Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của một số độc chất kim loại nặng (Cd2+, Hg2+) lên quá trình sinh trưởng và phát triển cảu cây cải xanh trên đất phù sa Tiền Giang

Ngoài ra, các đề tài nghiên cứusự ô nhiễm kim loại nặng trong đất hiện nay ở nước ta không có nhiều gây ra sựkhó khăn trong việc quản lý môi trường đất của các cơ quan nhà nước.Một số cá

Chương 1 MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu

Xã hội không ngừng phát triển, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóadiễn ra càng nhanh thì tỉ lệ chất thải độc hại từ sản xuất công nghiệp và nhữngảnh hưởng bất lợi từ các hoạt động của con người tác động vào môi trường càngtăng nhanh Ngoài những bệnh lây lan truyền nhiễm như AIDS, quái thai, các dịtật bẩm sinh ở trẻ em do các chất độc hại trong môi trường đã xuất hiện ngàycàng nhiều, thông qua con đường thực phẩm gây ảnh hưởng đến sức khỏe conngười Đối tượng gây ra các tác hại trên có thể nghi cho các độc chất kim loạinặng

Độc chất có thể tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau như chất vô cơ hayhữu cơ, thể hợp chất hay đơn chất, dạng lỏng, rắn hay khí Chúng có mặt trong cả

ba môi trường đất, nước và không khí Do đó, tìm hiểu và xác định các độc chấttrong môi trường sẽ giúp ta có biện pháp khống chế và xử lý nó

Ngay từ những năm đầu của thế kỷ XX, các nhà khoa học trên thế giới[10] đã quan tâm nghiên cứu chất lượng đất đai nhằm phát triển nông nghiệp,nâng cao năng suất cây trồng để đáp ứng nhu cầu lương thực ngày càng tăng củaviệc gia tăng dân số Đất đai như là một thành phần cấu thành môi trường chung.Đến khoảng đầu thập niên 90, người ta bắt đầu nghiên cứu sự nhiễm bẩn, nhiễmđộc đất đai[10] Hiện nay, chưa có tiêu chuẩn quốc tế về nồng độ của các chấtđộc trong môi trường đất mà chỉ có ở một số nước như Đức, Áo, Hà Lan, Canada,Đài Loan…nhưng số liệu tương đối giống nhau [10] Ở Việt Nam chúng ta đã cóbộ tiêu chuẩn về các chất độc trong môi trường nước, không khí nhưng trong môi

trường đất chỉ có giới hạn cho phép của dư lượng thuốc bảo vệ thực vật Chính vìthế mà trong quá trình nghiên cứu sự ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường,chúng ta phải lấy các tiêu chuẩn của các quốc gia khác nên kết quả không phảnánh đúng được hiện trạng ô nhiễm tại Việt Nam Ngoài ra, các đề tài nghiên cứusự ô nhiễm kim loại nặng trong đất hiện nay ở nước ta không có nhiều gây ra sựkhó khăn trong việc quản lý môi trường đất của các cơ quan nhà nước.

Một số các nghiên cứu trước đây của các chuyên gia nước ngoài cho thấy

Cd2+, Hg2+ là những chất ô nhiễm chính do hoạt động của con người gây nên[10].Ngoài ra, chúng cũng là các nhân tố có ảnh hưởng trực tiếp làm giảm sinh khối visinh vật đất và trọng lượng khô của cây trồng[10] Ở nước ta cũng có một sốhướng nghiên cứu của một số tác giả như:

- GS Lê Huy Bá và cộng sự (4/1994)[1] cho thấy ô nhiễm kim loạinặng trong môi trường đất không chỉ là hấp thu trao đổi với keo đất mà chủ yếuliên kết với các axit humíc, fulvíc Ảnh hưởng của Cd2+ lên lúa mạnh hơn Pb2+

- GS.Vũ Cao Thái và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của nướcthải dệt nhuộm đến quá trình sinh trưởng và phát triển của rau cải xanh (trong đó

As, Cd, Pb là những ion có khả năng tích lũy cao)

Mặc dù, mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong đất Việt Nam chưa tới mứcbáo động nhưng cũng cần phải nghiên cứu ảnh hưởng của chúng đối với đời sốngsinh vật Một điều dễ nhận thấy là kim loại nặng có tác độc trực tiếp hay giántiếp đến sức khỏe con người vì nó dễ dàng đi vào dây chuyền thực phẩm và vềlâu dài sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng cho con người

Nhằm góp phần đánh giá tác động của các kim loại nặng cũng như khảnăng tích lũy của chúng trong thực vật và nguy cơ ô nhiễm đất có thể xảy ra

thêm vào đó, cây Cải xanh là một loại cây ăn lá nhưng có khả năng tích lũy KLNtrong lá rất cao mà cây không có bất kỳ biểu hiện trúng độc nào Do vậy, tôi đã

chọn đề tài: “Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của một số độc chất kim loại nặng

(Cd 2+ , Hg 2+ ) lên quá trình sinh trưởng và phát triển của cây Cải xanh trên đất phù sa Tiền Giang” Làm đồ án nghiên cứu nhằm làm sáng tỏ các vấn đề trên.

Vì thời gian làm đề tài có hạn nên chúng tôi chỉ thực hiện những vấn đềnêu ra trong phần tiêu đề của đề tài Hy vọng rằng đề tài sẽ mở ra một hướngnghiên cứu còn khá mới mẻ này ở Việt Nam để góp phần bảo vệ sức khỏe conngười

1.2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của Cd, Hg đối với quá trình sinh trưởngcủa cây cải xanh trên đất phù sa sử dụng cho trồng trọt nhằm :

 Đánh giá tác động do ô nhiễm kim loại nặng trongmôi trường đất đối với thực vật

 Góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho các nghiêncứu về khả năng tích lũy của các kim loại nặng trong thực vật vàgiới hạn gây độc đối với thực vật khảo sát

1.3 Tính cấp thiết của đề tài

 Theo thống kê của Bộ Y tế cho biết năm 1997 cả nước có 6.421 người

bị ngộ độc thực phẩm, trong đó có 4.646 người chết do ăn rau bị nhiễmđộc

 Vấn đề rau sạch đang là một vấn đề nóng bỏng ở nước ta do hiệntượng rau bị nhiễm thuốc bảo vệ thực vật hay tích lũy quá nhiều kimloại nặng

 Hiện nay chất lượng đất ở Việt Nam đang ở mức báo động về vấn đề ônhiễm kim loại nặng.

 Ở Việt Nam vẫn chưa có tiêu chuẩn cụ thể về kim loại nặng trong đất

1.4 Phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Phương pháp luận

Trong môi trường đất có 2 nhóm độc chất đối với cây trồng, đó là chất độcbản chất và chất độc không bản chất Nhóm 1 là những ion thiết yếu cho sự sinhtrưởng và phát triển của cây trồng, nếu vượt quá một giới hạn nhất định nào đóthì chúng sẽ là các chất độc Nhóm 2 không đóng góp vai trò như nhóm 1, nếu ítchúng không ảnh hưởng nhưng nhiều chúng sẽ gây độc cho cây trồng Tuy nhiênhiện nay, hàm lượng của các ion kim loại trong đất bao nhiêu thì bắt đầu gâyđộc? vẫn chưa có tài liệu nào nghiên cứu chi tiết mà chỉ nói mức độ ảnh hưởngcủa chúng đối với cây trồng ở một mức nào đó Ngoài ra, trong phần giới thiệucũng cho thấy những nghiên cứu trước đây đều minh chứng rằng các ion kim loạiđều ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật Như vậy,việc tìm ra giới hạn của chúng để có biện pháp quản lý phù hợp là một điều cầnthiết hiện nay

Việc tìm ra giới hạn gây độc của các kim loại nặng trong môi trườngđất, trước tiên chúng ta phải xem xét ảnh hưởng của các kim loại nặng này đếnmôi trường đất như thế nào Các đề tài nghiên cứu trước nay chỉ tập trung vàonghiên cứu ảnh hưởng của các kim loại nặng trong môi trường dung dịch có chứacác dung dịch gây nhiễm hay nuôi trồng trong cát nhưng có các dưỡng chất vàion độc cần thiết Đó là các nghiên cứu tương đối đơn giản; tuy nhiên, xét vềkhía cạnh thực tiễn thì các khảo sát đó có những mặt hạn chế nhất định vì cây

đất Đây là một hệ thống phức tạp hơn nhiều, bởi vì những tính chất của đất vàcác đặc trưng hóa học, lý học, sinh học biến đổi rất lớn giữa các hệ thống đấtkhác nhau Mối quan hệ giữa đất, nước, không khí, nước ngầm, hệ sinh thái vàcon người có quan hệ mật thiết với nhau Bất cứ một sự thay đổi, biến động củamột thành phần môi trường nào đó cũng kéo theo sự thay đổi, ảnh hưởng đến cácthành phần môi trường khác Vì thế, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các kim loạinặng đến quá trình sinh trưởng của một số cây trồng nông nghiệp cần phải đượctiến hành.

