trong môi trường đất kiềm Cd ít linh động hơn [71]

Cd có ái lực lớn đối với Zn và các nhóm photphát, đặc biệt là can xi – photphát [11]

Nồng độ Cd trong dung dịch đất tương đối thấp, nằm trong khoảng 0,2 - 0,6 àg/ lit Khi Cd hoà tan đạt đến 300 - 400 àg / lit là đất bị ô nhiễmCd Trong khoảng pH từ 4 - 4,5 cứ pH giảm 0,2 đơn vị khả năng hoà tan Cd của

đất tăng xấp xỉ 3 - 5 lần [56]

Trong đất Cd liên kết mạnh với kẽm và chì về mặt địa hoá, nên đất nào

có tỷ lệ Cd cao thì hàm lượng kẽm và chì cũng cao và ngược lại

Hàm lượng Cd trong lớp đất mặt ở những vùng phụ cận mỏ chì và kẽm cũng như ở những nơi có hoạt động của các nhà máy luyện kim thường rất cao

ví dụ ở Mỹ khu luyện kim loại hàm lượng Cd trong lớp đất mặt biến động

hàm lượng Cd dao động trong khoảng 0,6 – 468 ppm [59 ]

Hàm lượng Cd trong đất tự nhiên ở úc dao dộng trong khoảng 0,1 – 0,5 mg/kg Khoảng 0,1–0,7 kg Cd/ ha trong 10 cm lớp đất mặt [100]

Nhìn chung, Cd nằm ở lớp đất mặt và ít di chuyển xuống phía dưới Vùng đất có hàm lượng Cd nhỏ hơn 1mg/kg đất được coi là không ô nhiễm do

Cd [25 ]

Nguồn ô nhiễm Cd của đất còn từ nước thải và phân bón Mức cho phép hàm lượng Cd là 22 kg/ha do nước thải và phân bón đem lại phụ thuộc vào loại đất và hệ số hấp phụ Đất có chứa nhiều Cd sẽ gây ô nhiễm Cd cho cây trồng đã được nhiều tác giả nghiên cứu Biện pháp chống ô nhiễm Cd trong

đất bằng cách tăng pH đất và CEC, cách tốt nhất đạt kết quả tin cậy để giảm

Cd dễ tiêu trong đất là đào bỏ lớp đất ô nhiễm Cd ở độ sâu 30 cm đến lớp đất không bị ô nhiễm Cd Hàm lượng cho phép tối đa của Cd trong đất phụ thuộc chặt chẽ vào pH đất [76]

Pb là nguyên tố có khả năng linh động kém Trong tự nhiên chì tồn tại nhiều ở dạng PbS và bị chuyển thành Pb SO4 do quá trình phong hoá Pb 2+ sau khi được giải phóng sẽ tham gia vào nhiều quá trình khác nhau trong đất như

bị hấp thu bởi các khoáng sét, các chất hữu cơ, hoặc các ôxít kim loại hoặc bị

cố định lại dưói dạng của hợp chất như Pb(OH)2, PbCO3, PbS, PbO Chì hấp phụ trao đổi chỉ chiếm tỉ lệ nhỏ (25%) hàm lượng chì có trong đất Các hợp chất hữu cơ có vai trò to lớn trong việc tích lũy chì trong đất và hình thành phức hệ với chì Mặt khác nó cũng làm tăng tính linh động của chì khi các hợp chất hữu cơ này có tính linh động cao [18]

Trong tự nhiên chì đem đến do đá mẹ Tuy nhiên thật khó tách bạch đâu

là ô nhiễm chì trong đất mặt do thừa hưởng từ đá mẹ hay do tác động của con ngưòi Hàm lượng chì trong đất lớn hơn 100 ppm đã được báo cáo ở Đan Mạch, Nhật, Anh, và phản ánh thực tế tác động của môi trường Davies đưa ra

giới hạn cho phép tối đa của Pb trong đất là 70 ppm [61]

