Nghiên cứu sử dụng cây sậy và cây cỏ linh lăng để cải tạo đất ô nhiễm bởi một số kim loại nặng tại khu vực khai thác quặng sắt xã Nậm Búng, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TRẦN THỊ THẢO NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÂY SẬY VÀ CÂY CỎ LINH LĂNG ĐỂ CẢI TẠO ĐẤT Ô NHIỄM BỞI MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TẠI KHU VỰC KHAI THÁC QUẶNG SẮT XÃ NẬM BÚNG, HUYỆN VĂN CHẤN, TỈNH YÊN BÁI NGÀNH: Khoa học môi trƣờng MÃ SỐ: 60.44.03.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Đàm Xuân Vận THÁI NGUYÊN, 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ giảng viên hướng dẫn là PGS.TS Đàm Xuân Vận. Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng, cũng như kết quả luận văn của mình. Tác giả luận văn Trần Thị Thảo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy, cô trong khoa Tài Nguyên và Môi trường, trường Đại học Nông lâm Thái nguyên đã quan tâm giúp đỡ chỉ bảo tận tình trong quá trình thực hiện đề tài. Nhờ đó tôi đã tiếp thu được nhiều ý kiến đóng góp và nhận xét qúy báu của thầy cô thông qua các buổi bảo vệ đề cương và báo cáo tiến độ thực hiện. Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Đàm Xuân Vận đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn, quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình công tác cũng như thực hiện luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc đến gia đình đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành tốt mọi công việc trong quá trình thực hiện luận án. Bên cạnh đó, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn của mình tới bạn bè và đồng nghiệp, luôn quan tâm, chia sẻ, động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Mặc dù đã rất cố gắng trong quá trình thực hiện nhưng luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả mong nhận được sự góp ý của quý thầy, cô và bạn bè. Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014 Tác giả Trần Thị Thảo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất 4 1.1.1. Khái niệm ô nhiễm kim loại nặng 4 1.1.2. Sự tồn tại và chuyển hóa kim loại nặng trong đất 4 1.1.3. Đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản 7 1.1.4. Tiêu chuẩn đánh giá đất ô nhiễm kim loại nặng 8 1.1.5. Một số phương pháp truyền thống xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng 10 1. 2. Biện pháp sử dụng thực vật xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng 11 1.2.1. Khái quát về công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm 11 1.2.2. Cơ chế sinh học của thực vật xử lý kim loại nặng trong đất 13 1.2.3. Ưu - nhược điểm và triển vọng của công nghệ xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng bằng thực vật. 15 1.2.4. Tiêu chuẩn loài thực vật được sử dụng để xử lý kim loại nặng trong đất 19 1.2.5. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ KLN của thực vật 19 1.2.6. Các phương pháp xử lý sinh khối thực vật sau khi tích lũy chất ô nhiễm 20 1.2.7. Một số kết quả nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng bằng thực vật trên thế giới và Việt Nam 21 1.3. Tổng quan về cây sậy và những ứng dụng trong BVMT đất 25 1.3.1. Giới thiệu về cây sậy 25 1.3.2. Đặc điểm hình thái 25 1.3.3. Đặc điểm sinh thái cây sậy 26 1.3.4. Ứng dụng của cây sậy trong cải tạo môi trường 28 2.4.2. Đặc điểm của cây cỏ Linh lăng 30 2.4.3. Tiềm năng ứng dụng của cỏ Linh lăng trong bảo vệ môi trường 33 Chƣơng 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 34 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu. 34 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu 34 2.2. Nội dung nghiên cứu 34 2.3. Phương pháp nghiên cứu và chỉ tiêu theo dõi 34 2.3.1. Phương pháp nghiên cứu 34 2.3.2. Các chỉ tiêu theo dõi 39 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 40 3.1. Khái quát mỏ khai thác khoáng sản tại xã Nậm Búng huyện Văn Chấn tỉnh Yên Bái 40 3.2. Nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây sậy và cây cỏ linh lăng để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản tại xã Nậm Búng, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái 43 3.2.1. Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của cây sậy và cây cỏ linh lăng trên đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai thác khoáng sản 43 3.2.2. Khả năng hấp thu kim loại nặng của cây sậy và cây cỏ linh lăng trong thân lá và rễ 48 3.2.3. Đánh giá khả năng xử lý hàm lượng KLN trong đất của cây sậy và cây cỏ linh lăng 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 1. Kết luận 73 2. Kiến nghị 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường BVMT : Bảo vệ môi trường CEC : Dung tích trao đổi cation của đất Cation exchange capacity) Cs : Cộng sự CT : Công thức LL : Linh Lăng KH : Ký hiệu KLN : Kim loại nặng. LSD : Sự sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa (Least Significant Difference) Nnk : Những người khác OM : Chất hữu cơ của đất (Organic matter) QCVN : Quy chuẩn Việt Nam STT : Số thứ tự S : Sậy TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Khả năng linh động của một số nguyên tố KLN trong đất 5 Bảng 1.2: Mức độ ô nhiễm KLN ở Anh 8 Bảng 1.3: Hàm lượng tối đa cho phép của các KLN được xem là độc đối với thực vật trong đất nông nghiệp 9 Bảng 1.4: Giới hạn tối đa cho phép hàm lượng tổng số đối với As, Cd, Cu, Pb và Zn trong đất (tầng đất mặt) 9 Bảng 1.5: Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao 13 Bảng 1.6: Đặc điểm hình thái của sậy 25 Bảng 2.1: pH và hàm lượng kim loại nặng trong đất trước khi trồng cây 36 Bảng 3.1: Sự biến động về chiều cao cây, chiều dài lá và chiều dài rễ của cây cỏ linh lăng trong thời gian thí nghiệm tại bãi thải 43 Bảng 3.2 : Sự biến động về chiều cao cây, chiều dài lá và chiều dài rễ của cây sậy trong thời gian thí nghiệm tại bãi thải 44 Bảng 3.3 : Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn tích lũy trong thân + lá và rễ của cây cỏ Linh Lăng tại mỏ sắt Nậm Búng sau 2 tháng và 4 tháng 48 Bảng 3.4: Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn tích lũy trong thân + lá và rễ của cây sậy tại mỏ sắt Nậm Búng sau 4 tháng và 8 tháng 52 Bảng 3.5: Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng tại mỏ sắt Nậm Búng 57 Bảng 3.6: Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn trong đất sau khi trồng sậy tại mỏ sắt Nậm Búng 57 Bảng 3.7: Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn di động trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng tại mỏ sắt Nậm Búng 65 Bảng 3.8: Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn di động trong đất sau khi trồng sậy tại mỏ sắt Nậm Búng 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Mô tả cây sậy (Phragmites autralis) 26 Hình 1.2. Cây cỏ linh lăng (Medicago sativa) 30 Hình 3.1: Sự biến động về chiều cao cây cỏ linh lăng trong thời gian thí nghiệm tại đồng ruộng 45 Hình 3.2: Sự biến động về chiều cao cây sậy trong thời gian thí nghiệm tại đồng ruộng 45 Hình 3.3: Sự biến động về chiều dài lá cây cỏ linh lăng trong thời gian thí nghiệm tại đồng ruộng 46 Hình 3.4: Sự biến động về chiều dài lá cây sậy trong thời gian thí nghiệm tại đồng ruộng 46 Hình 3.5: Biểu đồ thể hiện chiều dài rễ cây cỏ linh lăng sau 2 tháng và 4 tháng 47 Hình 3.6: Biểu đồ thể hiện chiều dài rễ cây sậy sau 2 tháng và 4 tháng 47 Hình 3.7: Hàm lượng As, Pb, Cd, Zn tích lũy trong cỏ linh lăng sau 2 tháng trồng tại mỏ sắt Nậm Búng 49 Hình 3.8: Hàm lượng As, Pb, Cd, Zn tích lũy trong cỏ linh lăng sau 4 tháng trồng tại mỏ sắt Nậm Búng 50 Hình 3.9: Hàm lượng As, Pb, Cd, Zn tích lũy trong sậy sau 4 tháng trồng tại bãi thải mỏ sắt Nậm Búng 54 Hình 3.10: Hàm lượng As, Pb, Cd, Zn tích lũy trong sậy sau 8 tháng trồng tại bãi thải mỏ sắt Nậm Búng 55 Hình 3.11: Hàm lượng As tổng số còn lại trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 58 Hình 3.12: Hàm lượng As tổng số còn lại trong đất sau khi trồng sậy 58 Hình 3.13: Hàm lượng Pb tổng số còn lại trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 60 Hình 3.14: Hàm lượng Pb tổng số còn lại trong đất sau khi trồng sậy 60 Hình 3.15: Hàm