Ảnh hưởng của một số hợp chất kim loại nặng lên quá trình sinh trưởng và phát triển của cây rau muống

Các bệnh lây lan truyền nhiễm dịch tả, thương hàn… do vi sinh vật gây bệnh gây ra, thường những bệnh nguy hiểm như ung thư, quái thai, AIDS, các dị tật bẩm sinh ở trẻ em do các chất độc

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Môi trường xuất hiện cùng với sự hình thành trái đất Lúc đó môi trường mới

chỉ là môi trường vật lý Cho đến khi có sự sống xuất hiện thì môi trường sinh thái

được hình thành Thời kỳ đầu của sự phát triển trái đất, chất thải tự nhiên chưa có

mấy và chất thải nhân tạo thì hầu như chưa xuất hiện vì hoạt động của sự sống

sinh vật, kể cả con người còn rất ít Mặt khác, môi trường có khả năng tự làm sạch

nên mức độ đó coi như không đáng kể Theo thời gian, sự phát triển của sự sống

trên quả đất càng hoàn thiện và tăng cao thì chất thải càng nhiều do đó sự ô nhiễm

cũng ngày càng nhiều hơn

Ngày nay xã hội ngày càng phát triển, hiện tượng đô thị hoá, công nghiệp

hoá càng nhanh thì tỉ lệ chất thải độc hại từ các máy móc, sản xuất công nghiệp và

những ảnh hưởng bất lợi đối với môi trường ngày càng tăng nhanh do từ các hoạt

động của con người tác động vào nó Các bệnh lây lan truyền nhiễm (dịch tả,

thương hàn…) do vi sinh vật gây bệnh gây ra, thường những bệnh nguy hiểm như

ung thư, quái thai, AIDS, các dị tật bẩm sinh ở trẻ em do các chất độc hại trong

môi trường đã xuất hiện ngày càng nhiều ở khắp nơi trên thế giới mà nguyên nhân

có thể nghi cho các độc chất ion kim loại nặng Hoạt động của con người càng đa dạng thì chất thải và ô nhiễm càng phức

tạp, càng nhiều lên Ngày nay, việc chất thải không những được đổ ra và làm ô

nhiễm sông, biển mà còn được chôn xuống đất ngày càng phổ biến Mặt khác,

giữa môi trường nước, môi trường không khí cùng với môi trường đất có một sự

liên quan chặt chẽ với nhau, đặc biệt là giữa môi trường nước và môi trường đất

Nước ở trên mặt đất, nước ở trong lòng đất, nước và đất giao thoa nhau Vì vậy, ô

nhiễm một trong các môi trường thành phần, đặc biệt là một trong hai môi trường đất và nước sẽ làm ô nhiễm cả hai Sau đó, sẽ là các mối tương quan khác giữa môi trường không khí với đất Các chất ô nhiễm không khí khi lắng tụ sẽ rơi vào môi trường đất như mưa axit, bụi kim loại (Pb, Cu, …)

Ngày nay, Việt Nam đang là một nước nông nghiệp, người dân sống chủ yếu dựa vào các cây nông nghiệp, đặc biệt là cây lúa, các cây rau quả phục vụ cho bữa ăn hàng ngày Vì vậy việc khảo sát chi tiết vấn đề ảnh hưởng và khả năng tích luỹ các kim loại nặng trong các cây lương thực và các cây rau quả là một vấn đề đáng quan tâm

Hiện nay, một số các nghiên cứu của các chuyên gia nước ngoài cho thấy Pb2+,

Hg2+, Cd2+ là những chất ô nhiễm chính do hoạt động của con người tạo nên [8] Ngoài ra, chúng cũng là các nhân tố có ảnh hưởng trực tiếp làm giảm sinh khối vi sinh vật đất và trọng lượng khô của cây trồng [9] Theo M Barajas Aceves (1994) cho biết, cây họ đậu hút và tích lũy nhiều các nguyên tố kim loại nặng Tại nước ta cũng có một số hướng nghiên cứu của một số tác giả như:

+ Vũ Cao Thái và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của nước thải 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)

+ Lê Huy Bá và cộng sự (tháng 4/1994) cho thấy, ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất không chỉ là hấp thu trao đổi với keo đất mà chủ yếu liên kết với các axit humic, fulvic Ảnh hưởng của Cd2+ lên lúa mạnh hơn Pb2+

  Vì thời gian và kinh phí làm đề tài có hạn nên tôi chỉ thực hiện các nghiên

cứu xem xét “Ảnh hưởng của một số độc chất kim loại nặng (Cd2+, Hg2+) lên quá trình sinh trưởng và phát triển của cây rau muống trên khu vực đất đỏ bazan tỉnh

Lâm Đồng” Hy vọng rằng các kết quả nghiên cứu có thể làm căn cứ cho việc

định hướng phát triển trồng rau trên các vùng đất bị ô nhiễm, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường nông nghiệp và sức khoẻ cộng đồng

1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số độc chất kim loại nặng như Cd2+, Hg2+ lên quá trình sinh trưởng và phát tiển của cây rau muống trên khu vực đất đỏ bazan tỉnh Lâm Đồng với mục đích:

- Đánh giá, xác định sự ảnh hưởng của các độc chất kim loại nặng trong rau trên từng bộ phận (thân-lá, rễ) của cây rau muống trong từng giai đoạn phát triển và thu hoạch

- Xây dựng cơ sở khoa học cho các nghiên cứu về khả năng tích lũy của các độc chất kim loại nặng trong thực vật và giới hạn gây độc đối với thực vật khảo sát

- Xây dựng thêm cho bộ tiêu chuẩn về kim loại nặng trong đất đỏ sử dụng để trồng rau muống

- Các kết quả nghiên cứu làm căn cứ cho việc định hướng phát triển việc trồng rau trên các vùng đất bị ô nhiễm, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường nông nghiệp và sức khoẻ cộng đồng

1.3 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

- Việt Nam là một nước có nền khí hậu phù hợp cho việc sản xuất và phát triển nông nghiệp Điều đó cũng đồng thời cần phải có một chất lượng đất sạch, nguồn nước tưới sạch để phục vụ cho việc phát triển nông nghiệp

- Rau muống là nguồn cung cấp rau xanh chính cho các bữa ăn của người dân Việt Nam, nó ảnh hưởng lớn tới vấn đề sức khoẻ con người Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung Vì vậy nghiên cứu chất lượng rau muống bị ảnh hưởng bởi các độc chất kim loại nặng là một vần đề rất cần thiết

- Tiêu chuẩn về hàm lượng kim loại nặng trong đất của Việt Nam vẫn còn khá mới mẻ và chưa đầy đủ, hay 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 vào tiêu chuẩn của quốc tế, vẫn chưa có tiêu chuẩn độc hại cụ thể trong đất đối với các cây trồng nông nghiệp

1.4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu tổng quan về đất đỏ bazan, tổng quan về tình hình ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường

- Ảnh hưởng của kim loại nặng đối với quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật khảo sát như:

+ Ảnh hưởng của Cd2+, Hg2+ đến tỷ lệ nẩy mầm của cây rau muống

+ Ảnh hưởng của Cd2+, Hg2+ đến chiều cao cây rau muống trong quá trình sinh trưởng, phát triển và thời kỳ thu hoạch

+ Ảnh hưởng của Cd2+, Hg2+ đến chiều dài rễ cây rau muống ở thời kỳ thu hoạch +Ảnh hưởng của Cd2+, Hg2+ đến độ ẩm thân-lá và rễ của cây rau muống thời kỳ thu hoạch