Bón vôi có thể làm giảm nhiều độ hoà tan của chì, ở pH cao chì có thể kết tủa dưói dạng hydroxit, phosphate, carbonate và có khuynh hướng tạo thành phức hữu cơ khá ổn định Tăng độ axit có thể làm tăng khả năng hoà tan của Pb trong đất Nhưng việc huy động chì do độ chua hoá thường thấp hơn việc tích luỹ chì trong lớp đất giàu chất hữu cơ Cho nên dù chì thường chỉ tập trung ở lớp đất mặt và ở đất ô nhiễm chì thì chất hữu cơ được xem như là bể trữ chì trong đất [67 ]

Về mặt địa hoá, Pb++ giống các kim loại kiềm thổ hoá trị hai cho nên chì có thể thay thế K+, Sr++, Ba++, và ngay cả Ca++ trong thành phần khoáng, cũng như ở các vị trí hút bám

Các loại keo đất như montmorilonite, kaolinite, illite đều có khả năng hấp phụ chì Song đối với montmorilonit việc hút bám chỉ đơn thuần là việc trao đổi ion còn việc hút bám của kaolinite, illite mang tính cạnh tranh hơn [80]

Bảng 2.3: Hệ số liên quan giữa hàm lượng KLN tổng số và tính chất đất

Kim loại

nặng

pH (H 2 O)

Chất hữu cơ (%)

Hàm lượng sét (%)

Nguồn : Hồ Thị Lam Trà, Kazuhico Egashira (1999)[90]

Chì liên quan ở mức độ khá ở mức ý nghĩa 5% với chất hữu cơ, hàm lượng sét và CEC trong đất Tuy nhiên Cd hầu như không liên quan một cách

có ý nghĩa với tính chất đất [90]

Ô nhiễm chì trong đất gần đây được người ta chú ý đến nhiều bởi vì Pb

là một kim loại nguy hại cho sức khoẻ của ngưòi và động vật do hai nguồn

mang lại - trong chuỗi thức ăn và hít phải bụi đất Tích luỹ chì trong lớp đất mặt nhiều khi vượt quá 2% trọng lượng chất khô của đất Hàm lượng chì trong

đất gây độc cho cây trồng thì không dễ dàng đánh giá, tuy nhiên nhiều tác giả cho rằng vào khoảng từ 100 - 500 ppm [73]

2.4.2 Kim loại nặng trong cây trồng

Hàm lượng Cd trong thực phẩm và cây trồng sử dụng làm thức ăn cho

động vật đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Một thí nghiệm so sánh hàm lượng Cd trong cây thực phẩm trồng ở đất không ô nhiễm

ở một số đất nước đã chỉ ra hàm lượng Cd cao nhất ở trong rau cải bó xôi (0,11ppm, tính theo chất tươi) và rau diếp (0,66ppm tính theo chất khô, 3ppm trong tro)

Khi cây trồng ở vùng đất ô nhiễm do Cd, dường như Cd tập trung ở phần rễ cây là chủ yếu [55]

Hàm lượng Cd theo thứ tự từ cao đến thấp: rau ăn lá > rau ăn củ > rau

ăn thân > rau ăn hạt hoặc ngũ cốc > rau ăn quả [100]

Ngũ cốc là cây trồng chủ lực sử dụng làm thức ăn cho con ngưòi và động vật Hàm lượng Cd trung bình trong cây ngũ cốc (tính theo chất khô), biến động trong khoảng 0,013 - 0,22ppm, trong cỏ là 0,07 - 0,27 ppm, và trong cây bộ đậu biến động từ 0,08 - 0,28 ppm

Do Cd không dễ dàng đi xâm nhập vào cây trồng từ hai nguồn nước và không khí, hàm lượng Cd trong cây trồng chủ yếu mang lại do trồng trên đất

bị ô nhiễm bởi Cd Kỹthuật trồng trọt và sản xuất công nghiệp là hai nguyên nhân chủ yếu đem đến ô nhiễm Cd cho cây trồng Hàm lượng Cd trong cây trồng cao nhất luôn được nhắc đến trong cây ăn lá và cây có củ, trong khi cây

ăn hạt hầu như ít tích luỹ bởi Cd Nồng độ Cd cao nhất (14,2ppm) trong lúa mì và (5,2 ppm) trong gạo lứt, ít hơn hẳn so với khối lượng kim loại tích luỹ trong rễ và thân của cây trồng này Thí nghiệm dài ngày với các thời vụ khác nhau Hornburg và Brummer cũng tìm thấy hàm lượng Cd trong hạt lúa mì có

mối tương quan chặt chẽ với hàm lượng Cd trong tầng đế cày của đất [72]