Việc chọn đối tượng nghiên cứu là đất phù sa vì đất phù sa là loại đấtcó diện tích khoảng 3.400.059 ha chiếm 10.27% diện tích cả nước, trong đó haitam giác châu có diện tích đất phù sa lớn nhất là Đồng bằng sông Hồng và Đồngbằng sông Cửu Long Đây là những vựa lúa lớn của cả nước Đất phù sa là nhómđất chủ lực cho sản xuất lương thực và cây ngắn ngày; hơn thế nữa đất đai đượcxem là tài sản của một Quốc Gia, là tư liệu sản xuất chủ yếu, đồng thời cũng làđối tượng của lao động và là sản phẩm của lao động Ngoài ra, các nghiên cứucủa các chuyên gia nước ngoài đều cho biết Cd, Hg là những chất ô nhiễm chính

do hoạt động của con người tạo nên Theo nghiên cứu của John (1986)[10], raucải xanh là một loại cây ăn lá nhưng lại có khả năng tích lũy Cd trong lá rất caomà không có bất kỳ biểu hiện trúng độc nào Đây là một vấn đề rất đáng quantâm vì các kim loại nặng sẽ theo dây chuyền thực phẩm để tác động đến conngười

Ngoài ra, tiêu chuẩn về hàm lượng kim loại nặng trong đất của ViệtNam vẫn còn khá mới mẻ và chưa đầy đủ, hay mới chỉ là các tiêu chuẩn tạm thời

do Bộ Y tế và Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đưa ra dựa hoàn toàn

trên tiêu chuẩn của quốc tế Việc tìm ra các giới hạn nồng độ để so sánh tính phùhợp của các tiêu chuẩn này cũng là một vấn đề rất cần thiết.

- Sơ đồ nghiên cứu

Hình 1: Sơ đồ nghiên cứu của đề tài

Lựa chọn hạt giống

Xử lý hạt giống và ủ(cho lên mầm)

(có nồng độ xác định

trước)

Khảo sát quá trình sinh

trưởng và phát triển của

thực vật khảo sát

Khảo sát quá trình sinh trưởng, phát triển của cây và khả năng tích lũy các KLN khảo sát trong các bộ phận cây

Tính toán để đưa ra các ngưỡng gây độc và giới hạn cho phép

So sánh để đưa ra mức độ gây hại

Xử lý đất

1.4.2 Phương pháp cụ thể

- Trên cơ sở các tài liệu đã có tổng hợp, biên hội

- Đi thực địa tại khu vực lấy đất (loại đất, loại hình canh tác, các tácnhân ô nhiễm có thể,…)

- Đánh giá chất lượng đất (thành phần cơ giới, lý hóa học của đất)

- Bố trí thí nghiệm và kiểm soát quá trình thí nghiệm

- Phân tích chất lượng cây trồng (độ ẩm, sinh khối, tích lũy kim loạinặng)

- Phân tích đất, chất lượng nước tưới

- Phương pháp quan sát, đo đạc: ghi nhận các ảnh hưởng của độcchất đến quá trình sinh trưởng của thực vật (sự nảy mầm, xuất hiện láthật, chiều cao cây, chiều dài lá và các ảnh hưởng bất lợi khác như:héo lá, thối đọt, vàng lá, sâu bệnh,…)

- Ứng dụng các phần mềm vi tính trong xử lý số liệu và văn bảnhóa như : Excel, Statgraphic…nhằm đưa ra hệ số tương quan, mức độ tincậy, phương trình liên hệ giữa nồng độ và mức độ ảnh hưởng và giá trị

LC50

- Trao đổi ý kiến với các chuyên gia

1.5 Nội dung nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu đã đưa ra, đề tài đã thực hiện các thí nghiệm trongphòng thí nghiệm với các nội dung sau:

- Tìm hiểu chất lượng đất thông qua khảo sát (thành phần cơ giới, thànhphần dinh dưỡng, khả năng hấp phụ của đất và mức độ ô nhiễm KLN) và chấtlượng nước tưới

- Khảo sát ảnh hưởng của một số ion KLN đối với quá trình sinh trưởng vàphát triển của cây cải xanh trên đất phù sa Mối quan hệ giữa lượng KLN trongđất và trong các bộ phận của cây.

- Từ các dữ liệu của quá trình khảo sát, xây dựng cơ sở dữ liệu góp phầncho việc xây dựng cũng như đánh giá tiêu chuẩn KLN trong đất của Việt Namhiện nay

1.6 Giới hạn của đề tài

Vì thời gian làm đồ án có hạn nên bước đầu chỉ khảo sát với 2 ion kim loạinặng (Cd2+, Hg2+) đối với cây cải xanh và đất là đất phù sa (sử dụng cho mục đíchnông nghiệp – trồng rau)

1.7 Phương hướng phát triển của đề tài

- Mở rộng nghiên cứu với các loại cây trồng khác nhau tâp trungchủ yếu vào các cây trồng nông nghiệp như (đậu, lạc,…)

- Mở rộng hướng nghiên cứu với nhiều loại kim loại nặng khác nhau(As, Pb,…)

- Mở rộng hướng nghiên cứu với các loại đất khác nhau (đất xám,

đất đỏ,…)

- Từ các ngưỡng gây độc đối với nhiều loại thực vật (rau, đậu, cải)

trong cùng một loại đất đưa ra giới hạn cho phép của một ion kim loại nào đó

- Xây dựng bộ tiêu chuẩn các độc chất kim loại nặng trong môi

trường đất

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Tổng quan về đất phù sa[7], [9]

2.1.1 Định nghĩa

Theo từ điển môi trường[11] thì ĐPS là vật liệu lắng đọng từ các dòngsông, thường tạo thành các đồng bằng đất bồivà các tam giác châu Được bồithường gồm bùn, cát, sét, sỏi và có thể có một lượng khá lớn chất hữu cơ, do

đo thường rất màu mỡ

ĐPS là các đất cao ven sông, là các đất rất non trẻ, độ phì nhiêu cao,địa hình cao ven sông Nó thích hợp với nhiều loại cây trồng như cây ăn trái,hoa màu, lương thực, lúa 2-3 vụ Đất có chất lượng tốt, có khả năng tưới bằngnước mặt, địa hình bằng, tầng đất dày

Hay căn cứ vào hình thức chuyển dời và trầm tích, người ta có thể nóiĐPS (đất bồi tích, sa tích) là trường hợp các sản phẩm phong hóa do dòngnước mang đi, có thể đến những khoảng cách rất xa rồi mới lắng đọng lại Ởnhững vùng cửa sôn, người ta gọi là trầm tích tam giác châu Những vùngđồng bằng của nước ta như ĐBSH, ĐBSCL là thuộc loại đất này

2.1.2 Quá trình hình thành và bồi tụ đất phù sa

Đất phù sa được hình thành từ : “Đá mẹ “, đá mẹ có ảnh hưởng rõ rệt đếnsự tạo thành đất đai, đến lý tính, hóa tính của đất Riêng đối với ĐPS thì vaitrò của đá mẹ lại không được thể hiện một cách rõ rệt mà lại phụ thuộc vàosự hình thành các bồi tích phù sa

Mặt khác còn dưới các điều kiện nhiệt độ, áp suất nhất định, các thông sốvề khí hậu, thời tiết, sự tham gia của các yếu tố sinh vật và con người…Quá trìnhphong hóa vật lý, hóa học và sinh học

Quá trình Sialite hóa – là quá trình hình thành ĐPS: thường xảy ra ở nhữngvùng trũng hay đồng bằng Ở đây có các quá trình bồi tụ phù sa Môi trường sinhthái đất được hình thành khá phức tạp Thành phần hữu sinh, vô sinh cũng nhưcác hạt vật chất thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào tác động của các yếu tố môitrường và vị trí xuất hiện chất hữu cơ trong tầng phẫu diện

Đất phù sa được hình thành trên cơ sở sự bồi lắng tầm tích bồi tụ qua mộtthời gian lâu dài, kết hợp với các yếu tố tự nhiên khác như thời tiết khí hậu, địahình,…tạo thành các dải ĐPS Do vậy, đất bồi tụ nhìn chung có lớp phủ dày; đồngbằng phù sa có lớp bồi tụ dày nhất có thể tới hàng trăm mét như ở trung tâm cácđồng bằng châu thổ Các đồng bằng ven biển Trung Bộ mỏng hơn, thung lũng vànhiều cánh đồng phù sa ở miền núi, cao nguyên cũng thường có lớp phủ dàymỏng và phân hóa rất phức tạp, mang tính địa phương rõ rệt Ngoài ra còn ảnhhưởng tới chất lượng đất đai lớp phủ thổ nhưỡng

