Dự thảo tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu, đánh giá thực trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất vùng chuyên canh rau Đông Nam Bộ và biện pháp xử lý bằng thực

Mục tiêu chính của luận án là góp phần xây dựng được cơ sở khoa học áp dụng các biện pháp sinh học xử lý ô nhiễm KLN (As, Cd, Pb, Hg) trong đất; Nâng cao chất lượng sản phẩm rau, bảo vệ sức khoẻ người tiêu dùng và người trồng rau ở vùng chuyên canh rau ĐNB.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN MINH HƢNG NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT VÙNG CHUYÊN CANH RAU ĐÔNG NAM BỘ VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ BẰNG THỰC VẬT Chuyên ngành: Môi trường đất nước Mã số: 62440303 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MƠI TRƢỜNG Hà Nội, 2018 Cơng trình hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Người hướng dẫn khoa học: PGS.TSKH Nguyễn Xuân Hải TS Bùi Thị Ngọc Dung Phản biện: Phản biện: Phản biện: Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp Trường Đại học Khoa học Tự nhiên vào hồi ngày tháng năm 20 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam; - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nhu cầu rau ngày cao nước quốc tế, thúc đẩy ngành sản xuất rau Việt Nam phát triển mạnh với tốc độ nhanh Chỉ 10 năm gần đây, nước diện tích rau tăng từ 635,1 nghìn lên 900 nghìn ha, sản lượng tăng lên tương ứng 15 triệu Vùng Đông Nam Bộ vùng rau lớn nước ta, nơi cung cấp rau cho thành phố lớn khu kinh tế trọng điểm phía Nam năm 2014 diện tích rau 60,7 nghìn ha, sản lượng 1.021,3 nghìn Cùng với phát triển không ngừng ngành cơng nghiệp, dịch vụ, nơng nghiệp quy mơ cường độ ô nhiễm KLN ngày gia tăng Do đó, việc nghiên cứu, tìm kiếm phương pháp xử lý kim loại nặng đất, góp phần cải tạo ô nhiễm môi trường đất cần thiết xu tài nguyên đất giới bị suy giảm nhanh chóng diện tích chất lượng, đe doạ đến an tồn lương thực phát triển bền vững Hiện giới Việt Nam áp dụng nhiều phương pháp khác nhằm xử lý KLN đất, nhiên, phương pháp có chi phí cao, phù hợp tiến hành với quy mô nhỏ tình trạng nhiễm đất lại xảy diện rộng, số phương pháp cịn làm phát sinh chất nhiễm đất Do đó, hiệu việc áp dụng phương pháp chưa hiệu Vì vậy, việc thực đề tài: “Nghiên cứu, đánh giá thực trạng ô nhiễm kim loại nặng đất vùng chuyên canh rau Đông Nam Bộ biện pháp xử lý thực vật” cần thiết nhằm góp phần xác định sở khoa học thực tiễn cho việc phát triển ứng dụng chế công nghệ thực vật VSV xử lý ô nhiễm KLN đất – công nghệ đánh giá cao nước phát triển, mẻ Việt Nam Mục tiêu đề tài 2.1 Mục tiêu chung - Góp phần xây dựng sở khoa học áp dụng biện pháp sinh học xử lý ô nhiễm KLN (As, Cd, Pb, Hg) đất; - Nâng cao chất lượng sản phẩm rau, bảo vệ sức khoẻ người tiêu dùng người trồng rau vùng chuyên canh rau ĐNB 2.2 Mục tiêu cụ thể - Xác định loài thực vật có khả tích lũy, chuyển hóa KLN (As, Cd, Pb, Hg), giảm thiểu ô nhiễm KLN đất; - Xây dựng quy trình ứng dụng biện pháp thực vật giảm thiểu ô nhiễm KLN cho đất trồng rau số vùng chuyên canh ĐNB; - Xây dựng mơ hình ứng dụng thực vật (biện pháp sinh học) giảm thiểu ô nhiễm KLN cho đất trồng rau số vùng chuyên canh ĐNB Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học - Đã bổ sung góp phần bổ sung, hồn thiện danh mục lồi thực vật có khả hấp thụ KLN cao; - Đã góp phần xây dựng sở khoa học cho việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học xử lý ô nhiễm KLN đất, nước vùng chuyên canh rau ĐNB biện pháp xử lý thực vật 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Luận án đánh giá thực trạng ô nhiễm KLN đất vùng chuyên canh rau ĐNB, đưa giải pháp kỹ thuật sinh học xử lý ô nhiễm KLN biện pháp xử lý thực vật Những đóng góp đề tài - Tuyển chọn số thực vật đa mục đích có khả hút thu, tích lũy KLN cao, từ chọn chọn loài thực vật cạn Đậu bắp Dọc mùng; loài thực vật sống nước Kèo nèo có khả hút thu KLN cao vừa có giá trị làm thực phẩm Đã đưa quy trình cơng nghệ sinh học (sử dụng thực vật, kết hợp thực với VSV) giảm thiểu ô nhiễm KLN đất trồng rau, hướng tới