lượng Cd tổng số còn lại trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 62 Hình 3.16: Hàm lượng Cd tổng số còn lại trong đất sau khi trồng sậy 62 Hình 3.17: Hàm lượng Zn tổng số còn lại trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 63 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.18: Hàm lượng Zn tổng số còn lại trong đất sau khi trồng sậy 63 Hình 3.19: Hàm lượng As di động trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 66 Hình 3.20: Hàm lượng As di động trong đất sau khi trồng sậy 66 Hình 3.21: Hàm lượng Pb di động trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 67 Hình 3.22: Hàm lượng Pb di động trong đất sau khi trồng sậy 67 Hình 3.23: Hàm lượng Cd di động trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 69 Hình 3.24: Hàm lượng Cd di động trong đất sau khi trồng sậy 69 Hình 3.25: Hàm lượng Zn di động trong đất sau khi trồng cỏ linh lăng 70 Hình 3.26: Hàm lượng Zn di động trong đất sau khi trồng sậy 70 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Khu vực miền núi phía Bắc là vùng giàu tài nguyên khoáng sản bậc nhất nước ta. Sự phát triển của khai thác khoáng sản là động lực để tăng trưởng kinh tế - xã hội, tạo ra những thị trường mạnh để thu hút đầu tư từ nước ngoài nhưng nó cũng đang tạo ra những mặt tiêu cực gây ảnh hưởng xấu tới con người và hệ sinh thái xung quanh khu vực khai thác. Các hoạt động khai thác than, quặng và vật liệu xây dựng như: tiến hành xây dựng mỏ, khai thác thu hồi khoáng sản, đổ thải, thoát nước mỏ… đã làm phá vỡ các điều kiện sinh thái được hình thành từ hàng chục triệu năm, gây ô nhiễm nặng nề đối với môi trường đất, nước. Yên Bái hiện có hàng trăm khu vực mỏ, điểm khai thác khoáng sản, vật liệu xây dựng. Tuy vậy, phần lớn các điểm khai thác đều chưa xây dựng các bãi thải theo đúng quy định, gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới đời sống người dân, môi trường và cảnh quan sinh thái Khu vực khai thác mỏ sắt Sài Lương - Nậm Chậu thuộc xã Nậm Búng (huyện Văn Chấn) mới mở khai trường từ tháng 11 - 2009, nhưng những hoạt động khai khoáng đang khiến chính quyền và người dân ở đây rất bức xúc.Theo kết quả kiểm tra của Sở TN&MT Yên Bái, phần lớn các mỏ đang khai thác đều chưa xây dựng bãi thải theo đúng phương án đã duyệt, nên đã gây bồi lấp dòng chảy, đồng ruộng của nhân dân, làm ô nhiễm nguồn nước. Đây là hiện trạng chung của nhiều tỉnh đang có cơ sở khai thác trên cả nước cũng như ở Yên Bái. Tình hình khai thác khoáng sản ở tỉnh Yên Bái trong những năm qua cho thấy, số lượng và sản lượng mỏ khoáng sản được đưa vào khai thác ngày càng tăng. Đây cũng là một trong những ngành chiếm dụng diện tích đất sử dụng lớn. Vì vậy ô nhiễm đất là không thể tránh khỏi, có những khu vực đã bị ô nhiễm nghiêm trọng không còn khả năng canh tác. Một số nguyên tố vết và siêu vết có tính độc hại tích luỹ trong nông sản, từ đó gây tác hại nghiêm trọng đối với động, thực vật và con người. Qua đó vấn đề cần được quan tâm trong hoạt động khai thác khoáng sản là những giải pháp khắc phục, đặc biệt là các giải pháp hiệu quả để khắc phục diện tích đất bị ô nhiễm sau khai thác. [...]... đất, em tiến hành thực hiện đề tài: Nghiên cứu sử dụng cây sậy và cây cỏ linh lăng để cải tạo đất ô nhiễm bởi một số kim loại nặng tại khu vực khai thác quặng sắt xã Nậm Búng, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái Đề tài được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Đàm Xuân Vận 2 Mục tiêu của đề tài 2.1 Mục tiêu tổng quát Cải tạo đất ô nhiễm bởi một số kim loại nặng tại khu vực khai thác quặng sắt xã Nậm Búng,. .. Búng, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái bằng cây sậy và cây cỏ linh lăng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3 2.2 Mục tiêu cụ thể - Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát triển của cây sậy và cây cỏ linh lăng trong môi trường đất bị ô nhiễm KLN - Đánh giá khả năng hấp thụ, tích lũy KLN của các bộ phận trên cây sậy và cây cỏ linh lăng để xử lý ô nhiễm KLN trong đất tại khu vực