Quá trình hoạt động của con người trên hướng thổ nhưỡng phần nào đãlàm cho đất đai bị biến đổi cả về cấu tượng và thành phần, tăng độ xốp của đấtlàm cho đất dễ bị xói mòn, rửa trôi theo dòng nước đổ vào sông suối của lưu vựcmang theo nhiều yếu tố hóa học có trong đất hòa tan vào nước làm đa dạng hóathành phần chất lượng nguồn nước Mặt khác các quá trình nội sinh (quá trìnhphong hóa, hóa học, mùn hóa …) xảy ra trong lớp phù sa thổ nhưỡng dưới tácđộng của các yếu tố nhiệt độ, đá mẹ, nước, thực vật, con người đã làm cho nước

bị rửa trôi thẩm lậu dưới tác động của dòng nước mang theo nhiều thành phầnkhác và hữu cơ bổ sung vào nguồn nước

2.1.3 Phân loại đất phù sa

Đất phù sa khác nhau về thành phần cơ giới và các đặc điểm vật lý, hóahọc, sinh học khác nhau, ngoài ra còn chịu ảnh hưởng của chế độ dòng chảysông ngòi, biển, chịu ảnh hưởng của thành phần đá mẹ ở thượng nguồn, ảnhhưởng của lớp cơ chất bên dưới và các quá trình xảy ra trong đất Do vậy, ĐPS

ở Việt Nam được phân loại như sau:

- Theo nguồn gốc: phân ra thành các loại ĐPS sông Hồng, ĐPS sôngCửu Long, ĐPS hệ thống sông khác, ĐPS trên nền cát, ĐPS ngòi suối;

- Theo thời gian hình thành người ta chia ĐPS cũ và mới ĐPS thườngchứa nhiều vật chất hữu cơ, có độ phì cao nên được sử dụng rộng rãi trongcanh tác nông nghiệp;

- Dựa vào độ phì nhiêu, là khả năng sản xuất của đất có thể chia thành 2đơn vị đất là ĐPS trung tính ít chua (bão hòa) và ĐPS chua (không bão hòa).Chiều dày các lớp phù sa có mức độ khác nhau từ vài chục centimet đến hàngchục met;

- Theo đặc điểm phát triển toàn diện đất chia thành: ĐPS được bồi hằngnăm, ĐPS không được bồi, ĐPS không glay, ĐPS glay yếu, ĐPS không đượcbồi glay trung bình mạnh, ĐPS có tầng loang lổ

- Theo điều tra, đánh giá tài nguyên đất đai theo phương phápFAO/UNESCO thì phân loại thành ĐPS trung tính ít chua, ĐPS chua, ĐPSglay, ĐPS mùn, ĐPS có tầng đốm rỉ;

- Theo viện nông hóa thổ nhưỡng, viện quy họach và thiết kế nôngnghiệp đã tổ chức điều tra trên quan điểm phân loại đất dựa trên chỉ tiêu kếtvon, đá mẹ, thành phần cơ giới, độ dốc địa hình, độ dày tầng đất mịn Thìphân loại ĐPS gồm ĐPS được bồi, ĐPS không được bồi, ĐPS glay, ĐPS cótầng loang lổ đỏ vàng, ĐPS úng nước, ĐPS ngòi suối

2.1.4 Phân bố

Tổng quỹ đất Việt Nam có tổng diện tích hơn 33 triệu ha, trong đó ĐPS có3.400.059 ha chiếm 10,27% diện tích cả nước, trong đó 2 tam giác châu códiện tích ĐPS lớn nhất là ĐBSH và ĐBSCL

- ĐBSH đã sử dụng 93% quỹ đất

- ĐBSCL đã sử dụng 82% quỹ đất

- Vùng Đông Nam Bộ còn khoảng 34% quỹ đất

- Tây Nguyên còn khoảng 76% quỹ đất

ĐPS ở Việt Nam được phân bố như sau:

+ ĐB sông Cửu Long: 28,9 %

+ ĐB sông Hồng: 17,4 %

+ Các vùng còn lại: 53,7 %

2.1.5 Đặc điểm và tính chất của đất phù sa Việt Nam

Nếu đánh giá chung về chất lượng đất, ngoài đặc tính xếp lớp, nướcngầm giàu K+, Ca2+, Mg2+, ít sắt, nhôm thì ở mỗi vùng cũng có những tính chấtđặc thù:

- Đất phù sa sông Cửu Long chứa lượng sét cao;

- Đất phù sa đồng bằng sông Hồng chứa nhiều limôn, ít sét, giàu Ca2+, Mg2+;

- Đất phù sa một số vùng ven biển miền Trung có thành phần cơ giới nhẹhơn, nghèo dinh dưỡng hơn

Nhìn chung ĐPS thường là loại ĐPS trung tính chiều dày lớp đất tươngđối đều, cỡ hạt cũng tương đối đều (vì phụ thuộc lưu tốc dòng chảy), những

lớp đất ở giai đọan đầu của quá trình lắng đọng thường rất rỗng, xốp, chứanhiều nước đến mức chảy nhão.

* Đất có một số tính chất sau: (đơn vị : meq/100g đất)

- Ca2+: 8,5 – 10,2

- Mg2+:1,7 – 2,3 ,

- Đạm dễ tiêu:1,8 – 2,5

- Lân dễ tiêu: 6,0 – 9,0

- Kali dễ tiêu: 16,1 – 46,5

- Mùn: 1,5 – 2,5

2.1.5.1 Thành phần cơ giới

- ĐPS có thành phần cơ giới từ trung bình đến nặng

- ĐPS trung tính ít chua: có thành phần cơ giới nhẹ, thịt pha cát mịn đếnthịt pha sét, tỷ lệ cấp hạt sét đạt 20-30%, cấp hạt thịt khoảng 30-40%,phần còn lại chủ yếu là cát mịn

- ĐPS giàu mùn: có thành phần cơ giới từ thịt trung bình đến nặng, tỷ lệcấp hạt sét thay đổi từ 32-52%, đất có biểu hiện tích tụ cấp hạt thịt mịn ởtầng chuyển tiếp AB

- Đất phèn (phù sa phèn): có thành phần cơ giới nặng, tỷ lệ các cấp hạttrong đất, tùy khu vực và tầng đất biến động trong khoảng 21-43% sét, 20-40% thịt và 30-4% cát

2.1.5.2 Về tính chất lý hóa học

- ĐPS trung bình ít chua: độ chua từ chua nhẹ đến chua ít trong đóđộ chua hoạt tính (pHH2O) khoảng 5,5-6%, độ chua trao đổi (pHKCl) khoảng5-5,5, độ chua tiềm tàng chỉ đạt 4-6 meq/100g đất cation kiềm tương đối

khá đặc biệt là Ca2+ (6-7 meq/100g sét) CEC và độ no bazơ vào loại trungbình (CEC 17-20 meq/100g sét hay 13-14 meq/100g đất, BS 38-56%).

- ĐPS giàu mùn từ chua vừa đến chua ít: trong đó ĐPS mùn ít chuacó (pHH2O) đạt 5,5-6, pHKCl 5-5,5, độ chua tiềm tàng chỉ đạt 4-7 meq/100gđất, ĐPS mùn glay có pHH2O 5,0-5,5, pHKCl 4,5-5, độ chua tiềm tàng đạt 8-

10 meq/100g đất Dung lượng trao đổi cation khá cao, đạt 20-24 meq/100gsét và khoảng 14-16 meq/100g đất Độ no bazơ (BS) có sự phân biệt rõgiữa 2 đơn vị đất phụ ở ĐPS mùn ít chua BS đạt 50-55%, ĐPS mùn glay

BS 40-45%

2.1.6 Đất phù sa vùng đồng bằng sông Cửu Long

Quá trình hình thành châu thổ là quá trình bồi tích cửa sông hay bồi tíchđầm lầy, biển và sự tái tạo nhờ hệ thống sông ngò, kênh rạch, sự biến đổi tựnhiên về cơ lý sinh hóa trong thời gian dài đã hình thành các loại đất chính:

- Nhóm Feralit Soilit: trên nền phù sa cổ phân bố trên các triền cao dọcbiên giới VN – Camphuchia, chiếm 37% diện tích

- Nhóm đất mặn các loại : chiếm 25% diện tích, phân bố dọc bờ biểnĐông và biển Tây từ Gò Công đến Hà Tiên

- Nhóm đất phèn các loại chiếm hơn 35% diện tích, phân bố ở trung tâmbán đảo Cà Mau, tứ giác Hà Tiên, vùng trũng Đồng Tháp Mười và rải rác vàinơi trên đồng bằng

- Đất giồng cát ven các cửa sông miền ven biển

- Đất than bùn có diện tích không lớn phân bố tập trung ở những vùngrừng lâu năm như Hà Tiên, rừng U Minh…

- Đất thềm núi trơ sỏi đá phân bố ở vùng Bảy Núi, Hà Tiên

- Và nhóm đất phù sa ngọt gồm phù sa được bồi và không được bồi hàngnăm chiếm hơn 30% diện tích phân bố dọc theo các triền sông Cửu Long từ bờphóng sâu vào chùng 10-15 km có thành phần cơ giới nhẹ đến trung bình, độphì thích nghi cao với lúa, cây công nghiệp ngắn ngày, cây ăn trái.

ĐPS phân bố dọc 2 bên bờ sông Tiền, sông Hậu là lớp phủ trầm tích nướcngọt trẻ nhất ở ĐBSCL được chia làm 4 loại đất chính:

- ĐPS được bồi nằm trên các dải đất thấp ven sông đang được bồi hàngnăm, đất có màu nâu tươi, là loại đất tốt nhất Diện tích 83,914 ha

- ĐPS không được bồi nằm trên các dải đất cao ven sông, màu nâu xám,diện tích 92,885 ha

- ĐPS không được bồi glây phân bố trên địa hình thấp, xa sông, bị đọngnước nhiều tháng trong năm, đất có mầu nâu đến xám đen, thành phần cơ giớisét, khi đất khô cứng chắc Diện tích 209,496 ha

- ĐPS không được bồi có tầng loang lổ đỏ vàng nằm trên địa hình hơi cao,

xa sông, tập trung ở khu vực Đông Nam của vùng Đất có màu xám nhạt haynâu xám nhạt, thành phần cơ giới nặng Diện tích 402,414 ha

ĐBSCL là vùng đất thấp, có độ cao trên dưới 2m so với mặt nướcbiển, nhìn chung các loại đất trong nhóm đất phù sa đều có thành phần cơ giớinặng, độ phì nhiêu cao, thích hợp có nhiều loại cấy trồng hiện có ở ĐBSCL;riêng ĐPS không được bồi có tầng loang lổ chua hơn các loại đất khác, Lântổng số từ trung bình đến nghèo

Lượng phù sa của ĐBSCL tương đối thấp nhưng hàm lượng phù sa lạicao nên có năng suất thứ cấp vô cùng to lớn

- Vùng ĐPS giữa châu thổ, phân ra các khu vực khác nhau như :

+ ĐPS ở ven sông Hậu và sông Tiền, thành phần cơ giới chủ yếu làlimông và cát, ít sét, lượng hữu cơ không nhiều (1-2%) đạm tổng số 0,08-0,1%, pH = 5,5-6,5

+ ĐPS sông bị ngập lụt nhiều: thành phần cơ giới chủ yếu là sét(>50%) và limông (30-40%), rất ít cát

+ ĐPS bị ngập lụt rất nhiều, phân bố ở các vùng thấp hơn

- Vùng ĐPS Tây châu thổ: đất phù sa có độ phì tiềm tàng cao hơn vùngkhác, phân ra các khu vực khác nhau như:

+ ĐPS ven sông hậu: thành phần cơ giới nặng (40-50% hạt sét) pH =4,5-5,5, nghèo cation kiềm thổ

+ ĐPS ven sông Tiền: tỷ lệ sét cao, lớp hữu cơ ở gần mặt đất, rấtnghèo lân

2.1.7 Một số cây trồng chính hiện nay trên đất phù sa

Địa phương nào có nhiều đất phù sa thì có nhiều thuận lợi giải quyết vấnđề lương thực, thực phẩm Không phải chỉ lúa, ngô, khoai, các loại rau pháttriển tốt mà các loại cây ăn quả quý hiếm cũng cho hiệu quả cao

- Cây công nghiệp: đậu phộng, đậu tương, bông vải, thuốc lá, cây đay vàđặc biệt là mía Đây là những cây trồng có khả năng cải tạo được đất

- Cây ăn quả: các loại cây đặc sản nổi tiếng cả nước như măng cụt, sầuriêng, bưởi đường, chôm chôm, nhãn, cam, quýt, chanh, xoài, ổi, chuối,…

- Cây lúa, hoa màu và rau: do nhu cầu của con người ở khu vực này về raurất cao nên người dân sử dụng rất nhiều phân bón, thuốc bảo vệ thực vật cùngvới vấn đề ô nhiễm KLN từ các khu công nghiệp làm cho đất ngày càng chaicứng, độ tơi xốp kém, tính thấm nước yếu nên rửa trôi và xói moon ngày càngmạnh hơn Ngoài ra, nguồn nước tưới cho rau và lúa cũng đang đứng trước

một tình huống nan giải đó là vấn đề ô nhiễm nguồn nước, đặc biệt là KLN –nên dễ xảy ra quá trình tích tụ ô nhiễm thông qua chuỗi thức ăn Chính vì thếviệc tìm ra giới hạn chịu đựng hay ảnh hưởng của lúa, rau đối với một số kimloại ô nhiễm chủ yếu là một vấn đề đặt ra hết sức cấp bách và cần thiết.

2.2 Tổng quan về kim loại nặng

2.2.1 Khái niệm

Thuật ngữ “kim loại nặng”(heavy metals) đã được công nhận và sử dụngrộng rãi, mặc dù không dễ dàng định nghĩa nó Thuật ngữ này được dùng đểchỉ tên nhóm các kim loại và á kim, nó gắn liền với sự ô nhiễm và tính độc,nhưng cũng có một số nguyên tố cần thiết cho cơ thể sinh vật khi ở nồng độthấp

“Kim loại độc” (Toxic metals) là thuật ngữ khác với thuật ngữ “kim loạinặng” để chỉ các nguyên tố không cần thiết, dễ gây kích ứng như Pb, Cd, Hg,

As, Tl, và U; nó không dùng để chỉ các nguyên tố thiết yếu cho cơ thể sinh vậtnhư Co, Cu, Mn, Se và Zn Sự phân loại kim loại độc dựa trên tỷ trọng nguyêntử (d> 6g/cm3) nhưng nó cũng bao gồm các nguyên tố không liên quan khác,song vẫn chưa rõ ràng vì các nghiên cứu liên quan còn rất hạn chế[10]

Kim loại nặng là kim loại có thể dẫn điện và dẫn nhiệt cao, dễ dát mỏng,uốn cong và kéo sợi Kim loại nặng là một trong những thành phần quan trọngđối với sự sống của sinh vật, nó luôn tồn tại một lượng thiết yếu trong các bộphận của cơ thể sinh vật Tuy nhiên nếu vượt quá giới hạn cho phép thì nó trởnên độc hại

2.2.2 Nhập lượng kim loại nặng vào môi trường

Đá mẹ là nguồn cung cấp đầu tiên các nguyên tố khoáng và có vai tròquan trọng trong việc tích lũy các kim loại nặng trong đất Trong những điềukiện xác định, tùy thuộc vào các loại đá mẹ khác nhau má các đất được hìnhthành có chứa hàm lượng khác nhau các kim loại nặng.

Bảng 1 : Hàm lượng trung bình một số KLN trong đá và trong đất (ppm)

Đá trầmtích

Vỏ phonghóa

Dao độngTrong đất

Trung bìnhtrong đấtCd

Hg

0,130,012

0,090,08

0,170,19

0,110,05

0,01 – 20,01 – 0,5

0,350,06

(Nguồn : Tack E Fergusson 1987)

Đã có nhiều bằng chứng chứng minh nguy hiểm độc hại của kim loại nặngtrong môi trường đất đến thực vật, động vật ăn thực vật và con người mà biểuhiện rõ là ảnh hưởng của Cd, Hg Nguồn gốc ô nhiễm của kim loại nặng chủyếu gây ra bởi các hoạt động của con người, các ảnh hưởng của các tập quánnông nghiệp hoặc từ khai thác mỏ và từ các hoạt động sản xuất công nghiệpngày càng trầm trọng

Trong các quá trình sản xuất con người đã làm tăng đáng kể các nguyên tốkim loại nặng trong đất Các loại thuốc bảo vệ thực vật thường có chứa cáckim loại nặng như As, Pb, Hg Các loại phân bón hóa học, đặc biệt là phânphotpho thường chứa nhiều As, Cd, Pb Các loại bùn nước thải thành phố cũnglà nguồn có chứa nhiều các kim loại nặng khác nhau như As, Cd, Bi, Hg, Sn

Các nguyên tố kim loại nặng tồn tại và luân chuyển trong tự nhiên thườngcó nguồn gốc từ chất thải của hầu hết các ngành sản xuất công nghiệp trựctiếp hoặc gián tiếp sử dụng kim loại nặng ấy trong quá trình công nghệ hoặctừ chất thải sinh hoạt của con người Sau khi phát tán vào môi trường dướidạng nói trên, chúng lưu chuyển trong tự nhiên bám dính vào các bề mặt, tíchlũy trong đất và gây ô nhiễm các nguồn nước sinh hoạt Đó là nguyên nhândẫn đến tình trạng ô nhiễm đất.

Hàm lượng KLN tổng số trong đất là kết quả của việc nhập lượng kim loạitừ nhiều nguồn khác nhau: đá mẹ, sự lắng đọng khí quyển, phân bón, hóa chấtnông nghiệp, các chất thải hữu cơ vá các chất ô nhiễm vô cơ khác…Điều nàyđược mô tả bằng công thức sau:

Mtổng = (Mp + Ma + Mf + Mac + Mow + Mip) – (Mcr + Ml)

Trong đó:

- M là KLN; p: vật liệu đá mẹ; a: sự lắng đọng khí quyển

- F: phân bón; ac: hóa chất nông nghiệp; ow: các chất thải hữu cơ

- Ip: các chất ô nhiễm vô cơ khác; cr: sự hấp thụ KLN bởi cây trồng

- l: ANG3

Bảng 2: Khả năng linh động của một số nguyên tố kim loại nặng trong đất[7]

Thấp Pb, As, Sb, Ti Pb, Bi, Sb, Ti Pb, Bi, Sb, Ti

Không

2.2.3 Sơ lược về các kim loại nặng Cd, Hg

a Cadmium (Cd)

Cadmium (Cd) thuộc nhóm (IIB), chu kỳ 5, có khối lượng nguyên tử trungbình bằng 112,411 (đvc) trong bảng hệ thống tuần hoàn, là một kim loại quýhiếm, được xếp thứ 67 trong thứ tự của nguyên tố dồi dào Cd là một kim loạirất độc, nó là sản phẩm của công nghiệp luyện kẽm và chì Cd là kim loại cómàu trắng dịu, ít khi tìm thấy ở dạng Cd2+ Nó dễ kéo dãn, dễ dát mỏng Tỷtrọng (so với nước): 8,65; nóng chảy ở 321oC, sôi ở 778oC

Cd không có chức năng về sinh học thiết yếu nhưng lại có tính độc hại caođối với thực vật và động vật Tuy nhiên dạng tồn lưu của Cd thường bắt gặptrong môi trường không gây độc cấp tính Theo Fassett (1980) thì nguy hạichính đối với sức khỏe con người từ Cd là sự tích tụ mãn tính của nó trongthận Nếu hàm lượng Cd trong thận lên đến 200mg/kg khối lượng tươi thì sẽgây rối loạn chức năng thận, giảm số lượng hồng cầu trong máu; suy yếu tủyxương; rối loạn chức năng trao đổi chất của Ca2+ gây ra chứng loãng sương,

gãy xương, giảm chiều cao cơ thể Cd có khả năng tấn công và lấn át vị trí của

Zn trong cấu trúc của enzyme Carboxypeptidase A và làm rối loạn chức năngtrao đổi chất[1]

Thức ăn là con đường chính để Cd đi vào cơ thể nhưng bên cạnh đó việchút thuốc lá và hơi khói có chứa nhiều CdO, cũng là nguồn quan trọng đưa Cdvào cơ thể Tổ chức Lương Nông Quốc Tế (FAO) và Tổ Chức Y Tế Thế Giới(WHO) đề nghị lượng Cd có thể chấp nhận được đứa vào cơ thể tối đa 40-500

g/tuần, tương đương khoảng 70 g/ngày Theo thống kê của Page,Bingham và Chang (1981), lượng Cd vào cơ thể trung bình trên thế giới hiệnnay khoảng từ 25-75  g/ngày Đây rõ ràng có vấn đề vì lượng Cd xâm nhậpvào cơ thể con người đang xấp xỉ ở ngưỡng trên tiêy chuẩn cho phép Chính vìvậy những người hút thuốc lá có thể thêm vào cơ thể một lượng Cd dư thừa từ20-35 gCd/ngày

Ô nhiễm môi trường do Cd đã và đang gia tăng nhanh trong những thậpniên gần nay là do hậu quả của việc phát triển công nghiệp ồ ạt và đặc biệt làviệc gia tăng sử dụng Cd trong công nghiệp Mặt khác do quá trình khai tháccác mỏ kim loại gia tăng và quá trình thải chất thải bừa bãi dẫn đến ô nhiễm

Cd trong môi trường là điều khó tránh khỏi

b Thủy ngân (Hg)

Người ta đã sử dụng thủy ngân các nay khoảng 3500 năm Ngày xưa,người La Mã đã sử dụng Hg để chế tạo chất màu đỏ của thần sa Các hợp chấtthủy ngân là những chất độc mạnh và nhiễm độc Hg đã được biết từ thế kỷXVI, nhất là ở những người dùng thuốc có Hg để điều trị bệnh giang mai

Thủy ngân là kim loại thể lỏng duy nhất ở 00C, màu trắng bạc, tỷ trọng13.6, M = 200,61 Trong thiên nhiên, Hg có trong các quặng sunfua với hàmlượng 0,1-4%, để trong không khí Hg bị xạm, đó là do thủy ngân bị oxy hóatạo thành oxit thủy ngân rất độc, ở dạng bột rất mịn, rất dễ xâm nhập cơ thể.

Trên thế giới, nhiễm độc thủy ngân khá phổ biến (sau chì và benzene), cảtrong sinh hoạt và trong sản xuất công nghiệp Bệnh nhiễm độc thủy ngânnghề nghiệp ở nước ta là một bệnh được bảo hiểm Việc tiếp xúc nghề nghiệpvới Hg và hợp chất Hg ngày càng nhiều, những phát hiện nhiễm độc Hg cònrất ít

Thủy ngân có thể tồn tại ở dạng linh động, không tan hoặc bay hơi(CH3)2Hg Trong đất kiềm (pH >= 7) Hg bị kết tủa ở dạng Hg(OH)2 Các dạnghợp chất thường gặp như: Hg – chất hữu cơ (RHgOH) Trong điều kiện khử Hgcó thể gặp ở dạng HgS

Các hợp chất thường gặp trong công nghiệp như: HgO, HgCl2, HgI2, Hg2I2,[(Hg(NO3)2.8H2O)], HgS, [(Hg(CN)2)], [Hg(CN)2], Neptal, Merurocrom

Trước đây một số hợp chất hữu cơ cũng được dùng làm hóa chất trừ dịchhại như trừ nấm (ví dụ để xử lý nấm thóc giống trước khi gieo hạt…) nhưng vìcác hóa chất đó gây nhiễm độc cho người dùng và lưu tồn lâu dài trong môitrường tự nhiên nay đã cấm sử dụng ở Việt Nam từ năm 1996

Thủy ngân là một trong số các nguyên tố độc chất cho con người và nhiềuđộng vật bậc cao Mặc dù Hg có tính độc dưới dạng ion, muối thủy ngân cótính độc cao với các sự nguy hiểm khác nhau Vài loại thủy ngân hữu cơ, đặcbiệt như Ankyl Hg thì được xem như rất độc đối với con người do ảnh hưởng

đến hệ thần kinh, nhất là metyl Hg có ảnh hưởng rất mạnh Tuy nhiên, việcnghiên cứu tính độc hại của Hg và các hợp chất của nó trong môi trường làmột vấn đề gần đây mới trở nên nổi cộm Trường hợp đầu tiên được bếit ởNhật Bản, trong suốt năm 1950, khi mà người dân một tỉnh nhỏ Miramata đã

bị ngộ độc khi ăn cá có chứa mức Hg metyl cao, hoặc là một vài trường hợpthú hoang dại bị ngộ độc khi ăn lá cây có chứa nhiều metyl Hg ở Đức 1948 -1965

2.2.4 Khả năng lan truyền ô nhiễm kim loại nặng

Khả năng lan truyền ô nhiễm là quá trình tích luỹ, phát tán các kim loạinặng trong đất và gây ô nhiễm trực tiếp đến đất, ảnh hưởng đến cây trồng vậtnuôi và con người khi ăn phải thức ăn bị nhiễm kim loại nặng

Khi các kim loại nặng xuất hiện trong đất thì khả năng lan truyền củachúng trong môi trường đất rất nhanh Nó có thể gây độc cho tất cả những gìxung quanh như: đất, nước, không khí, hệ sinh thái, động thực vật và conngười

Trong đất bị ô nhiễm các kim loại nặng (Cd, Hg) sẽ có ảnh hưởng rất lớnđến thực vật và cây trồng, thông qua dây chuyền thực phẩm sẽ lại tác độnglên sức khỏe con người và động vật Tùy theo từng chất mà nó có những tácđộng khác nhau đến các bộ phận của cơ thể

Phần lớn các kim loại nặng (Cd, Hg) được sâm nhập vào cơ thể qua đườnghô hấp, đường miệng, đường tiêu hóa, qua da… và được tích lũy ở phổi, thận,gan, tụy, tuyến giáp Sau đó chúng được loại thải qua kết tràng và thận Mộtphần nhỏ được thải qua da và nước bọt (đó là do cơ thể sinh vật có khả năng

bài tiết thải loại chất độc) Nhưng nếu tích tụ với một hàm lượng lớn trong cơthể thì có thể dẫn đến nhiều căn bệnh lạ, nếu nặng hơn có thể dẫn đến cáichết[3].

Tổng lượng kim loại có trong đất không phản ánh được các nguyên tốđược vận chuyển đến rễ, có khi nó chỉ là phần nhỏ cần thiết cho cây trồng.Mặt khác, hàm lượng KLN trong dung dịch đất thấp hơn hàm lượng mà câytrồng hấp thu, chính vì thế, một phần lớn các KLN có đặc tính sinh học đượctồn tại ở pha rắn

Tùy vào mức độ linh động của chúng và dung dịch đất mà các KLN có thểtồn tại ở bốn dạng khác nhau Hai dạng tồn tại đầu, kim loại ở dạng ion và cósẵn trong dung dịch, dạng thứ ba, mặc dù tồn tại ở pha rắn nhưng có thể đivào dung dịch khi cần thiết và trở nên có sẵn khi cây trồng sinh trưởng Ởdạng thứ tư, kim loại bị liên kết chặt với các hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ khácvà không có sẵn cho cây

Sự hấp thu hay tích lũy KLN cây trồng bị ảnh hưởng rất nhiều thông sốđất như: pH, Eh, hàm lượng chất hữu cơ, cân bằng dinh dưỡng, nồng độ củacác KLN khác trong đất cũng như độ ẩm và nhiệt độ[16]

2.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích lũy của kim loại nặng

Sự tích lũy KLN trong môi trường nông nghiệp rất biến động Có nhữngkim KLN theo thời gian nồng độ của chúng tăng lên (thông qua day chuyềnthực phẩm, sự tích tụ sinh học, phóng đại sinh học…), nhưng cũng có KLNnồng độ của chúng giảm dần theo thời gian Nếu nồng độ KLN đi vào môitrường lớn hơn sự mất đi thì dẫn đến hiện tượng tích lũy Tuy nhiên, sự tích lũynày phụ thuộc vào nhiều yếu tố Đó là bản cất của KLN, thành phần vật lý

của đất, pH của đất, nhiệt độ đất, độ mặn của nước, tuổi, giới tính vá các bộphận khác nhau của cây thì sự tích lũy cũng khác nhau.

2.2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính độc của kim loại nặng trong đất

Keo đất được cấu tạo bởi 4 lớp từ trong ra ngoài là: nhân, lớp ion quyếtđịnh thế thường là điện tích âm, lớp ion di chuyển mang điện tích trái dấu vớilớp ion quyết định thế và lớp ion có khả năng trao đổi điện tích với môi trườngbên ngoài Với cấu trúc này keo đất có khả năng hấp thụ, trao đổi ion giữa bềmặt của keo đất với dung dịch đất bao quanh nó Sự xâm nhập của độc chấtvào môi trường đất được thực hiện thông qua hoạt tính của keo đất và dungdịch đất

a Bản chất: bản chất của chất độc đối với loài sinh vật hay còn gọi là

tính “kỵ sinh vật” Tính độc của các chất này quyết định bởi cấu tạo vàhoạt tính của chúng

b Nồng độ và liều lượng: nồng độ và liều lượng của các độc chất có

tương quan thuận đối với tính độc Nồng độ và liều lượng càng cao thìcàng độc

c Nhiệt độ: nhiệt độ đất càng cao thì tính độc càng mạnh (trừ khi nó ở

điểm phân hủy của chất độc) Cũng như khi nhiệt độ đất quá cao có thểlàm phân hủy độc chất

d Ngưỡng chịu độc: các loài sinh vật khác nhau có ngưỡng chịu độc khác

nhau Sinh vật non trẻ thì mẫn cảm đối với chất độc, ngưỡng chịu độcthấp, sinh vật cao tuổi thì ngưỡng chịu độc cao, nhưng tuổi già lại chịuđộc kém Giới tính cũng ảnh hưởng đến ngưỡng chịu độc Giống cái vàphái nữ dễ mẫn cảm với chất độc hơn là phái nam và giống đực

e Những điều kiện khác của đất: chế độ nước, độ ẩm , độ chua trong

đất có ảnh hưởng đến sự cung cấp O2 để giải độc và phân bố lại nồngđộ của hơi độc Sự lan truyền ô nhiễm và đề ra kế hoạch cải tạo, bảotồn đất nông nghiệp gặp khó khăn trong quá trình tập trung chất ô

nhiễm nặng Có thể sử dụng vi sinh vật để phân giải một số độc chấtsinh ra từ các chất ô nhiễm có quy mô lớn gây ảnh hưởng đến các hoạtđộng trồng trọt Những chất độc không có thuốc đặc trị là nguyên nhânđể chất ô nhiễm hòa tan vào nước gây ra tình trạng lan rộng ô nhiễmthành các mảng ô nhiễm Màng tế bào tạo ra các mảng ô nhiễm hữu cơchứa các vi sinh vật hữu cơ Kết quả các màng này làm cho những chất

ô nhiễm tăng tính thấm qua màng Quá trình quang hợp ở 140 C của cáctế bào của tảo làm mất đi Kali trong tảo và vi khuẩn Sự phát triển củachất độc do ô nhiễm hữu cơ làm phá vỡ cân bằng sinh học và gây độclý hóa

2.2.7 Kim loại nặng trong mối quan hệ đất-cây trồng

2.2.7.1 Cây hấp thu kim loại nặng

Các nguyên tố trong dung dịch đất được chuyển từ các lỗ khí trong đấttới bề mặt rễ cây bằng hai con đường chính: sự khuếch tán và dòng chảykhối (Barber và cộng sự, 1963; Nye và Tinker, 1977)[10]Sự khuếch tánxảy ra nhằm chống lại sự gia tăng gradian nồng độ bình thường đối với rễcây bằng cách: hấp thu các kim loại nặng trong dung dịch đất tại bề mặttiếp giáp rễ cây – đất Dòng chảy khối được tạo ra do sự di chuyển củadung dịch đất tới bề mặt rễ cây như là kết quả của quá trình thở của lá Cảhai quá trình này xảy ra không đồng đều nhưng theo các tốc độ khác nhautùy thuộc vào nồng độ dung dịch đất Ngoại trừ trong trường hợp đất bị ônhiễm nặng thì dung dịch đất có thể chứa nồng độ cao các nguyên tố độcchất (Barber, 1994; Morel, 1985)[10] Trong những loại đất khác (ví dụ: đất

bị ô nhiễm, đất axit, đất đầm lầy), một lượng dư nồng độ kim loại nặng

trong dung dịch được lan truyền theo dòng chảy khối và chúng có khả năng

tích lũy tại bề mặt tiếp xúc rễ cây – đất (xem sơ đồ sau)

(Kim loại nặng)đất

a Kim loại nặng đi vào vùng tự do của rễ cây

Sự di chuyển của các ion kim loại không bị giới hạn tại bề mặt rễcây Tại vùng màng của tế bào có khả năng dễ dàng cho dung dịch xâmnhập (vùng tự do), tại đây các ion dương có thể khuếch tán tự do (khu vựcnước di chuyển tự do) hoặc bị bẫy vào những tế bào mang điện âm, ví dụtrên màng có gắn nhóm cacboxylic của các đơn vị polygalacturonic.(Marschner, 1986)[10], ion kim loại có khả năng tích lũy trong khu vực tự

do của rễ cây, một số bị bám dính chặt vào mặt tế bào rễ Chúng liên kết

mạnh với các nhóm axit cacboxylic theo thứ tự Pb > Cu > Cd > Zn (Morelvà cộng sự, 1985)[10],sự liên kết này đóng một vai trò quan trọng đối vớisự tích lũy các kim loại nặng trong rễ cây và gia tăng lượng hấp thu liêntục của kim loại nặng vào tế bào rễ Kim loại được vận chuyển vào khốihình cầu thân rễ, vùng rộng giữa rễ và đất xung quanh Mycorrhizae lànấm cộng sinh làm gia tăng một cách hiệu quả khu vực hấp thu của rễ vàcó thể trợ giúp việc nhập lượng các ion dinh dưỡng như orthophosphate vàcác nguyên tố vi lượng Cơ chế hấp thu có thể biến đổi với các ion khácnhau, nhưng những ion được hấp thu vào trong rễ bởi cùng một cơ chế sẽ

cạnh tranh với nhau (ví dụ: sự hấp thu của Zn được hạn chế bởi Cu và H+

nhưng không bị hạn chế bởi sắt và mangan)

b Kim loại nặng ở trong tế bào của rễ[10]

