Ảnh hưởng của hàm lượng cadimi trong đất nền tới sự tích lũy cadimi trong rau cải ngọt và cải cúc

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA MÔI TRƯỜNG

Trang 2

Trong quá trình hoàn thành bài khóa luận tốt nghiệp này, em nhận được sự

quan tâm hướng dẫn ,giúp đỡ của nhiều cá nhân tập thể trong và ngoài trường

Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học khoa học tự nhiên –ĐHQGHN đã trao cho em cơ hội để làm bài khóa luận này Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn khoa Môi trường của trường đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn hướng dẫn của em , thầy Lê Đức Thầy đã tận tình giúp đỡ em giải quyết những khó khăn mà em gặp phải trong suốt quá

trình thực hiện khóa luận này

Nhưng do yếu tố chủ quan về nhận thức và cách nhìn nhận vấn đề của một sinh viên còn chưa có kinh nghiệm Thêm vào đó điều kiện thời gian không cho phép, nên

em khó có thể tránh khỏi việc mắc phải một số thiếu sót nhất định Vậy , em kính mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô để bài khóa luận của em có thể phong phú, sát

với thực tế và hoàn thiện hơn

Sinh viên Đàm Tuấn Anh

Trang 3

KLN Kim loại nặng

Trang 4

STT Tên bảng Số trang

Bảng 3 Hàm lượng Cd trong đất tầng mặt tại vùng có nguy cơ ô nhiễm

do rác thải thành phố tại Sóc Sơn – Hà Nội (mg/kg)

(g/ha/năm)

7

Bảng 9 Sự ảnh hưởng của các làng nghề đến hàm lượng Cd trong đất 9

Bảng 11 Hàm lượng Cd trong một số loại đất chính Việt Nam (ppm)

(Nguồn: Viện Thổ nhưỡng – nông hóa (2006)

gieo hạt

29

Bảng 18 Hàm lượng Cd tổng số và linh động trong các công thức của 30

Trang 5

Bảng 19 Sự sinh trưởng của cải cúc sau 7 và 14 ngày gieo hạt 30 Bảng 20 Sự sinh trưởng của cải cúc sau 21 và 28 ngày gieo hạt 30 Bảng 21 Sự sinh trưởng của cải cúc sau 38 ngày gieo hạt 31 Bảng 22 Sinh khối lá, thân, rễ và tổng sinh khối cải ngọt sau 38 ngày

Bảng 24 Hàm lượng Cd trong rễ, thân và lá cải ngọt tính trên khối

lượng rau tươi

Trang 6

STT Tên hình Số trang Hình 1 Hình 1 Sự chuyển hóa các nguyên tố vi lượng trong quá trình

phong hóa và hình thành đất ( theo Hodgson 1963)

12

Hình 2 Sự tác động qua lại giữa các nguyên tố vi lượng trong đất và

trong cây Nguồn: Alina Kabata- Pendias, Henryk Pendias

15

Hình 6 Quan hệ giữa hàm lượng Cd trong đất và hàm lượng Cd tích

lũy trong lá thân và rễ cải ngọt

36

Hình 7 Quan hệ giữa hàm lượng Cd trong đất và hàm lượng Cd tích

lũy trong lá thân và rễ cải cúc

37

Trang 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 3

1.1 Nguồn gốc của cadimi trong đất 3

1.1.1 Nguồn gốc tự nhiên 4

1.1.2 Nguồn gốc nhân tạo 4

1.1.2.1 Lắng đọng khí quyển 4

1.1.2.2 Các hoạt động nông nghiệp 5

1.1.2.3 Các hoạt động công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp 8

1.2 Dạng tồn tại và chuyển hóa của cadimi trong đất 10

1.3 Quan hệ giữa Cd và các tính chất của đất 12

1.4 Tương tác giữa Cd và các nguyên tố khác 14

1.5 Sự hút thu và chuyển hóa Cd 15

1.6 Tác động của Cd tới cây trồng và con người 17

1.6.1 Với cây trồng 17

1.6.2 Về động vật và con người 18

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20

2.1 Đối tượng nghiên cứu 20

2.1.1 Cây cải ngọt 20

2.1.2 Cây cải cúc 21

2.2 Địa điểm thí nghiệm 21

2.3 Đất thí nghiệm 21

2.4 Phương pháp nghiên cứu 21

Trang 8

2.4.2 Phương pháp lấy mẫu 22

2.5 Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 23

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BIỆN LUẬN 26

3.1 Một số tính chất cơ bản của đất và hàm lượng Cd trong đất nền 26

3.2 Sự sinh trưởng và phát triển của các chậu thí nghiệm 27

3.2.1 Cây cải ngọt 27

3.2.2 Cây cải cúc 30

3.3 Hàm lượng Cd trong rau 33

3.3.1 Hàm lượng Cd tích lũy trong cải ngọt 33

3.3.2 Hàm lượng Cd tích lũy trong cải cúc 33

3.4 Hàm lượng Cd trong đất sau thu hoạch 34

3.4.1 Đất sau thu hoạch cải ngọt 34

3.4.2 Đất sau thu hoạch cải cúc 35

3.5 Quan hệ giữa hàm lượng Cd trong đất so với các phần của cây 36

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38

1 Kết luận 38

2 Kiến nghị 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

CÁC PHỤ LỤC 42

Phụ lục 1 42

Phụ lục 2 47

Trang 9

Đàm Tuấn Anh 1 K53 Khoa học đất

MỞ ĐẦU Đặt vấn đề

Cùng với sự phát triển của kinh tế đất nước mức sống của người dân ngày càng được nâng cao, nhu cầu về các thực phẩm chất lượng và an toàn không thể ngày càng tăng, trong đó rau an toàn là một vấn đề được nhiều người quan tâm và nghiên cứu của nhiều nhà khoa học và người tiêu dùng Bởi lẽ rau xanh là thực phẩm không thể thiếu được trong bữa ăn hàng ngày của con người , rau xanh cung cấp nhiều chất dinh dưỡng bao gồm nhiều loại vitamin , các khoáng chất và chất xơ cần thiết cho cơ thể Ngoài ra rau xanh còn được sử dụng trong nhiều mục đích khác như trong công nghiệp chế biến thực phẩm và chăn nuôi.v.v…

Sự gia tăng dân số ảnh hưởng tới nhiều mặt của xã hội, trong đó nhu cầu về lương thực, thực phẩm cũng được nâng lên cả về số lượng và chất lượng, và rau xanh cũng là một nhu cầu không ngoại lệ Cơ cấu rau quả tiêu dùng hiện nay trên thế giới đã đạt 30% là rau ăn lá, 30% là ăn quả, 10% là cho củ, 10% là cho bắp, thân, hoa và 20%

là rau gia vị Ở Việt Nam cơ cấu hiện nay là 54: 26: 8: 6 và 6% Mỗi ngày thành phố

Hồ Chí Minh tiêu thụ 1.200 tấn rau các loại, trong đó chỉ có 20 tấn rau an toàn Mặc dù cho đến nay, diện tích sản xuất rau an toàn trên địa bàn thành phố đã được mở rộng nhưng vẫn không đáp ứng đuợc nhu cầu rộng lớn của thị trường- mới đạt 30% tổng nhu cầu và Hà Nội trung bình hàng năm tiêu thụ 150.000- 180.000 tấn rau tươi, khu vực nội thành chiếm khoảng 90.000 tấn Trong khi đó lượng rau an rất thấp chỉ từ 15.000-18.000 tấn /năm (chỉ chiếm 10% ), và lượng rau an toàn này cũng chưa được khẳng định hoàn toàn

Sự phát triển công nghiệp và nhiều làng nghề tái chế nhanh và tràn lan, trong khi đó thì nước thải và chất thải rắn được phát sinh từ đó tác động tới đất sản xuất nông nghiệp Một vấn đề khác đó là việc sử dụng không hợp lý phân bón và sự lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật không những làm cho đất bị chai cứng mà còn gây ô nhiễm đất Các tác động trên ảnh hưởng tới độ an toàn của rau được canh tác trên vùng đất đó Nhiêu nghiên cứu cho thấy những vùng đất canh tác rau thuộc lân cận những khu công nghiệp hay làng nghề tái chế đều bị ô nhiễm vượt quá mức cho phép và không có khả năng sử dụng làm thực phẩm Một trong những yếu tố phổ biến tác động đến độ an toàn của rau là hàm lượng KLN trong rau vượt quá ngưỡng cho phép Điều này khiến cho làm cho việc tiêu thụ những loại rau gặp khó khăn hoặc không tiêu thụ được, hay

có chăng tiêu thụ được thì cũng tác động xấu tới sức khỏe của người tiêu dùng

Sự tích lũy kim loại năng trong rau chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố, trong

đó bao gồm: hàm lượng kim loại năng trong đất, các điều kiện của đất như pH, hàm lượng chất hữu cơ, thành phần cơ giới, độ ẩm, ngoài ra còn phụ thuộc và loại rau, chế

độ canh tác…Cũng đã được nhiều tác giả điều tra và nghiên cứu Dựa trên cơ sở đó các nhà khoa học đã ra những biện pháp sản xuất rau an toàn cho từng khu vực ứng với từng loại rau có thể canh tác Tuy nhiên để sản xuất được những sản phẩm rau an toàn

Trang 10

để đưa tới tay người tiêu dùng vẫn còn gặp nhiều khó khăn, trong nhiều khâu của quá trình sản xuất

Việc nghiên cứu về ảnh hưởng của môi trường đất canh tác tới sự tích lũy kim loại nặng trong rau là một đề tài cần thiết cho nghề sản xuất rau an toàn hiện nay, nó tạo cơ sở cho việc đưa ra các biện pháp nhằm hạn chế sự tích lũy của kim loại nặng trong rau Nhằm góp phần giải quyết vấn đề trên, tôi xin trình bày đề tài “Ảnh hưởng của hàm lượng cadimi trong đất nền tới sự tích lũy cadimi trong rau cải ngọt và cải cúc”

Trang 11

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

1.1 Nguồn gốc của cadimi trong đất

Cadimi là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn các nguyên tố có ký hiệu Cd

và là nguyên tố hoá học nhóm IIB, chu kì 5 bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học; số thứ tự 48; nguyên tử khối 112,41 [4]

Cadimi là kim loại mềm, dẻo, dễ uốn, màu trắng ánh xanh, có độc tính và có hóa trị II, rất dễ cắt bằng dao Nó tương tự về nhiều phương diện như kẽm nhưng có xu hướng tạo ra các hợp chất phức tạp hơn Cd dễ nóng chảy, khối lượng riêng 8,65 g/cm3; Tnc = 321,1oC, Ts = 766,5 oC [4]

Bảng 1 Mức độ Cd trong môi trường tự nhiên

Bề mặt Đại Tây Dương : 1,1ppm

Đáy Đại Tây Dương : 38 ppm

Trang 12

Trên phạm vi toàn thế giới, ước tính lượng lắng đọng Cd hàng năm là 5700 tấn Giá trị lắng đọng (cả khô và ướt) điển hình của Châu Âu là 3g/ha/năm trên đất nông nghiệp Nồng độ Cd trong khí quyển ở châu Âu là 1 – 6 mg/m3 ở nông thôn và 3,6 – 20 mg/m3 ở thành thị và 16,5 – 54 mg/m3 cho các khu vực công nghiệp.[4]

