VII. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
1.4.2. Các tác động của kim loại nặng trong mơi trường đất
Khi nghiên cứu sự tích luỹ của KLN trong đất mà chỉ xem xét hàm lượng tổng số thì chưa thể đánh giá đúng độ độc của chúng đối với cây trồng cũng như chiều hướng biến đổi của chúng ở trong đất. Chúng cĩ thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau nhưng chủ yếu ở các dạng sau đây: dạng linh động, liên kết với hữu cơ, liên kết với gốc cacbonat, với oxit sắt, với oxit mangan [64].
Các kim loại nặng được hấp phụ trên bề mặt các hạt đất (hạt sét, các oxit sắt và oxit mangan bị solvat hố, các axit mùn). Đây là dạng mà cây trồng dễ hấp thu trong quá trình hút dinh dưỡng và nước vào cơ thể.
Các kim loại nặng tồn tại dưới dạng các muối cacbonat (CO32-) trong đất. Sự tồn tại và liên kết của các dạng này phụ thuộc rất nhiều vào pH của đất cũng như lượng cacbonat trong đất.
- Dạng liên kết oxit sắt, oxit mangan:
Dạng này dễ hình thành do các oxit sắt và oxit mangan tồn tại trong đất như kết von đá ong, vật liệu gắn kết giữa các hạt đất. Các oxit này là những chất loại bỏ rất tốt các KLN nhờ quá trình nhiệt động học khơng ổn định dưới điều kiện khử. - Dạng liên kết với chất hữu cơ:
KLN liên kết với các chất hữu cơ khác nhau trong đất như: sinh vật đất, sản phẩm phân giải của chất hữu cơ, chất hữu cơ bao phủ bên ngồi hạt đất,…Do đặc tính tạo phức và peptiz hố của các chất hữu cơ làm cho các kim loại tích luỹ lại trong đất (các chất hữu cơ bị oxy hố, phân giải dẫn đến sự giải phĩng các kim loại nặng vào đất). - Dạng cịn lại:
Bao gồm các KLN nằm trong cấu trúc tinh thể của các khống vật nguyên sinh và thứ sinh. Dạng này rất khĩ giải phĩng ra mơi trường dưới các điều kiện tự nhiên bình thường. Do tác dụng của các quá trình phong hố, đặc biệt là phong hố hố học và phong hố sinh học mà các KLN dần dần được giải phĩng ra mơi trường đất.
Bảng 1.14. Khả năng linh động của một số nguyên tố kim loại nặng trong đất
Khả năng linh Điều kiện
động Oxy hĩa Axit Trung tính- Khử
kiềm
Rất cao Se
Cao Se Se, Hg
Trung bình Hg, As, Cd As, Cd As, Cd
Thấp Pb, As, Sb, Ti Pb, Bi, Sb, Ti Pb, Bi, Sb, Ti
Rất thấp Te Te Te Te, Se, Hg
Khơng linh động Cd, Pb, Bi, Ti
Nguồn: Kabata, 1984 [64]
Kim loại nặng lan truyền qua các con đường như hơ hấp, tiêu hĩa, tiếp xúc qua da và thấm hút bề mặt qua mang cá, màng vi sinh vật, qua rễ và lá. Chất ơ nhiễm cĩ thể gây chết hoặc ảnh hưởng đến thể chất của động thực vật, những ảnh hưởng cĩ thể là:
Gây thương tổn lá, mơ thực vật hoặc giảm sản lượng mùa màng. Gây bệnh tật và gây chết đối với động vật. Ảnh hưởng đến khả năng
sinh sản. Gây tổn thương và kích thích da. Gây ung thư
Tính độc hại của các kim loại nặng được thể hiện qua: (1) Một số kim loại nặng cĩ thể bị chuyển từ độc thấp sang dạng độc cao hơn trong một vài điều kiện mơi trường, ví dụ thủy ngân. (2) Sự tích tụ và khuếch đại sinh học của các kim loại này qua chuỗi thức ăn cĩ thể làm tổn hại các hoạt động sinh lý bình thường và sau cùng gây nguy hiểm cho sức khỏe của con người. (3) Tính độc của các nguyên tố này cĩ thể ở một nồng độ rất thấp khoảng 0.1-10 mg/l [22].
Nhiều nguyên tố kim loại nặng cĩ ý nghĩa quan trọng trong đời sống của sinh vật và được biết như những nguyên tố vi lượng. Tyler [103] cho rằng nhu cầu của các nguyên tố Cu, Zn, Fe và Mn vào khoảng 1 – 100 ppm trong chất khơ của sinh vật. Ở lượng cao hơn thường gây độc hại. Khoảng cách từ đủ đến dư thừa các kim loại nặng là rất hẹp.
Khả năng độc hại của các kim loại nặng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: hàm lượng, các con đường xâm nhập, dạng tồn tại và thời gian cĩ thể gây hại. Trong mơi trường cần phải xác định được mức độ gây hại đối với cá thể hoặc các lồi, hoặc đối với hệ sinh thái
Cĩ hai loại ảnh hưởng độc hại đĩ là:
- Độc hại cấp tính là khi cĩ một lượng lớn các chất độc hại trong một khoảng thời gian ngắn thường dẫn đến gây chết các sinh vật.
- Độc hại lâu dài (mãn tính) khi hàm lượng các chất độc hại thấp nhưng tồn tại lâu dài. Chúng cĩ thể làm chết sinh vật hoặc tổn thương ở các mức độ khác nhau.
Khả năng độc hại của các kim loại nặng đối với các sinh vật khác nhau Sự ơ nhiễm các kim loại nặng trong mơi trường (đất, nước, sinh vật) cĩ thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp (thơng qua chuỗi thức ăn) đến sức khoẻ con người. Tuỳ theo từng chất mà cĩ những tác động khác nhau đến các bộ phận cơ thể.
Đối với đa số sinh vật đất, tính độc hại giảm dần theo thứ tự: Hg > Cd > Cu > Zn > Pb. Sự tích lũy cao của Cu chỉ giảm số lượng vi khuẩn, trong khi Cd làm giảm số lượng vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, các loại giun trịn và giun đất. Sự tích luỹ cao của Pb/Zn sẽ làm giảm số lượng các loại chân đốt (arthropods), đặc biệt là bọ ve (mites) và nấm; làm tăng số lượng bọ bật đuơi và khơng cĩ ảnh hưởng nhiều đối với vi khuẩn và xạ khuẩn, số lượng bọ bật đuơi tăng là do các lồi mối bị tiêu diệt làm giảm kẻ thù của chúng.
Các kim loại ở nồng độ thích hợp sẽ cĩ tác dụng kích thích quá trình hơ hấp của vi sinh vật và tăng cường lượng CO2 giải phĩng ra. Tuy nhiên ở nồng độ cao của Pb, Zn, Cu, Cd, Ni sẽ giảm lượng CO2 giải phĩng.
Nhiều nghiên cứu cho thấy sự giảm đáng kể sinh khối vi sinh vật khi tăng hàm lượng các kim loại nặng độc hại. Ảnh hưởng này tăng khi đất cĩ độ axít cao. Ở các đất bị ơ nhiễm nặng bởi Cu làm giảm sinh khối vi sinh vật đất đến 44% và 36% ở các đất hữu cơ và đất khống so với đất khơng bị ơ nhiễm.
Các kim loại nặng trong đất cũng cĩ ảnh hưởng đến quá trình khống hố nitơ cũng như quá trình nitrat hố. Thuỷ ngân làm giảm 73% tốc độ khống hĩa nitơ ở đất axít và 32 – 35% ở các đất kiềm; Cu làm giảm khả năng khống hĩa 82% ở các đất kiềm và 20% ở đất axít.
Việc xây dựng ngưỡng độc hại đối với các kim loại nặng là rất khĩ khăn và tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng đất. Tuỳ theo từng quốc gia mà cơng việc kiểm sốt đánh giá đất ơ nhiễm cĩ khác nhau.
Việt Nam cũng đã đưa quy chuẩn về hàm lượng kim loại năng trong đất. Bộ Tài nguyên và Mơi trường ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về mơi trường: QCVN 03-MT: 2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phép của một số kim loại nặng trong đất. Quy chuẩn này quy định giá trị giới hạn hàm lượng tổng số của một số kim loại nặng: Asen (As), Cadimi (Cd), Đồng (Cu), Chì (Pb), Kẽm (Zn) và Crom (Cr) trong tầng đất mặt theo mục đích sử dụng đất.