đánh giá khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây cà chua

Điều đó đồng nghĩa với việc môi trường đất phải gánh chịu một lượng chất thải cũng như tích luỹ các kim loại nặng ngày càng lớn từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp, chất thải công nghi

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VN

BÙI THỊ YẾN

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP THỤ

KIM LOẠI NẶNG CỦA CÂY CÀ CHUA

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI - 2015

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VN

BÙI THỊ YẾN

ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP THỤ

KIM LOẠI NẶNG CỦA CÂY CÀ CHUA

Chuyên ngành : Khoa học cây trồng

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Hồng Sơn

HÀ NỘI - 2015

LỜI CAM ĐOAN

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

là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Bùi Thị Yến

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Hồng Sơn - Phó Giám đốc Viện Khoa học Nông nghiệp là người thầy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi và chia sẻ những khó khăn cùng tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này

Trong thời gian qua, tôi đã nhận được sự giúp đỡ quý báu của Ban lãnh đạo Viện Môi trường Nông Nghiệp, các cán bộ, các bạn bè đồng nghiệp trong

Bộ môn Hóa Môi trường; Bộ môn Môi Trường Nông Thôn, Viện Môi trường nông nghiệp Nhân dịp này tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó

Tôi xin cảm ơn các thầy cô giáo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, đã tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành tốt mọi mục tiêu nghiên cứu và mọi thủ tục để có thể hoàn thành luận văn này

Tôi rất biết ơn những người thân trong gia đình tôi, đã luôn bên tôi quan tâm và tạo điều kiện tốt cho tôi học tập và nghiên cứu

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của các tập thể và cá nhân đã dành cho tôi

Tác giả

Bùi Thị Yến

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH ix

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài 4

1.2 Giá trị dinh dưỡng cây cà chua 4

1.3 Sự phân bố và sản xuất cà chua 5

1.3.1 Tình hình phân bố và sản xuất cà chua trên thế giới 5

1.3.2 Tình hình phân bố và sản xuất cà chua ở Việt Nam 5

1.3.3 Khái quát về đất xám bạc màu miền Bắc Việt Nam 6

1.4 Tổng quan nghiên cứu ảnh hưởng của kim loại nặng trong đất đến đời sống cây trồng 7

1.4.1 Ô nhiễm đất trồng rau do tích lũy kim loại nặng (KLN) 7

1.4.2 Mối quan hệ giữa các tác nhân ô nhiễm với chất lượng nông sản 10

1.5 Tổng quan về các nghiên cứu Cd 12

1.5.1 Tính độc của cadimi (Cd) 12

1.5.2 Các nghiên cứu về Cd 14

1.6 Tổng quan các nghiên cứu về Pb 19

1.6.1 Tính độc của chì (Pb) 19

1.6.2 Các nghiên cứu về Pb 21

1.6.3 Nguyên nhân nhiễm bẩn Pb trong đất trồng cà chua ở Đông Anh 24

1.7 Tổng quan về các phương pháp xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng 26

Chương 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

2.1 Vật liệu nghiên cứu 32

2.2 Nội dung nghiên cứu 32

2.3 Phương pháp nghiên cứu 32

2.3.1 Phương pháp xác định nguồn gây nhiễm kim loại nặng trong đất 32

2.3.2 Phương pháp xác định mức độ hấp thụ kim loại nặng của cà chua: 33

2.4 Phương pháp xử lý số liệu 35

Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 36

3.1 Nghiên cứu nguồn gây nhiễm kim loại nặng (Pb, Cd) trong đất trồng cà chua 36

3.1.1 Hiện trạng Pb trong đất trồng cà chua ở Đông Anh 36

3.1.2 Hiện trạng Cd trong đất trồng cà chua ở Đông Anh 41

3.2 Đánh giá đặc điểm sinh trưởng và phát triển của cây cà chua 46

3.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến thí nghiệm cà chua trong nhà lưới 46

3.2.2 Các yếu tố ngoại cảnh trong điều kiện vụ thu đông 2014 47

3.2.3 Khả năng chống chịu sâu bệnh và tỷ lệ đổ gãy của thí nghiệm 57

3.2.4 Ảnh hưởng của hàm lượng Cd trong đất đến sự tích lũy Cd trong các bộ phận của cây cà chua 67

3.2.5 Ảnh hưởng của hàm lượng Pb trong đất đến sự tích lũy Pb trong các bộ phận của cây cà chua 71

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

PHỤ LỤC 81

Một số hình ảnh theo dõi cà chua và phân tích kim loại nặng 81

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Các loại đất xám của Việt Nam 7

Bảng 1.2 Hàm lượng KLN trong các loại phân bón bán trên thị trường (mg/kg) 8

Bảng 1.3 Hàm lượng KLN trong một số loại phân bón cho vùng trồng rau Hà Nội (mg/kg) 9

Bảng 1.4 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất tầng mặt ở một số nước trên thế giới 15

Bảng 1.5 Hàm lượng Cadimi TB trong một số cây thực phẩm (ppm) 16

Bảng 1.6 Hàm lượng Cd trung bình trong đất và rau ở Hà Nội 18

Bảng 1.7 Hàm lượng Pb ở những vùng khác nhau ở Nam Ninh, Trung Quốc 21

Bảng 1.8 Hàm lượng chì trong cây thực phẩm (ppm) 22

Bảng 1.9 Hàm lượng chì trong hạt ngũ cốc (ppm chất khô) 22

Bảng 1.10 Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong đất tại vùng ngoại thành Hà Nội 23

Bảng 1.11 Hàm lượng Pb trong một số chất bổ sung dùng trong nông nghiệp 25

Bảng 1.12 Hàm lượng Pb trong một số loại phân bón và thuốc BVTV 25

Bảng 3.1 Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong đất trồng rau 36

Bảng 3.2 Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong phân gà lấy tại một số xã huyện Đông Anh - Hà Nội 37

Bảng 3.3 Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong phân hóa học lấy tại một số xã huyện Đông Anh - Hà Nội 38

Bảng 3.4 Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong nguồn nước ngầm tại một số xã huyện Đông Anh - Hà Nội 39

Bảng 3.5 Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong nguồn nước mặt tại một

số xã huyện Đông Anh - Hà Nội 40

Bảng 3.6 Kết quả phân tích hàm lượng Cd trong đất trồng rau tại một số xã huyện Đông Anh - Hà Nội 41

Bảng 3.7 Kết quả phân tích hàm lượng Cd trong phân gà tại một số xã huyện Đông Anh - Hà Nội 42

Bảng 3.8 Kết quả phân tích hàm lượng Cd trong phân hóa học tại một số xã huyện Đông Anh - Hà Nội 43

Bảng 3.9 Kết quả phân tích hàm lượng Cd trong nguồn nước ngầm lấy tại một số xã huyện Đông Anh - Hà Nội 44

Bảng 3.10 Kết quả phân tích hàm lượng Cd trong nguồn nước mặt tại một số xã huyện Đông Anh - Hà Nội 45

Bảng 3.11 Bảng theo dõi nhiệt độ và độ ẩm không khí trung bình 10 ngày ở vụ thu đông 2014 48

Bảng 3.12 Thời gian sinh trưởng của cây cà chua trong các công thức nhiễm Cd (ngày) 50

Bảng 3.13 Thời gian sinh trưởng của cây cà chua trong các công thức nhiễm Pb (ngày) 52

Bảng 3.14 Tăng trưởng chiều cao của cây các công thức ô nhiễm Cd 54

Bảng 3.15 Tăng trưởng chiều cao của cây trong các công thức nhiễm Pb 56

Bảng 3.16 Tỷ lệ sâu bệnh và đổ gẫy trong thí nghiệm cà chua 58

Bảng 3.17 Các yếu tố cấu thành năng suất trong các công thức ô nhiễm Cd 62

Bảng 3.18 Các yếu tố cấu thành năng suất trong các công thức ô nhiễm Pb 65

Bảng 3.19 Kết quả phân tích hàm lượng Cd trong đất trồng cà chua trước thí nghiệm và sau thí nghiệm 67