Tại Việt Nam, theo nghiên cứu của nhóm tác giả Bùi Thị Phương Loan tại khu vực nhà máy hóa chất Thạch Sơn (Lâm Thao – Phú Thọ), hàm lượng Cd trong vùng giả định ảnh hưởng trực tiếp của nguồn thải nhà máy là 1,56 mg/kg, trong vùng giả định ít ảnh hưởng là 0,93 mg/kg và trong vùng giả định không ảnh hưởng là 0,58 mg/kg

Quan trắc tại bãi rác thải Nam Sơn, nhóm tác giả này ghi nhận kết quả sau (với

cả Zn và Cd, tích tụ do lắng đọng và cả do nước thải):

Trang 13

Bảng 3 Hàm lượng Cd trong đất tầng mặt tại vùng có nguy cơ ô nhiễm do rác thải thành phố tại Sóc Sơn – Hà Nội (mg/kg)

Ảnh hưởng trực tiếp nguồn nước của bãi rác thải 0,59

Cách nguồn nước và bãi rác thải 500m 0,44

Nguồn [3]

1.1.2.2 Các hoạt động nông nghiệp

o Sử dụng phân bón hóa học và thuốc trừ sâu không tinh khiết

Cd có trong nguyên liệu dung để sản xuất lân và vôi Hàm lượng Cd trong đá photphat được sử dụng làm phân lân thay đổi theo nguồn gốc địa chất và loại đá: 0,15-0,5 mg Cd/ kg ở đá có nguồn gốc núi lửa và từ 5-300 mg Cd/ kg ở đá trầm tích Trong chế biến phân bón công nghiệp khoảng 60-80% Cd trong đá photphate nằm lại trong phân bón tỷ lệ Cd phụ thuộc vào loại đá và hàm lượng P2O5 của phân bón Hàm lượng thông thường của Cd trong phân photphate là 3- 11 mg/kg P2O5 Với liều lượng trung bình 50 kg P2O5/ha/năm sẽ bổ sung vào đất 0,15 – 5,5 Cd/ha/năm [4]

Bảng 4 Hàm lượng Cd trong một số loại phân bón và vôi bột

Các loại phân bón, thuốc trừ sâu, bùn thải, nước tưới đều có chứa một lượng

Cd nhất định bổ sung vào đất Trên phạm vi toàn thế giới, bùn thải bổ sung vào đất một

Trang 14

lượng khoảng 480 tấn Cd một năm Trong bùn thải, Cd tồn tại chủ yếu dưới dạng Cacbonat (49%) [4]

o Sử dụng bùn thải trong nông nghiệp

Ngoài việc cung cấp chất hữu cơ (~ 50%) bùn thải còn có thể làm giàu đất bởi các chất dinh dưỡng như N (1-7%) Lân (1-5%) K (0,1-3%) và các nguyên tố khác [4]

Do vậy bùn thải được xem là loại phân bón tốt, rẻ tiền và là chất điều hòa đất Đồng thời với đặc tính giải phóng chậm, hạn chế được đáng kể mất chất dinh dưỡng do dòng chảy (thường xảy ra với các loại phân hóa học )nên bùn thải giữ vai trò quan trong trong nền canh tác hữu cơ bền vững Trên thế giới còn có nhiều nước sử dụng bùn thải bón cho đất đặc biệt là những nước mà đất đai nghèo chất hữu cơ và đồng thời chất hữu cơ có nguồn gốc động vật lại khan hiếm Tuy nhiên bùn thải có chứa hàm lượng KLN có thể chứa hàm lượng KLN đặc biệt cao do việc sử dụng bùn thải này làm chất xúc tác cho các quá trình công nghiệp Chính sự có mặt của KLN với khối lượng lớn trong bùn thải là một yếu tố chính cản trở việc sử dụng nó trong nông nghiệp

KLN trong bùn thải tồn tại dưới nhiều dạng trong đó có dạng ion tự do, cácbonat , các dạng phức hữu cơ tan và không tan Theo Stover và nnk( 1976) Cd tồn tại chủ yếu ở dạng cacbonat

Tốc độ mất KLN chậm nghĩa là thời gian tồn tại của KLN trong đất lâu đồng thời viêc đưa bùn thải liên tục và trong đất sẽ làm tăng dần hàm lượng của KLN dẫn đến ô nhiễm

Bảng 5 Hàm lượng của Cd trong bùn – nước cống ranh đô thị ( đơn vị mg/

Bảng 6 Hàm lượng Cd trong nước chảy tràn đô thị

KLN Mái nhà Chỗ để xe Kho bãi Đường phố Chỗ sửa xe

Nguồn [4]

Trang 15

Một số tác giả cho rằng hàm lượng Cd ở 150 cống rãnh nước Mỹ đạt trung bình

là 16 mg/kg (từ 17 – 23 mg/kg) Trong khi đó, ở nước Anh, bùn cống rãnh có thể đạt đến 5kg Cd/ha đất Tại rừng lá rụng Tenessee (Mỹ) trên loại đất thịt nhẹ, chua, tổng lượng Cd tích lũy hàng năm ước tính đạt 21 g/ha [4] Trên đất nông nghiệp có tưới của Đan Mạch, tổng lượng Cd tích lũy hàng năm đạt 3 g/ha Việc sử dụng nước thải để cung cấp cho nông nghiệp góp phần đáng kể cho việc tăng hàm lượng Cd trong đất Hàm lượng Cd trong nước thải công nghiệp ở New york và Tây Đức[4]

Bảng 7 Hàm lượng Cd trong nước thải công nghiệp

Nguồn [4]

Cân bằng Cd trong đất nông nghiệp ở Ba Lan và Đức được ước tính như sau:

Bảng 8 Cân bằng Cd trong đất nông nghiệp ở Ba Lan và Đức (g/ha/năm)

Trang 16

Nguồn [4]

Tại Việt Nam cũng đã có những nghiên cứu về Cd trong đất nông nghiệp Nhóm tác giả trường Đại học Cần Thơ nghiên cứu nước cấp trong kênh cấp 2 và cấp 3 tại các vùng đất phèn nặng và đất phù sa đồng bằng Sông Cửu Long nhận thấy: hàm lượng Cd trong nước cấp vùng đất phèn nặng dao động trong khoảng 0,31 – 1,47 µg/l (trung bình 0,76 µg/l), trong khi ở vùng đất phù sa là 0,01 µg/l Các tác giả Dương Tú Oanh và Nguyễn Xuân Hải nghiên cứu nước cấp vùng trồng rau Tây Tựu (Hà Nội) nhận thấy hàm lượng Cd trong nước cấp năm 2005 là 0,01 ppm, trong nước sông Nhuệ là 0,007 ppm

1.1.2.3 Các hoạt động công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp

o Các hoạt động công nghiệp

Với sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp hiện đại lượng Cd được sử dụng ngày càng nhiều Khoảng 3/4 cadimi sản xuất ra được sử dụng trong các loại pin (đặc biệt là pin Ni-Cd); sản xuất ắc quy và phần lớn trong 1/4 còn lại sử dụng chủ yếu trong các chất màu, lớp sơn phủ, các tấm mạ kim và làm chất ổn định cho nhựa Ngoài ra Cd con được sử dụng:

- Trong một số hợp kim có điểm nóng chảy thấp

- Trong các hợp kim làm vòng bi hay gối đỡ do có hệ số ma sát thấp và khả năng chịu mỏi cao

- Khoảng 6% cadimi sử dụng trong mạ điện

- Nhiều loại que hàn chứa kim loại này

- Lưới kiểm soát trong các lò phản ứng hạt nhân

- Các hợp chất chứa cadimi được sử dụng trong các ống hình của ti vi đen trắng hay ti vi màu (phốt pho đen, trắng, lam và lục)

- Cadimi tạo ra nhiều loại muối, trong đó cadimi sulfua (CdS )là phổ biến nhất Sulfua này được sử dụng trong thuốc màu vàng

- Một số vật liệu bán dẫn như sulfua cadimi (CdS ), cadimi selenua(CdSe) và cadimi telurua (CdTe ) được dùng trong các thiết bị phát hiện ánh sáng hay pin mặt trời CdTe nhạy cảm với tia hồng ngoại

- Một số hợp chất của cadimi sử dụng làm chất ổn định trong PVC

Việc điều chế và sử dụng cũng là yếu tố góp phần làm gia tăng lượng Cd đưa vào môi trường Ngoài ra Cd được phát thải ra trong nhiều ngành công nghiệp mà chủ yếu là ngành công nghiệp luyện kim (Cd được phát thải ở dạng hơi hoặc chất thải rắn trong quá trình đốt quặng để tinh luyện Zn ), khai thác khoáng sản (Cd có trong nước thải của những mỏ khai thác ), sản xuất pin, ăc qui… Cd còn được sử dụng trong một

số ngành công nghiệp mạ, là làm bóng đồ trang sức

Trang 17

Trong các ngành công nghiệp sản xuất phục vụ cho nông nghiệp cũng phát thải một lượng lớn Cd ra môi trường bao gồm cả những chất thải ở dạng hơi, dạng lỏng, và chất thải rắn

Hoạt động công nghiệp khai thác khoáng sản cũng đóng góp một phần lượng Cd đưa vào môi trường Cadimi tồn tại như một sản phẩm nấu chảy của quặng mỏ sunfua, ZnS, sphalente, wientzite, ZnCO3 Theo Kabata – Pendias, công nghiệp khai khoáng phát thải vào môi trường 20.800 tấn Cd (1988) và 19.615 tấn vào năm 1997

Ngày nay, mối quan tâm đến sự gia tăng hàm lượng Cd trong đất ngày càng tăng

do các hoạt động phát thải Cd của con người ngày một lớn Theo các nghiên cứu, Cd

có chu kỳ phân hủy đến 70 – 380 năm và tích lũy trong đất do nguồn nhân tạo đến 80%

o Các làng nghề tiểu thủ công nghiệp ,và tái chế kim loại

Vì mục đích kinh tế, nhiều làng nghề tiểu thủ công nghiệp và tái chế kim loại phát triển với lượng chất thải và nước thải lớn hầu hết chưa qua xử lý được đổ thải trực tiếp vào môi trường đất, nước, không khí gây ô nhiễm và nó tác động trực tiếp tới chất lượng cuộc sống của những người dân trong khu vực đó và lân cận

Theo Nguyễn Công Vinh và các đồng sự, tại các làng nghề đúc đồ nhôm Al), đồ đồng (LN-Fe, Al, Cu), tái chế chì (LN-Pb), làng nghề đồng – kẽm (LN-Cu,Zn) tại đồng bằng sông Hồng có hàm lượng Cd trong đất so với đất nền như sau:

(LN-Bảng 9 Sự ảnh hưởng của các làng nghề đến hàm lượng Cd trong đất

Phạm vi

biến động

Hàm lượng Cd tổng số trong đất (mg/kg) Đất nền LN-Al LN-Fe, Al, Cu LN-Pb LN-Cu, Zn