+ Hàm lượng Cd2+, Hg2+ tích luỹ trong thân-lá và rễ của rau muống thời kỳ thu hoạch

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.5.1 Phương pháp luận

Môi trường là nền tảng của sự sống, của tất cả các sinh vật Người ta phân biệt

ba loại môi trường bao gồm môi trường trên cạn, môi trường nước (bao gồm môi trường nước mặn và môi trường nước ngọt), môi trường không khí Trong đó môi

ý nghĩa lớn trong việc cung cấp các chất dinh dưỡng và nước cho sinh vật

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

Để tìm ra giới hạn gây độc của các kim loại nặng trong môi trường đất, trước tiên chúng ta phải xem xét ảnh hưởng của các kim loại nặng này đến môi trường đất như thế nào Các đề tài nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của các kim loại nặng trong môi trường dung dịch có chứa các dung dịch gây nhiễm hay nuôi trồng trong cát nhưng có các dưỡng chất và ion độc cần thiết

các kim loại nặng có ảnh hưởng như thế nào trong quá trình sinh trưởng của thực vật Tuy nhiên, xét về khía cạnh thực tiễn thì các khảo sát đó có những mặt hạn chế nhất định vì cây trồng nông nghiệp không sống trong môi trường nước mà chủ yếu sống trong môi trường đất - đây là một hệ thống phức tạp hơn nhiều, bởi vì những tính chất của đất và các đặc trưng hoá học, lý học, sinh học biến đổi rất lớn giữa các hệ thống đất khác nhau Đất là một vật thể gồm chất rắn, chất lỏng (dung dịch đất) và chất khí Mối quan hệ giữa đất, không khí, nước ngầm, hệ sinh thái và con người là tương quan nhân quả mật thiết với nhau Bất cứ một sự thay đổi, biến động của một thành phần môi trường nào đó cũng kéo theo sự thay đổi, ảnh hưởng đến các thành phần môi trường khác - vì thế việc nghiên cứu ảnh hưởng của các kim loại nặng đến quá trình sinh trưởng của một số cây trồng nông nghiệp là cần phải được tiến hành Đây cũng là nội dung nghiên cứu chính của đồ án

Việc chọn đối tượng nghiên cứu là đất đỏ bazan tỉnh Lâm Đồng vì đất đỏ bazan là loại đấât có diện tích khá lớn ở nước ta, tâp trung nhiều ở vùng Tây Nguyên và Trung bộ nước ta Ở đây các hoạt động về công nghiệp còn ít, các tác động còn ít hơn so với các loại đất khác

Cây rau muống là cây sử dụng trong bữa ăn hàng ngày chủ yếu ở nước ta Các khu vực sử dụng cho đất nông nghiệp hiện nay đang bị thu hẹp và bị các chất thải

ô nhiễm xâm nhập vào nguồn nước tưới Cây rau muống lại là cây có khả năng tích lũy hàm lượng kim loại nặng rất cao [9] cả từ nguồn trong đất và trong không khí Đây là một vấn đề rất đáng quan tâm vì các kim loại nặng sẽ theo dây chuyền thực phẩm để tác động đến con người và sinh vật

Ngoài ra, tiêu chuẩn về hàm lượng kim loại nặng ở trong đất của Việt Nam vẫn chưa có 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 đánh giá tính phù hợp của các tiêu chuẩn này cũng là một vấn đề rất cần thiết Đây là nội dung quan trọng thứ hai của đồ án

1.5.2 Phương pháp cụ thể

Dựa trên các cơ sở tìm hiểu tổng quan về đất đỏ bazan, những ảnh hưởng của kim loại nặng lên thực vật khảo sát Tìm hiểu mô hình nghiên cứu, cách bố trí nghiên cứu từ đó lựa chọn phương pháp nghiên cứu phù hợp Tìm hiểu về các loại nghiên cứu và thí nghiệm về kim loại nặng của các sinh viên khoá trước, về mức độ ô nhiễm Cd2+ và Hg2+ ở trong một số vùng đất nông nghiệp ở Việt Nam nói chung và ở Thành Phố Hồø Chí Minh nói riêng, từ đó làm cơ sở để xác định liều lượng gây nhiễm

Phương pháp cụ thể:

- Đi thực địa vùng lấy mẫu đất, lấy đất và loại bỏ các tạp chất thô trong đất

- Khảo sát thành phần cơ giới trong đất, chất dinh dưỡng và nồng độ nền của các ion khảo sát cũng như các ion gây độc mạnh khác

- Xây dựng và bố trí mô hình thí nghiệm Tìm khoảng, ngưỡng nồng độ khảo sát và bước nhảy

- Pha chế dung dịch thí nghiệm, gây nhiễm nhân tạo Cd2+, Hg2+ trong đất khảo sát theo mức độ tăng dần trong các nghiệm thức, có mẫu làm đối chứng vào đất, ủ hạt, gieo trồng và bón phân

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ độc chất Cd2+, Hg2+ khảo sát đối với toàn bộ chu kỳ sinh trưởng và phát triển của cây rau muống (quan sát, đo đạc bằng cách theo dõi và ghi nhận ảnh hưởng của độc chất đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây rau muống như: sự nẩy mầm, xuất hiện lá thật, chiều cao cây và các ảnh hưởng bất lợi khác như: héo lá, vàng lá, sâu bệnh)

- Thu mẫu rau khi rau muống đến thời kỳ thu hoạch (30-32 ngày) Phân tích chỉ

Hình 1

Sơ đồ nghiên cứu của đề tài

Lựa chọn hạt giống

Xử lý hạt giống và ủ

Đất ngoài thực địa Đất có chất ô nhiễm

(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 độc chất khảo sát trong các bộ phận cây

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

cho phép

So sánh và nhận xét kết quả để

đưa ra mức độ gây hại

Xử lý đất và gây nhiễm thành những

nồng độ xác định trước

Đi thực địa vùng lấy đất trồng

Trồng Trồng 

1.6 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

- Đất đỏ Bazan lấy tại huyện Lâm Hà tỉnh Lâm Đồng

- Thực vật khảo sát: hạt giống cây rau muống đã được chọn lọc

- Độc chất Cd2+, Hg2+ được khảo sát trong rễ, thân-lá theo trọng lương khô và trong đất chưa được gây nhiễm

1.7 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

- Là nghiên cứu cơ bản trong thực tế xác định độc chất đối với cây rau muống là nguồn rau xanh chính của người Việt Nam

- Nhằm ngăn chặn việc dùng nước thải từ một số nguồn thải có nồng độ kim loại nặng cao tưới cho rau muống nói riêng và cây nông nghiệp nói chung

- Tìm hiểu và ngăn chặn việc trồng rau trên các đầm nước có nồng độ kim loại nặng cao, đảm bảo sức khoẻ cho người sử dụng rau

- Làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo, mở rộng nghiên cứu cho những loại cây nông nghiệp khác

- Xây dựng thêm bảng số liệu về nồng độ kim loại nặng đạt đến mức kích thích cũng như kìm hãm về sự phát triển của cây trồng

- Đề tài cũng là tài liệu tham khảo cho môn độc học môi trường, tham khảo về cách bố trí thí nghiệm trong nghiên cứu độc học

1.8 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Do đều kiện kinh phí còn hạn chế nên chỉ trồng và phân tích được hai lần vì vậy mà mức độ chính xác còn chưa tuyệt đối do còn có những sai số về tính toán và phân tích

1.9 PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

- Mở rộng để nghiên cứu với nhiều loại độc chất khác nhau như As, Pb… ở trên nhiều loại cây khác nhau đặc biệt là cây nông nghiệp như: cải, rau dền, mồng tơi, đậu, cà rốt, su hào… và các loại cây ăn lá, củ khác