nghiên cứu. .. trong đất của cây sậy và cây cỏ linh lăng 4 Ý nghĩa của đề tài 4.1 Ý nghĩa trong nghiên cứu khoa học Nghiên cứu sẽ làm sáng tỏ khả năng sinh trưởng, phát triển và hấp thụ KLN của cây sậy và cây cỏ linh lăng Trên cơ sở đó đánh giá hiệu quả cải tạo môi trường đất dưới khả năng hấp thụ KLN của cây sậy cây cỏ linh lăng Đồng thời kết quả nghiên cứu đóng góp, làm cơ sở cho việc nghiên cứu và phát triển công... hiểu và nghiên cứu về ô nhiễm kim loại nặng trong đất và những ảnh hưởng của chúng đến động vật và thực vật [1, 2 , 9, 11, 13, 17] Lê Đức và cs [6] đã nghiên cứu khả năng hấp thụ và tích lũy Pb trong đất của cây rau muống, bèo tây và cải Đặng Thị An và cs [2] đã nghiên cứu thấy lượng kim loại nặng trong đất ở Văn Lâm, Hưng Yên xâm nhập vào một số cây rau là khá lớn Đặng Đình Kim và cs [9] đã nghiên cứu. .. loại nặng của cỏ Vetiver khỏi đất tại một số loại bãi thải ở Đà Nẵng là rất khả quan Đặng Đình Kim và cs [9] đã khẳng định hiệu quả làm sạch ô nhiễm kim loại nặng trong đất vùng khai thác mỏ ở Thái Nguyên của một số loài dương xỉ, cỏ mần trầu, cải xanh, cỏ voi lai và cỏ vetiver Nguyễn Hữu Thành [16] đã đưa ra được khả năng hấp thụ kim loại nặng trong đất ô nhiễm ở thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn. .. nghiên cứu khoa học về thực vật xử lý ô nhiễm môi trường trên thế giới các nhà khoa học phát hiện cây sậy và cây cỏ linh lăng là một loại cây có khả năng tồn tại và hấp thụ các kim loại nặng như Zn, Pb, As, Cd, Câu hỏi đặt ra không biết tại Việt Nam cây sậy và cây cỏ linh lăng sẽ sinh trưởng và hấp thụ KLN như thế nào? Xuất phát từ thực tế trên, đồng thời góp phần giải quyết vấn đề ô nhiễm kim loại nặng. .. và tích lũy Pb rất cao của cây cỏ vetiver trong đất ô nhiễm Pb Trần Văn Tựa và cs [20] đã nghiên cứu chứng minh được khả năng xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất của cây cải xanh Diệp Thị Mỹ Hạnh và cs, 2005 đã được nghiên cứu thấy khả năng chống chịu và hấp thu Pb của cây thơm ổi (Lantana carama L.) trong đất ô nhiễm Pb rất cao [9] Võ Văn Minh [11, 12] đã chứng minh khả năng loại bỏ một số kim loại. .. cao và có nhiều ưu điểm nổi trội như: dễ thực hiện, không đòi hỏi trình độ cao, chi phí thấp và đặc biệt là thân thiện với môi trường Cây sậy và cây cỏ linh lăng là loài cây có khả năng hút KLN tốt, khả năng hấp thụ KLN này ảnh hưởng bởi điều kiện pH, loại đất và điều kiện cạn úng khác nhau Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu về khả năng hút KLN của cây sậy và cây cỏ linh lăng Qua các nghiên. .. cách để giải quyết vấn đề ô nhiễm đất do kim loại nặng (KLN) Song có hai hướng chính là ngăn chặn xảy ra ô nhiễm mới và phục hồi đất đã bị ô nhiễm Việc phục hồi đất bị ô nhiễm kim loại nặng hiện nay bằng biện pháp sinh học đang là một kỹ thuật đầy triển vọng Trên thế giới việc sử dụng các loài thực vật có khả năng hấp thụ KLN để xử lý phục hồi đất bị ô nhiễm đang là một xu hướng phổ biến được ứng dụng. .. hơn với môi trường [31] 1.1.5.4 Phương pháp rửa đất (Soil washing) Rửa đất là công nghệ xử lý đất chuyển vị (ex-Situ treatment technology), có thể được sử dụng để xử lý đất ô nhiễm KLN Quá trình này dựa vào cơ chế hút và tách vật lý để loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi đất Quá trình vật lý loại bỏ những hạt kim loại có kích thước lớn và vận chuyển các chất ô nhiễm vào pha lỏng Dung dịch làm sạch đất có thể . tiêu tổng quát Cải tạo đất ô nhiễm bởi một số kim loại nặng tại khu vực khai thác quặng sắt xã Nậm Búng, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái bằng cây sậy và cây cỏ linh lăng. Số hóa bởi Trung tâm. Nghiên cứu sử dụng cây sậy và cây cỏ linh lăng để cải tạo đất ô nhiễm bởi một số kim loại nặng tại khu vực khai thác quặng sắt xã Nậm Búng, huyện Văn Chấn, tỉnh Yên Bái . Đề tài được thực hiện. mỏ khai thác khoáng sản tại xã Nậm Búng huyện Văn Chấn tỉnh Yên Bái 40 3.2. Nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây sậy và cây cỏ linh lăng để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng sau khai