Trang 18

Bảng 10 Tổng hợp các nguồn đưa Cd vào đất

Nguồn Hàm lượng đưa vào đất Cd(mg)

Chất thải chăn nuôi và sản xuất

nông nghiệp ( gồm cả phân bón)

1.2 Dạng tồn tại và chuyển hóa của cadimi trong đất

Trong đất, Cd tồn tại dưới dạng quan trọng nhất là cation Cd2+ Hàm lượng của

Cd dao động trong khoảng 0,06 – 1,1 ppm Hàm lượng của Cd trong đất, cùng với Hg, được xem là thấp nhất trong các nguyên tố vết Hàm lượng Cd trong đất dường như không phụ thuộc vào tính chất đất, mặc dù hàm lượng cao nhất của Cd là trong đất Histosols (0,78 ppm) và podzols (0,37 ppm) Giá trị trung bình trên toàn thế giới là 0,57 ppm Cd Vượt quá giá trị này, đất xem như bị ô nhiễm [3]

Trong điều kiện ô-xy hóa, Cd có xu hướng hình thành CdO và CdCO3 cũng như tích tụ trong photphate trong trầm tích biolit Cd trong đất cũng chịu ảnh hưởng của pH (pH càng cao, Cd càng kém linh động), khả năng giữ nước của đất cũng như sự có mặt của các nguyên tố khác [3]

Tại Việt Nam, Viện Thổ nhưỡng – nông hóa đã tiến hành phân tích hàm lượng

Cd trong một số loại đất chính của Việt Nam Kết quả trình bày trong (bảng 11) Công trình do nhóm tác giả Hà Mạnh Thắng thực hiện

Bảng 11 Hàm lượng Cd trong một số loại đất chính Việt Nam (ppm) (Nguồn: Viện Thổ nhưỡng – nông hóa (2006)

Loại đất Đất phù sa Đất xám Đất đỏ Đất cát biển

Trang 19

- Muối và oxit như: CdS, CdCO3, CdO và Cd3(PO4)2

- Cd hấp thu trong các phức hữu cơ tan và không tan

- Dạng tan trong nước bao gồm ion Cd2+ và các phức chất tan của Cd với các chất hữu cơ

Adriano đã tổng kết lại các dạng tồn tại của Cd như sau: Dạng trao đổi – Sự hấp phụ Cd do lực hút tĩnh điện với các vị trí mang điện tích âm của các phần tử sét và hydroxyt, Dạng khử ( oxit- ngậm nước ) – sự hấp phụ hoặc cùng kết tủa với oxit và hydroxyt và oxit ngậm nước của Fe và Mn, có thể cả của Al, chúng bao bọc khoáng sét hoặc tồn tại là những phân tử rời rạc Dạng cacbonat – kết tủa cacbonat trong đất cao tồn tại ở dạng CdCO3 và bicacbonat có phản ứng kiềm( kết quả cũng xảy ra tương tự với cacbonat) Dạng hữu cơ và phức hợp với các phân tử hữu cơ nhờ các phân tử hữu

cơ do sự hình thành chelate hóa hay các liên kết hữu cơ Các hợp chất có thể biến đổi trong những dạng bền vững từ khả năng phân hủy dễ dàng sang dạng chịu đựng vừa phải đối với những quá trình phân hủy Dạng lactice – cố định trong tinh thể phân tử khoáng đôi khi được biết như là phần tử còn lại Dạng sunfua, không hòa tan là hợp chất bền vững của Cd với S trong điều kiện đất khử Dạng hòa tan – tồn tại trong đất ở

cả dạng ion và dạng phức hòa tan.[4]

Những phản ứng cơ bản xảy ra trong đất quyết định những cách chuyển hoá và mối liên kết các hợp chất của Cd như sau:

Trang 20

Hình 1 Sự chuyển hóa các nguyên tố vi lượng trong quá trình phong hóa

và hình thành đất ( theo Hodgson 1963) [4]

Dạng tồn tại của Cd trong đất phụ thuộc vào rât nhiều yếu tố trong đó co điều kiện pH của đất, thành phần cơ giới, hàm lượng chất hữu cơ, và thế ôxy hóa khử, và một số ion kim loại đối kháng như trong điều kiện đất chua thì độ linh động của Cd tăng xong nếu trong đất có nhiều ion sắt, nhôm, mangan hay chất hữu cơ thì Cd bị liên kết chặt cũng làm giảm khả năng linh động của Cd.[4]

1.3 Quan hệ giữa Cd và các tính chất của đất

Mối quan hệ giữa hàm lượng Cd và các tính chất của đất khá phức tạp, bắt nguồn từ cấu tạo vật chất của đá mẹ, sự đưa Cd vào từ tự nhiên và nhân tạo cũng như các tính chất của bản thân đất anh hưởng đến sự hình thành và các dạng tồn tại của Cd trong đất Ở mức pH xấp xỉ 7 thì hàm lượng Cd trong đất phụ thuộc vào pH và chất hữu cơ của đất Ở pH > 7 thì mối tương quan giữa Cd và hàm lượng chất hữu cơ ít

Phức chất không tan với chất hữu cơ

Kết tủa và hoà tan các oxit, photphat sắt và mangan

Kết tinh trong kết tủa được thành tạo

Trang 21

khăng khít hơn [4] Boily và Fein (1996), thấy răng sự có mặt của xitrat làm tăng khả năng hấp thụ Cd(II) của α-Al2O3 ở pH từ 3,5 đến 7,2, khi pH > 7,2 thì hàm lượng xitrat tăng lại làm giảm khả năng hấp phụ Cd(II)

Trong đất Cd tồn tại ở dạng hợp chất không tan CdO, CdCO3, Cd3(PO4)2 trong đất ở điều kiện ôxy hóa Trong các điều kiện khử (Eh <0,2 V), thì Cd tồn tại nhiều ở dạng CdS Độ chua của đất có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng linh động của Cd trong đất [4] Trong các đất chua , Cd tồn tại ở dạng linh động hơn (Cd2+) Tuy nhiên nếu đât

có nhiều săt, nhôm, mangan, chất hữu cơ thì Cd bị chúng giữ chặt và làm giảm khả năng linh động của Cd Trong các đất trung tính hoặc đất kiềm, bón vôi thì Cd bị kết tủa dưới dạng CdCO3

Khả năng hấp phụ Cd của các chất trong đất giảm dần theo thứ tự: hidroxit và oxit sắt, nhôm, hallosit > allophan > kaolinit ,axit humic > montmorillonit Quá trình hấp phụ Cd trong đất xảy ra khá nhanh 95% Cd được đưa vào đất bị đất hấp phụ trong

10 phút và 100% trong vòng 1 giờ Thông thường Cd tồn tại trong đất ở dạng hấp phụ trao đổi nó chiếm khoảng 20- 40 %, dạng hợp chất cacbonat chiếm khoảng 20%, hidroxit và oxit chiếm khoảng 20% [4] Phần liên kết với các hợp chất hữu cơ chiếm tỷ

lệ nhỏ

Cd khi đi vào đất có thể thực hiện nhiều mối liên kết khác nhau và tương tác với các hợp phần khác nhau của đất, Cd có thể biến đổi thành nhiều dạng tồn tại phụ thuộc vào loại liên kết hình thành

Các quá trình thổ nhưỡng, sự quản lý đất và các yếu tố khác do con người có thể kiểm soát được hàm lượng tổng số cũng như dạng di dộng của các nguyên tố vết trong đất Các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái của KLN: pH, Eh, các chất hữu cơ, các oxit hydrat hóa, khoáng sét, cacbonat và hàm lượng muối[4] Các thông số liên quan đến dạng tồn tại của Cd trong bảng sau

Bảng 12 Các yếu tố ảnh hưởng đến dạng tồn tại của KLN

Thành phần cơ giới Mức độ phong hóa

Trang 22

phần)

Tính axit (SO2, NOx) DOC

Nguồn [4]

1.4 Tương tác giữa Cd và các nguyên tố khác

Cd ảnh hưởng tới sự hút thu các nguyên tố đa lượng của lúa mạch Theo nghiên cứu của Zhang Guo-ping và Gabiena (2007) sự gia tăng của hàm lượng Cd làm tăng đáng kể hàm lượng K trong phần gốc và thân và giảm hàm lượng K trong chồi và lá non của lúa mạch Sự gia tăng Cd làm giảm hàm lượng của Cd trong cả rễ và chồi và

sự gia tăng của hàm lượng Cd không ảnh hưởng nhiều đến sự hút thu Mg của lúa mạch [17]

Cd ảnh hưởng đến sự hút thu các nguyên tố vi lượng Theo nghiên cứu của Zhang Guo-ping và Gabiena thì sự sự gia tăng của hàm lượng Cd làm gia tăng đáng kể

sự tích lũy đồng trong rễ đại mạch, nhưng ngược lại làm giảm nồng độ sắt trong rễ , gốc và chồi của lúa mạch Sự gia tăng nồng độ Cd trong đất trồng ít ảnh hưởng đến sự tích lũy Mn trong rễ, nhưng có làm giảm hàm lượng của kẽm [17] Sự hút thu kẽm giảm 35% khi có sự có mặt của Cd và, giảm 58% khi có sự gia tăng của hàm lượng Cd

Tương tác giữa Cd và Pb được tìm thấy chủ yếu là đối kháng trong rễ và lá, khi hàm lượng Cd nhỏ: 0,007-0,008mg/g chất khô thì sự gia tăng nồng độ Cd chưa ảnh hưởng rõ rệt đến sự tích lũy Pb biểu hiện sự tăng nồng độ của cả Cd và Pb trong rễ và

lá, nhưng có sự giảm nồng độ chì tích lũy trong rễ và lá khi nồng độ Cd đạt 0,05 mg/g chất khô.[17]

Trang 23

Đối kháng Đối kháng hoặc tăng cường

Tăng cường Có thể đối kháng

Hình 2 Sự tác động qua lại giữa các nguyên tố vi lượng trong đất và trong

cây Nguồn: Alina Kabata- Pendias, Henryk Pendias [2]

1.5 Sự hút thu và chuyển hóa Cd

Trang 24

Cadimi tích tụ trong các phần đặc biệt của thực vật Theo nguyên tắc chung, lá chứa nhiều cadimi nhất, sau đó là các loại củ, hạt và các loại trái cây nhiều phần mềm Cây hấp thụ phần lớn cadimi từ đất qua rễ Trong đất,cadimi dễ dàng liên kết với các hạt đất sét và vật chất hữu cơ, làm cho cây khó hút được cadimi hơn.Đất cát có thành phần sét và vật chất hữu cơ ít hơn, và kết quả là cây hút nhiều cadimi hơn Khi độ pH của đất tăng thì lượng cadimi cho cây hút sẽ giảm đi.Cây hút cadimi và kẽm theo cách giống nhau và các nghiên cứu cho rằng nếu lượng kẽm trong đất thấp thì cây sẽ hút nhiều cadimi hơn Cadimi thường nằm trong tầng đất canh tác Cadimi có thể rửa khỏi đất do bị xói mòn,hoặc bị rửa trôi từ đất cát nhẹ và chua