- Mở rộng nghiên cứu đối với nhiều loại đất khác nhau như: đất xám, đất thịt, đất phèn…

- Xây dựng bộ tiêu chuẩn kim loại nặng trong môi trường đất

- Từ ngưỡng gây độc đối với thực vật khảo sát ta có thể đưa giới hạn cho phép của kim loại nặng đó vào trong đất

1.10 BỐ CỤC CỦA ĐỒ ÁN

Toàn bộ đồ án gồm 85 trang A4 đánh máy (không tính phần mục lục và phụ lục), gồm 28 bảng biểu, 10 biểu đồ ,12 đồ thị, 5 hình ảnh và 11 tài liệu tham khảo trong nước và nước ngoài

Đồ án được bố cục thành những chương sau:

ƒ Chương 1 : Mở đầu

ƒ Chương 2 : Cơ sở lý thuyết

ƒ Chương 3 : Phương pháp và vật liệu nghiên cứu

ƒ Chương 4 : Kết quả nghiên cứu và thảo luận

ƒ Chương 5 : Kết luận và kiến nghị

ƒ Phần tài liệu tham khảo

ƒ Phần phụ lục : Kết quả phân tích, một số hình ảnh minh họa làm thí nghiệm

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 TỔNG QUAN VỀ TỈNH LÂM ĐỒNG VÀ ĐẤT ĐỎ VÙNG TÂY NGUYÊN

2.1.1 Tổng quan vềø tỉnh Lâm Đồng

Tỉnh Lâm Đồng với diện tích tự nhiên là 9772Km2, dân số là 1.183.800 người (số liệu năm 2006), bao gồm 1 thành phố, 1 thị xã và 10 huyện Lâm Đồng nằm trên cao nguyên thứ ba và cao nhất của vùng Tây Nguyên, cao

nguyên Lâm Viên-Di Linh (cao 1500m so với mặt nước biển), 70% diện tích đất tự nhiên là núi rừng, phía bắc giáp tỉnh Đăk Lăk, Đăk Nông, phía đông giáp tỉnh Khánh Hoà, Ninh Thuận và Bình Thuận phía tây giáp tỉnh Bình Phước và Đồng Nai

- Khí hậu: Đà Lạt được mệnh danh là “thành phố của mùa xuân” Ở đây rất mát

mẻ, nhiệt độ trung bình cao nhất trong ngày là 24oC và nhiệt độ trung bình thấp

nhất trong ngày 15 C, lượng mưa trung bình hàng năm là 1.755mm Mùa khô từ tháng 12 đến tháng 3 năm sau Mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 11 Có nắng trong tất cả các mùa

- Tài nguyên: Lâm Đồng là tỉnh có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú và

đa dạng Một số loại khoáng sản có trữ lượng lớn và chất lượng tốt đủ điều kiện để khai thác với quy mô công nghiệp Nguồn nguyên liệu nông lâm phong phú về chủng loại, có thể tổ chức thành những vùng chuyên canh về quy mô lớn phục vụ cho công nghiệp chế biến Hệ thống sông, suối, hồ, đập… có tiềm năng lớn để phát triển hệ thống thuỷ điện từ quy mô nhỏ đến quy mô lớn, đủ khả năng đáp ứng nguồn năng lượng tại chỗ Tài nguyên Lâm Đồng rất thích hợp để phát triển các loại cây công nghiệp dài ngày như cà phê, chè, dâu tằm… và rau hoa Lâm Đồng đã hình thành nhiều vùng chuyên canh tập trung và là thị trường tiềm năng về nguyên liệu cho công nghiệp chế biến nông sản thực phẩm Lâm Đồng đứng đầu cả nước về sản xuất chè, rau hoa chất lượng cao, đứng thứ 2 cả nước về sản xuất cà phê, chiếm tỉ trọng cao về các sản phẩm như: dâu tằm tơ, hạt điều, bò thịt sữa, mía đường, dược liệu… về lâm sản thì Lâm Đồng có 617815 ha rừng với độ che phủ 63% diện tích toàn Tỉnh

- Thổ nhưỡng: về thổ nhưỡng thì mỗi năm tỉnh Lâm Đồng và các tỉnh thuộc

vùng Tây Nguyên bị xói mòn và rửa trôi ra biển hàng trăm triệu tấn Phá rừng để lấy đất canh tác là vấn đề nóng bỏng nhất ở đây Bình quân từ năm 1990 đến nay, mỗi năm vùng đất mất tới 15000 ha rừng

2.1.2 Tổng quan về vùng đất Tây Nguyên

Tây Nguyên có tổng diện tích tự nhiên là 5,4 triệu ha, là vùng có diện tích đất đang sử dụng chiếm tỷ lệ cao: 81,5%, đứng thứ 4 trong 7 vùng của nước ta Địa hình Tây Nguyên là một phức hợp núi, cao nguyên, trũng giữa và đồng bằng Tài nguyên đất ở đây rất đa dạng, đặc biệt có 1,3 triệu ha là đất đỏ bazan chiếm 24,07% tổng diện tích đất tự nhiên Nguồn đất đỏ bazan ở đây với hàm lượng chất hữu cơ, đạm, lân, kali… cao, phù hơp cho nhiều loại cây trồng, đặc biệt là cây công nghiệp lâu năm như cà phê, hồ tiêu, cao su, chè, dâu tằm, cây ăn quả Tuy vậy, nguồn tài nguyên quý giá này đang đứng trước thách thức lớn do sự gia tăng dân số quá nhanh dẫn tới khai thác đất bất hợp lý, thảm thực vật che phủ bề mặt suy giảm nhanh chóng Vì thế, bề mặt đất canh tác đang bị xói mòn, rửa trôi với tốc độ báo động Tổng kết nhiều điểm quan trắc trên các độ dốc và vùng đất khác nhau cũng cho thấy lượng dinh dưỡng trung bình hàng năm trên 1 ha đất sản xuất bị cuốn trôi rất lớn: 171 kg N, 19 kg P2O5, 3370,5 kg K2O, 1125 kg chất hưu cơ Tính

ra mỗi năm đất Tây Nguyên bị trôi xuống sông Mê Kông và sau đó đổ ra biển Đông tới hàng trăm triệu tấn Đây là lý do khiến cho đất canh tác bị bạc màu nhanh chóng

2.1.3 Tính chất đất đỏ bazan vùng Tây Nguyên

Đất đỏ bazan vùng Tây Nguyên là loại đất hình thành trên sản phẩm phong

hoá của đá bazan vùng Tây Nguyên, có diện tích 1,3 triệu ha chiếm 24,07% diện tích đất tự nhiên Đất bazan là loại đất có độ phì nhiêu cao ở vùng nhiệt đới, có khả năng thích nghi với việc trồng các loại cây công nghiệp dài ngày như cao su, cà phê, chè, hồ tiêu… loại đất này có kết cấu tốt, tơi xốp, thoáng khí, có bề dày

khá, tỷ lệ mùn cao, hàm lượng chất dinh dưỡng cao hơn so với nhiều loại đất khác Một số kết quả phân tích cho thấy rằng: đất có thành phần cơ giới từ thịt trung bình đến thịt nặng, phản ứng chua có pH khoảng 3,8-4,3, hàm lượng mùn tổng số thấp, hàm lượng đạm tổng số ở tầng mặt trung bình, hàm lượng lân, kali từ trung bình đến thấp

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 dụng rộng rãi,

mặc dù không dễ dàng định nghĩa nó Thuật ngữ này được dùng để chỉ 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 độ thấp

“ Kim loại độc” (Toxic metals) là thuật ngữ khác với thuật ngữ “kim loại nặng” để chỉ các nguyên tố không cần thiết, dễ gây kính ứng như Pb, Cd, Hg, As, Ti và U; nó không dùng để chỉ các nguyên tố thiết yếu cho cơ thể sinh vật như Co, Cu, Mn, Se và

Zn Sự phân loại kim loại độc dựa trên tỷ trọng nguyên tử (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 [11]

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 trọng đối với sự sống của sinh vật, nó luôn tồn tại một lượng thiết yếu trong các bộ phận của cơ thể sinh vật Tuy nhiên nếu vượt quá giới hạn cho phép thì nó trở nên độc hại

2.2.2 Nguồn gốc của các kim loại nặng trong đất

Đá mẹ là nguồn cung cấp đầu tiên các nguyên tố khoáng và có vai trò quan trọng

Đá axit (Granite)

Đá trầmtích

Vỏ phong hóa

Dao động trongđất

Trung bình trong đất

Cd

Hg

Pb

0,13 0,012

3

0,09 0,08

24

0,17 0,19

19

0,11 0,05

14

0,01 – 2 0,01 – 0,5 0,2 – 0,5

0,35 0,06

19

(Nguồn: Tack E Fergusson 1987)

Đã có nhiều bằng chứng chứng minh nguy hiểm độc hại của kim loại nặng trong môi trường đất đến thực vật, động vật ăn thực vật và con người mà biểu hiện rõ là ảnh hưởng của Pb, Cd, Hg Nguồn gốc ô nhiễm của kim loại nặng chủ yếu gây ra bởi các hoạt động của con người, các ảnh hưởng của các tập quán nông nghiệp hoặc từ khai thác mỏ và từ sản xuất công nghiệp sử dụng đạn chì của thợ săn và sự phóng

thích chì của xe ô tô ngày càng trầm trọng

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

Các nguyên tố kim loại nặng tồn tại và luân chuyển trong tự nhiên thường có nguồn gốc từ chất thải của hầu hết các ngành sản xuất công nghiệp trực tiếp hoặc gián tiếp sử dụng kim loại nặng trong quá trình công nghệ hoặc từ các chất thải sinh hoạt của con người Sau khi phát tán vào môi trường dưới dạng nói trên, chúng lưu chuyển

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

Thuỷ ngân là kim loại thể lỏng duy nhất ở 0oC, màu trắng bạc, tỷ trọng 13,6, M = 200,61 Trong thiên nhiên, Hg có trong các quặng sunfua với hàm lượng 0,1 - 4%, để trong không khí Hg bị xạm đi, đó là do thủy ngân bị oxy hoá tạo thành oxit thủy ngân rất độc, ở dạng bột rất mịn, rất dễ xâm nhập cơ thể

Trên thế giới, nhiễm độc thuỷ ngân khá phổ biến (sau chì và benzen), cả trong

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

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

Thuỷ ngân là một trong số các nguyên tố độc chất cho con người và nhiều động vật bậc cao Mặc dù Hg có tính độc dưới dạng ion, muối thuỷ ngân có tính độc cao với các sự nguy hiểm khác nhau Vài loại thuỷ ngân hữu cơ, đặc biệt như Ankyl Hg thì được xem như rất độc đối với con người do ảnh hưởng đến hệ thần kinh, đặc biệt là metyl Hg có ảnh hưởng rất mạnh Tuy nhiên, việc nghiên cứu tính độc hại của Hg và các hợp chất của nó trong môi trường là một vấn đề gần đây mới trở nên nổi cộm Trường hợp đầu tiên được biết ở Nhật 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 hợp thú hoang dại bị ngộ độc khi ăn lá cây có chứa nhiều metyl Hg ở Đức 1948 – 1965

2.2.4 Tổng quan về độc chất Cadmium (Cd)

Cadmium (Cd) thuộc nhóm (IIB), chu kỳ 5, có khối lượng nguyên tử trung bình

bằng 112,411 (đvc) trong bảng hệ thống tuần hoàn, là một kim loại quý hiếm, được

xếp thứ 67 trong thứ tự của nguyên tố dồi dào Cd là một kim loại rất độc, nó là sản phẩm của công nghiệp luyện kẽm và chì Cd là một kim loại màu trắng dịu, ít khi tìm thấy ở dạng Cd2+ Nó dễ kéo dãn, dễ dát mỏng Tỷ trọng (so với nước) là 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 cao đối với thực vật và động vật Tuy nhiên dạng tồn lưu của Cd thường bắt gặp trong môi trường không gây độc cấp tính Theo Fassett (1980) thì nguy hại chính đối với sức khoẻ con người từ Cd là sự tích tụ mãn tính của nó trong thận Nếu hàm lượng Cd trong thận lên đến 200 mg/kg khối lượng tươi thì sẽ gây rối loạn chức năng thận, giảm số lượng hồng cầu trong máu, suy yếu tủy xương, rối loạn chứng năng trao đổi chất của Cd2+ gây ra chứng loãng xương, gẫy xương, giảm chiều cao cơ thể (nguyên nhân của căn bệnh Itai-Itai tại Nhật, 1947) Cd có khả năng tấn công và lấn át vị trí của Zn trong cấu trúc của enzyme Carboxypeptidase A và làm rối loạn chứng năng trao đổi chất [1]

Thức ăn là con đường chính để Cd đi vào cơ thể nhưng bên cạnh đó việc hút thuốc lá và hơi khói có chứa nhiều CdO, cũng là nguồn quan trọng đưa Cd vào 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 đưa vào cơ thể tối đa 400 -500 μg/tuần, tương đương khoảng 70 μg/ngày Theo thống kê của Page, Bingham và Chang (1981), lượng Cd vào cơ thể trung bình trên thế giới hiện nay khoảng từ 25–75 μg/ngày Đây rõ ràng có vấn đề vì lượng Cd xâm nhập vào cơ thể con người đang xấp xỉ ở ngưỡng trên tiêu chuẩn cho phép Chính vì vậy những người hút thuốc lá có thể thêm vào cơ thể một lượng Cd dư thừa từ 20-35 μg Cd/ngày

Ô nhiễm môi trường do Cd2+ đã và đang gia tăng nhanh trong những thập niên gần đây là do hậu quả của việc phát triển công nghiệp ồ ạt và đặc biệt là việc gia tăng sử

dụng Cd trong công nghiệp Mặt khác do quá trình khai thác các 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

2.3 QUÁ TRÌNH SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA THỰC VẬT KHẢO SÁT TRONG TỰ NHIÊN

Hiện nay, chưa có đề tài nào nghiên cứu quá trình sinh trưởng và phát triển của cây rau muống Sau đây chỉ giới thiệu sơ lược về loại cây này

Cây rau muống: sinh trưởng mạnh thích hợp canh tác ở nhiều vùng Có hai loại rau muống: rau muống nước và rau muống hạt Lá dài, hẹp, màu xanh trung bình, thân trơn láng Cây sinh trưởng sau 23-25 ngày có thể thu hoạch Có nhiều loại rau muống khác nhau và cũng có nhiều phương pháp trồng và canh tác khác nhau

- Trồng rau muống hạt

Làm đất nhỏ, làm luống rộng từ 1-1,2m, gieo hạt theo hàng, khoảng cách hàng là 15x15cm Sau khi gieo tưới nước giữ ẩm

Lượng hạt gieo: 1,5kg/100m2

Bón thúc bằng nước phân lợn pha loãng hoặc đạm 0.5-0.7kg/100m2

Nếu chăm sóc tốt thì sau 20-25 ngày cho thu hoạch đợt đầu

- Trồng rau muống dây

+ Trồng trong ruộng cạn hoặc trong vườn dùng giống rau muống trắng

+ Trồng ruộng nước dùng giống rau muống đỏ

Làm nước kỹ, để nước xăm xắp mặt ruộng, cấy khoảng cách 15x15cm, mỗi khóm 2-3 ngọn

Chăm sóc: luôn giữ nước sâu 5-10cm, sau khi cấy 15-20 ngày cho thu hoạch

2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA KIM LOẠI NẶNG ĐỐI VỚI THỰC VẬT

2.4.1 Độc chất kim loại nặng trong mối quan hệ với đất- cây trồng

2.4.1.1 Cây hấp thu kim loại nặng

Các nguyên tố trong dung dịch đất được chuyển từ các lỗ khí trong đất tới bề mặt rễ cây bằng hai con đường chính: sự khuếch tán và dòng chảy khối (Barber và cộng sự, 1963; Nye và Tinker, 1977) [8] Sự khuếch tán xảy ra nhằm chống lại sự gia tăng gradien nồng độ bình thường đối với rễ cây bằng cách: hấp thu các kim loại nặng trong dung dịch đất tại bề mặt tiếp giáp rễ cây – đất Dòng chảy khối được tạo ra do sự di chuyển của dung dịch đất tới bề mặt rễ cây như là kết quả của quá trình “thở” của lá Cả hai quá trình này xảy ra không đồng đều nhưng theo các tốc độ khác nhau tuỳ thuộc vào nồng độ dung dịch đất Ngoại trừ trong trường hợp đất bị ô nhiễm nặng thì dung dịch đất có thể chứa nồng độ cao các nguyên tố độc chất (Barber,1994; Morel,1985) [8] Trong những loại đất khác (ví dụ: đất bị ô nhiễm, đất acid, 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)

Đất    1) khuếch tán

Dung dịch 2) di chuyển khối

2.4.1.2 Quá trình xâm nhập độc chất kim loại nặng vào trong cây trồng

Quá trình xâm nhập độc chất kim loại nặng vào trong cây trồng gồm có 4 giai đoạn:

_Độc chất 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 rễ cây Tại vùng

màng của các tế bào có khả năng dễ dàng cho dung dịch xâm nhập hay còn gọi là vùng tự do, tại đây các ion dương có thể khuếch tán tự do (khu vực nước di chuyển tự do) hoặc bị bẫy vào những tế bào mang điện âm, ví dụ trên màng có gắn nhóm cacboxylic của các đơn vị polygalacturonic (Marschner, 1986) [8], 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 (Morel và cộng sự, 1985) [8], sự liên kết này đóng một vai trò quan trọng đối với sự tích lũy các kim loại nặng trong rễ cây và gia tăng lượng hấp thu liên tục của kim loại nặng vào tế bào rễ Kim loại được vận chuyển vào khối hình cầu thân rễ

(rhizosphere) – vùng rộng khoảng 1-2 mm giữa rễ và đất xung quanh Mycorrhizae là

nấm cộng sinh làm gia tăng một cách hiệu quả khu vực hấp thu của rễ và có thể trợ giúp việc nhập lượng các ion dinh dưỡng như orthophosphate và các nguyên tố vi lượng Cơ chế hấp thu có thể biến đổi với các ion khác nhau, 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)

- Độc chất kim loại nặng ở trong tế bào của rễ [9]

Các độc chất kim loại nặng bị hấp thu trong tế bào, có thể bị mất tính linh động hay tính độc trong tế bào chất, thông qua quá trình kết hợp tạo phức với các phân tử hữu cơ (axid vô cơ, aminoacid, phytochelation) (Stefens, 1990; Rauser, 1990;

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

- Sự vận chuyển độc chất kim loại nặng đến các mầm chồi [9]

Các kim loại ở trong tế bào chất có thể được chuyển từ tế bào này sang tế bào

khác thông qua con đường tổng hợp sẽ đi vào mao dẫn rễ và đưa tới các mầm cây 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 tế bào mao dẫn rễ, đây chính là lý do cản trở sự vận chuyển của kim loại nặng hay làm quá trình trao đổi bị chậm lại Ngoài ra, các nhóm tạo phức với kim loại tự do như các acid hữu cơ, aminoacid trong mao dẫn rễ sẽ làm giảm mức độ linh động của kim loại nặng và cho phép chúng chuyển vào các mầm non Sự xuất hiện của các màng điện trái dấu với kim loại góp phần đẩy nhanh quá trình đưa độc chất kim loại vào mầm non

- Sự tích luỹ kim loại nặng trong các bộ phận của cây trồng [9]

Với sự góp mặt của kim loại trong cây trồng làm biến đổi dị hoá các yếu tố gen (Catoldo và cộng sự, 1981: Sheppard và cộng sự, 1992) và sự mất linh động của kim loại trong rễ Kim loại nặng chiếm trong rễ 80-90% tổng lượng kim loại hấp thu (javis và cộng sự, 1976) Hầu hết các kim loại được tích lũy trong rễ cây đều ở trong gian bào và được liên kết vào các hợp chất pectin và prôtein của thành tế bào Ngoài ra, một số loài cây có khả năng tích lũy ở phần phía trên của cây (ví dụ: thuốc lá ≥ 80%

Cd trong lá) (Mench và cộng sự, 1989)

Phân bố hàm lượng KLN trong các bộ phận của cây (%)

84.2

7.8 2

1.5 4.5

rễ thân lá vỏ hạt

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

2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tích luỹ kim loại nặng

Sự tích lũy độc chất trong môi trường nông nghiệp rất biến động Có những kim loại nặng theo thời gian nồng độ của chúng tăng lên (thông qua dây truyền thực phẩm, sự tích tụ sinh học, phóng đại sinh học, ), nhưng cũng có kim loại nặng nồng độ của chúng giảm dần theo thời gian Nếu nồng độ kim loại nặng đi vào môi trường lớn hơn sự mất đi thì dẫn đến hiện tượng tích lũy Tuy nhiên, sự tích lũy này phụ thuộc vào nhiều yếu tố Đó là: bản chất của kim loại nặng, thành phần vật lý của đất, pH của

đất, nhiệt độ đất, độ mặn của nước, tuổi, giới tính và các bộ phận khác nhau của cây thì sự tích lũy cũng khác nhau

Hình 3: Sơ đồ sự chuyển hóa của Cd 2+ [10]

2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính độc của độc chất Cadmium trong đất

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

Cd2+ tự do

trong cơ thể

Trao đổi với Zn2+

trong enzyme

Liên kết tạo thành metal-tionin Thận

1% dự trữ trong thận và các bộ phận khác99% đào thải 

Rối loạn chức

năng thận

Thiếu máu

Tăng huyết áp

Phá hủy xương

Ung thư Tác hại

Cd2+

2.4.3.1 Bản chất

Bản chất của chất độc đối với loài sinh vật hay còn gọi là tính “kị sinh vật” Tính độc của các chất này quyết định bởi cấu tạo và hoạt tính của chúng

2.4.3.2 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 thì càng độc

2.4.3.3 Nhiệt độ

Nhiệt độ đất càng cao thì tính độc càng mạnh (trừ khi nó ở điểm phân huỷ của chất độc) Cũng như khi có nhiệt độ đất quá cao có thể làm phân hủy độc chất

2.4.3.4 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 chiïu độc thấp, sinh vật cao tuổi thì ngưỡng chịu độc cao, nhưng tuổi già lại chịu độc kém Giới tính cũng ảnh hưởng đến ngưỡng chịu độc Giống cái và phái nữ dễ mẫn cảm với chất độc hơn là phái nam và giống đực

2.3.4.5 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 nồng độ của hơi độc Sự lan truyền ô nhiễm và đề ra kế hoạch cải tạo, bảo tồn 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 chất sinh ra từ các chất ô nhiễm có quy mô lớn gây ảnh hưởng đến các hoạt động trồng trọt Những chất độc không có thuốc đặc trị là nguyên nhân để chất ô nhiễm hoà tan vào nước gây ra tình trạng lan rộng ô nhiễm thành các mảng ô nhiễm Màng tế bào tạo ra các mảng ô nhiễm hữu cơ chứa 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 14 oC của các tế bào của tảo

làm mất đi Kali trong tảo và vi khuẩn Sự phát triển của chất độc do ô nhiễm hữu cơ làm phá vỡ cân bằng sinh học và gây độc lý hoá

2.4 4 Ảnh hưởng của độc chất đến thực vật

Các ion kim loại đóng vai trò quan trọng về sinh học, trái ngược với các quan niệm cổ điển cho rằng hoá vô cơ là hoá học không có sự sống, và sự sống sẽ không tồn tại nếu không có hoá hữu cơ và hoá sinh Nghiên cứu gần đây cho thấy một cách nhìn rộng hơn đó là không có sự sống nào có thể tồn tại và phát triển được nếu không có sư ïtham gia của ion kim loại, và hoá vô cơ cũng có vai trò như hoá hữu cơ đối với sự sống Do trước đây các nhà hoá học vô cơ thiếu quan tâm đến sự sống của sinh vật, nên có sự nhìn nhận hoàn toàn sai lệch về lĩnh vực hoá học của sự sống

Một nguyên tố được gọi là thiết yếu khi: nguyên tố này được xác định là hiện diện

thích hợp trong tất cả các mô sống bình thường của động vật Triệu chứng khô kiệt của cơ thể sinh vật được ghi nhận khi các nguyên tố này giảm hoặc mất đi, triệu chứng này sẽ mất đi khi các nguyên tố này quay trở lại trong mô Sự thiếu hụt của các nguyên tố này trong cơ thể, sẽ dẫn đến biến đổi hoá sinh không hoàn hảo (ở mức độ phân tử).[9]

Các cuộc nghiên cứu liên quan đến độc tính của các kim loại nặng, đã đi đến quan 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 cung cấp quá thừa sẽ gây ra độc hại và sau cùng là gây chết

Sự cần thiết của kim loại nặng trên đường cong từ điểm khởi đầu với hàm lượng thiếu hụt đến hàm lượng tối ưu, mô tả bằng đường cong tuyến tính (nồng độ tăng thì tỷ lệ sinh trưởng tăng) Trong khoảng nồng độ tối ưu được mô tả bằng đoạn nằm ngang, dù nồng độ kim loại tích tụ tiếp tục gia tăng, nhưng quá trình phát triển của sinh vật

vẫn diễn ra bình thường; khi tăng đến một nồng độ nào đó thì khả năng sinh trưởng của sinh vật lại bắt đầu giảm gọi là khoảng nồng độ gây độc, mô tả đường cong với tốc độ lớn, đường cong kết thúc tại nồng độ cuối cùng, đó gọi là nồng độ gây chết Những quan điểm này được minh họa bằng hình 4.A

Một số kim loại nặng dù sự có mặt của nó trong cơ thể đến một nồng độ nhất định nào đó thì vi sinh vật vẫn còn khả năng dung nạp được, nhưng nồng độ này tiếp tục tăng lên thì tỷ lệ sinh trưởng của sinh vật giảm, gọi là khoảng nồng độ gây độc; biểu đồ cũng kết thúc tại một điểm đó là nồng độ gây chết Những quan điểm này được minh họa bằng hình 4.B

2.4.4.1 Ảnh hưởng có lợi

Các kim loại nặng được xem như là một nguyên tố vi lượng thiết yếu cho sự phát triển bình thường của cây trồng hoặc động vật và con người Người ta biết được 1/3 tổng số enzyme có chứa kim loại hoặc được 17 kim loại khác nhau hoạt hoá trong đó cũng có sự tham gia của kim loaị nặng Cu, Zn, Pb, Hg, As, Cr

Các kim loại nặng được sử dụng như một loại phân vi lượng để bón cho cây trồng

ở một lượng nhỏ vừa phải thì không những năng suất cây trồng tăng rõ rệt mà phẩm chất các sản phẩm nông nghiệp cũng được cải thiện đồng thời khắc phục được nhiều

Hình 4: Kim loại thiết yếu và không thiết yếu

g Thiếu hụt Thích hợp Gây chết

Nồng độ kim loại

A)Thiết yếu

Nồng độ kim loại

2.4.4.2 Tác động có hại của kim loại nặng đối với cây trồng

Các kim loại độc hại có thể tồn tại trong đất ở nhiều dạng khác nhau, hấp phụ, liên kết với các hợp chất vô cơ, hữu cơ hoặc tạo thành các chất phức hợp Nhiều nguyên tố kim loại nặng có ý nghĩa quan trọng trong đời sống của sinh vật và được biết là nguyên tố vi lượng Nó có tác dụng sâu sắc và nhiều mặt đối với quá trình quang hợp, điều hoà sinh trưởng Ngoài ra, nó còn ảnh hưởng mạnh đến quá trình hấp thu nước, thoát hơi nước và vận chuyển nước trong cây Nhưng khi có hàm lượng quá cao thường trở nên độc hại Khả năng độc hại của các kim loại nặng đối với sinh vật cũng

khác nhau

Bảng 3: Tính độc hại của các nguyên tố kim loại nặng đối với sinh vật [2]

Vi khuẩn khoáng hoá nitơ(N-

Bảng 3 cho thấy đối với các vi khuẩn hoá khoáng nitơ và nấm thì tính độc của Cd nhỏ hơn so với Ag, Hg, Cu và cao hơn so với Pb, Cr, Mn, Zn… Còn đối với tảo thì Cd chỉ kém độc so với Hg và Cu, và độc hơn Fe, Cr, Mn,… Còn đối với thực vật bậc cao thì Cd lại ít độc hơn Hg, Pb, Cu và cao hơn Cr, Ni, Zn Như vậy nhìn chung tính độc của Cd kém hơn Hg và Ag nhưng lớn hơn của Pb, Ni, Cr, …

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 độc tính trung bình (Cd) và nhóm có độc tính thấp hơn (Cu, Ni, Zn) Hàm lượng độc tố trong thực vật cao sẽ là nguyên nhân gây ra ngộ độc thực phẩm kim loại nặng (Cd, Pb, Hg) Các chất độc này thường tập trung nhiều ở rễ

2.4.4.3 Sự tương tác ô nhiễm kim loại nặng trong hệ thống đất – cây trồng

Hệ thống đất-cây trồng là một hệ thống mở, đối tượng chính là các yếu tố đầu vào như các chất gây ô nhiễm, phân bón, thuốc trừ sâu và các tàn dư thực vật có tích lũy kim loại nặng sau thu hoạch Toàn bộ quá trình chuyển hoá của kim loại nặng trong hệ thống đất - cây trồng được minh họa trong hình 5

Môi trường đất Phân tán ra ngoài(ít) Cây trồng

Mất do bay hơi

Cành lá 

Thân cây 

Hạt

Bó mạnh trong thân

DD Đất

Sự hấp thu

trên các chất

hữu cơ khoáng

Sự kết đồng lắng

Fe, Mn, Al,

oxide, & Carbon

Rửa trôi

Phức hợp với bùn

Sinh khối(VSV)

Môi trường vùng rễ

Hấp thụ

Rễ

Tích luỹ trong rễ

Bề mặt tiếp xúc của rễ

Ônhiễm kim loại nặng

Phân bón, thuốc trừ sâu bệnh, chất thải rắn Chất thải do ô nhiễm không khí

Bùn cống rãnh,

nước thải

Hình 5: Ô nhiễm KLN vào môi trường đất và sự tương

tác giữa đất và cây qua môi trường rễ cây [4]

Khi trong đất tích tụ các kim loại nặng (Cd, Hg) với nồng độ quá lớn (vượt quá sức chống chịu của cây), cây sẽ chết Nếu môi trường sống có tích lũy độc chất dần dần từ thấp đến cao thì cây biến đổi sinh lý cơ thể để thích nghi dần với điều kiện bất lợi gây nên

Ảnh hưởng của các kim loại nặng đến quá trình cố định nitơ sinh học còn chưa được nghiên cứu nhiều Rother và cộng sự (1982) [8] đã cho thấy, Cd, Pb, Zn có ảnh hưởng đến hoạt động của enzim nitrozenaza trong quá trình cố định nitơ sinh học Một số tác giả khác cho rằng các kim loại nặng có ảnh hưởng trước hết đối với các thực vật bậc cao như gây bệnh đốm lá làm giảm hoạt động của diệp lục và giảm các

sản phẩm quang hợp Cuối cùng nó có ảnh hưởng đến quá trình cố định nitơ sinh học

Việc xây dựng ngưỡng độc hại đối với các kim loại nặng là rất khó khăn tuỳ thuộc vào

mục đích sử dụng đất

2.4.4.4 Cơ chế gây độc của kim loại nặng trong môi trường đất

Độc chất từ môi trường xâm nhập vào vào cơ thể thực vật qua sự hấp thu 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 bằng cách hạn chế sự hấp thu Giai đoạn kế tiếp, chất độc nhập phá vỡ màng tế bào đi vào các cơ quan và dòng nhựa trong cây lên thân, lá – giai đoạn này cây hấp thụ bị động Cũng có thể là sự xâm nhập đơn thuần từ nồng độ 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 động thì khảo sát ảnh hưởng độc chất mới có ý nghĩa

Cây non được trồng trong môi trường bất lợi sẽ kém phát triển, hạn chế khả năng sinh trưởng Nếu môi trường sống có nồng độ tác nhân cao vượt quá ngưỡng chống chịu của cây, cây sẽ chết Nếu môi trường sống có tính tích lũy độc chất dần dần từ

+ Có khuynh hướng đào thải ra ngoài qua một con đường riêng biệt hoặc gây chết một số vùng phát triển ở lá, ngọn để hạn chế nhu cầu dinh dưỡng khi cây hút vào nguyên tố độc

Chúng ta biết rằng, độc chất được quan tâm nhiều ở chỗ chúng được sử dụng rộng rãi trong một số hoạt động công nghiệp trên hầu hết các quốc gia Mặt khác, chúng được coi là những yếu tố vi lượng cần thiết cho cây trồng và gia súc Tuy nhiên, chúng cũng được coi là chất ô nhiễm đến môi trường sinh thái nếu chúng tồn tại ở nồng độ

vượt quá mức nhu cầu sử dụng của sinh vật Hiện nay, kim loại nặng trong đất đang

được quan tâm đúng mức bởi sự phát triển của khoa học và vấn đề ô nhiễm môi trường đất đã được coi trọng

2.4.4.5 Cơ chế chịu đựng của thực vật đối với độc chất

Ta biết rằng trong thực tế thì độc tố từ môi trường xâm nhập vào cơ thể thực vật qua sự hấp thu của rễ khi lấy chất dinh dưỡng nuôi cây Thông thường kim loại nặng mang tính độc nên những loài thực vật có khả năng tích tụ kim loại nặng phải có hệ thống giới hạn sự hấp thụ và phân bố kim loại

- Hấp thu có chọn lọc các ion

- Giảm tính thấm của màng nhầy và thay đổi chức năng màng nhầy tế bào để chống lại độc chất tế bào

- Có khả năng cố định các độc chất dạng ion trong rễ, trong lá, trong hạt

- Có khả năng chuyển đổi tính chất độc tố bởi quá trình lắng tụ trong các phản ứng hay kết tủa với các độc chất kim loại nặng

- Thay đổi phương thức trao đổi chất, tăng hoạt tính hệ thống enzym để giảm thiểu quá trình độc hay bởi sự chuyển hóa và hạn chế độc chất kim loại nặng

- Làm giảm bớt sự tập trung của các ion kim loại độc bằng cơ chế đặc biệt của các cành lá hay rụng bớt lá, hay bởi dẫn truyền và sự bài tiết của rễ

- Tính thích ứng là kiểu đặc trưng của mỗi thực vật với những kim loại nặng khác nhau Tuy vậy, nó không vượt khỏi mức giới hạn nhất định

- Nhiều loài sinh vật đã được phát hiện có tính chịu được độc kim loại nặng

- Về khả năng nhạy cảm của thực vật với kim loại nặng ở mức độ nào đó là vi lượng tối cần thiết, nhưng vượt quá mức độ cho phép ngay lập tức trở thành độc chất

Gây độc trực tiếp, cấp tính

Chuyển hóa

Xâm nhập

MT bên trong

MT bên ngoài Nguồn

Tích lũy độc chất độc tố

Sinh vật

Gây độc mãn tính

Chuyển hoáĐào thải Độc chất & độc tố 

Hình 6: Chu trình tương tác giữa các độc chất và độc tố với cơ thể sinh vật [1]

Chương 3

PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU

3.1 Vị trí địa lý và vi khí hậu khu vực tiến hành thí nghiệm

Huyện Hóc Môn thuộc Thành Phố Hồ Chí Minh được hình thành với 11 xã và

1 thị trấn, tổng diện tích tự nhiên là 109,18 km2, dân số là 254598 người (tính đến

C)

Nhiệt độ trung bình thấp (o

C)

Lượng mưa trung bình (mm

Ngày mưa trung bình (mm)

- Cheâ ñoô möa

Löôïng möa trung bình haøng naím tái thaønh phoâ Hoă Chí Minh laø 1931 mm ñöôïc ghi nhaôn cao nhaât laø 2047,7 mm (naím 1990) vaø thaâp nhaât laø 1654,3 (naím 1985) Möa chụ yeâu taôp trung vaøo caùc thaùng 5, 6, 7, 8, 9, 10 vaø 11 haøng naím, chieâm töø 65% - 95% toơng löôïng möa rôi cạ naím Löôïng möa trong thaùng cao nhaât laø 537,9

mm (thaùng 9 naím 1990) trong khi töø thaùng 12 ñeân thaùng 4 cụa naím sau möa raât ít, coù thaùng haău nhö khođng möa

- Löôïng boâc hôi

Löôïng boâc hôi trung bình tái thaønh phoâ Hoă Chí Minh laø 1169,4 mm cao nhaât laø 1223,3 mm (naím 1990) vaø nhoû nhaât laø 1136 mm (naím 1989) Thođng thöôøng thì löôïng boâc hôi ôû caùc thaùng muøa khođ cao töø 104,4 – 146,8 mm trong khi ôû caùc thaùng muøa möa löôïng boâc hôi thaâp töø 64,9 – 88,4 mm Noùi chung löôïng boâc hôi trung bình laø 97,4 mm/thaùng