sản xuất an tồn - Đã tính tốn khả hồi phục đất trở môi trường ban đầu, áp dụng trồng đa mục đích hấp thu KLN thời gian phục hồi nhanh từ 4-6 năm, chậm từ 41-50 năm tùy thuộc đối tượng nghiên cứu CHƢƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.4 Các kết nghiên cứu nƣớc ngồi 1.4.1 Các phương pháp xử lý nhiễm đất biện pháp sinh học *Phƣơng pháp ủ thành đống: Phương pháp thường sử dụng để xử lý đất ô nhiễm chất hữu Nguyên tắc phương pháp phân hủy chất ô nhiễm cách ủ đống nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân giải hảo khí tự nhiên Có kiểu ủ đống sau: - Ủ thành phân (composting): Đất đào lên rải thành luống hay đánh đống đặn với chu vi đống ủ vài mét, cao khoảng m Để thúc đẩy trình phân hủy thường trộn thêm vào đất chất hữu thô nhằm giúp cung cấp thêm chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật (Jennifer Goetz, 2002) - Làm đất có canh tác (land farming): Đất nhiễm rải mặt phẳng lớn thành lớp dày khoảng vài chục cm, để tránh nguy ô nhiễm cho khu vực xử lý công việc thường tiến hành bề mặt không thấm nước Rải chất dinh dưỡng khắp bề mặt trộn vào đất Tiến hành đảo khối đất định kỳ nhằm đảm bảo tính thống khí (Jennifer Goetz, 2002) - Phương pháp gị sinh học (biopile): Đất nhiễm đào lên trải bề mặt không thấm, dốc Đống vật liệu ủ cao vài mét đắp kiểu sườn dốc Quanh đống có hệ thống rãnh thu hồi chất lỏng chảy từ đống ủ chảy tràn mặt Toàn khu ủ phủ lớp chất dẻo để cách ly với bên (Jennifer Goetz, 2002) * Xử lý chỗ quy mô hẹp "in situ": Xử lý sinh học quy mô hẹp thường ứng dụng cho việc xử lý chất ô nhiễm vật kiến trúc, ô nhiễm tầng sâu hàng chục mét, ô nhiễm cácbua hydro mở rộng theo chiều ngang (Jennifer Goetz, 2002) * Quạt sinh học (bioventing) tạo bọt sinh học (bioparging) Kỹ thuật quạt sinh học thực hiếu khí cưỡng đất khơng bão hịa phía mực nước ngầm Trong kỹ thuật tạo bọt sinh học người ta bơm trực tiếp khơng khí vào lớp nước ngầm (Jennifer Goetz, 2002) * Rào chắn sinh học bình phong sinh học: Kỹ thuật sử dụng để xử lý nước ngầm quy mô hẹp "in situ" Người ta tạo phía hạ lưu đường nước ngầm vùng nhiều vi sinh vật phù hợp với chất ô nhiễm cần xử lý 1.3.3 Xử lý ô nhiễm thực vật (phytoremediation): Làm đất nhiễm q trình địi hỏi công nghệ phức tạp vốn đầu tư cao Gần đây, nhờ hiểu biết chế hấp thụ, chuyển hoá, chống chịu loại bỏ kim loại nặng số loài thực vật, người ta bắt đầu ý đến khả sử dụng thực vật để xử lý môi trường công nghệ mơi trường đặc biệt (Barceló J Poschenrieder C., 2003) Có kiểu xử lý nhiễm thực vật sau: - Lọc rễ thực vật (rhizofiltration): Người ta dùng rễ để tập trung kim loại nặng Việc lấy kim loại thực cách nhổ bỏ trồng khỏi khu vực cần xử lý, sau trồng mới; - Tích lũy chất nhiễm thực vật (Phytoaccumulation): q trình rút tích lũy chất ô nhiễm mô rễ hay quan mặt đất trồng Người ta dùng để "bơm" kim loại nặng chuyển chúng khỏi đất - Cố định chất ô nhiễm thực vật (Phytostabilisation): Người ta dùng trồng để ngăn chặn kim loại nặng chuyển xuống lớp đất (hay nước ngầm) cách giữ rễ khiến trở nên khơng linh động; - Chuyển hóa qua thực vật (phytotransformation): Dùng thực vật phân hủy chất hữu thành chất đơn giản hút vào thể thực vật Phương pháp thường kết hợp với việc làm phân ủ vận dụng với chất hữu dễ phân giải; - Kích thích thực vật (phytostimulation): Các chất tiết từ rễ trồng hay chất men rễ tiết vùng quanh rễ kích thích vi sinh vật hoạt động chuyển hóa chất hữu nhiễm Có nhiều thực vật tích lũy lượng lớn kim loại nặng 1.3.4 Tiêu chuẩn loài thực vật sử dụng để xử lý kim loại nặng đất Theo Chaney cộng sự, 1997, để đạt hiệu cao xử lý ô nhiễm KLN đất, loài thực vật chọn phải có tính sau: - Có khả chống chịu hàm lượng KLN cao; - Có khả hấp thụ nhanh KLN từ môi trường đất nước; - Có khả tích lũy KLN cao kể hàm lượng ion thấp đất; - Có khả chuyển vận KLN từ rễ lên thân lá; - Có thể chịu đựng điều kiện mơi trường dinh dưỡng kém; - Có khả sinh trưởng nhanh cho sinh khối lớn 1.3.5 Các yếu tố mơi trường ảnh hưởng đến q trình hấp thụ KLN thực vật Khả linh động tiếp xúc sinh học KLN chịu ảnh hưởng lớn đặc tính lý hóa mơi trường đất như: pH, hàm lượng khoáng sét, chất hữu cơ, CEC hàm lượng KLN đất Thông thường pH thấp, thành phần giới nhẹ, độ mùn thấp, thực vật hút KLN mạnh Tương tác qua lại KLN với tính chất đất vấn đề cốt lõi cơng nghệ thực vật xử lý nhiễm Nói chung, hấp phụ vào hạt đất làm giảm hoạt tính kim loại Vì vậy, khả trao đổi cation (CEC) đất cao, hấp thụ cố định kim loại lớn Trong đất chua, H+ tham gia đẩy kim loại nặng khỏi liên kết với hạt keo sét đất, đưa chúng vào dung dịch đất Vì vậy, pH đất khơng ảnh hưởng đến khả tiếp xúc sinh học kim loại mà ảnh hưởng gián tiếp đến trình hút kim loại vào rễ Phương pháp kết hợp thực vật vi sinh vật Sử dụng loài vi sinh vật (VSV) kết hợp với thực vật có khả tích lũy KLN để xử lý đất bị ô nhiễm xu hướng phổ biến ứng dụng nhiều giới Phương pháp giúp cho việc tăng cường hoạt động đa dạng VSV đất, giữ cho hệ sinh thái “khỏe” (Zueng, 2007) Sự kết hợp cộng sinh thực vật - VSV đất bị ô nhiễm KLN bị ảnh hưởng từ chiều: chiều từ VSV lẫn chiều từ thực vật ký chủ Mối quan hệ cộng sinh VSV vùng rễ thực vật hỗ trợ nhau, tồn phát triển, giảm thiểu mức thấp tác động có hại KLN đất bị nhiễm (Gilis cộng sự, 1998) 1.4 Tình hình nghiên cứu xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng phƣơng pháp sinh học Việt Nam 1.4.1 Tình hình sử dụng thực vật Năm 2007, Đặng Đình Kim cộng đánh giá mức độ ô nhiễm đất khu vực vùng mỏ đồng thời tuyển chọn thực vật địa phục vụ cho đề tài Qua chọn lọc 33 lồi sống đất ô nhiễm cao Năm 2008, Nguyễn Hữu Thành lựa chọn số loại thực vật địa có khả hấp thụ Pb, Zn, Cu cao sử dụng thực vật để xử lý đất bị ô nhiễm KLN, đặc biệt ô nhiễm Pb bao gồm đơn buốt, dừa nước, mương đứng rau muống Hàm lượng kim loại nặng tích lũy thân rễ thực vật cao, sinh khối lớn cho thấy tiềm sử dụng xử lý đất ô nhiễm KLN thực vật Việt Nam khả quan chúng thực vật địa, dễ trồng, dễ nhân giống thu hoạch Đồng Thị Minh Hậu cộng (2008) nghiên cứu số thực vật có khả hấp thu Cu, Cr, Zn bùn nạo vét kênh Tân Hóa-Lị Gốm thành phố Hồ Chí Minh cho thấy loài thực vật gồm ngô, cỏ nến, sậy, so đũa cỏ voi có khả tích lũy kim loại nặng khác Lê Đức cộng nghiên cứu khả hấp thụ tích lũy Pb đất rau muống, bèo tây cải Diệp Thị Mỹ Hạnh cộng sự, 2007 nghiên cứu thấy khả chống chịu hấp thu Pb thơm ổi đất ô nhiễm Pb cao Võ Văn Minh, chứng minh khả loại bỏ số kim loại nặng cỏ Vetiver khỏi đất số loại bãi thải Đà Nẵng khả quan 1.4.2 Một số lồi thực vật có khả tích tụ kim loại nặng cao phân bố vùng Đông Nam Bộ Cỏ vetiver (vetiveria zizanioides L.): loại tiên phong cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng, Cây thơm ổi (Cosmos bipinnuatus): hấp thu lượng chì cao gấp 500 - 1.000 lần so với lồi bình thường mà khơng bị ảnh hưởng Cây cải (Brassicaceae oleracea): Điển hình khả hấp thu Cd Pb cải xanh cải xoong Cây đơn buốt (Biden pilosa L): đơn buốt có khả sinh trưởng phát triển bình thường điều kiện hàm lượng As đất đến 1.500 mg/kg đất hàm lượng Pb đất đến 3.000 mg/kg đất Cây Sậy: Sậy có khả hấp thụ lượng lớn kim loại nặng đất thông qua lượng sinh khối chúng Cây sậy coi lồi thực vật có triển vọng việc xử lý kim loại nặng đất 1.4.3 Tình hình sử dụng vi sinh vật Việc dùng Aspergillus.sp phân lập từ đất để chiết Pb, Zn Cr khỏi đất có hiệu trung bình sau 21 ngày 37%; 15,9%; 30,14% theo thứ tự Bên cạnh đó, việc dùng nấm Penicillium.sp để chiết rút Pb từ đất theo hệ thống chiết rút đạt hiệu từ 30 đến 36% so với hàm lượng Pb tổng số 1.4.4 Phương pháp kết hợp thực vật với vi sinh vật Nghiên cứu sử dụng thực vật xử lý kim loại nặng vùng khai thác khoáng, năm 2010, Đặng Đình Kim cộng tiến hành xác định loài dương xỉ Pteris vittata Pittyrogramma calomelano kết hợp với nấm rễ AMF có khả hấp thu mạnh As, Pb từ đất sau khai thác mỏ Lê Như Kiểu cộng (năm 2013) thực xác định số loài thực vật: dương xỉ, khoai nước, dừa nước, ráy, ngổ dại có khả tích lũy Pb, Cu Zn Đề tài tuyển chọn số chủng VSV có khả tích lũy Pb CHƢƠNG II ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu môi trường đất loại đất xám (Acrisols) chuyên trồng rau xã Vĩnh Lộc B, Bình Chánh, thành phố Hồ Chí Minh Ở loại rau trồng phổ biến vùng Đất chuyên canh rau có tính chất đại diện chung cho vùng chuyên canh rau Đông Nam Bộ Sơ đồ khu vực thí nghiệm: Khu vực bố trí thí nghiệm đặt xã Vĩnh Lộc B, huyện Bình Chánh - Đối tượng nghiên cứu thực vật số loại rau khu vực trồng rau chuyên canh ĐNB thực vật địa có khả tích luỹ, chuyển hố As, Cd, Pb, Hg đất nước bao gồm: đậu rồng, đậu bắp, rau ngót, dọc mùng, kèo nèo, 2.2 Nội dung nghiên cứu - Điều tra, đánh giá thực trạng ô nhiễm As, Cd, Pb, Hg đất, nước rau vùng chuyên canh rau ĐNB; - Nghiên cứu tuyển chọn thực vật có khả xử lý ô nhiễm As, Cd, Pb, Hg đất; - Đánh giá khả xử lý ô nhiễm As, Cd, Pb, Hg đất đồng ruộng thực vật; - Xây dựng thử nghiệm mơ hình ứng dụng thực vật để xử lý ô nhiễm KLN đất 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.4.1 Phương pháp thu thập xử lý liệu Đề tài tiến hành phân tích, tổng hợp cơng trình nghiên cứu có liên quan biện pháp sinh học để xử lý ô nhiễm KLN đất nước Trên sở đó, rút số vấn đề có tính lý luận thực tiễn liên quan đến nội dung nghiên cứu 2.4.2 Phương pháp lấy mẫu  Phương pháp lấy mẫu đất - Lấy mẫu đất phân tích tiêu KLN theo TCVN 5297:1995: + Mẫu đất: lấy 196 mẫu độ sâu - 30 cm vùng chuyên canh rau tỉnh để phân tích tiêu kết hợp với lấy mẫu phân lập VSV + Mẫu bùn: lấy ruộng trồng rau nước với tổng số 70 mẫu - Phân lập VSV theo phương pháp Wollum  Phương pháp lấy mẫu nước Mẫu nước lấy theo TCVN 6663-1:2011: lấy ruộng trồng rau, mương tưới, tiêu nước ruộng trồng rau, giếng khoan vùng trồng rau với tổng số 70 mẫu  Phương pháp lấy mẫu thực vật: Mẫu rau lấy theo TCVN9016:2011 2.4.3 Phương pháp tuyển chọn thực vật vi sinh vật Bảng 3.2 Tổng hợp kết phân tích KLN đất trồng rau ĐNB TT Tỉnh/ Thành phố Tổng Số mẫu đạt tiêu chuẩn số mẫu Mẫu % TP HCM 90 84 93,3 Bà Rịa- VT 20 20 100 Bình Dương 20 20 100 Đồng Nai 25 25 100 Cộng 155 149 93,3 Số mẫu vượt giới hạn Mẫu % 6,7 6,7 Ghi Ớt, đậu đũa, bí, mướp đắng, rau cải, mồng tơi, xà lách Rau cải Hành, mướp đắng, dưa chuột, đậu xanh, mồng tơi, cà pháo Rau cải, rau muống, rau cần Vùng chuyên canh rau với đặc điểm bật sản xuất rau quy mô lớn, người dân có trình độ thâm canh cao nên hạn chế ảnh hưởng phân bón, hóa chất BVTV, nước thải công nghiệp nước thải sinh hoạt đến mơi trường đất Chính vậy, đất trồng rau bị nhiễm q trình tác Trong tổng số 155 mẫu đất tỉnh ĐNB, có mẫu (6,7%) vượt ngưỡng giới hạn an tồn Trong 155 mẫu khảo sát, có 150 mẫu có số nhiễm riêng lẻ Pi < 1, thuộc nhóm nhiễm thấp mẫu có Pi ≥1, thuộc nhóm nhiễm vừa phải; Chỉ số nhiễm trung bình đạt 0,76, cho thấy nhìn chung chất lượng đất tồn miền cịn tốt đa số không bị ô nhiễm kim loại nặng; Chất lượng mơi trường đất thuộc miền đề phịng số Nemerow đạt 0,769 Kim loại nặng bùn Trong 50 mẫu khảo sát, có 48 mẫu có số ô nhiễm riêng lẻ Pi < 1, thuộc nhóm nhiễm thấp mẫu có Pi ≥ 1, thuộc nhóm nhiễm vừa phải; Chỉ số nhiễm trung bình 50 mẫu đạt 0,442, cho thấy nhìn chung chất lượng bùn tồn miền cịn tốt đa số khơng bị nhiễm kim loại nặng; Chất lượng môi trường bùn thuộc miền đề phòng số Nemerow đạt 0,812 (0.7≤ PI Nemerow < 1.0) 3.2.2 Thực trạng ô nhiễm KLN nước vùng chuyên canh rau ĐNB 13 Kết phân tích hàm lượng KLN 70 mẫu nước tưới (40 mẫu nước mặt 30 mẫu nước ngầm) cho thấy: có 01 mẫu nước Phường Thới An, Quận 12, TPHCM trước trồng kèo nèo bỏ hoang có hàm lượng KLN vượt ngưỡng cho phép (các mẫu nước dùng để tưới cho rau có hàm lượng KLN nằm giới hạn cho phép, khơng có mẫu vượt ngưỡng tiêu chuẩn cho phép Các tiêu Hg, Pb, As, Cd thấp nhiều so với mức giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn cho sản xuất rau 3.2.3 Thực trạng ô nhiễm KLN số loại rau vùng chuyên canh rau ĐNB Kết phân tích 77 mẫu rau cho thấy: 100% số mẫu rau có hàm lượng KLN ngưỡng cho phép, có nghĩa vùng chun canh rau an tồn tiêu KLN 3.3 Kết tuyển chọn số lồi thực vật vi sinh vật có khả tích lũy As, Cd, Pb, Hg đất vùng chuyên canh rau ĐNB 3.3.1 Kết tuyển chọn số loài thực vật Trên sở phân tích kết nghiên cứu trước mục tiêu đề tài chọn 10 loài thực vật sinh trưởng ưu