Nồng độ clorua cao trong đất có thể làm cho cadimi linh động hơn và cây hút dễ dàng hơn [17] Hàm lượng clorua trong đất có thể cao sau khi đất được tưới bằng nước mặn hoặc sau khi sử dụng nhiều các loại phân bón chứa clorua

Hình 3 Các nguồn Cd được cây hấp thụ [14]

Cd có thể dễ dàng vận chuyển từ rễ cây lên các mô trong cây và tích lũy ở đó và gây độc con người khi sử dụng chúng làm thực phẩm Cd trong thực vật làm cản trở quá trình sinh lý hóa sinh của cây: giảm carbon đồng hóa, làm đóng lỗ khí và xáo trộn quá trình vận chuyển nước trong cây, ức chế sự tổng hợp chất diệp lục làm giảm năng suất chất lượng sản phẩm, giảm hấp thu dinh dưỡng, ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp protêin, ức chế sự tăng trưởng thực vật, tham gia các phản ứng oxy hóa gây độc cho cây Cd tham gia các phản ứng sinh hóa trong cơ thể thực vật và tạo ra các gốc ôxy hóa

Trang 25

mạnh (ROS) chúng dễ phân hủy tạo thành ôxy nguyên tử (O2-) (như hydrogen peroxide (H2O2) và các gốc hydroxyl (OH-)) chúng gây ôxy hóa lipid, protein Cây trồng có khả năng chống chịu với sự ô nhiễm Cd ở một ngưỡng xác định vì cây có khả năng sản sinh ra các enzim chống lại sự ôxy hóa (proline) và liên kết với Cd ở dạng phức hữu cơ không độc [17] Căn cứ vào hàm lượng proline có thể nhận định khả năng chịu độc của cây và hàm lượng của chất ô nhiễm

lá bị vàng úa, xoăn lá, rễ có màu nâu, thân còi cọc, cây chậm phát triển Không những thế Cd còn ảnh hưởng đến các quá trình trong cơ thể thực vật như làm thay đổi tính thấm của màng tế bào, kìm hãm quá trình tổng hợp protein, ức chế một số enzim, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và hô hấp, ảnh hưởng đến sự đóng mở các lỗ khí và quá trình thoát hơi nước ở thực vật, làm giảm năng xuất và chất lượng sản phẩm

Trang 26

Sự sự gia tăng của hàm lượng Cd tác động đến sự hút thu các nguyên tố đa lượng và vi lượng của cây, thể hiện qua nghiên cứu của một số tác giả cho thấy, Cd làm giảm lượng Ca trong lá và chồi non, giảm quá trình sinh tổng hợp diệp lục, và sự hút thu các nguyên tố khoáng của cây trồng giảm như sau : Ca (27%), Cu (30%), Fe( 19%), Mn(47%), Mg(20% ), Zn(41%) trong cây đậu tương (Kinraide et al, 2004) [3]

1.6.2 Về động vật và con người

Kim loại cadimi được dùng trong công nghiệp luyện kim và chế tạo đồ nhựa Cadimi xâm nhập vào môi trường qua nước thải và phát tán ô nhiễm do xâm nhiễm từ phân bón Cadimi xâm nhiễm vào nước uống do các ống nước mạ kẽm không tinh khiết hoặc từ các mối hàn và vài loại chất gắn kim loại Tuy vậy, lượng cadimi trong nước thường không quá 1µg/l Thực phẩm là nguồn chính đưa cadimi vào cơ thể người Theo nhiều nhà chuyên gia, thì hút thuốc cũng là nguyên nhân đáng kể gây nhiễm cadimi Sự hấp thụ hợp chất cadimi tùy thuộc vào độ hòa tan của chúng Cadimi tích tụ phần lớn ở thận và có thời gian bán hủy sinh học dài, từ 10 - 35 năm Đã có chứng cứ cho biết cadimi là chất gây ung thư qua đường hô hấp Cadimi có độc tính cao đối với động vật thủy sinh và con người Khi người bị nhiễm độc Cadimi, tuỳ theo mức độ nhiễm sẽ bị ung thư phổi, thủng vách ngăn mũi, đặc biệt là gây tổn thương thận dẫn đến protein niệu Ngoài ra còn ảnh hưởng tới nội tiết, máu, tim mạch Nhiễm độc cadimi xảy ra tại Nhật ở dạng bệnh “itai itai" hoặc "Ouch Ouch" làm xương trở nên giòn Ở nồng độ cao, cadimi gây đau thận, thiếu máu và phá hủy tủy xương IARC

đã xếp cadimi và hợp chất của nó vào nhóm 2A Phần lớn cadimi thâm nhập vào cơ thể người được đào thải qua thận Một phần nhỏ được liên kết mạnh với protein của cơ thể thành metallothionein có ở thận, phần còn lại được giữ trong cơ thể và dần dần được tích lũy theo thời gian Khi lượng Cd2+ được tích trừ đủ lớn, nó sẽ thế chỗ Zn2+ ở các enzim quan khối và gây rối loạn tiêu hóa Lượng đưa vào cơ thể hàng tuần có thể chịu đựng được (PTWI) ấn định là 7 µg/kg thể khối [9]