- Ñoô aơm

Ñoô aơm trung bình tái thaønh phoâ Hoă Chí Minh töø naím 1988 – 1990 laø 78%, trong ñoù naím 1988 coù ñoô aơm cao nhaât laø 86% vaø naím 1990 coù ñoô aơm thaâp nhaât laø 40% Ñoô aơm trung bình laø 78%, ôû caùc thaùng muøa möa ñoô aơm cao töø 82 – 85% vaø ôû caùc thaùng muøa khođ ñoô aơm thaâp nhaât töø 70 – 76%

- Nhieôt ñoô

Nhieôt ñoô tái thaønh phoâ Hoă Chí Minh cao nhaât laø 34,60C (thaùng 4 naím 2006) vaø thaâp nhaât laø 21.10C (thaùng 1/2006) Qua bạng thoẫng keđ tređn cho thaây thaønh phoâ Hoă Chí Minh laø vuøng coù nhieôt ñoô ođn hoøa

- Bức xạ mặt trời

Thành phố Hồ Chí Minh ở vào vĩ độ thấp, vị trí mặt trời luôn cao và ít thay đổi qua các tháng trong năm, do vậy chế độ bức xạ rất phong phú và ổn định Tổng lượng bức xạ/năm đạt từ 14,5 – 15,2 Kcal/cm2, tháng có bức xạ cao nhất là tháng 3 (15,69 Kcal/cm2) trong khi các tháng mùa mưa có lượng bức xạ thấp nhất (11,37 Kcal/cm2 )

Lượng bức xạ trung bình ban ngày đạt 417 Kcal/cm2 Số giờ nắng trung bình/năm là 2488 giờ, cao nhất là 12,4 giờ/ngày và thấp nhất vào tháng 7, 8, 9 và

10 (trung bình 5,5 giờ/ngày)

- Gió

Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng có 3 hướng gió chính là Đông Nam, Tây Nam và Tây lần lượt xen kẽ nhau từ tháng 5–10, trong đó không có cái nào chiếm ưu thế Tốc độ gió dao động từ 2,1- 3,6 m/s (gió Tây) và 2,4- 3,7 m/s (gió Đông)

3.2 Đối Tượng Và Vật Liệu Nghiên Cứu

3.2.1 Đất nghiên cứu

Đất được lấy trong điều kiện trời mát không nắng, mưa phùn nhẹ, mẫu đất được lấy tại huyện Lâm Hà, tỉnh Lâm Đồng Mẫu được chọn tương đối ổn định, lấy tại nhiều địa điểm khác nhau, không có hiện tượng đào bới sâu để xây dựng nhà cửa, đường sá, hay các công trình thuỷ lợi, ít chịu ảnh hưởng của chất thải công nghiệp và các chất thải sinh hoạt Đất được lấy ở những nơi không tù đọng các chất thải, nơi bằng phẳng, ở khu vực này đất thường trồng các cây công nghiệp như cà phê Tổng số lượng đất lấy khoảng 800kg và được đựng trong bao tải hai

lớp Mẫu đất lấy về được phơi khô không khí trong vòng 5 ngày sau đó dùng rây 4mm tự tạo để loại bỏ các tạp chất trong đất, sau khi loại bỏ các tạp chất thì đất được trộn đều tất cả với nhau Lấy khoảng 2kg cho vào túi plastic đi phân tích các thông số kim loại nặng và lấy khoảng 2kg khác cho vào túi plastic lên phòng thí nghiệm phân tích các chỉ tiêu cần thiết như: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, tổng Fe, Al3+,

P2O5 Phần còn lại xử lý gây nhiễm bằng hoá chất theo từng nồng đôï cho sẵn để trồng cây thí nghiêm

3.2.2 Xử lý và phân tích đất trong phòng thí nghiệm

Đất đã được phơi khô không khí, loại bỏ các tạp chất trong đất bằng rây 4mm, trộn đều mẫu đất sau đó tiếp tục dùng rây 2mm để loại bỏ phần thô của đất Đất này dùng để phân tích các thành phần cơ giới, dinh dưỡng và hoá lý của đất

- Xác định loại đất (sử dụng phương pháp ngoài đồng ruộng)

Lấy một ít mẫu đất đem trộn với nước một lượng vừa đủ, rồi dùng hai bàn tay

se thành sợi dài khoảng 6-7 cm, mẫu đất được trộn với nước không quá khô hay quá ướt, sau đó uốn thành vòng Qua thực nghiệm xác định đựơc đất là đất đỏ bazan chua nhẹ, thành phần cơ giới là đất thịt nhẹ, có độ xốp cao

- Xác định độ ẩm của đất

Sấy cốc thủy tinh ở 1050C đến khối lượng không đổi, sau đó cho vào bình hút ẩm Cân chính xác khối lượng cốc (W1) Cho vào cốc chính xác 10g đất, cân lại cốc được W2. Cho vào tủ sấy ở 105-1100C trong khoảng 3h Rồi lấy ra cho vào bình hút ẩm Cân và sấy tới khi sau 2 lần cân không vượt quá 3mg thì dừng (W3) Cuối cùng ta tính được độ ẩm tương đối (% lượng nước trong đất) là 5.3% Hệ số khô kiệt k = 1.025

- Xác định pH đất

Tiến hành xác định 2 loại độ chua của đất theo hướng dẫn của sổ tay phân tích

[7], độ chua trao đổi và độ chua tiềm tàng sử dụng máy pHmeter của hãng HACH để đo dung dịch nước và dung dịch KCl (1N) đã khuấy trộn với đất và qua lọc Xác định được:

pHhiện tại = pHnước = 4.58

pHKCl = pHtrao đổi =4.36

- Xác định hàm lượng kim loại nặng trong đất nền

Mẫu được phân tích tại Trung tâm Công Nghệ Và Quản Lý Môi Trường & Tài Nguyên Phân tích bằng máy quang phổ hấp thu nguyên tử (AAS) Kết quả phân

tích như sau:

Bảng 4: hàm lượng KLN trong đất nền đất đỏ bazan Tỉnh Lâm Đồng

Ký hiệu mẫu Chỉ tiêu phân tích

3.2.3 Đánh giá chất lượng đất

Qua các kết quả phân tích trên phòng thí nghiệm, tập hợp thành bảng các giá trị để đánh giá chất lượng đất sử dụng cho thí nghiệm:

Bảng 5: Hàm lượng các chất trong đất nền khảo sát (đất đỏ bazan tỉnh Lâm Đồng)

Stt Chỉ tiêu phân tích Giá trị Nhận xét

1 pHnướùc 4,58

Đất có độ chua tiềm tàng lớn

10 Cd (μg/kg đất) 99,13

11 Hg (μg/kg đất) 2222,59

Đất chứa hàm lượng Hg cao

3.2.4 Xử lý mẫu đất sử dụng cho thí nghiệm

- Xử lý thô

Đất lấy từ thực địa về được phơi khô trong không khí trong vòng 5 ngày Dùng que gỗ đập nhỏ Sau đó sàng qua rây 4mm tự tạo để loại bỏ các tạp chất trong đất, đất qua rây được cho vào túi plastic bên ngoài là bao tải, sau đó cân vào mỗi rổ 2kg đất để tiến hành thí nghiệm

- Gây nhiễm đất

  Dung dịch gây nhiễm được pha từ hoá chất tinh khiết dạng bột, củ thể là:

+ Dung dịch gây nhiễm Cd2+được pha từ muối CdSO4 8/3H2O theo nồng độ thích hợp 0,01ppm, 0,1ppm, 10 ppm, 1000 ppm Sau đó sử dụng dung dịch này như dung dịch “mẹ” để pha cho các dung dịch “con” khác