vùng chuyên canh rau: Ơ rơ, kèo nèo, bình bát, rau nhút, rau ngót, đậu bắp, đậu rồng, dọc mùng, sen cà rốt Cây Ơ rơ: mọc hoang chủ yếu thành đám lớn bên bờ kênh rạch đất lầy thụt Cây Kèo nèo: loại hoang dại mọc nhiều khu vực Đông Nam Á Kèo nèo có hình dáng giống với lục bình, kèo nèo sống bám cố định vào bùn đất, cành vươn lên mặt nước Cây Rau rút: lồi thực vật có hoa họ Đậu Lồi rau mọc ngang mặt nước, quanh thân có phao xốp màu trắng, cọng dùng làm rau ăn Cây Bình bát: lồi thực vật thuộc chi Na (Annona), có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới Tân Thế giới Cây Đậu bắp: lồi thực vật có hoa có giá trị non ăn Loài năm nhiều năm, cao tới 2,5 m Cây Đậu rồng: xuất phát từ châu Phi, Ấn Độ, New Guinea trồng vùng Đông Nam Á, Tân Guinée, Philippines Ghana 14 Cây Dọc mùng: loại thực vật thuộc họ Ráy địa bao gồm vùng nhiệt đới châu Á lan rộng đến miền đơng bắc Úc Cây Sen: Có nhiều giống sen trồng, với màu hoa dao động từ màu trắng tuyết tới màu vàng hay hồng nhạt Cây Cà rốt: loại có củ, thường có màu vàng cam, đỏ, vàng, trắng hay tía Phần ăn cà rốt củ, thực chất rễ nó, chứa nhiều tiền tố vitamin A tốt cho mắt 10 Cây Rau ngót: lồi bụi mọc hoang vùng nhiệt đới Á châu trồng làm loại rau ăn số nước, Việt Nam - Ơ rơ, bình bát: tích lũy Pb, Cd, As, Hg nhiều thân, rễ, hoa - Kèo nèo: KLN tập trung cao phận không sử dụng làm rau thân, đặc biệt rễ - củ Rễ - củ kèo nèo có hàm lượng KLN gấp 20 lần so với hoa - Rau rút: phân bố KLN tương đối đồng rễ, thân, lánên sử dụng loại đa mục đích - Rau ngót: KLN tập trung nhiều rễ, thânvà Đây lại loại ăn sử dụng loại đa mục đích - Đậu bắp, đậu rồng: xu hướng tích lũy KLN tập trung chủ yếu ở rễ, thân, - Dọc mùng: KLN tập trung nhiều củ, thân - Cà rốt, sen: loại ăn củ mà KLN lại có xu tập trung nhiều rễ - củ Hệ số tích lũy sinh học BCF (Bioconcentration Factor) tính tỷ lệ chất ô nhiễm phận có tác dụng thương phẩm phần cịn lại Tỷ lệ nhỏ giá trị để lựa chọn làm thực vật đa mục đích cao 15 đồ thị 1: Hệ số tích lũy sinh học số trồng tuyển chọn 25 20 Pb 15 Cd 10 As Hg Kèo Rau Rau Đậu Đậu Dọc Sen Cà nèo rút ngót bắp rồng mùng rốt Qua kết tính hệ số tích lũy sinh học số trồng tuyển chọn, lựa chọn loại thực vật là: đậu rồng, đậu bắp, dọc mùng, rau ngót kèo nèo có khả hút thu tích lũy lớn KLN phận phi thương phẩm nên lựa chọn loài thực vật hút thu KLN ưu khu vực đất nước bị ô nhiễm 3.3.2 Phân lập VSV xác định khả tích lũy, chuyển hóa As, Cd, Pb, Hg Lựa chọn 70 mẫu (50 mẫu đất, 20 mẫu bùn) có hàm lượng KLN cao, tiến hành làm giàu phân lập môi trường chuyên biệt phân lập chủng VSV có khả chống chịu với hàm lượng KLN cao Sau phân lập tiến hành đánh giá khả chống chịu với KLN môi trường nồng độ tương đương nồng độ ô nhiễm KLN đất ngưỡng cảnh báo) hiệu đa chống chịu, kết cịn 10 chủng VSV Trong có chủng vi khuẩn, chủng vi nấm chủng nấm rễ cộng sinh mycorrhiza có khả tích lũy chuyển hóa KLN Đánh giá tổng hợp khả chống chịu 10 chủng VSV với KLN xác định khả tích lũy (Cd, Pb) chuyển hóa (As, Hg) mức (4 nồng độ khác nhau) điều kiện phịng thí nghiệm Kết cho thấy có chủng: BHCM7 -VK2; BHCM15-VN1; ĐHCM20 AMF4 đạt tiêu chuẩn tuyển chọn đặt 3.3.2 Tuyển chọn chủng VSV có khả tích lũy, chuyển hóa As, Cd, Pb, Hg 16 Để tuyển chọn chủng VSV có khả tích lũy, chuyển hóa As, Cd, Pb, Hg từ đất tiến hành đánh giá khả tích lũy, chuyển hóa chủng VSV phân lập với chủng có sẵn B.subtilis, Glomus australe chủng có khả tích lũy, chuyển hóa KLN, sử dụng để làm đối tượng so sánh phòng thí nghiệm ngồi nhà lưới.Từ chủng tuyển chọn được, tiến hành sản xuất loại chế phẩm VSV có khả chuyển hóa, tích lũy kim loại nặng cho loại đất 3.5 Khả chịu đựng ô nhiễm hấp thụ kim loại nặng thực vật Khả sinh trưởng đậu bắp, đậu rồng, rau ngót dọc mùng đất nồng độ KLN khác chế phẩm dạng bảng 20 cho thấy: Đối với Pb, tăng nồng độ Pb đất, khả sinh trưởng trồng bị ảnh hưởng nghiêm trọng Tổng sinh khối khô giảm mạnh so với đối chứng Trong đó, tổng sinh khối khơ cao cơng thức dọc mùng 36,08 g/cây thấp công thức đậu rồng 13,80g/cây Đối với Cd, tăng nồng độ Cd đất, khả sinh trưởng