Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất vùng chuyên canh rau đông nam bộ và thí nghiệm mô hình xử lý ô nhiễm bằng thực vật

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN MINH HƯNG NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT VÙNG CHUYÊN CANH RAU ĐƠNG NAM BỘ VÀ THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN MINH HƯNG NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT VÙNG CHUYÊN CANH RAU ĐÔNG NAM BỘ VÀ THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH XỬ LÝ Ơ NHIỄM BẰNG THỰC VẬT CHUYÊN NGÀNH: MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC MÃ SỐ: 9440301.02 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải TS Bùi Thị Ngọc Dung Hà Nội - 2019 LỜI CAM ĐOAN Nghiên cứu sinh xin cam đoan toàn kết luận án cơng trình nghiên cứu nghiên cứu sinh, hướng dẫn trực tiếp PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải TS Bùi Thị Ngọc Dung Các số liệu nghiên cứu trình bày cách xác trung thực Tồn số liệu kết nghiên cứu trình bày luận án nghiên cứu sinh trực tiếp thực cơng bố tạp chí Các số liệu tác giả khác sử dụng có trích dẫn rõ ràng Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Nghiên cứu sinh Nguyễn Minh Hưng LỜI CẢM ƠN Để hồn thành cơng trình này, tơi nhận giúp đỡ tận tình Bộ mơn Khoa học đất, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; tập thể cá nhân nhà khoa học thuộc nhiều lĩnh vực ngồi ngành Tơi xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc kính trọng đến: + PGS TS KH Nguyễn Xuân Hải, Bộ Tài nguyên & Mơi trường TS Bùi Ngọc Dung, Trưởng phịng Khoa học, Viện Quy hoạch Thiết kế Nông nghiệp, Bộ Nông nghiệp PTNT, người thầy, cô hướng dẫn nhiệt tình, làm việc với tinh thần chu đáo trách nhiệm cao, dạy giúp đỡ tơi suốt thời gian thực hồn thành luận án + Tập thể lãnh đạo thầy, cô Bộ môn Thổ nhưỡng, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, giúp đỡ, đóng góp ý kiến tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận án + Lãnh đạo Viện Thổ nhưỡng Nông hóa, đồng nghiệp phịng Khoa học & Hợp tác quốc tế, TT Nghiên cứu Đất, Phân bón Mơi trường phía Nam BM Vi sinh vật tạo điều kiện cho học tập sở vật chất để bố trí thí nghiệm Các bạn bè, đồng nghiệp động viên hỗ trợ nghiên cứu sinh nhiều để có kết nghiên cứu Cuối xin đặc biệt cảm ơn người thân gia đình ủng hộ tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh sống để hoàn thành kết nghiên cứu luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Nghiên cứu sinh Nguyễn Minh Hưng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan ô nhiễm đất ô nhiễm kim loại nặng đất 1.1.1 Khái niệm ô nhiễm đất 1.1.2 Kim loại nặng ô nhiễm kim loại nặng đất 1.1.3 Các dạng tồn As, Cd, Pb, Hg đất nước 1.2 Các nguồn gây ô nhiễm KLN đất nước 1.2.1 Nguồn gây ô nhiễm KLN đất 1.2.2 Nguồn gây ô nhiễm KLN nước 1.3 Tình hình ô nhiễm KLN đất giới Việt Nam 1.3.1 Tình hình nhiễm KLN đất giới 1.3.2 Tình hình nhiễm KLN đất nước Việt Nam 11 1.4 Các phương pháp xử lý đất ô nhiễm KLN 17 1.4.1 Các phương pháp truyền thống 17 1.4.2 Các phương pháp sinh học 18 1.4.3 Xử lý ô nhiễm thực vật (phytoremediation) .19 1.4.4 