Bảng 3.20 Hàm lượng Cd trong các bộ phận của cây cà chua 69

Bảng 3.21 Kết quả phân tích hàn lượng Pb trong đất trồng cà chua trước

thí nghiệm và sau thí nghiệm 71Bảng 3.22 Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong các bộ phận cây cà chua 72

DANH MỤC HÌNH

Hình 3.1 Hàm lượng Cd trong đất trước và sau khi trồng cà chua 68

Hình 3.2 Hàm lượng Cd trong các bộ phận của cây cà chua 69

Hình 3.3: Hàm lượng Pb trong đất trước và sau khi trồng cà chua 71

Hình 3.4 Hàm lượng Pb trong các bộ phận của cây cà chua 73

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây, vấn đề môi trường ngày càng trở nên bức xúc không chỉ cho sự bảo vệ bền vững các nguồn tài nguyên thiên nhiên mà còn cho cả các vấn đề kinh tế-xã hội và thương mại Người ta nói nhiều đến

sự nhiễm bẩn các nguồn nước sạch, nông sản bị nhiễm bẩn do sự tích luỹ quá mức cần thiết chất dinh dưỡng khoáng nitrat, thuốc bảo vệ thực vật và kim loại nặng Đối với môi trường đất của Việt Nam, vấn đề kim loại nặng được đặt ra do quá trình thâm canh và công nghiệp hoá, các làng nghề tái chế kim loại hoặc chất thải công nghiệp và đô thị

Do áp lực về tăng trưởng kinh tế và dân số ở Việt Nam, kéo theo nó là

sự xuất hiện một loạt các khu đô thị và công nghiệp mới cũng như việc gia tăng năng suất và sản lượng cây trồng Điều đó đồng nghĩa với việc môi trường đất phải gánh chịu một lượng chất thải cũng như tích luỹ các kim loại nặng ngày càng lớn từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp, chất thải công nghiệp, đô thị , và sự tích luỹ các chất kim loại nặng này thông qua một số con đường cụ thể như: sử dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật, sử dụng nước thải để tưới, sử dụng rác thải và bùn thải làm phân bón, sự tích đọng từ khói bụi trong khí quyển

Cà chua (Solanum lycopersicum L.) là loại cây trồng mà chúng tôi

muốn thử nghiệm vì đây là loại rau ăn quả có giá trị dinh dưỡng cao, nhiều chất dinh dưỡng có lợi cho cơ thể như carotene, lycopene, vitamin C, vitamin A, và được trồng rộng khắp các châu lục Thêm nữa, cây cà chua còn mang lại hiệu quả kinh tế cao và là mặt hàng xuất khẩu quan trọng của nhiều nước trên thế giới như Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ, các nước Châu Âu, Ở Việt Nam, theo số liệu điều tra của Viện nghiên cứu Rau Quả cho biết sản xuất cà chua hàng năm ở Đồng bằng Sông Hồng cho thu nhập bình quân từ

42 - 68 triệu đồng/ha/vụ, với mức lãi từ 15 - 26 triệu đồng/ha, cao hơn rất nhiều so với lúa nước

Trong những năm gần đây, ô nhiễm kim loại nặng trong đất nói chung và trong đất trồng rau nói riêng đã và đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Song phần nhiều mới chỉ là những nghiên cứu về hiện trạng mà chưa đưa được phương pháp canh tác nhằm hạn chế sự tích lũy kim loại nặng trong cây rau, đặc biệt là giải pháp luân canh cây trồng để hạn chế dư lượng kim loại nặng trong nông sản

Để tìm hiểu khả năng thu hút kim loại nặng của cây cà chua vào các bộ phận khác nhau của cây cà chua có phương án kỹ thuật phù hợp để phát triển

cây cà chua trên các vùng đất khác nhau chúng tôi thực hiện đề tài: “Đánh

giá khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây cà chua” Qua đó, có thể đánh

giá nhanh được mức độ thiếu hụt hay độc hại của kim loại nặng trong đất để

có biện pháp định hướng kế hoạch bổ sung vi lượng hay phòng ngừa độc tố

kim loại nặng trong môi trường nông nghiệp

2 Mục tiêu của đề tài

Xác định được mức độ hấp thụ kim loại nặng (Pb, Cd) trong đất của các bộ phận khác nhau trên cây cà chua (rễ, thân, lá, quả) và bước đầu đề xuất các giải pháp khắc phục

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học: cung cấp tư liệu khoa học về mức độ hấp thụ kim loại

nặng (Cd, Pb) của các bộ phận khác nhau trên cây cà chua, góp phần cung cấp luận cứ khoa học để ban hành quy chuẩn quốc gia về dư lượng kim loại nặng cho phép trên đất trồng cà chua, đồng thời góp phần xây dựng hướng dẫn kỹ thuật quản lý dư lượng kim loại năng trong đất

3.2 Ý nghĩa thực tiễn: giúp nông dân khắc phục ô nhiễm kim loại nặng trong

đất để sản xuất cà chua an toàn về chỉ tiêu dư lượng kim loại nặng thông qua

việc quản lý đất trồng và chất lượng các nguồn vật tư sử dụng, từ đó bảo vệ và

sử dụng bền vững các vùng đất nông nghiệp phục vụ sản xuất nông sản an

toàn nói chung vả cà chua nói riêng

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

- Đề tài đã sử dụng 2 muối cúa kim loại nặng Pb và Cd là: PbCl2 và CdCl2

- Giống cà chua: Là giống F1 do công ty Seminis của Mỹ sản xuất

Giống chịu nhiệt (20 - 30ºC) được công ty giống rau Bình Minh nhập khẩu và phân phối độc quyền.- Đất xám bạc màu lấy ở Bắc Hồng - Đông Anh

4.3 Địa điểm nghiên cứu

Khu thực nghiệm của Viện Môi trường Nông nghiệp - Phú Đô - Nam

Từ Liêm Hà Nội

Thời gian nghiên cứu: 2014 - 2015

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Cà chua trồng (Licopersicon esculentum Mill.) thuộc họ Solannaceae chi Lycopersicon Cà chua là cây rau có giá trị kinh tế cao được phát triển ở

hầu hết các nước trên thế giới từ các nước hàn đới đến các nước nhiệt đới (Rick,1978); (Tạ Thu Cúc, 1994)

Song chúng ta cũng biết rằng: “Những cây trồng không thể chạy trốn các vấn đề của chính mình, chúng cần phải đối mặt với các vấn đề đó” Trong

tự nhiên các loại cây trồng đã thích ứng được với môi trường xung quanh nhờ phát triển những cơ chế kỳ lạ và các cơ chế liên quan (Jeon,1998) Các áp lực do môi trường gây ra thường là: nóng, lạnh, mặn, chua, các loại kim loại

nặng độc hại, ánh sáng v.v và các yếu tố sinh học như: viroid, micoplasma,

virus, vi khuẩn và nấm (Hu K.l, 2002) Một vài cơ chế trong chúng xảy ra rất nhanh, có nghĩa là phản ứng chỉ xảy ra sau vài giây hoặc vài phút sau khi bị kích thích và dẫn đến những thay đổi trong hoạt động của gen Một số phản ứng xảy ra chỉ trong khoảnh khắc, sau vài phút hoặc vài giờ (ví dụ khi có sự tấn công của các tác nhân gây bệnh)

1.2 Giá trị dinh dưỡng cây cà chua

Giá trị dinh dưỡng

Cà chua đã được trồng làm thức ăn từ hàng trăm năm nay, cho đến những năm 1900 cà chua chưa được trồng và tiêu thụ nhiều vì thời đó cà chua chỉ được dùng như mặt hàng ăn tươi và muối dưa (những quả xanh) nhưng từ những năm sau 1900 cà chua được dùng như một loại sản phẩm hàng hoá thương mại đa dạng về phương thức sử dụng và cách chế biến như: ăn tươi cả quả với muối, làm sà lát, nấu chín (nấu canh, sào, làm phát xíu cà chua, sốt cà

chua với trứng ), chế biến đồ hộp (paste, cà chua quả hộp, đồ uống cà chua, đặc biệt cà chua ketchup ăn với bánh mì và các loại spageti rất ngọt do vị của

loài cà chua L pennelli), làm mứt, cà chua khô, phụ gia thực phẩm, đặc biệt là

thành phần trong nhiêu loại bánh như Pizza

1.3 Sự phân bố và sản xuất cà chua

1.3.1 Tình hình phân bố và sản xuất cà chua trên thế giới

Cà chua là loại cây rau quan trọng thứ hai trên thế giới, chỉ đứng sau cây khoai tây, được phân bố hầu như khắp các nước trên thế giới Đó là một loại cây rau ăn quả dễ trồng và có giá trị dinh dưỡng cao, hàng năm trên thế giới trồng khoảng 3,7 triệu ha cà chua, cho sản lượng khoảng trên 120 triệu tấn (Database, 2008) Trung Quốc là nước có diện tích và sản lượng cà chua lớn nhất trên thế giới với khoảng 1.255.100 ha và sản lượng tương ứng 31.644.040 tấn (năm 2005) và Ấn Độ là nước tăng nhanh cả về diện tích (300%) và năng suất (54%) so với năm trước Sáu nước đứng đầu sản xuất cà chua trên thế giới đó là: Trung Quốc, Mỹ, Thổ Nhĩ Kỳ, Ai Cập Ấn Độ và Ý Ngoài ra các nước tăng nhanh về diện tích còn có Úc (15%), Indonexia, Brazil và Mexico Hà Lan và Bỉ là hai nước đứng đầu về năng suất cà chua trên thế giới (4.961, 513 kg/ha)

1.3.2 Tình hình phân bố và sản xuất cà chua ở Việt Nam

Về tình hình sản xuất cà chua ở nước ta hiện nay có thể điểm ra một số nét chính sau:

Sản xuất và tiêu thụ: Cà chua được trồng ở hầu hết các tỉnh thành trên

cả nước Diện tích trồng cà chua hàng năm vào khoảng 100-1200 ha với năng suất đạt được là 14 tấn/ha (Trần Khắc Thi, 2005) Cho đến nay cà chua ở nước

ta sản xuất ra gần như chỉ để tiêu thụ tại chỗ mà vẫn chưa thể xuất khẩu do sản xuất chưa nhiều, mẫu mã, chất lượng cà chua nói chung chưa cao

Giống: Trước những năm 1990, chủ yếu là giống địa phương thích hợp

với điều kiện canh tác và tiêu thụ từng nơi Nhìn chung, gần đây nhiều giống mới đã được chọn lọc, đưa vào sản xuất với năng suất với chất lượng đã được cải thiện Miền Bắc có các giống, Hồng Lan, P375, H18, MV1, v.v miền Nam

có giống 5901386, VL 2100, Red Crown Đặc biệt có những giống trái vụ: T12, RaMuna, KBT4, 386, Red Crown Theo kết quả điều tra của Phạm Đồng Quảng và cs năm 2004, cả nước ta có 115 giống cà chua được gieo trồng, trong đó có 22 giống chủ lực, 10 giống có diện tích gieo trồng lớn nhất trên cả nước đứng đầu là M368 tiếp đến là giống cà chua Pháp, VL2000, TN002, các giống cà chua Mỹ, Ba Lan, Red Crow, T42, VL2910 và giống của các công ty Trang Nông (Phạm Hồng Quảng, 2005), (Dương Kim Thoa,2005), (Dương

Kim Thoa, 2005)

Kỹ thuật canh tác: Ở các vùng có lịch sử trồng cà chua lâu đời thì kỹ

thuật canh tác cà chua của nông dân là khá cao Ví dụ như tại Hà Nội, Hải Phòng, Hà Bắc, Hải Hưng, Hà Tây, Lâm Đồng Còn tại các vùng rau xa trung tâm thì người dân thiếu kinh nghiệm, các biện pháp canh tác còn nhiều lạc hậu Điều này dẫn đến sự chênh lệch về năng suất và chất lượng của cây cà chua Nhìn chung, về kỹ thuật hiện nay còn có những khó khăn trong việc: phòng trừ sâu bệnh, cỏ dại và điều kiện môi trường khắc nghiệt (Ngô Thị Hanh, 2001), (Lê Thị Khánh, 2005)

1.3.3 Khái quát về đất xám bạc màu miền Bắc Việt Nam

Việt Nam có tổng diện tích đất xám là 19.970.642 ha, phân bố chủ yếu ở các vùng đồi núi, vùng giáp ranh giữa đồi núi và đồng bằng (vùng bán sơn địa) và vùng phù sa cũ Đất xám được hình thành do sự tác động của một số quá trình: rửa trôi, tích luỹ Fe, Al; tích luỹ chất hữu cơ và mùn, hoá chua

Trong bảng phân loại đất năm 1996, nhóm đất xám được chia ra 5 đơn vị:

Bảng 1.1 Các loại đất xám của Việt Nam

Tên Việt Nam Tên Fao- Unesco Diện tích (ha) Phân bố

núi (Xh) Humic Acrisols (ACu) 3.139.285 Độ cao > 7000m

Nguồn: Hội Khoa học đất Việt Nam, 2000 Đất Việt Nam

Đặc điểm chung của nhóm đất xám Acrilsols là đất có thành phần cơ giới nhẹ, đất chua, độ no bazơ thấp, dinh dưỡng tổng số và dễ tiêu nghèo, khả năng hấp thu không cao, các chất hoà tan dễ bị rửa trôi Tuy nhiên, tuỳ theo đặc điểm phát sinh học và nông học của từng loại đất xám phát triển trên các nhóm đá mẹ khác nhau ở các vùng khí hậu, sinh vật khác nhau mà tính chất của từng loại đất xám cũng khác nhau

1.4 Tổng quan nghiên cứu ảnh hưởng của kim loại nặng trong đất đến đời sống cây trồng

1.4.1 Ô nhiễm đất trồng rau do tích lũy kim loại nặng (KLN)

Trong quy trình sản xuất rau, mặc dù đã chọn vùng không bị ô nhiễm kim loại nặng nhưng một số yếu tố khách quan trong quá trình sản xuất có thể đưa nguồn kim loại nặng vào đất nông nghiệp từ nguồn nước tưới, thuốc bảo vệ thực vật, từ bụi khí quyển, giao thông… đặc biệt từ phân bón

Trong quá trình canh tác, kim loại nặng xâm nhập vào rau quả qua phân bón chứa kim loại nặng tỷ lệ khá cao Phân hoá học N, P, K được sản

xuất từ nguyên liệu khai thác mỏ (apatít, phôtphorít, sepentin, synvinit, axít sunfuric, pyrit sắt, khí hyđrô, nước ), tất cả các nguyên liệu này đều có tỷ

lệ nhất định các kim loại nặng Hoạt động công nghiệp cũng là một trong

số các nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng gây ô nhiễm KLN trong môi trường đất

* Kim loại nặng trong phân bón

Bảng 1.2 Hàm lượng KLN trong các loại phân bón bán trên thị trường (mg/kg)

(Nguồn: Trương Thị Nga, Trương Hoàng Đan (2005))

Khi bón vào đất loại phân lân có hàm lượng KLN tương đối thấp, với công thức phân lân là 60, khi bón cho 1 ha đất đã vô tình đưa môi trường 105 mg asen; 1,2 g chì; 660 mg cadimi và 21 mg thủy ngân Có thể thấy với lượng như vậy là không nhiều, tuy nhiên xét về lâu dài, hàng năm cứ đưa 3 - 4 lần như trên cho 3 - 4 vụ rau và trong nhiều năm thì sẽ phải đối mặt với một lượng kim loại nặng khá lớn trong tương lai

Theo Huỳnh Thanh Hùng (2001), trong thành phần một số thức ăn tổng hợp (gia súc, gia cầm) qua điều tra có hàm lượng Cu biến động: 182,9 - 308,9

mg/kg, Zn: 385,4 - 705,4 mg/kg tùy vào loại thức ăn mà gia súc, gia cầm sử dụng một phần sẽ thải ra môi trường theo phân bón từ chăn nuôi Hàm lượng

Cu, Zn tích lũy trong đất và trong rau xà lách, cải ngọt, cải xanh trong các thí nghiệm biến thiên cùng chiều với liều lượng phân chuồng sử dụng Kết quả điều tra, phân tích và thí nghiệm đã chứng tỏ phân chuồng có nguồn gốc từ thức ăn chăn nuôi tổng hợp là một trong những nguyên nhân gây tích lũy KLN trong đất

Dự án ACIAR No LWR/1998/199 tại Việt Nam (2002 - 2005) đã cung cấp nguồn số liệu về KLN trong phân gà như sau: 48,5 mg Cu/kg phân khô,

263 mg Zn/kg phân khô và 3,4 mg Cd/kg phân khô, trong phân lợn chứa 45

mg Cu/kg phân khô, 190 mg Zn/kg phân khô và 3,45 mg Cd/phân khô Như vậy, hàm lượng Cu, Zn và Cd trong hai loại phân gà và phân lợn rất cao, ngoài ra có thể sẽ còn tiềm ẩn nhiều kim loại khác nữa trong hai loại phân này

và như vậy sẽ gia tăng trong đất một lượng đáng kể các kim loại đó, gây ô nhiễm môi trường đất nông nghiệp và qua thức ăn ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Bảng 1.3 Hàm lượng KLN trong một số loại phân bón cho vùng trồng rau

* Tồn dư kim loại nặng trong đất

Nguyễn Xuân Hải và Tô Thị Cúc (2005), bước đầu xác định được nguyên nhân ô nhiễm chủ yếu tại vùng chuyên canh rau xã Minh Khai, huyện

Từ Liêm, Hà Nội là do quá trình thâm canh rau lâu năm có sử dụng lượng lớn phân gà, trung bình sử dụng 33.800 kg phân gà/ha/năm và hàm lượng Cd trong phân gà tại địa phương là 6,743 mg/kg thì một năm đã làm tăng hàm lượng Cd trong đất ở tầng mặt (độ sâu 15 cm, dung trọng đất là 1,2 g/cm3) là 0,095 mg/kg Như vậy, liên tục sử dụng phân gà trong quá trình canh tác với lượng như trên (chưa kể Cd có sẵn trong đất nền, trong nước tưới, trong thuốc bảo vệ thực vật và một số loại phân bón khác ) thì sau 30 năm canh tác lượng Cd trong đất sẽ là 2,850 mg/kg vượt tiêu chuẩn cho phép theo TCVN 7209:2002 (đối với đất nông nghiệp 2,0 mg/kg)

Nguyễn Xuân Hải (2006), việc thâm canh hoa ở xã Tây Tựu đã làm gia tăng sự tích lũy KLN trong môi trường đất, hầu hết hàm lượng các KLN như Cu, Pb, Cd đều vượt ngưỡng TCVN 7209:2002, đặc biệt ở các mẫu đất trồng hoa hồng, hàm lượng Cu tổng số ở tầng đất 0 - 20 cm vượt ngưỡng cho phép 2,14 - 3,01 lần, Cd vượt ngưỡng 1,39 - 1,89 lần, Pb vượt ngưỡng 1,18 - 1,63 lần Các KLN như Zn, As, Hg trong các mẫu đất trồng hoa chưa vượt ngưỡng TCVN 7209:2002, tuy nhiên đã có sự tích lũy các kim loại này khá cao trong đất trồng hoa hồng Nói chung, với mức thâm canh cao KLN tích lũy nhiều nhất trong đất trồng hoa hồng, tiếp đến là hoa cúc và thấp nhất ở hoa đồng tiền

1.4.2 Mối quan hệ giữa các tác nhân ô nhiễm với chất lượng nông sản

* Ảnh hưởng của kim loại nặng trong đất, phân bón đến dư lượng kim loại nặng trong rau

Vũ Đình Tuấn & Phạm Quang Hà (2004) cho rằng một số mẫu rau đã

có biểu hiện tích luỹ kim loại nặng nhất là Pb và Cd tuy nhiên trong trường

hợp này chưa phát hiện thấy có sự tương quan giữa kim loại nặng tổng số trong đất với kim loại nặng trong rau Do vậy, cần có các nghiên cứu sâu hơn để xác định nguồn gốc ô nhiễm kim loại nặng trong rau

Theo Nguyễn Thị An Hằng (1998) thì hàm lượng kim loại nặng trong các loại rau trồng ở 2 khu vực Văn Điển và khu công nghiệp Hanel dao động đối với Cu từ 1,17 - 4,43 mg/kg; Pb từ 0,026 - 3,49 mg/kg; Zn

từ 1,08 - 43,19 mg/kg; Cd từ 0,0007 - 0,0125 mg/kg; Hg từ 0,0002 - 0,002 mg/kg So sánh với ngưỡng cho phép các kim loại nặng trong rau quả tươi theo WHO cho thấy, hàm lượng 3 kim loại nặng Cu, Pb, Zn đã vượt quá tiêu chuẩn cho phép trong một số loại rau ở hai khu vực nói trên Tuy nhiên, hàm lượng Cd, Hg vẫn còn thấp hơn tiêu chuẩn cho phép ở tất cả các loại rau

Đặng Thu Hòa và cộng sự (2002) cho biết: Hàm lượng Pb, Cd trong đất càng cao thì mức độ tích lũy Pb, Cd trong cây càng lớn Hàm lượng Pb trong đất trồng là 10 mg/kg, Cd là 1 mg/kg thì sự tích lũy Pb, Cd trong rau xà lách

và rau muống đã vượt ngưỡng cho phép Trong khi đối với dưa chuột, tại ngưỡng nồng độ Pb trong đất là 50 mg/kg thì sự tích lũy Pb trong quả chưa vượt ngưỡng cho phép và tại nồng độ Cd trong đất là 5 mg/kg bắt đầu có sự tích lũy Cd trong quả vượt ngưỡng cho phép Sự tích lũy Pb, Cd trong quả dưa chuột đều thấp hơn so với xà lách và rau muống Điều này có thể do cây dưa chuột là loài cây leo thân dài nên việc vận chuyển cũng như cơ chế tích lũy Pb, Cd chủ yếu trong rễ, thân, lá còn trong quả chủ yếu là nước do vậy hàm lượng KLN trong quả thấp hơn

Hàm lượng Pb, Cd trong nước tưới có quan hệ chặt chẽ với hàm lượng

Pb trong rau và đất trồng Nước tưới có nồng độ Pb và Cd là 0,1 mg/kg bắt đầu gây ra sự tích lũy Pb, Cd trong rau xà lách và rau muống vượt ngưỡng cho phép Trong khi đối với dưa chuột, tại ngưỡng nồng độ Pb trong nước tưới là 5 mg/kg sự tích lũy Pb trong quả chưa vượt ngưỡng cho phép, còn

nồng độ Cd trong nước tưới là 1 mg/kg sự tích lũy Cd trong quả bắt đầu vượt ngưỡng cho phép

Các cây trồng khác nhau, khả năng tích lũy Pb, Cd trong sản phẩm là khác nhau: Rau ăn lá có mức độ tích lũy Pb, Cd lên cây cao hơn nhiều lần so với cây rau ăn quả

Hàm lượng Pb, Cd tích lũy trong rau tăng biến thiên thuận theo chiều tăng của nồng độ Pb, Cd trong đất Điều này có thể giải thích có sự di chuyển mạnh các ion Pb, Cd vào cây, trong khi nguồn Pb, Cd được bổ sung từ điều kiện bên ngoài gần như không có nên hàm lượng Pb, Cd tích lũy trong đất chuyển dần tích tụ lên cây

1.5 Tổng quan về các nghiên cứu Cd

1.5.1 Tính độc của cadimi (Cd)

Cadimium (Cd) là kim loại màu trắng dịu, điểm xanh, ít khi tìm thấy ở dạng nguyên chất, thường tồn tại trong tự nhiên ở dạng Cd2+ Cd có nguyên tử lượng là 112,40 và áp suất bay hơi là 1,4 mm Hg, sôi ở 7650C Cd nguyên chất không tan trong nước còn các muối Cd có nồng độ hoà tan từ 0,00013

đến 140g/100ml

Theo Báo cáo của Bộ Môi trường Canada (CCME, 1997), Cd có thể ảnh hưởng đến vi sinh vật đất và một số hoạt động vi sinh như sau: Tổng số vi khuẩn và nấm trong đất bắt đầu giảm đáng kể khi nồng độ Cd trong đất lớn hơn 2,9mg Cd/kg; ở nồng độ 5ppm Cd quá trình khoáng hóa giảm 17- 39% Khi nồng độ lên đến 1000ppm quá trình nitrat hoá giảm 60%

Cây trồng hút Cd khác nhau tuỳ theo họ và loài Sự di chuyển Cd trong thực vật cũng khác nhau, có loài tích luỹ ở rễ, có loài tích luỹ ở lá Nồng độ Cd thấp nhất bắt đầu xuất hiện độc hại nhìn thấy được đối với thực vật là 2,5 - 4mg/kg; ở nồng độ này năng suất lúa mỳ giảm 21%, ngô

nảy mầm 28%

Vật nuôi và động vật hoang dã có thể bị ngộ độc Cd khi ăn phải thức ăn giàu Cd; dĩ nhiên mức độ độc hại tuỳ theo loài, tuổi và trọng lượng cũng như phụ thuộc vào cả các cation khác trong thức ăn Ví dụ các loại động vật có vú

và chim có thể bị ngộ độc Cd ở nồng độ 15 - 1350 mg/kg trọng lượng Trong giai đoạn tăng trọng, trọng lượng đàn lợn có thể giảm đến 96% mức tăng trọng nếu ăn mỗi ngày 140mg Cd/kg trọng lượng Đối với vật nuôi thí nghiệm, liều bán tử vong LD50 qua thí nghiệm ở chuột theo con đường tiêu hóa là 88 đến 357mg CdCl/kg trọng lượng Trong môi trường chứa oxit Cd,

LD50 (hô hấp) là 29mgCd/m3 trong 15 phút

Đối với sức khỏe con người Cd vào cơ thể qua phổi, bộ máy tiêu hóa Khi bị nhiễm Cd, người ta có thể bị nôn mửa, ỉa chảy, rỏ nước dãi, hay co giật Với nồng độ từ 0,25 - 0,5 mg/kg trọng lượng qua con đường tiêu hóa đã

có thể gây ra đau dạ dày và bị đường ruột nghiêm trọng Nhiễm Cd cũng có thể gây ra các bệnh về thần kinh, thận, xương, gan và tim mạch

Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy khi bị nhiễm độc Cd con người

có thể mắc chứng bệnh loãng xương, nứt xương, các bệnh về gan, thận, tim, mạch, cản trở việc cố định Ca Ngoài ra, tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến và ung thư phổi cũng khá lớn ở nhóm người thường xuyên tiếp xúc với chất độc này

Người ta đã khẳng định rằng những tác động sinh lý của Cd xuất phát

từ sự tương đồng về hoá học của nó với kẽm Đặc biệt là Cd có thể thay thế

Zn trong một số enzym do đó làm biến đổi cấu hình enzym, làm suy yếu hoặc mất chức năng xúc tác của enzym

Cd xâm nhập vào cơ thể con người thông qua nhiều con đường khác nhau như hô hấp, thức ăn, nước uống Với nồng độ Cd từ 0,25 - 0,5 mg/kg khối lượng qua đường tiêu hoá đã có thể gây ra đau dạ dày và các bệnh đường ruột nghiêm trọng

1.5.2 Các nghiên cứu về Cd

Hàm lượng cadimi trong đất trung bình nằm trong khoảng 0,05 - 1,2 ppm Đất podzol và đất cát có hàm lượng Cadimi thấp Đất phù sa, đất giầu chất hữu cơ có tỷ lệ cadimi cao hơn Hàm lượng Cadimi trong đất phụ thuộc thành phần đá mẹ, chất hữu cơ tỷ lệ sét và các sesqui ôxit (R2O3) Khoáng sét và keo hữu cơ hấp phụ mạnh Cadimi Trong quá trình phong hoá, Cadimi sẵn sàng đi vào dung dịch đất, nằm dưới dạng Cd ++ hoặc các ion phức như CdCl + , Cd(OH) +, Cd(HCO3) +, CdCl 3-, CdCl42-, Cd(OH42-, Cd(OH)3 -

Nồng độ Cadimi trong dung dịch đất tương đối thấp, nằm trong khoảng 0,2 - 6 mg/lit Khi Cadimi hoà tan đạt đến 300 mg - 400 mg/lit là đất bị ô nhiễm

Khả năng hoà tan của hợp chất Cadimi phụ thuộc vào độ pH và thế ôxyhoá-khử của đất Bắt đầu từ ngưỡng pH 4 - 4,5 cứ pH giảm 0,2 đơn vị thì nồng độ Cadimi tăng từ 3 đến 5 lần

Trong môi trường kiềm, Cadimi kết tủa dưới dạng cadmi hydroxit Ở đất

có cacbonat nếu tăng cường bón vôi, độc tính của Cadimi giảm

Trong đất, độ tan của các hợp chất Cadimi khó tan sắp xếp như sau :

Cd sulfua < Cd hydroxit < Cd Cacbonat

Trong đất Cadimi liên kết mạnh với kẽm và chì về mặt địa hoá, nên đất nào có hàm lượng kẽm và chì cao thì tỷ lệ Cadimi cũng cao và ngược lại Đất đai gần xí nghiệp luyện kẽm, chì hàm lượng Cadimi trên lớp đất mặt có thể lên đến 1.700 ppm

Theo tác giả Pendias, 1985 hàm lượng Cd trong đất tầng mặt của số nước trên thế giới dao động từ 0,07- 1,10 mg/kg (bảng 1.4)

Bảng 1.4 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất tầng mặt ở một số nước trên thế giới

Gặp điều kiện oxy hoá các vi khuẩn sulfat hoá hoạt động mạnh, lưu huỳnh và các hợp chất có lưu huỳnh trong đất bị ôxy hoá thành sulfat Độ chua của đất cũng tăng lên, các hợp chất Cadimi không tan trở nên hoà tan, Cadimi hoạt động mạnh hơn nên độc hơn

Trong đất khi Cadimi kết hợp với gốc cacboxyl hay gốc clo để tạo thành ion phức thì hoạt độ của Cadimi cũng tăng, cây dễ bị ngộ độc Cadimi

Việc đồng hoá Cadimi phụ thuộc vào bản chất sinh lý của cây

Trong cùng một cây hàm lượng cadimi ở mỗi bộ phận một khác Đối với lúa, hàm lượng Cadimi giảm dần theo thứ tự sau đây:

Rễ > thân > lá > hạt thóc > hạt gạo

Khi hàm lượng Cadimi trong môi trường cao thì hàm lượng Cadimi trước hết tăng ở rễ Thậm chí hàm lượng Cadimi trong rễ cao gấp 100 lần trong lá

Việc hút Cadimi còn thay đổi theo nguồn Cadimi cung cấp cho cây Nói chung Cadimi do con người đưa vào được cây đồng hoá mạnh hơn Cadimi vốn có trong đất (Grupe và Kuntze, Filipínki)

Nguồn ô nhiễm Cadimi của đất không phải chỉ từ nước thải mà còn đến qua khí quyển và phân bón

Bảng 1.5 Hàm lượng Cadimi TB trong một số cây thực phẩm (ppm)

Loại cây Bộ phận lấy mẫu Theo chất tươi Trong tro

Nguồn: Grupe và Kuntze, Filipínki

Ở những nơi đất bị ô nhiễm (vùng khai khoáng, cơ sở chế biến kim loại, nông trại tưới bằng bùn thải, nơi không khí bị ô nhiễm bụi) hàm lượng Cadimi trong:

củ cà rốt lên đến 3,7 ppm ngô hạt lên đến 35 ppm

lá rau diếp lên đến 5,2 - 70 ppm hạt lúa mì lên đến 14,2 ppm

lá cải bắp lên đến 1,7 - 3,8 ppm hạt gạo xay lên đến 5,2 ppm

lá lúa mì lên đến 47 ppm rễ lúa mì lên đến 397 - 898 ppm Đất ô nhiễm Cadimi nặng nhất là ở vùng khai thác quặng và làm giầu quặng:

Cơ sở chế biến kim loại hàm lượng Cd trong đất có nơi lên đến 1.500 ppm

Cơ sở khai thác kẽm hàm lượng Cadimi trong đất có thể lên đến 336 ppm

Đất nông trại được bón bằng bùn thải, cũng bị ô nhiễm Cadimi nhưng cao nhất cũng chỉ đễn 167 ppm Hàm lượng Cadimi trong đất lúa Nhật Bản lên đến 7,5 ppm

Theo Phạm Quang Hà (2001-2003) nghiên hàm lượng Cd của đất phù

sa miền Bắc Việt Nam với xác suất phân bố 97,5% dao động từ 0,175 - 1,404

mg/kg Đây là khoảng giá trị nền Cd được đề xuất trong giai đoạn 2001-2003

Nguyễn Đình Mạnh (1999), nghiên cứu hàm lượng cadimi trong rau vùng ven Hà Nội cho thấy: Hàm lượng cadimi trong bắp cải, cải xanh, cải bao dao động từ 0,009 - 0,019 mg/kg, trong một số loại rau ăn quả từ 0,009 - 0,014 mg/kg, trong một số loại rau ăn thân và ăn củ từ 0,009 - 0,014 mg/kg và trong nhóm rau gia vị từ 0,009 - 0,028 mg/kg Kết quả nghiên cứu cho thấy ở nhóm rau gia vị đã có một số mẫu rau có hàm lượng cadimi vượt quá tiêu chuẩn an toàn (0,028 mg/kg)

Vũ Đình Tuấn & Phạm Quang Hà (2004) cho rằng một số mẫu rau đã

có biểu hiện tích luỹ kim loại nặng nhất là Pb và Cd Tuy nhiên, trong trường hợp này chưa phát hiện thấy có sự tương quan giữa kim loại nặng tổng số trong đất với kim loại nặng trong rau Do vậy, cần có các nghiên cứu sâu hơn để xác định nguồn gốc ô nhiễm kim loại nặng trong rau

Tại Vân Nội nhóm tác giả Nguyễn Xuân Hải, 2009 tiến hành lấy 07 mẫu, trong đó có 04 mẫu đất ruộng và 03 mẫu trầm tích ở các ruộng ngập nước và mương nước tưới Kết quả phân tích hàm lượng Cd lên tới 3,260 mg/kg vượt quá tiêu chuẩn cho phép QCVN 03: 2008 (2 mg/kg) gấp 1,63 lần

Và tại xã Vĩnh Quỳnh, huyện Thanh Trì, có 05 mẫu được lấy trong đó có 03 mẫu đất và 02 mẫu bùn Kết quả phân tích cũng tìm thấy hàm lượng Cd trong

2 mẫu bùn đều vượt tiêu chuẩn cho phép từ 1,2-1,7 lần Như vậy đất và bùn trên địa bàn nghiên cứu đã có dấu hiệu cảnh báo ô nhiễm Cd

Theo kết quả nghiên cứu của đề tài ACIAR hàm lượng Cd trong đất và trong rau ăn lá tại Hà Nội được trình bày trong bảng như sau:

Bảng 1.6 Hàm lượng Cd trung bình trong đất và rau ở Hà Nội

Trong đất Trong rau Gia Lâm

1.6 Tổng quan các nghiên cứu về Pb

1.6.1 Tính độc của chì (Pb)

Chì là kim loại nặng được nhắc đến tương đối thường xuyên trong bảo

vệ môi trường bởi Chì được sử dụng rộng rãi và Chì có khả năng tác hại rất lâu dài tới môi trường

Đối với người, sự lây nhiễm Pb chủ yếu qua thức ăn bị nhiễm bẩn, một phần nhỏ được bổ sung bởi sự hít thở Sự nguy hiểm của thức ăn có chứa Pb

ở chỗ khi chúng vào cơ thể người, chúng không bị đào thải ra ngoài mà tích

luỹ dần trong một số cơ quan quan trọng như não, tuỷ xương.Trung bình

người dân ở các thành phố lớn mỗi ngày đưa vào cơ thể từ không khí 10µg

Pb, từ nước (dạng hoà tan hoặc dạng phức) 15µg Pb và từ các nguồn lương thực, thực phẩm 200 µg Pb Bài tiết ra khoảng 200 µg Pb, như vậy còn khoảng

25 µg Pb được giữ lại trong xương

Độc tính nguy hại nhất của chì là nhiễm độc máu do Pb2+ can thiệp vào quá trình tổng hợp hồng cầu, vô hiệu hoá một số enzym xúc tác cho quá trình này, từ đó làm đình trệ quá trình hình thành hồng cầu Mặt khác, chì có tính khử mạnh dẫn tới việc không cho phép sử dụng ôxy trong hô hấp và đường gluco để tạo năng lượng duy trì hoạt động sống của cơ thể

Chì đi vào cơ thể con người chủ yếu thông qua con đường hô hấp và đường tiêu hóa Đối với trẻ em, khi bị nhiễm độc chì cơ thể chậm phát triển, trí tuệ kém, ở người lớn thì huyết áp tăng và suy tim có thể dẫn tới tử vong khi nồng độ Pb trong máu cao

Vì chì và canxi giống nhau về mặt hoá học nên chì có thể đổi chỗ cho canxi nằm lại trong cơ thể, xương là nơi tàng trữ chì trong cơ thể, ở đó chì tương tác với photpho trong xương rồi truyền vào các mô mềm của cơ thể và

thể hiện độc tính của nó Pb sẽ thế chỗ của các kim loại khác trong enzym,

làm thay đổi hoạt tính các enzyme dẫn đến ung thư hoặc gây nên sự thiếu hụt

rõ ràng đối với các nguyên tố cần thiết cho cơ thể Cụ thể là: Pb cạnh tranh với sắt trong ruột; kìm hãm sự kết hợp của sắt với Protoporphyrin IX, gây ra

sự thiếu hụt Fe; Pb làm tăng sự thiếu hụt Ca, ngược lại Ca cũng làm giảm độc tính của Pb; Pb gây nhiễu loạn các enzyme chứa Zn, bổ sung Zn có thể làm giảm ảnh hưởng của Pb, Pb gia tăng làm thiếu Cu

Đặc biệt đối với trẻ nhỏ, Pb là một chất có độc tính tác động mạnh nhất lên hệ thần kinh trẻ em, tác động lên thai nhi, gây sinh non, rối loạn tiêu hoá Việc nuốt phải Pb từ đất bị ô nhiễm Pb là một trong các nguyên nhân chủ yếu làm cho hàm lượng Pb trong máu của trẻ tăng lên

Chì phá huỷ quá trình tổng hợp hemoglobin và các sắc tố hô hấp khác trong máu như xitocrom Như vậy, nhiễm độc chì dẫn đến các bệnh về máu Khi hàm lượng chì trong máu khoảng 0,3 ppm thì nó ngăn cản quá trình sử dụng ôxi để ôxi hoá glucoza tạo ra năng lượng cho quá trình sống Khi chì trong máu vượt quá 0,3 ppm cơ thể sẽ thiếu máu do thiếu hemoglobin Nếu hàm lượng chì trong máu nằm trong khoảng 10-20µg/dl gây giảm tốc độ dẫn truyền thần kinh, 10 - 25µg/dl gây đột biến nhiễm sắc thể, 30µg/dl gây độc đối với bào thai, 30 - 40 µg/dl giảm khả năng sinh nở, 80µg/dl gây viêm thận, khi nồng độ chì trong máu lên đến 100 - 120 µg/dl ( ở người lớn) và 80 - 100 µg/dl (ở trẻ em), chì sẽ gây chết người