Bảng 2.4: Hàm lượng cadimi trong cây thực phẩm (ppm)

Thứ

tự Loại cây

Bộ phận lấy mẫu

Theo chất tươi

Theo chất khô Trong tro

Nguồn: Alina Kabata – Pendias và Henryk Pendias 1992 [55]

ở những nơi đất bị ô nhiễm (vùng khai khoáng, cơ sở chế biến kim loại,

nông trại sử dụng bùn thải để bón cho cây, nơi không khí bị ô nhiễm bụi) hàm

lượng Cd trong một số bộ phận của cây trồng như sau:

Như vậy hàm lượng Cd trong các loại cây và trong các bộ phận khác

nhau của cùng một cây thực phẩm trồng ở vùng đất ô nhiễm Cd khá khác nhau

và đều vượt hơn so với tiêu chuẩn cho phép

Hàm lượng chì trong cây trồng chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố môi

trường như: Mức độ ô nhiễm, sự khác nhau về mùa vụ, dạng chì tích luỹ tuy

nhiên hàm lượng chì trong cây trồng, trồng trong đất không bị ô nhiễm chì

khá ổn định thường biến động trong khoảng 0,1 - 10 ppm (tính theo chất khô)

Theo chất tươi

Theo chất khô

Trong tro

Nguồn: Alina Kabata – Pendias và Henryk Pendias 1992 [55]

Tích luỹ chì cao nhất nhìn chung tìm thấy ở rau ăn lá (rau diếp) Vùng

đất bị ô nhiễm chì nặng hàm lượng chì trong rau diếp có thể lên đến 0,15 %

Pb (tính theo chất khô) [92]

Hàm lượng chì trong phần ăn được của cây trồng trồng trên vùng đất không bị ô nhiễm biến động từ 0,001 – 0,08 ppm (tính theo chất tươi), từ 0,05

– 3,0 ppm (tính theo chất khô) và từ 0,05 – 3,0 ppm trong tro (bảng 2.5)

2.4.3 Tương quan tương hỗ giữa hàm lượng Pb, Cd trong đất và hàm lượng Pb, Cd trong cây

Nhìn chung cây trồng không hấp thu chì nhưng khi hàm lượng chì trong đất cao thì chì cũng bị cây trồng hấp thu Thậm chí khi hàm lượng Pb trong đất lên tới 300 ppm/kg thì rủi ro gặp phải Pb vì cây trồng nhiễm phải bụi

đất có chứa Pb vẫn có thể lớn hơn so với Pb cây trồng hấp thu[102]

Nồng độ chì trong cây trồng ở những vùng có những mỏ khoáng thì cao hơn so với hàm lượng Pb trong đất mặc dù sự tích luỹ chì trong các bộ phận của cây là khác nhau [77]

Khi có mặt chì ở trong dung dịch dinh dưỡng Cây có củ có khả năng hút chì mạnh, và sự hút chì này tăng cùng với nồng độ chì trong đất và thời gian trồng trọt [ 55]

0 1 2 3 4 5

Hình 2.1: Hàm lượng Pb trong cỏ (Bromus unioloides) tương ứng với hàm

lượng chì trong dung dịch dinh dưỡng [ 55]

0.001 0.01 0.1 1 10 100

Hình 2.2: Hàm lượng Pb hút bởi yến mạch trồng trong đất cát và bón thêm chì (a) 200 mg/l , (b) 2 5 mg/ l - Rễ Cây [ 55]

Chỉ khoảng 3% Pb trong rễ cây được chuyển vào phần sinh khối trên mặt đất

Sự tích luỹ chì trong các bộ phận khác nhau của cây ngô trồng trên đất

nhiễm chì là 300ppm và 15ppm Cd được liệt kê ở bảng 2.6 a:

Bảng 2.6 a: Sự tích luỹ Pb, Cd trong các bộ phận khác nhau của cây ngô

Nguồn: Zimdahl và Koeppe 1977 [99]

Như vậy hàm lượng Pb tích luỹ trong rễ ngô là lớn nhất thứ đến là trong

hạt và thấp nhất ở trong râu

Sự tích luỹ Cd trong các bộ phận của cây cũng khá khác nhau Hàm

lượng Cd tích luỹ lớn nhất là trong lá ngô tiếp theo là trong rễ và thấp hơn hẳn

trong râu ngô [99]

Yếu tố môi trường ảnh hưởng có ý nghĩa đến khả năng hấp thu chì của

cây trồng từ hai nguồn, đất và không khí Đa số chì tồn tại trong đất là ở dạng

cây trồng khó hấp thu Wilson và Cline nghiên cứu sự hấp thu chì ở cây lúa

mạch trồng theo phương pháp Neubaur chỉ ra rằng chỉ có 0,003 – 0,005 %

tổng lượng chì trong đất được hấp thu bởi cây trồng Tất nhiên sự hấp thu này

biến động còn phụ thuộc vào nồng độ chì trong đất và dạng chì tồn tại trong

đất [97]

Pb hấp thu từ đất không chỉ vì Pb có sẵn trong đất mà còn từ tàn dư cây

trồng chết đi để lại Hiển nhiên rằng trong cả hai trường hợp nồng độ chì trong

đất cao hay thấp sự hấp thu chì của cây trồng còn phụ thuộc vào loại đất và

loại cây trồng [99]

với cây trồng Chính vì vậy thực vật trồng ở đất ô nhiễm chì ở dạng này có

hàm lượng chì rất cao ở cả hai cơ quan sinh trưởng và sinh sản [63]

0,02

- Canada Yến mạch 2,28 0,21

Hà lan Yến mạch

Lúa mì

Gạo

0,34 0,32 0,34

0,11 0,05 0,08

Mỹ Gạo

Lúa mì

0,007 0,64

0,01 0,10

Nguồn: Alina Kabata – Pendias và Henryk Pendias 1992 [55]

Các kết quả nghiên cứu gần đây về vận chuyển và hấp thu chì của cây

trồng đã chỉ ra rằng chì bị cây trồng hấp thu, tuy nhiên Pb có trong đất thì

không sẵn sàng vận chuyển đến các phần ăn được của cây [99]

Nhiều tác giả thống nhất rằng chì thường tích luỹ trong phần rễ cây trồng, đặc biệt là chì dạng pyrophosphate thưòng được tích luỹ trong vách ngăn của các tế bào thực vật

Như vậy hàm lượng Pb, Cd trong các loại hạt ngũ cốc ở một số nước khác nhau trên thế giới đều thấp hơn so với tiêu chuẩn cho phép của FAO/ WHO [66]

Sự dự trữ chì trong vách ngăn bên ngoài của tế bào như tế bào plasmalemma ở dạng chì kết tủa và chì tinh thể Cũng giống như vậy chì còn tích luỹ ở các bộ phận khác của cây như rễ thân và lá, chì vận chuyển và tích luỹ theo kiểu này vào trong tất cả các tế bào của cây trồng [80]

Cd là nguyên tố không cần thiết cho quá trình trao đổi chất của cây trồng Cd bị hấp thu ở cả hai bộ phận của cây là rễ và lá Cd tích luỹ khá cao trong các sinh vật sống ở trong đất Mối liên quan giữa hàm lượng Cd trong cây lúa mì và hàm lượng Cd trong tầng đế cày là mối tương quan hồi quy tuyến tính Nhưng với các loại đất khác nhau và các loại cây trồng khác nhau

có sự hấp thu sự hấp thu Cd là khác nhau [72]

Nhiều nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hàm lượng Cd tổng số trong đất và sự hấp thu Cd của cây trồng Cd trong hạt lúa có mối liên quan chặt chẽ với pH trong khoảng 4,5 - 5,5 và liên quan chặt nhất tại pH 5,5 [76]

Hàm lượng Cd trong hạt lúa mì tăng hồi quy cùng với hàm lượng Cd trong đất và biểu diễn theo phương trình:

Y= 0,031+ 0,083 x Trong đó:

ƒ Y là hàm lượng Cd trong hạt lúa mì

ƒ X là hàm lượng Cd trong đất

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Tổng hợp các tài liệu nghiên cứu trước đây về hấp thu Cd của cây trồng

từ đất cho thấy có sự sai khác rõ rệt về khả năng hấp thu Cd của các loại cây trồng khác nhau Dù được trồng trên cùng loại đất chứa 10 ppm Cd nhưng Cd

do loại cây trồng này hấp thu có thể gấp 100 lần so với loại cây trồng khác Hàm lượng Cd thấp nhất đã tìm thấy ở trong cây lúa, cỏ Sudan, và cỏ balá, hàm lượng Cd cao nhất tìm thấy ở trong rau cải bó xôi [58]

Cadimi (Cd): Do Cd2+ đồng hình với Zn 2+, nên trong quá trình sinh trưởng, cây hút Zn 2+ cũng đồng thời hút cả Cd2+ Sự tích luỹ một phần Cd2+

thay cho Zn 2+ gây ra khả năng quang hợp và hô hấp kém đi Cd vào cây tích luỹ chủ yếu ở rễ, ít hơn hẳn là trong thân, cuống lá và gân lá [59]

Cadimi tích luỹ trong các tế bào rễ cây là chủ yếu Thậm chí cả khi Cd

đi vào trong cây trồng qua phân bón lá (trừ trong cây lúa) Trong cây cỏ Bromus unioloides khi Cd trong môi trường tăng thì sự tích luỹ Cd trong rễ cỏ tăng gấp 100 lần so với phần nhô lên trên mặt đất Người ta có thể kết luận rằng Cd trong cây trồng có mối liên quan rất uyển chuyển, mặc dù sự vận chuyển Cd qua các tế bào của cây trồng có khả năng bị hạn chế do Cd dễ dàng giúp thay thế vị trí các hợp chất hoạt động trong vách ngăn của các tế bào [76]

Năng xuất cây trồng cao nhất ở công thức bón 30 % bùn thải Nồng độ tổng số KLN ở trong cải bắp trắng cao hơn so với củ cải và không tương thích với % bùn thải thêm vào trong đất Hàm lượng Cd và Pb trong cải bắp trắng

đã vượt quá ngưỡng TCVN cho phép trong rau Trong khi pH đất, bùn thải sử dụng trong thí nghiệm tương ứng là 7,65 và 7,5 [91]

Hàm lượng KLN (Pb, Cd) cao nhất đ∙ tìm thấy trong một số loại rau

ăn lá như rau cải bó xôi, rau diếp, xà lách và rau ăn củ như cà rốt, củ cải

đỏ Hàm lượng KLN trong cây bộ đậu (quả, hạt) đ∙ rất thấp mặc dù hàm lượng KLN trong đất trồng cao Lúa mì và ngô hàm lượng KLN thấp ở trong hạt hơn trong phần chất xanh Đây cũng chính là lý do đề tài của chúg

tôi tập trung vào các loại rau làm đối tượng nghiên cứu

ở pH thấp Cd do rau chân vị hấp thu giảm nhiều ở thí nghiệm bón vôi

và khoáng so với đối chứng không bón Vôi và khoáng đã sử dụng bón cho cây trồng ở vùng đất bị ô nhiễm KLN để làm giảm sự hấp thu Cd Trong trường hợp đất chua Cd dễ tiêu truyền tải từ đất đến rau chân vịt đã giảm rất nhiều khi bón thêm khoáng [81]

Bảng 2.7: Hàm lượng Cd, Pb trong cây trồng ở ba vị trí nghiên cứu có

hàm lượng KLN khác nhau

Cd (mg/kg tính theo chất khô)

Pb (mg/kg tính theo chất khô) Cây trồng Bộ phận

lấy mẫu

Vị trí 1 Vị trí 2 Vị trí 3 Vị trí 1 Vị trí 2 Vị trí 3Ngô Phần xanh < 0,11 0,28 1,62 1,32 2,49 5,24 Ngô Hạt < 0,11 < 0,11 < 0,11 < 0,33 < 0,33 < 0,33Lúa mì Phần rạ 0,13 0,61 3,77 0,71 2,73 4,55 Lúa mì Hạt 0,19 0,44 1,46 < 0,33 < 0,33 < 0,33

Cà rốt Củ 0,21 2,04 2,28 < 0,33 0,46 1,49

Củ cải Củ < 0,11 0,40 1,97 0,54 < 0,33 0,48 Khoai tây Củ 0,11 0,13 0,47 0,77 0,64 0,76

Xà lách Lá 0,12 1,77 9,05 1,43 2,39 4,97 Rau diếp Lá 0,19 0,93 1,47 1,20 0,76 1,25 Cải bó xôi Lá 0,64 3,11 8,10 0,76 3,12 8,80

Cà chua Quả < 0,11 0,46 1,23 < 0,33 < 0,33 0,67

Nguồn: M Zupan, V Hudnik, F Lobnik, V Kadunc (1997) [81 ]

ND: Không kiểm tra

Ghi chú: Vị trí 1, 2, 3 có pH tương ứng là: 6,90; 7,1; 6.70 Có hàm lượng Pb tương ứng là 50,5; 75,5; 242,0 và hàm lượng Cd tương ứng là 0,50; 3,60; 11,60

Kết quả bảng 2.7 ta nhận thấy rằng ở cả 3 vị trí ô nhiễm KLN mức độ khác nhau hàm lượng Pb, Cd cao tìm thấy trong rau cải bó xôi, cà rốt, rau diếp

và trong phần chất xanh của cây ngô và phần rạ ở cây lúa mì Hàm lượng Cd

thấp trong hạt ngô, đậu các loại, súp lơ và bắp cải, su hào Khả năng hấp thu

Cd của cây trồng mạnh hơn so với Pb

2.5 Nghiên cứu kim loại nặng (Pb, Cd) ở Việt nam

2.5.1 Kim loại nặng (Pb, Cd) trong đất, nước, không khí

2.5.1.1 Hàm lượng kim loại nặng trong đất, nuớc của các làng nghề truyền thống và các khu công nghiệp

Đánh giá ảnh hưởng của làng nghề (đúc đồng và tái chế kẽm) đến sự tích luỹ hàm lượng KLN trong đất nông nghiệp và nước ngầm ở xã Đại Đồng Huyện Văn Lâm – tỉnh Hưng Yên, kết quả cho thấy ở khu vực không chịu ảnh hưởng của làng nghề hàm lượng Cd trong đất dao động từ 0,92–1,42 mg Cd/kg; Pb dao

động từ 50,6 – 68,8 mg Pb/kg Phần lớn các mẫu đất chịu ảnh hưởng của làng nghề (thôn Văn ổ, Xuân Phao và Lộng Thượng) có hàm lượng Cd tương đối cao (1,42 – 2,19 mg/kg), tức bằng từ 70 % đến vượt TCCP của Việt Nam Hàm lượng

Pb dao động từ 73,9 – 313,0 mg/kg Như vậy, ảnh hưởng của hai làng nghề của xã Đại Đồng đến sự tích luỹ Pb đã ở mức báo động [48]

Bảng 2.8: Hàm lượng Pb, Cd trong nguồn nước thải nghiên cứu (mg/l)

Nuớc sông Tô Lịch 7,43 0,015 0,004

Nhà máy pin Văn Điển 7,19 0,012 0,009

CT O rion - Hanel - 0,560 0,003 Nhà máy nhiệt điên Phả Lại 7,20 0,013 0,002

Làng nghề Phùng Xá - Hà Tây 6,00 5,200 - Làng nghề Chỉ Đạo - Hưng Yên 7,62 3,278 0,003 TCCP* 6 – 8,5 0,05 0,01

• Tiêu chuẩn cho phép loại A áp dụng cho nước thải vào nguồn nước mặt cho các mục đích khác nhau trừ cấp nước cho sinh hoạt, TCVN 5942 – 1995

Nước thải từ các nhà máy không được xử lý triệt để có chứa các KLN độc

hại như Pb, Cd, đặc biệt là Pb vượt TCCP

Bảng 2.9: Hàm lượng Pb trong đất nghiên cứu 1 (mg/kg đất khô)

Địa điểm Đặc điểm mẫu Pb (mg/kg) Tổng số mẫu

Chịu ảnh hưởng 30,737 3 Nhà máy pin Văn

Điển Đối chứng 18,240 1

Chịu ảnh hưởng 20,950 4

CT O rion - Hanel

Đối chứng 20,010 1 Chịu ảnh hưởng 0,370 3 Nhà máy nhiệt điện

Phả Lại Đối chứng 0,160 3

Chịu ảnh hưởng 21,670 7 Làng nghề Phùng Xá

- Hà Tây Đối chứng 22,570 1

Chịu ảnh hưởng 45,890 11 Làng nghề Chỉ Đạo -

Hưng Yên Đối chứng 21,350 3

Di động 4 – 40 - Dao động trung bình

(2) Theo Fiedler và llgel

(3) Giá trị tổng số trong đất

Hàm lượng Pb trong nước thải và mẫu đất ở làng nghề tái chế chì ở xã

Chỉ Đạo, Mỹ Văn Hưng Yên trong đất đã ở ngưỡng báo động của sự ô nhiễm

Sự tích luỹ của KLN như Pb, Cd trong đất chịu ảnh hưởng của nguồn thải cao

gấp nhiều lần, thậm chí hàng chục lần so với hàm lượng của chúng ở những

nơi không hoặc ít chịu ảnh hưởng của nước thải Quá trình sản xuất cũng gây

ảnh hưởng lớn đến môi trường nước và đất ở làng nghề cơ kim khí Phùng Xá,

Thạch Thất (Hà Tây) Đặc biệt Pb trong nước thải cao gấp 100 lần TCCP Đây

là nguy cơ gây ô nhiễm đất và các nguồn nước mặt trong khu vực Hàm lượng

Pb trong đất chịu ảnh hưởng của nguồn nước thải đã cao gấp 3 – 10 lần so với vùng đối chứng Hàm lượng Pb đã ở mức báo động trong đất sản xuất nông nghiệp [5]

Nghiên cứu sự tích luỹ Pb ở thôn Đông Mai – Huyện Mỹ Văn tỉnh Hưng Yên cho thấy:

- 14,29 % số mẫu đất nghiên cứu có hàm lượng Pb là 100 – 200 ppm

- 9,52 % số mẫu đất nghiên cứu có hàm lượng Pb là 200 – 300 ppm

- 18,05 % số mẫu đất nghiên cứu có hàm lượng Pb là 300 – 400 ppm

- 9,52 % số mẫu đất nghiên cứu có hàm lượng Pb là 400 – 500 ppm

- 9,52 % số mẫu đất nghiên cứu có hàm lượng Pb là 500 – 600 ppm

- 18,05 % số mẫu đất nghiên cứu có hàm lượng Pb là 600 – 700 ppm

- 9,52 % số mẫu đất nghiên cứu có hàm lượng Pb là 700 – 800 ppm

- 2, 01% số mẫu đất nghiên cứu có hàm lượng Pb là 800 – 900 ppm

- 4,76 % số mẫu đất nghiên cứu có hàm lượng Pb là 900 – 1000 ppm

- 4,76 % số mẫu đất nghiên cứu có hàm lượng Pb lớn hơn 1000 ppm (trong tổng số 21 mẫu đất phân tích) Như vậy 100 % số mẫu phân tích có hàm lượng chì vượt quá TCCP [16]

Trong nước ngầm ở các làng nghề đúc đồng và tái chế kẽm ở xã Đại

Đồng Huyện Văn Lâm tỉnh Hưng Yên hàm lượng Cd dao động trong khoảng 2,16 – 25,14àg/lít Hàm lượng Pb dao động trong khoảng 25,13 - 71,43 àg/lít

Trong 15 mẫu nước phân tích có 9 mẫu nước có hàm lượng Pb vượt TCVN (tiêu chuẩn nước mặt dùng trong sinh hoạt và nước ngầm có Pb nhỏ hơn 50 àg/lít) và 2/9 mẫu có hàm lượng Cd vượt quá TCVN (tiêu chuẩn nước mặt dùng trong sinh hoạt và nước ngầm có Cd nhỏ hơn 10 àg/lít) [48]

Hoạt động sản xuất công nghiệp (tái chế kim loại) đã dẫn đến sự ô nhiễm cục bộ môi trường nước và đất của vùng [19].Trừ những khu vực xung