Cadimi là một trong rất ít nguyên tố không có ích lợi gì cho cơ thể con người Nguyên tố này và các dung dịch các hợp chất của nó là những chất cực độc thậm chí chỉ với nồng độ thấp, và chúng sẽ tích lũy sinh học trong cơ thể cũng như trong các hệ sinh thái Một trong những lý do có khả năng nhất cho độc tính của chúng là chúng can thiệp vào các phản ứng của các enzim chứa kẽm Kẽm là một nguyên tố quan khối trong các hệ sinh học, mặc dù rất giống với kẽm về phương diện hóa học nói chung dường như cadimi không thể thay thế cho kẽm trong các vai trò sinh học đó [9] Cadimi cũng có thể can thiệp vào các quá trình sinh học có chứa magiê và canxi theo cách thức tương tự

Cadimi chỉ tồn tại ở dạng vết trong tổ chức của động vật và thực vật (khoảng 1 ppm) Tuy nhiên các nghiên cứu gần đây thường tập trung vào xác định độc tính của cadimi đối với cơ thể Ở mọi dạng tồn tại, cadimi đều rất nguy hiểm, chỉ cần một lượng 30-40 mg cũng đủ gây chết người.Do mỗi lần lượng cadimi thải ra khỏi cơ thể con người rất chậm (0,1% lượng Cd trong cơ thể trong 1 ngày đêm) nên dễ diễn ra quá

Trang 27

tế thế giới WHO) [9]

Hít thở phải bụi có chứa cadimi nhanh chóng dẫn đến các vấn đề đối với hệ hô hấp và thận, có thể dẫn đến tử vong (thông thường là do hỏng thận) Nuốt phải một lượng nhỏ cadimi có thể phát sinh ngộ độc tức thì và tổn thương gan và thận Các hợp chất chứa cadimi cũng là các chất gây ung thư [9] Khi làm việc với cadimi một điều quan khối là phải sử dụng tủ chống khói trong các phòng thí nghiệm để bảo vệ chống lại các khói nguy hiểm Khi sử dụng các que hàn bạc (có chứa cadimi) cần phải rất cẩn thận Các vấn đề ngộ độc nghiêm khối có thể sinh ra từ phơi nhiễm lâu dài cadimi từ các bể mạ điện bằng cadimi

Trang 28

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

2.1.1 Cây cải ngọt

Cải ngọt thuộc nhóm cải có hoa (flowering pak choy) hay còn gọi là cải Trung Quốc Chinese Flowering Cabbage (Brassica rapa var parachinensis or Brassica chinensis var parachinensis) còn được gọi là rau cải thìa hoặc rau cải ngọt Nó còn có một số tên khác là Tsoi sum, Cai xin (tên Trung Quốc), cải ngọt (tên Việt nam), pakauyai hoặc pakaukeo (Thái lan), saishin (Nhật bản), Tiếng Anh có các tên: Chinese soup green, White flowering cabbage and mosk pak choyl [5]

Cải ngọt được nhận biết do màu lá xanh nhạt và có hoa nhỏ màu vàng và và được coi là một trong những loại rau ngon nhất trong họ cải pak choy Chiều cao của cây từ 20 – 30 cm[5] Lá hình ô van có răng cưa mang màu xanh nhạt hoặc xanh thẫm Cây bắt đầu có hoa khi có từ 7 đến 8 lá Rễ chum sâu khoảng 12 cm và có bán kính 12

cm Đường kính chum lá khoảng từ 15 đến 45 cm

Cây cải ngọt có xuất xứ từ Trung Quốc và là một trong những loại rau thông dụng nhất đối với người Trung Quốc Loại rau này cũng có thể rất thông dụng ở Hồng Kông và được dùng rộng rãi ở các nước phương Tây

Ngồng cải và lá non được dùng làm salad hoặc xào, luộc để dùng trong bữa ăn hàng ngày Cải ngọt rất giàu caroten (tiền vitamin A), canxi và chất xơ Loại rau này cũng có nhiều kali và axit folic [5]

Những người bán tạp phẩm ở Mỹ, Châu Âu và Đông Nam Á thường chỉ bán lá

và cọng rau chứ không bán cả cây rau Do chỉ bán phần “tâm” của cây rau nên họ lấy giá cao hơn Trong tiếng Quảng Đông “sum” có nghĩa là “tâm” Cải ngọt được dùng rất nhiều trong các món ăn của người Trung Quốc và người Châu Á Ở việt nam, rau này được bán cả cây ở chợ cóc và các cửa hàng bán lẻ

Cải ngọt là một loại rau trồng vào mùa lạnh dưới điều kiện ổn định, độ ẩm thấp

và ánh sáng hợp lý Loại rau này có khả năng trồng được quanh năm khi thời tiết không quá khắc nghiệt, nhưng nếu nhiệt độ cao có thể làm cho cây trở nên mảnh hơn, thô hơn, ít ngọt hơn và có thể bị cứng và nhiều xơ

Cải ngọt được trồng trên rất nhiều loại đất từ đất cát nhẹ đến đất sét pha nhưng

ưa loại đất màu mỡ và thoát nước tốt Loiạ rau này không chịu được đất hạn hoặc ngập nước Ở những nơi thoát nước không tốt thì nên trồng trên luống Lý tưởng nhất là loại đất có độ pH không dưới 5 và trong khoảng từ 6 đến 7

Cải ngọt thường được thu hoạch sau 30 đến 50 ngày kể từ khi trồng Sau khi nụ hoa đầu tiên bắt đầu nở thì thu hoạch bằng cách dùng dao sắc cắt từ gốc và bó từ 10 đến 12 cây lại với nhau Năng suất thu hoạch 2 đến 3 lần trong một vụ từ 6 đến 10 tấn/ha Loại rau có chất lượng cao là loại rau có cọng trắng và mềm có ngồng hoa chưa

nở Cọng rau dài ít nhất khoảng 25cm và độ dầy cọng phía gốc có đường kính khoảng

Định dạng
Số trang	56
Dung lượng	1,55 MB