Khi cơ thể bị ngộ độc chì thì các chất chống tính độc của chì là các hoá chất có khả năng tạo phức chelat với Pb2+ Ví dụ phức chelat của canxi có thể dùng giải độc chì vì phức chelat chì bền hơn phức chelat canxi nên Pb2+ sẽ thay thế chỗ Ca2+ trong phức chelat, kết quả là phức chelat chì được tạo thành tan và đào thải ra ngoài qua nước tiểu Vì vậy người ta chống độc chì bằng cách cho nạn nhân ngộ độc chì uống dung dịch chelat canxi Ngoài ra các hoá

chất dùng để giải độc chì là EDTA, 2,3- dimercapto propanol, penicillamin… chúng tạo với chì thành các phức chất chelat

Qua các dẫn chứng trên cho thấy, chì (Pb) là một nguyên tố rất độc đối với động thực vật và con người Do đó, việc nghiên cứu về Pb là rất cần thiết

1 6.2 Các nghiên cứu về Pb

Hàm lượng chì trong đất trung bình biến động trong khoảng 10 - 84 ppm Hàm lượng chì thấp ở đất podzol, đất cát, trung bình ở đất thịt Đất gley, đất giầu chất hữu cơ hàm lượng chì khá hơn Đất có hàm lượng chì vượt quá

100 ppm được coi là đất ô nhiễm chì Đất ô nhiễm chì nặng hàm lượng chì có khi lên đến 2% Trong cây bình thường hàm lượng chì thường rất thấp Đối với cây thực phẩm thường chỉ ở mức 2 - 6 ppm so với chất khô Đối với hạt ngũ cốc ít khi vượt quá 1 ppm

Nghiên cứu Pb trong 150 mẫu đất với khoảng 20 phẫu diện trong khu vực đô thị, 3 phẫu diện đất được lấy ngẫu nhiên ở gần đô thị tại Nam Ninh, Trung Quốc, Ying Lu và cộng sự (2003) thu được kết quả ở bảng 1.7

Bảng 1.7 Hàm lượng Pb ở những vùng khác nhau ở Nam Ninh, Trung Quốc

Khoảng dao động Giá trị trung bình

( Nguồn: Ying Lu và cộng sự (2003))

Như vậy, đất bên đường có nồng độ Pb nằm trong khoảng 62 - 308,5 mg/kg, đạt giá trị trung bình cao nhất là 151,4 mg/kg và thấp nhất là đất công viên

đô thị từ 36,3 đến 89,9 mg/kg với mức trung bình là 57,7 mg/kg Điều này có thể cho thấy các chuyến xe tải là nguyên nhân chính của sự ô nhiễm Pb trong đất đô thị Còn ở đất ngoại ô, nhìn chung Pb còn rất sạch, trung bình là 17,49 mg/kg

Bảng 1.8 Hàm lượng chì trong cây thực phẩm (ppm)

Loại cây Bộ phận lấy mẫu Theo chât tươi Theo chất khô Trong tro

Bảng 1.9 Hàm lượng chì trong hạt ngũ cốc (ppm chất khô)

Quốc gia Loại ngũ cốc Phạm vi biến động Trung bình

Chú thích : (1): Sau khi đã bón Pb(NO3 ) 2 vào đất; (2) : Tính theo chất tươi

Nguồn: R.Prost, 1996

Theo báo cáo kết quả hiện trạng kim loại nặng trong đất trồng rau tại

Hà Nội năm 2007 cho thấy: trong 733 mẫu đất phân tích nhìn chung đại đa số hàm lượng các kim loại nặng nghiên cứu (Cu, Pb, Zn, As, Hg) trong đất trồng rau tầng mặt (0-30) tại các điểm lấy mẫu nghiên cứu đều dưới ngưỡng tiêu chuẩn Việt Nam đối với đất phục vụ cho sản xuất nông nghiệp Đối với kim loại Cu có 78 mẫu trong số 733 mẫu là vượt quá so với tiêu chuẩn Việt Nam, chiếm 10,6% số mẫu nghiên cứu Các mẫu trên chủ yếu tập trung vào các vùng trồng rau trọng điểm mà mức độ thâm canh và luân canh rất cao, hàng năm ở các vùng này nông dân trồng từ 4-9 vụ rau/năm Có lẽ việc sử dụng phân bón và các hóa chất bảo vệ thực vật có chứa Cu là nguyên nhân gây tích lũy hàm lượng Cu trong đất Có 24 mẫu đất trong tổng số 733 mẫu đất có hàm lượng Pb vượt quá tiêu chuẩn Việt Nam, chiếm 3,3% trong tổng số mẫu đất [Chi Cục BVTV Hà Nội, 2007]

Theo kết quả nghiên cứu của Nguyễn Khang và Nguyễn Xuân Thành (1997), hàm lượng Pb trong đất tại các huyện ngoại thành Hà Nội là từ 2,35 -21,93 mg/kg (bảng 1.10)

Bảng 1.10 Kết quả phân tích hàm lượng Pb trong đất tại vùng

(Nguồn: Nguyễn Khang và Nguyễn Xuân Thành (1997)

Như vậy, hàm lượng Pb trong đất vùng Đức Giang, Yên Thường và Thanh Trì ngoại thành Hà Nội cao nhất, nhưng so với ngưỡng cho phép thì đất vùng ngoại thành Hà Nội còn rất sạch Pb

1.6.3 Nguyên nhân nhiễm bẩn Pb trong đất trồng cà chua ở Đông Anh

Trong sản xuất nông nghiệp, việc sử dụng các chất bổ sung như: phân hữu cơ, phân hoá học, thuốc bảo vệ thực vật, thậm chí nước thải, đã làm tăng thêm các kim loại vết có tính độc tới đất nông nghiệp Ngay cả với hàm lượng Pb rất thấp trong các chất bổ sung nhưng nếu bón nhiều lần

có thể đạt tới ngưỡng gây độc Không chỉ ở Việt Nam mà ở các nước trên thế giới đã có các nghiên cứu chứng minh điều đó

Theo Alloway và Fergusson,1990, Pb là một trong các nguyên tố có

nhiều trong nước cống rãnh và bùn, tiếp đó đến vôi, phân rác và phốt phát ( Bảng 3.2)

Bảng 1.11 Hàm lượng Pb trong một số chất bổ sung dùng trong nông nghiệp

( Nguồn: Alloway và Fergusson,1990 )

Qua bảng 3.2 cho thấy Pb trong phân rác rất cao có khi lên đến 2240 mg/kg và đặc biệt cao ở bùn cống thải lên tới 7000 mg/kg Nhìn chung, nếu

bổ sung các chất này vào đất thì hàm lượng Pb trong đất tăng đáng kể

Theo Alina Kabata Pendias và Henryk Pendias (1985) thì hàm lượng Pb trong một số chất bổ sung dùng trong nông nghiệp là rất lớn Đặc biệt là phân chuồng, bùn thải hố xí, phân lân, vôi, phân đạm và cả thuốc bảo vệ thực vật Việc sử dụng thường xuyên các loại phân này dẫn đến sự tích luỹ Pb trong đất (bảng 3.3)

Bảng 1.12 Hàm lượng Pb trong một số loại phân bón và thuốc BVTV

Theo Trương Thị Nga và Trương Hoàng Đan, (2005) thì Pb trong phân lân Việt Nam có hàm lượng Pb cao nhất là 8 mg/kg, tiếp đến là phân lân 4mg/kg, thấp nhất là phân NPK 16-16-8-13S

Tại Đông Anh, việc bón phân chuồng trở thành một công đoạn không thể thiếu trong trồng trọt, do đó hoạt động này đã và đang cung cấp một lượng đáng kể kim loại nặng vào đất trồng Hàm lượng kim loại trong phân chuồng phụ thuộc vào nguồn thức ăn chính hoặc chất trộn cho gia súc Ở Việt Nam, nông dân thường sử dụng phân thải của vật nuôi để bón cho cây trồng Từ đó, hàm lượng kim loại nặng trong phân thải sẽ tích tụ trong đất trồng thường tăng theo thời gian

Trong các loại phân chuồng thì phân gà công nghiệp chứa một hàm lượng Pb cao so với các loại phân khác

Qua theo dõi hàm lượng Pb trong phân gà ở Đông Anh chúng tôi thu được kết quả bảng 3.4

1.7 Tổng quan về các phương pháp xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất đã trở thành mối quan tâm đặc biệt của nhiều quốc gia trên thế giới, không chỉ vì mức độ độc hại của chúng mà còn là tác nhân rất khó phân hủy trong môi trường, không những đe dọa sức khỏe con người, các loài sinh vật mà còn tiềm ẩn nhiều rủi ro sinh thái khác Tuy nhiên, làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp và vốn đầu tư rất cao Để xử lý đất ô nhiễm người ta thường sử dụng những phương pháp truyền thống như: Rửa đất; cố định các chất ô nhiễm bằng phương pháp hóa học hoặc vật lý như: Xử lý nhiệt; trao đổi ion; ôxy hóa hoặc khử các chất ô nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đến những nơi chôn lấp thích hợp,… Hầu hết, những phương pháp đó rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật cũng như hạn chế về diện tích,…

Các công trình nghiên cứu trên thế giới đều khẳng định để xử lý kim loại nặng trong đất có thể dùng axit clohydric thì tỷ lệ kim loại nặng bị loại là 50%,

nếu dùng axit clohyđric có thêm hyđro peroxit thì tỉ lệ đó là 80% Axit clohyđric

là loại axit vô cơ loại bỏ kim loại nặng có hiệu quả nhất, nhưng tỉ lệ loại bỏ các kim loại như đồng, crôm, thủy ngân và cadimi là khá thấp

Giải pháp mới do các nhà khoa học Mỹ đưa ra là sử dụng các chất hoạt động bề mặt sinh học không có độc tính Trong trường hợp xử lý đất ô nhiễm kim loại, các chất hoạt động bề mặt sinh học là các anion mang điện tích âm nên sẽ tạo thành liên kết ion với các kim loại mang điện tích dương - liên kết này mạnh hơn, liên kết giữa kim loại với đất, nhờ đó các kim loại nhiễm độc sẽ được tách ra khỏi đất và được loại bỏ cùng dung dịch chất hoạt động bề mặt sinh học Đây là một công nghệ có hiệu quả cao và thân thiện với môi trường,

có nhiều triển vọng và hữu ích cho việc xử lý vấn đề nhiễm độc kim loại

Trong những năm gần đây, công nghệ sử dụng thực vật để xử lý môi trường đang được quan tâm bởi nhiều lý do: Diện tích đất bị ô nhiễm ngày càng tăng, các kiến thức khoa học về cơ chế, chức năng của sinh vật

và hệ sinh thái, áp lực của cộng đồng, sự quan tâm về kinh tế Hai mươi năm trước đây, các nghiên cứu về lĩnh vực này còn rất ít, nhưng ngày nay, nhiều nhà khoa học đặc biệt là ở Mỹ và châu Âu đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghệ này như một công nghệ mang tính chất thương mại Năm 1998, Cục môi trường châu Âu đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý kim loại nặng trong đất bằng phương pháp truyền thống và phương pháp sử dụng thực vật tại 1.400.000

vị trí bị ô nhiễm ở Tây Âu, kết quả cho thấy chi phí trung bình của phương pháp truyền thống trên 1 hecta đất từ 0,27 đến 1,6 triệu USD, trong khi phương pháp sử dụng thực vật chi phí thấp hơn 10 đến 1000 lần

Khả năng làm sạch môi trường đất của thực vật đã được biết từ thế

kỷ XVIII, tuy nhiên, mãi đến những năm 1990 phương pháp này mới được nhắc đến như một loại công nghệ mới dùng đề xử lý môi trường đất

bị ô nhiễm bởi các kim loại, các hợp chất hữu cơ, thuốc súng, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật và các chất phóng xạ

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

bọ và sự nhiễm nấm

Ở Liên Xô trước đây, người ta đã có những kinh nghiệm về việc sử dụng các cây trồng, ví dụ cây hoa hướng dương, để xử lý đất nhiễm phóng xạ

Một loại cỏ ở vùng Alpine có khả năng hấp thụ kẽm trong đất Cây bạch

dương hấp thụ mêtan Cây mù tạc thuộc họ Thlaspi goesingense có khả năng

hóa giải nickel Lena Q M thuộc đại học Florida đã thành công trong việc

nghiên cứu dùng cây dương xỉ Pteris Vittata để hấp thụ arsenic trong đất

Nghiên cứu viên Chen Tong Bin (Trần Đồng Bân) của Viện nghiên cứu Tài nguyên và khoa học địa lý, thuộc Viện Khoa học Trung Quốc cho biết: trồng những loại cây có khả năng hấp thụ các kim loại nặng hơn mức bình thường như loài cây dương xỉ trên vùng đất bị ô nhiễm để chúng hút kim loại nặng, sau đó họ sẽ “thu hồi” lại các kim loại nặng từ loài cây này để tách kim loại thuần ra làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp Hàm lượng thạch tín ở trên lá của cây lên tới 8‰, vượt xa so với hàm lượng đạm, lân có trên thân cây mà cây vẫn phát triển tươi tốt Khả năng hút thạch tín của loài cây này không ngừng tăng mạnh theo sự phát triển của cây

Tiến sĩ Lena Ma, Đại học Florida (Mỹ) và các đồng nghiệp đã phát hiện ra những cây dương xỉ diều hâu mọc tại một khu rừng được bảo tồn nhưng đã bị bỏ hoang do nhiễm độc asen Khi phân tích lá của chúng, họ

phát hiện thấy nồng độ asen lớn gấp 200 lần so với vùng đất xung quanh Trên những vùng đất không bị ô nhiễm, hàm lượng asen trong dương xỉ thay đổi từ 11,8-64 phần triệu Tuy nhiên, những cây dương xỉ mọc trong vùng đất ô nhiễm tại miền Trung Florida lại có nồng độ cao từ 1.442-7.526 phần triệu Asen tập trung phần lớn trên những chiếc lá xanh dạng dải hay

lá hình lược của dương xỉ

Trước nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng trong đất, một số nhà khoa học trong nước đã nghiên cứu giải pháp khắc phục bằng nhiều cách khác nhau

Cái Văn Tranh và cộng sự (2003) đã sử dụng dung dịch HCl (pH = 1) mang hiệu quả xử lý chì trong đất ô nhiễm cao hơn dung dịch HCl (pH = 3)

và 0,01M EDTA, tuy nhiên làm mất đi các nguyên tố dinh dưỡng khác như

Ca và Mg cũng rất đáng kể, giá thành chi phí để xử lý cũng tương đối cao

Trần Kông Tấu và cộng sự (2005) đã sử dụng bentonit để xử lý kẽm cho thấy: Khi không trộn bentonit vào đất, lượng kẽm tan vào dung dịch là rất cao, 864,5 mg/l, khi tăng lượng bentonit trộn vào đất thì lượng kẽm hấp phụ vào bentonit tăng và hàm lượng kẽm còn lại trong dung dịch giảm rõ rệt Trộn 50 g bentonit, lượng kẽm còn lại là 255,8 mg/l (hiệu suất hấp phụ của bentonit là 70,4%) Khi trộn 200 g Bentonit, lượng kẽm trong dung dịch chỉ còn 34,5 mg/l (hiệu suất hấp phụ đạt 96%)

Xử lý môi trường bằng thực vật là một công nghệ mới, hấp dẫn ở Việt Nam và được đề cập trong những năm gần đây Kỹ thuật này được cho biết là có một triển vọng đặc biệt trong việc làm sạch kim loại trong đất, ít nhất là dưới điều kiện cụ thể nào đó và được sử dụng trong hệ thống quản lý thích hợp

Rau muống và bèo tây là hai loài thực vật được nghiên cứu khá nhiều về khả năng hấp thụ kim loại nặng Ở Việt Nam, nghiên cứu thăm dò được nhóm tác giả Lê Đức (2000) cho kết quả: Hàm lượng Pb tích lũy sau 40 ngày và 60 ngày trong rau muống tăng lên từ 125 đến 130 lần, trong bèo tây tăng lên từ 115