trồng bị ảnh hưởng Tổng sinh khối khô giảm mạnh so với đối chứng Trong đó, tổng sinh khối khô cao công thức dọc mùng 33,43 g/cây thấp công thức đậu rồng 11,9g/cây Đối với As, tăng nồng độ As đất, khả sinh trưởng trồng thuận lợi Tổng sinh khối khô tăng so với đối chứng Trong đó, tổng sinh khối khơ cao cơng thức dọc mùng 36,21g/cây thấp công thức đậu rồng 14,57g/cây Đối với Hg, tăng nồng độ Hg đất, khả sinh trưởng trồng thuận lợi Tổng sinh khối khô tăng so với đối chứng Trong đó, tổng sinh khối khơ cao công thức dọc mùng 37,44g/cây thấp công thức đậu rồng 13,18g/cây 3.5 Khả xử lý ô nhiễm KLN thực vật 17 mg/kg đất khô 1000 CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT 4 4 Pb Cd As Hg 0.001 Hàm lượng KLN tổng số trước thí nghiệm * Đối với đất trồng đậu bắp đậu rồng: Mức giảm hàm lượng KLN đất sau thí nghiệm từ 11 12% so với trước thí nghiệm mg/kg đất khơ 100 CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT 4 4 0.01 Pb Cd As Hg Hàm lượng KLN tổng số trước thí nghiệm Đối với đất trồng rau ngót, Mức giảm hàm lượng KLN đất sau thí nghiệm từ 10 - 11% so với trước thí nghiệm 18 mg/kg đất khô 100 CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT 4 4 0.01 Pb Cd As Hg Hàm lượng KLN tổng số trước thí nghiệm Đối với đất trồng dọc mùng, Mức giảm hàm lượng KLN đất sau TN từ 30 - 35% so với trước TN mg/kg đất khô 1000 100 10 CT 1CT 2CT 3CT 4CT 1CT 2CT 3CT 4CT 1CT 2CT 3CT 4CT 1CT 2CT 3CT 0.1 0.01 Pb Cd As Hg Hàm lượng KLN tổng số trước thí nghiệm Hàm lượng KLN linh động trước thí nghiệm Kết phân tích cho thấy: tổng lượng KLN bị loại khỏi đất cách tích lũy sinh khối thực vật thấp hàm 19 lượng KLN linh động đất lại giảm mạnh điều vai trị rễ lại đất phức chất thực vật - vi sinh vật tiết kết hợp với KLN linh động để tạo dạng khác độc sinh vật Trong số thực vật thí nghiệm, lựa chọn lồi thực vật đậu bắp dọc mùng có khả hút thu KLN đất cao để tiến hành thí nghiệm đồng ruộng 3.6 Khả dùng thực vật để xử lý ô nhiễm KLN bùn Trong nước, khả linh động KLN cao tạo điều kiện thuận lợi để kèo nèo hút thu KLN Vì vậy, giới hạn khả sử dụng kèo nèo chế phẩm VSV dạng để xử lý ô nhiễm KLN nước không vượt lần ngưỡng cho phép theo QCVN 8-2:2011/BYT thấp so với giới hạn xử lý ô nhiễm KLN đất (không vượt lần ngưỡng cho phép theo QCVN 8-2:2011/BYT) 3.7 Khả xử lý ô nhiễm KLN thực vật VSV điều kiện đồng ruộng 3.7.1 Kết thí nghiệm đậu bắp Kết thí nghiệm cho thấy: KLN tích lũy sinh khối đậu bắp cơng thức có bón chế phẩm VSV cao so với đối chứng lượng KLN tích lũy phận sử dụng làm thực phẩm thấp nhiều so với lượng KLN tích lũy phần khơng sử dụng thân, lá, rễ củ 4.1.1.2 Kết thí nghiệm dọc mùng Kết thí nghiệm cho thấy: KLN tích lũy sinh khối dọc mùng cơng thức có bón chế phẩm VSV cao so với đối chứng lượng KLN tích lũy phận sử dụng làm thực phẩm thân thấp nhiều so với lượng KLN tích lũy phần không sử dụng lá, rễ củ 3.7 Đánh giá khả xử lý bùn bị ô nhiễm KLN thực vật VSV KLN tích lũy sinh khối kèo nèo công thức có bón chế phẩm VSV cao so với đối chứng lượng KLN tích 20 lũy phận sử dụng làm thực phẩm hoa, nụ cuống hóa thấp nhiều so với lượng KLN tích lũy phần khơng sử dụng 4.1.3 Khả giảm thiểu KLN đất giải pháp dùng thực vật để xử lý ô nhiễm KLN 4.1.3.1 Hàm lượng KLN đất Kết phân tích đất cho thấy: đất trước thí nghiệm có hàm lượng Pb Hg vượt ngưỡng cho phép theo QCVN03:2008/BTNMT Cd As xấp xỉ ngưỡng Sau năm thí nghiệm với vụ trồng đậu bắp dọc mùng kết hợp với bón chế phẩm VSV, hàm lượng KLN đất có xu hướng giảm so với trước TN Ở CT2, CT3, canh tác đậu bắp bình thường, hàm lượng Pb Cd đất sau TN, giảm 3,5 - 4% hàm lượng As Hg giảm - 5% so với trước TN CT4, CT5 canh tác dọc mùng có bón 70kg chế phẩm VSV dạng 1/ha, hàm lượng KLN đất sau thí nghiệm: Pb Cd giảm 25 - 28; As Hg giảm 26 - 30% so với trước TN Bảng 3.38 Hàm lượng kim loại nặng đất sau năm thí nghiệm Ký hiệu mẫu Pb (ppm) Cd (ppm) As (ppm) Hg (ppm) Nền ko ô nhiễm 44,63 0,35 0,45 0,20 CT1 70,40 1,92 11,79 0,59 CT2 67,58 1,82 11,20 0,56 CT3 50,69 1,38 8,25 0,41 CT4 68,29 1,84 11,32 0,57 CT5 52,80 1,44 8,72 0,44 Việc bón chế phẩm VSV kết hợp với thực vật có tác dụng làm giảm hàm lượng KLN đất từ 26 - 30% so với đối chứng sau hai năm thí nghiệm 4.1.3.2 Hàm lượng KLN bùn Kết phân tích đất cho thấy: bùn trước thí nghiệm có hàm lượng Pb, Cd, As Hg vượt ngưỡng cho phép theo QCVN03:2008/BTNMT Sau năm thí nghiệm với vụ trồng kèo nèo kết hợp với bón chế phẩm VSV dạng 2, hàm lượng KLN bùn có xu hướng giảm so với trước thí nghiệm 21 Bảng 3.36 Hàm lượng kim loại nặng bùn sau năm thí nghiệm Ký hiệu mẫu Pb (ppm) Cd (ppm) As (ppm) Hg (ppm) CT1 74,20 2,05 12,15 0,51 CT2 71,23 1,97 11,48 0,48 CT3 48,97 1,37 7,78 0,32 Như vậy, kết sau hai năm với vụ thí nghiệm lựa chọn được: - 02 đậu bắp dọc mùng có khả xử lý đất bị ô nhiễm đất KLN 01 lồi thực vật (kèo nèo) có khả xử lý nước bị ô nhiễm KLN Sử dụng kết hợp đậu bắp dọc mùng với chế phẩm VSV dạng làm giảm hàm lượng KLN đất từ 26 - 30% sử dụng kết hợp kèo nèo chế phẩm VSV dạng làm giảm hàm lượng KLN bùn từ 33 - 37% so với đối chứng sau năm thí nghiệm 4.1.3.3 Tính tốn thời gian khả phục hồi đất sau áp dụng trồng đa mục đích hấp thu KLN Hệ số a b Công thức Công thức Pb Cd As Hg Pb Cd As Hg 50.86 39.40 40.72 38.86 8.06 7.52 7.62 7.50 -0.71 -20.00 -3.36 -64.29 Công thức Pb Cd -0.10 -3.44 -0.56 -11.07 Công thức As a 67.33 49.00 47.96 b -0.94 -25.00 Hg Pb Cd As Hg 60.00 8.98 8.94 8.63 8.83 -3.99 -100.00 -0.11 -4.08 -0.65 -13.31 22 Bảng 3.37 Tính tốn thời gian khả phục hồi đất sau áp dụng trồng đa mục đích hấp thu KLN Pb (ppm) Cd (ppm) As (ppm) Hg (ppm) Nền môi trường đất khu vực 44,63 0,35 0,45 0,20 CT1 (năm) 70.4 1.92 11.79 0.59 CT2 (năm) 20 33 40 27 CT3 (năm) CT4 (năm) 26 48 50 41 CT5 (năm) 8 Pb: Thời gian đất hồi phục giá trị lớn 26 năm, nhanh năm Các CT có bổ sung chế phẩm VSV có thời gian hồi phục nhanh so với không sử dụng chế phẩm Cd: Thời gian đất hồi phục giá trị lớn 48 năm, nhanh năm Các cơng thức có bổ sung chế phẩm VSV có thời gian hồi phục nhanh so với không sử dụng chế phẩm As: Thời gian đất hồi phục giá trị lớn 50 năm, nhanh năm Các công thức có bổ sung chế phẩm VSV có thời gian hồi phục nhanh so với không sử dụng chế phẩm Hg: Thời gian đất hồi phục giá trị lớn 41 năm, nhanh năm Các cơng thức có bổ sung chế phẩm VSV có thời gian hồi phục nhanh so với khơng sử dụng chế phẩm 4.2 Kết xây dựng thử nghiệm mơ hình ứng dụng thực vật để xử lý nhiễm KLN đất 4.2.1 Mơ hình ứng dụng biện pháp sinh học xử lý ô nhiễm KLN đất Áp dụng quy trình kết hợp đậu bắp, dọc mùng kết hợp với chế phẩm VSV để xử lý nhiễm KLN bố trí 02 mơ hình quy mơ 0,5ha/mơ hình ấp 3, xã Vĩnh Lộc B, huyện Bình Chánh, TP.HCM 4.2.1.1 Mơ hình với đậu bắp Nhìn chung, hàm lượng KLN tích lũy sinh khối đậu bắp mơ hình thử nghiệm khơng q lớn, dạng siêu tích lũy Bón chế phẩm VSV làm tăng lượng KLN tích lũy tươi khơng lớn 23 từ 4,1 - 4,5%/năm tăng mạnh thân, lá, rễ từ 14,4 15,5%/năm Bảng 3.38 Hàm lượng KLN đậu bắp sau mơ hình Pb (ppm) STT Cơng thức Quả CT1 (đc) 0,017 CT2 (MH) 0,018 Tăng so đối chứng (%) 4,1 Cd (ppm) Thân, lá, rễ Quả Thân, lá, rễ 0,575 0,016 0,658 0,017 14,4 As (ppm) Thân, lá, rễ Quả 0,031 0,044 0,036 0,046 4,2 14,5 4,5 Hg (ppm) Thân, lá, rễ Quả 0,189 0,218 0,011 0,012 0,042 0,049 15,3 4,5 15,5 Sau năm bố trí mơ hình, hàm lượng KLN đất giảm từ 14,5 - 16,1% so với đối chứng Bảng 3.39 Hàm lượng KLN đất sau mơ hình trồng đậu bắp Ký hiệu mẫu Pb (ppm) ĐC MH % so với đối chứng Cd (ppm) As (ppm) Hg (ppm) 70,4 1,92 11,79 0,59 60,2 1,64 9,90 0,50 -14,5 -14,6 -16,0 -16,1 4.2.1.2 Mơ hình với dọc mùng Kết phân tích hàm lượng KLN dọc mùng sau thử nghiệm cho kết tương tự Bón chế phẩm VSV làm tăng lượng KLN tích lũy thân tươi không lớn từ 3,8 - 4,2%/năm tăng lá, củ, rễ tới 14,0 - 15,3%/năm Bảng 3.40 Hàm lượng KLN dọc mùng sau mơ hình STT Công thức CT1 (đc) CT2 (MH) Tăng so đối chứng (%) Pb (ppm) Cd (ppm) As (ppm) Hg (ppm) Lá, Lá, Lá, Lá, củ, Thân Thân Thân Thân củ, rễ củ, rễ củ, rễ rễ 0,016 0,129 0,026 0,035 0,048 0,067 0,011 0,045 0,017 0,147 0,027 0,040 0,050 0,077 0,011 0,052 3,8 14,0 3,8 14,3 4,2 15,1 3,6 Sau năm bố trí mơ hình, hàm lượng KLN đất giảm từ 14,1 - 15,9% so với đối chứng 24 15,3 Bảng 3.41 Hàm lượng KLN đất sau mơ hình trồng dọc mùng Ký hiệu mẫu Pb (ppm) Cd (ppm) As (ppm) Hg (ppm) ĐC 70,4 1,92 11,79 0,59 MH % so với đối chứng 60,3 -14,3 1,65 -14,1 9,95 -15,6 0,50 -15,9 4.2.2 Mô hình ứng dụng biện pháp sinh học xử lý nhiễm KLN bùn Áp dụng quy trình kết hợp kèo nèo kết hợp với chế phẩm VSV để xử lý nhiễm KLN, bố trí 01 mơ hình quy mơ 0,5ha/mơ hình phường Thới An, Quận 12, TP.HCM Kết phân tích hàm lượng KLN kèo nèo sau thử nghiệm cho thấy: hàm lượng KLN tích lũy sinh khối kèo nèo mơ hình thử nghiệm lớn so với 03 dùng để xử lý đất bị ô nhiễm KLN Bón chế phẩm VSV làm tăng lượng KLN tích lũy hoa, nụ cuống hoa tươi khơng lớn từ 4,7 - 5,5%/năm thân, lá, củ rễ gấp 3,6 lần từ 17,2 – 18,7%/năm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 1.1 Kết nghiên cứu tổng số 155 mẫu đất tỉnh ĐNB, có mẫu (6,7%) vượt ngưỡng giới hạn an tồn theo tiêu chuẩn Kết phân tích 60 mẫu nước mặt nước ngầm: có 01 mẫu nước Phường Thới An, Quận 12, TPHCM trước trồng kèo nèo bỏ hoang có hàm lượng KLN vượt ngưỡng Các mẫu nước dùng để tưới cho rau có hàm lượng KLN nằm giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn cho sản xuất rau Nguồn nước tưới cho rau hoàn toàn nước giếng khoan nên không bị ảnh hưởng nước thải sinh hoạt cơng nghiệp Kết phân tích 77 mẫu rau cho thấy: 100% số mẫu rau có hàm lượng KLN ngưỡng cho phép, có nghĩa vùng chuyên canh rau an toàn tiêu KLN 25 1.2 Qua kết phân tích KLN 10 loại thực vật, đề tài lựa chọn loại thực vật: đậu rồng, đậu bắp, dọc mùng, rau ngót kèo nèo, thực vật có khả hút thu tích lũy lớn KLN phận phi thương phẩm nên lựa chọn loài thực vật hút thu KLN ưu khu vực đất nước bị ô nhiễm 1.3 Trong lọai thực vật tuyển chọn, tiến hành thí nghiệm nhà lưới chọn loài thực vật cạn Đậu bắp Dọc mùng; loài thực vật sống nước Kèo nèo có khả hút thu KLN cao Áp dụng biện pháp trồng có khả hút thu tích lũy KLN cao, kết hợp với VSV có khả hút thu, tích lũy chuyển hóa KLN mạnh để giảm thiểu nhiễm KLN có tính khả thi cao đất nhiễm KLN ĐNB Hiệu xử lý KLN dao động từ 3,6-4,8% đến 26-30%, tùy thuộc đối tượng nghiên cứu 1.4 Trong khu vực nghiên cứu, khả hồi phục đất trở môi trường ban đầu, áp dụng trồng đa mục đích hấp thu KLN thời gian phục hồi nhanh từ 4-6 năm, chậm từ 4150 năm tùy thuộc đối tượng nghiên cứu Kiến nghị Cần triển khai thí nghiệm đồng ruộng với loại có khả hấp thu KLN cao nhằm kiểm chứng khả thực tế Cần áp dụng rộng rãi kỹ thuật trồng kết hợp vi sinh vật có khả hút thu, tích lũy KLN để xử lý ô nhiễm KLN vùng trồng rau nghiên cứu tiếp tục với đất, trồng khác thời gian tới 26 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Nguyễn Minh Hƣng, Nguyễn Viết Hiệp, Bùi Ngọc Dung, Nguyễn Xuân Hải (2012),"Vai trò nấm cộng sinh vùng rễ (mycorrhiza) việc nâng cao tính chống chịu thực vật vùng đất nông nghiệp bị ô nhiễm kim loại nặng", Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 28(4S), tr 103-110 Nguyễn Minh Hƣng, Nguyễn Viết Hiệp, Bùi Ngọc Dung, Nguyễn Xuân Hải (2014), "Khả sử dụng số đa mục đích vùng đất nơng nghiệp trồng rau xanh có nguy bị nhiễm kim loại nặng", Tạp chí Nơng nghiệp & Phát triển nơng thơn TSSN 1859-4581, tháng 11/2014, tr 153 - 160 Nguyen Minh Hung, Nguyen Viet Hiep, Bui Ngoc Dung and Nguyen Xuan Hai (2014), "Lead accumulation in different parts of okra plant (Abelmoschus Esculentus), ARPN Journal of Agricultural and Biological Science ISSN 1990-6145, 9(6) 27 ... dụng công nghệ sinh học xử lý ô nhiễm KLN đất, nước vùng chuyên canh rau ĐNB biện pháp xử lý thực vật 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Luận án đánh giá thực trạng ô nhiễm KLN đất vùng chuyên canh rau ĐNB,... chất nhiễm đất Do đó, hiệu việc áp dụng phương pháp chưa hiệu Vì vậy, việc thực đề tài: ? ?Nghiên cứu, đánh giá thực trạng ô nhiễm kim loại nặng đất vùng chuyên canh rau Đông Nam Bộ biện pháp xử lý. .. tra, đánh giá thực trạng ô nhiễm As, Cd, Pb, Hg đất, nước rau vùng chuyên canh rau ĐNB; - Nghiên cứu tuyển chọn thực vật có khả xử lý ô nhiễm As, Cd, Pb, Hg đất; - Đánh giá khả xử lý ô nhiễm