Các kim loại nặng bị hấp thu trong tế bào, có thể bị mất tính linhđộng hay tính độc trong tế bào chất, thông qua quá trình kết hợp tạo phứcvới các phân tử hữu cơ (acid vô cơ, aminoacid, phytochelation) (Stefens,1990; Rauser, 1990; Verkleij và Sehat, 1989) hoặc bị sa lắng xuống cáckhu vực giàu electron Phức chất tạo bởi các phân tử hợp chất hữu cơ là cơsở chiếm ưu thế có liên quan đến các kim loại nặng trong tế bào chất (vídụ: Cd, Co, Fe, Mn và Zn).(Weigel và Jager, 1980) cho biết, kim loại nặngcũng có thể được chuyển vào trạng thái tự do hoặc trong trạng thái phứcchất, đây là dạng làm cho kim loại nặng bị sa lắng ở trong tế bào rễ (chủyếu là liên kết với các acid hữu cơ citric, malic) (Wagner và Krotx, 1989)

Đối với nhiều loại cây, sự hiện diện của các ion độc chất KLN trong cáctế bào chất bao gồm sự tổng hợp protein có liên kết với KLN, ví dụ cácphytochelatin, chất đóng vai trò quan trọng khử độc tính KLN (Steffns,1990; Rauser, 1990) Những protein này có mặt ở trong tế bào chất vàkhôn gbào nơi có chứa các nhóm sulphydryl vá cacboxyl có khả năng tạochelat với kim loại

c Sự vận chuyển kim loại nặng đến các mầm chồi[16]

Các kim loại nặng ở trong tế bào chất có thể được chuyển từ tế bàonày sang tế bào khác thông qua con đường tổng hợp sẽ đi vào mao dẫn rễvà đưa tới các mầm non Sự di chuyển của các dung dịch trong mao dẫn rễ

là nguyên nhân gây ra các dòng thở (sự di chuyển khối, dòng chảy khối).

Các cation tự do có thể phản ứng với các nhóm mang điện âm của thành tếbào mao dẫn rễ, nay chính là lý do cản trở sự vận chuyển của kim loạinặng hay làm quá trình trao đổi bị chậm lại Ngoài ra, các nhóm tạo phức

giảm mức độ linh động của kim loại nặng và cho phép chúng chuyển vàocác mầm non Sự xuất hiện của các màng điện trái dấu với kim loại gópphần đẩy nhanh quá trình đưa độc chất kim loại vào mầm non.

d Sự tích lũy kim loại nặng trong các bộ phận cây [10]

Với sự góp mặt của kim loại trong cây làm biến đổi dị hóa các yếu tốgen (Cataldo và cộng sự, 1981: Sheppard và cộng sự, 1992) và sự mất linhđộng của kim loại trong rễ Kim loại nặng tích lũy trong rễ chiếm 80-90%tổng lượng kim loại hấp thu (Javis và cộng sự, 1976) Hầu hết các kim loạiđược tích lũy trong rễ cây đều ở trong gian bào và được liên kết vào cáchợp chất pectin và prôtein của thành tế bào Ngoài ra, một số loài cây cókhả năng tích lũy ở phần phía trên của cây (ví dụ: thuốc lá ≥ 80%Cd tronglá) (Mench và cộng sự, 1989)

Hình 2: Phân bố hàm lượng KLN trong các bộ phận cây

rễ thân lá vỏ hạt

2.2.7.2 Ảnh hưởng của kim loại nặng đến thực vật

Việc các ion kim loại đóng vai trò quan trọng về sinh học, trái ngượcvới các quan niệm cổ điển cho rằng hóa vô cơ là hóa học không có sự sống,và sự sống sẽ không tồn tại nếu không có hóa hữu cơ và hóa sinh Nghiêncứu gần nay cho thấy một cách nhìn rộng hơn: không có sự sống nào có thểtồn tại và phát triển được nếu không có sự tham gia của ion kim loại và hóavô cơ cũng có vai trò như hóa hữu cơ đối với sự sống Do trước nay các nhàhóa học vô cơ thiếu quan tâm đến sự sống của sinh vật, nên có sự nhìn nhậnhoàn toàn sai lệch về lĩnh vực hóa học của sự sống

Một nguyên tố được gọi là thiết yếu khi: (1) nguyên tố này đượcxác định là hiện diện thích hợp trong tất cả các mô sống bình thường củađộng vật Triệu chứng khô kiệt của cơ thể sinh vật được ghi nhận khi cácnguyên tố này giảm hoặc mất đi, triệu chứng này sẽ mất đi khi các nguyêntố này quay trở lại mô; sự thiếu hụt của các nguyên tố này trong cơ thể, sẽdẫn đến biến đổi hóa sinh không hoàn hảo (ở mức độ phân tử)

Một số KLN cần thiết cho cơ thể sinh vật như Zn trở nên độc hại khinguồn dưỡng chất quá thừa Zn Một KLN (có tỷ lệ nhỏ hơn 0.01% khốilượng cơ thể) là thiết yếu, khi không có kim loại đó thì sinh vật không thểsinh trưởng hay sống hết vòng đời của nó Tuy nhiên, cũng KLN đó trởnên độc hại khi nồng độ của nó vượt quá mức cần thiết của cơ thể

Các nghiên cứu liên quan đến độc tính của các KLN, đã đi đếnquan điểm chung là việc cung cấp không đủ các nguyên tố thiết yếu sẽ

dẫn đến tình trạng thiếu hụt, việc cung cấp vừa đủ sẽ tốt nhất nhưng cungcấp quá thừa sẽ gây ra độc hại và sau cùng là gây chết

Những quan điểm này được minh họa bằng hình 3 Sự cần thiết củakim loại nặng trên đường cong từ điểm khởi đầu với hàm lượng thiếu hụtđến hàm lượng tối ưu, mô tả bằng đường cong tuyến tính (nồng độ tăng thìtỷ lệ sinh trưởng tăng) Trong khoảng nồng độ tối ưu được mô tả bằngđoạn nằm ngang, dù nồng độ kim loại tích tụ tiếp tục gia tăng, nhưng quátrình phát triển của sinh vật vẫn diễn ra bình thường; khi tăng đếnmộtnồng độ nào đó thì khả năng sinh trưởng của sinh vật lại bắt đầu giảm gọilà khoảng nồng độ gây độc, mô tả đường cong với tốc độ lớn; đường congkết thúc tại nồng độ cuối cùng, đó gọi là nồng độ gây chết

Ngoài những kim loại nặng thiết yếu trên, một số kim loại khácchưa nhận thấy chức năng có lợi của nó trong quá trình sinh học, đều coinhư không thiết yếu, được mô tả bằng biểu đồ hình 3 Dù sự có mặt của nótrong cơ thể đến một nồng độ nhất định nào đó thì sinh vật vẫn còn khảnăng dung nạp được, nhưng nồng độ này tiếp tục tăng lên thì tỷ lệ sinhtrưởng của sinh vật giảm, gọi là khoảng nồng độ gây độc; biểu đồ cũngkết thúc tại một điểm đó là nồng độ gây chết

Hình 3: Kim loại thiết yếu và không thiết yếu

a Tác động có lợi

Các kim loại nặng được xem như là một nguyên tố vi lượng thiếtyếu cho sự phát triển bình thường của cây trồng hoặc động vật Người tabiết được 1/3 tổng số enzyme có chứa kim loại hoặc được 17 kim loại khácnhau hoạt hóa trong đó cũng có sự tham gia của KLN Cu, Zn, Pb, Hg, As,Cr

Các kim loại nặng được sử dụng như một loại phân vi lượng để bóncho cây trồng ở một lượng nhỏ vừa phải thì không những năng suất câytrồng tăng rõ rệt mà phẩm chất các sản phẩm nông nghiệp cũng được cảithiện đồng thời khắc phục được nhiều loại bệnh của cây trồng và gia súcnhư bệnh: thối củ cải đường, nhũn củ khoai tây, nhũn xương trâu bò…

Ngoài ra, các KLN này còn là tác nhân hoạt hóa không đặc thù củahàng loạt enzyme đã làm tăng hoạt tính xúc tác của mỗi thành phần đó lêngấp bội Chẳng hạn hoạt tình oxy hóa khử của các hợp chất đồng tăng gấphàng nghìn lần thậm chí gấp hàng vạn lần Cu ở trạng thái tự do trong mọikhâu của quá trình trao đổi nitơ là nhân tố chính cho sự sinh trưởng củacây trồng

b Tác động có hại

Các kim loại độc hại tồn tại trong đất có thể tồn tại ở nhiều dạngkhác nhau, hấp phụ, liên kết với các hợp chất vô cơ, hữu cơ hoặc tạo thànhcác phức hợp Nhiều nguyên tố kim loại nặng có ý nghĩa quan trọng trongđời sống sinh vật và được biết là nguyên tố vi lượng Nó có tác dụng sâusắc và nhiều mặt đối với quá trình quang hợp, điều hòa sinh trưởng Ngoài

ra, nó còn ảnh hưởng mạnh đến quá trình hấp thu nước, thoát hơi nước vàvận chuyển nước trong cây Nhưng khí có hàm lượng quá cao thường trởnên độc hại Khả năng độc hại của các kim loại nặng đối với sinh vật cũng

Bảng 3: Tính độc hại của các nguyên tố kim loại nặng đối với sinh vật[7]

Vi khuẩn khoáng hóa nitơ

Tảo

Nấm

Thực vật

Ag>Hg>Cu>Cd>Pb>Cr>Mn>Zn,Ni>SnHg>Cu>Cd>Fe>Cr>Zn>Ni>Co>MnAg>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>Pb>Co>ZnHg>Pb>Cu>Cd>Cr>Ni>Zn

(nguồn: Richardon và Nieboer, 1980)

Đối với đa số sinh vật đất, tính độc hại giảm dần theo thứ tự Hg >

Cd > Cu > Zn > Pb Dựa vào tính độc hại của kim loại nặng Ouxbury(1985) đã chia ra ba nhóm Nhóm có độc tính cao (Hg) nhóm có độctính trung bình (Cd) và nhóm có độc tính thấp hơn (Cu, Ni, Zn) Hàmlượng độc tố trong thực vật cao sẽ là nguyên nhân gây ra ngộ độc thựcphẩm KLN (Cd, Hg) Các chất độc này thường tập trung nhiều ở rễ

c Sự tương tác ô nhiễm KLN trong hệ thống đất – cây trồng

Hệ thống đất – cây trồng là một hệ thống mở, đối tượng chính làcác yếu tố đầu vào như các nhất gây ô nhiễm, phân bón, thuốc trừ sâu vàcác tàn dư thực vật có tích lũy KLN sau thu hoạch Toàn bộ quá trìnhchuyển hóa của KLN trong hệ thống đất – cây trồng được minh họa tronghình 4

Môi trường đất Cây trồng

Phát tán ra ngoài( ít)

bay hơi

Thân cây

Sự hấp thụ trên các

VSV Hấp thụ

Rễ

Môi trường Tích luỹ trong rễ

vùng rễ câySự đồng kết lắng Phức hợp

Fe, Mn, Al, oxide & với mùn

Hình 4: Ô nhiễm KLN vào môi trường đất và sự tương tác giữa

đất và cây qua môi trường rễ cây

Ô nhiễm kim loại nặng

Bó mạch trong thân

DD đất

Ảnh hưởng của các KLN đến quá trình cố định nitơ sinh học còn chưađược nghiên cứu nhiều Rother và cộng sự (1982)[3]đã cho thấy, Cd, Pb, Zncó ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme nitrozenaza trong quá trình cốđịnh nitơ sinh học Một số tác giả khác [10] cho rằng các KLN có ảnh hưởngtrước hết đối với các thực vật bậc cao như gây bệnh đốm lá làm giảm hoạtđộng của diệp lục và giảm các sản phẩm quang hợp Cuối cùng nó có ảnhhưởng đến quá trình cố định nitơ sinh học Việc xây dựng ngưỡng độc hạiđối với các KLN là rất khó khăn tùy thuộc vào mục đích sử dụng đất.

Những thí nghiệm về ảnh hưởng của Hg2+ trong một vùng thực vậtcao cho thấy Hg tồn tại trong những rễ cây gấp khoảng 20 lần với trongdung dịch Linberg và cộng sự (1993)[1]nghiên cứu về thực vật hấp thụ Hgtừ đất nông nghiệp gần mỏ Hg, đã tìm thấy có sự quan hệ Hg được chứađựng trong những rễ cây có quan hệ chặt với Hg trong lòng đất, Hg trongnhững thành phần thực vật trên mặt đất trên sự kiểm soát khác, có quan hệvới Hg bốc hơi từ lòng đất Trong những trường hợp khác, Hg tích lũy tronghạt ngũ cốc khoảng từ 3 – 10 lần thấp hơn trong rau Ngay cả ở mức rất thấpnó có thể giả thuyết rằng Hg từ không khí có thể gây ô nhiễm cho cây lươngthực

d Cơ chế gây độc của KLN trong môi trường đất

Độc chất từ môi trường xâm nhập vào cơ thể thực vật qua sự hấpthu của rễ khi lấy chất dinh dưỡng nuôi cây Giai đoạn đầu cây hấp thu,trao đổi chủ động đến khi cây cảm nhận ra chất độc, có phản ứng bằngcách hạn chế sự hấp thu Giai đoạn kế tiếp, chất độc nhập phá vỡ màng tếbào đi vào các cơ quan và dòng nhựa trong cây lên thân, lá – giai đoạnnày cây hấp thụ bị động Cũng có thể là sự xâm nhập đơn thuần từ nồngđộ cao trong dung dịch nuôi trồng vào cơ thể thực vật Cơ quan quan trọng

nhất hấp thu, tiếp xúc với độc tố là hệ rễ Khi rễ phát triển và hoạt độngthì khảo sát ảnh hưởng độc chất mới có ý nghĩa.

Cây non được trồng trong môi trường bất lợi sẽ kém phát triển, hạnchế khả năng sinh trưởng Nếu môi trường sống có nồng độ tác nhân caovượt quá ngưỡng chống chịu của cây, cây sẽ chết Nếu môi trường sống cótính tích lũy độc chất dần dần từ thấp đến cao thì gây biến động sinh lý cơthể để thích nghi với điều kiện biến động cơ thể gây nên như:

+ Rễ cây ít phát triển hoặc phát triển theo hướng khác ít chịu ảnhhưởng bởi độc chất;

+ Tăng cường khả năng chống chịu như tiết các acid, hóa chất trunghòa độc chất;

+ Tích lũy độc tố ở một bộ phận riêng biệt trong cơ thể để nuôi cácbộ phận khác Như tích lũy Al, Fe ở rễ cây vùng đất phèn, tích độc trongvùng mô thân, vỏ…;

+ Có khuynh hướng đào thải ra ngoài qua một con đường riêng biệthoặc;

+ Gây chết một số vùng phát triển ở lá, ngọn để hạn chế nhu cầudinh dưỡng khi cây hút vào nguyên tố độc

Chúng ta biết rằng, KLN được quan tâm nhiều ở chỗ chúng được sửdụng rộng rãi trong một số hoạt động công nghiệp trên hầu hết các quốcgia Mặt khác, chúng được coi là những yếu tố vi lượng cần thiết cho câytrồng và gia súc Tuy nhiên, chúng cũng được coi là chất ô nhiễm đến môitrường sinh thái nếu chúng tồn tại ở nồng độ vượt quá mức nhu cầu sử dụngcủa sinh vật Hiện nay, KLN trong đất đang được quan tâm đúng mức bởi sựphát triển của khoa học và vấn đề ô nhiễm môi trường đất đã được coitrọng

Các nguyên tố KLN thuộc nhóm vi lượng khi ở nồng độ thấp, vừaphải thì có tác dụng kích thích sự sinh trưởng và phát triển của thực vật.Tuy nhiên, một khi nó tồn tại ở nồng độ thấp hơn “nhu cầu sinh lý” hoặccao hơn “ngưỡng chịu độc” đều có ảnh hưởng lên sự sinh trưởng và pháttriển của cây.

2.2.8 Một số kết quả nghiên cứu có liên quan

2.2.8.1 Các kết quả nghiên cứu ngoài nước

Hiện nay, nhiều tác giả trên thế giới đã và đang nghiên cứu sâu hơnvề cơ chế sinh lý do tác động của độc chất KLN trên thực vật U.Avenhaus, U Ebben, V Glavac, R Mayer[13] đã nghiên cứu ảnh hưởngcủa KLN lên sự phát triển của rễ cây Nhóm tác giả đã sử dụng các hộpbốn lít bằng gốm để đặt rễ cây sống vào, thí nghiệm được cung cấp cácdưỡng chất cần thiết Thực vật khảo sát là cây dẻ gai và cây tùng Các rễcạn gần mặt đất thuộc hệ thống rễ của cây được đào lên cẩn thận, rửa bằngnước khử ion, nhuộm bằng metyl tím và cho vào trong các hộp rễ, cho pháttriển trong điều kiện có kiểm soát Mỗi một cây đều có hộp đối chứng –không thêm KLN Ở pH = 3.8, sau 2 – 5 tháng, nhóm tác giả lấy rễ ra khỏihộp, khảo sát phần mới mọc (không nhuộm) để xác định các chỉ tiêu: số rễ,chiều dài rễ, trọng lượng khô và so sánh trọng lượng rễ khô lúc bắt đầu thínghiệm Dùng trắc nghiệm Wilcoxon để xử lý từng cặp khác biệt Các tácgiả nhận thấy, ở nồng độ thấp (10  g/l), Cd có tác dụng kích thích rễ radài, nhưng ở nồng độ 500  g/kg đất, cả rễ cây dẻ gai và rễ cây tùng đều

bị ức chế Ở nồng độ 100  g Cd/l, chỉ có rễ cây tùng bị ứng chế nhẹ nhưngkhông có ý nghĩa về mặt thống kê