Tiêu chuẩn loài thực vật sử dụng để xử lý KLN đất 23 1.4.5 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến trình hấp thụ KLN thực vật 23 1.4.6 Các phương pháp xử lý sinh khối thực vật sau tích lũy chất nhiễm 25 1.5 Tình hình nghiên cứu xử lý đất nhiễm KLN phương pháp sinh học Việt Nam 29 1.5.1 Tình hình sử dụng thực vật 29 1.5.2 Một số lồi thực vật có khả tích tụ KLN cao phân bố vùng Đơng Nam Bộ 31 1.5.3 Phương pháp kết hợp thực vật với vi sinh vật 34 1.5.4 Cơ chế tác động vi sinh vật đến tích lũy KLN thực vật .35 1.6 Tóm tắt phần tổng quan 37 CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .38 2.1 Đối tượng nghiên cứu 38 2.2 Nội dung nghiên cứu 41 2.3 Phương pháp nghiên cứu 41 2.3.1 Phương pháp thu thập xử lý liệu 41 2.3.2 Phương pháp lấy mẫu vật 41 2.3.3 Phương pháp tuyển chọn thực vật vi sinh vật 42 2.3.4 Xác định khả chống chịu nấm cộng sinh vùng rễ (Mycorrhiza) với KLN đất 42 2.3.5 Phương pháp bố trí thí nghiệm chậu 43 2.3.6 Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng 44 2.3.7 Đánh giá mức độ ô nhiễm KLN đất, bùn, nước thực vật .48 2.3.8 Xây dựng mơ hình ứng dụng biện pháp sinh học để xử lý ô nhiễm KLN đất 49 2.3.9 Phương pháp phân tích 51 2.3.10 Phương pháp xử lý số liệu 51 CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 52 3.1 Thực trạng sản xuất rau vùng ĐNB 52 3.1.1 Diện tích, suất sản lượng số rau ĐNB 52 3.1.2 Cơ cấu chủng loại rau 54 3.1.3 Kỹ thuật thâm canh rau 55 3.2 Thực trạng ô nhiễm KLN đất, nước rau vùng chuyên canh rau ĐNB 56 3.2.1 Thực trạng ô nhiễm KLN đất vùng chuyên canh rau ĐNB .56 3.2.2 Thực trạng ô nhiễm KLN bùn vùng chuyên canh rau ĐNB 62 3.2.3 Thực trạng ô nhiễm KLN nước tưới vùng chuyên canh rau ĐNB 65 3.2.4 Thực trạng ô nhiễm KLN số loại rau vùng chuyên canh rau ĐNB 67 3.3 Kết tuyển chọn số loài thực vật vi sinh vật có khả tích lũy As, Cd, Pb, Hg đất, vùng chuyên canh rau ĐNB 69 3.3.1 Kết tuyển chọn số loài thực vật 70 3.3.2 Khả chống chịu ô nhiễm KLN đất nâm Mycorhiza cộng sinh với thực vật 78 3.3.3 Phân lập VSV xác định khả tích lũy, chuyển hóa As, Cd, Pb, Hg 81 3.3.4 Tuyển chọn chủng VSV có khả tích lũy, chuyển hóa Pb, Cd, As, Hg cao vùng nghiên cứu 83 3.4 Khả chịu đựng ô nhiễm hấp thụ KLN thực vật .86 3.5 Khả xử lý ô nhiễm KLN thực vật 96 3.5.1 Khả xử lý ô nhiễm KLN đậu bắp 96 3.5.2 Khả xử lý ô nhiễm KLN đậu rồng 99 3.5.3 Khả xử lý ô nhiễm KLN Rau ngót 102 3.5.4 Khả xử lý ô nhiễm KLN dọc mùng .104 3.6 Khả dùng thực vật để xử lý ô nhiễm KLN bùn 107 3.6.1 Khả sinh trưởng Kèo nèo mùn ô nhiễm KLN .107 3.6.2 Sự thay đổi KLN bùn bị ô nhiễm KLN sau trồng kèo nèo .111 3.7 Khả xử lý ô nhiễm KLN thực vật VSV điều kiện đồng ruộng 112 3.7.1 Kết thí nghiệm đậu bắp 113 3.7.2 Kết thí nghiệm dọc mùng 116 3.7.3 Đánh giá khả xử lý bùn bị ô nhiễm KLN thực vật VSV .118 3.8 Khả giảm thiểu KLN đất giải pháp dùng thực vật để xử lý ô nhiễm KLN 121 3.8.1 Hàm lượng KLN đất ảnh hưởng biện pháp sinh học 121 3.8.2 Dự đoán thời gian khả phục hồi đất sau áp dụng trồng đa mục đích hấp thụ KLN 123 3.9 Kết xây dựng thử nghiệm mơ hình ứng dụng thực vật để xử lý ô nhiễm KLN đất 127 3.9.1 Mơ hình ứng dụng biện pháp sinh học xử lý ô nhiễm KLN đất 127 3.9.2 Mơ hình ứng dụng biện pháp sinh học xử lý ô nhiễm KLN bùn 129 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 130 Kết luận 130 Kiến nghị 131 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO 133 PHỤ LỤC…………………………………………………………………… …146 DANH MỤC CHỮ SXTT AMF VSV BD XLKLN BH XLTV BVTV XLVSV BYT BR-VT CP CP VSV CT ĐC ĐN ĐNB KLN HTKLN MH NT HNT RNT TCVN QCVN RAT VIẾT TẮT Kim loại nặng Arbuscular Mycorrhizal Fungi Bình Dương Bỏ hóa Bảo vệ thực vật Bộ Y tế Bà Rịa - Vũng Tàu Chế phẩm Chế phẩm vi sinh vật Công thức Đối chứng Đồng Nai Đông Nam Bộ Hấp thụ kim loại nặng Mơ hình Nghiêm trọng Hơi nghiêm trọng Rất nghiêm trọng Tiêu chuẩn Việt Nam Quy chuẩn Việt Nam Rau an tồn Sản xuất thơng thường Vi sinh vật Xử lý kim loại nặng Xử lý thực vật Xử lý vi sinh vật ĐN-R-07 ĐN-R-08 ĐN-R-09 ĐN-R-10 22 Phụ lục 8c Kết phân tích hàm lượng kim loại nặng rau Địa điểm BR-R-01 BR-R-02 BR-R-03 BR-R-04 BR-R-05 Phụ lục 8d Kết phân tích hàm lượng kim loại nặng rau Địa điểm HCM-R-01 HCM-R-02 HCM-R-03 HCM-R-04 HCM-R-05 HCM-R-06 HCM-R-07 HCM-R-08 HCM-R-09 HCM-R-10 HCM-R-11 HCM-R-12 HCM-R-13 HCM-R-14 HCM-R-15 HCM-R-16 HCM-R-17 HCM-R-18 23 Phụ lục 8e Giá trị trung bình hàm lượng kim loại nặng rau STT Địa điểm Bình Dương Đồng Nai Bà Rịa - Vũng Tàu TP Hồ Chí Minh Tồn vùng Phụ lục Khả tích lũy KLN 10 loài thực vật tuyển chọn TT Thực vật Ơ rơ Kèo nèo Bình bát Rau rút Rau ngót Đậu bắp Đậu rồng Dọc mùng Sen 10 Cà rốt 24 Phụ lục 10 Khả tích lũy Chì sinh khối 10 chủng VSV STT 10 25 Phụ lục 11 Khả tích lũy Cadimi sinh khối 10 chủng VSV STT Ký hiệu chủng ĐHCM5 - VK2 ĐHCM23 - VK4 ĐTG11 - VK5 BHCM7 - VK2 ĐHCM26 - VN5 ĐCT4 - VN2 BHCM15 - VN1 ĐHCM20 - AMF4 ĐCT15 - AMF4 10 BHCM3 - AMF3 26 Phụ lục 12 Khả chuyển hóa Asen 10 chủng VSV STT Ký hiệu chủng ĐHCM5 - VK2 ĐHCM23 - VK4 ĐTG11 - VK5 BHCM7 - VK2 ĐHCM26 - VN5 ĐCT4 - VN2 BHCM15 - VN1 ĐHCM20 - AMF4 ĐCT15 – AMF4 10 BHCM3 – AMF3 27 Phụ lục 13 Khả chuyển hóa Thủy ngân 10 chủng VSV STT Ký hiệu chủng ĐHCM5 - VK2 ĐHCM23 - VK4 ĐTG11 - VK5 BHCM7 - VK2 ĐHCM26 - VN5 ĐCT4 - VN2 BHCM15 - VN1 ĐHCM20 - AMF4 ĐCT15 - AMF4 10 BHCM3 - AMF3 28 Phụ lục 14 Thử nghiệm khả tích lũy, chuyển hóa KLN chủng VSV tuyển chọn phịng thí nghiệm Ký hiệu chủng BHCM7VK2 BHCM15 VN1 ĐHCM20 AMF4 B.subtilis Glomus australe Phụ lục 15 Thử nghiệm khả tích lũy, chuyển hóa KLN chủng VSV tuyển chọn nhà lưới Ký hiệu chủng Lần lặp BHCM7- VK2 BHCM15- VN1 ĐHCM20- AMF4 B.subtilis Glomus australe 29 ... NGUYỄN MINH HƯNG NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT VÙNG CHUYÊN CANH RAU ĐƠNG NAM BỘ VÀ THÍ NGHIỆM MƠ HÌNH XỬ LÝ Ô NHIỄM BẰNG THỰC VẬT CHUYÊN NGÀNH: MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC MÃ SỐ:... KLN đất vùng chuyên canh rau ĐNB .56 3.2.2 Thực trạng ô nhiễm KLN bùn vùng chuyên canh rau ĐNB 62 3.2.3 Thực trạng ô nhiễm KLN nước tưới vùng chuyên canh rau ĐNB 65 3.2.4 Thực trạng. .. tượng nghiên cứu CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan ô nhiễm đất ô nhiễm kim loại nặng đất 1.1.1 Khái niệm ô nhiễm đất Ô nhiễm đất xem tất tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất