VII. í nghĩa khoa học và thực tiễn của luận ỏn
1.4.2. Cỏc tỏc động của kim loại nặng trong mụi trường đất
Khi nghiờn cứu sự tớch luỹ của KLN trong đất mà chỉ xem xột hàm lượng tổng số thỡ chưa thể đỏnh giỏ đỳng độ độc của chỳng đối với cõy trồng cũng như chiều hướng biến đổi của chỳng ở trong đất. Chỳng cú thể tồn tại ở nhiều dạng khỏc nhau nhưng chủ yếu ở cỏc dạng sau đõy: dạng linh động, liờn kết với hữu cơ, liờn kết với gốc cacbonat, với oxit sắt, với oxit mangan [64].
Cỏc kim loại nặng được hấp phụ trờn bề mặt cỏc hạt đất (hạt sột, cỏc oxit sắt và oxit mangan bị solvat hoỏ, cỏc axit mựn). Đõy là dạng mà cõy trồng dễ hấp thu trong quỏ trỡnh hỳt dinh dưỡng và nước vào cơ thể.
Cỏc kim loại nặng tồn tại dưới dạng cỏc muối cacbonat (CO32-) trong đất. Sự tồn tại và liờn kết của cỏc dạng này phụ thuộc rất nhiều vào pH của đất cũng như lượng cacbonat trong đất.
- Dạng liờn kết oxit sắt, oxit mangan:
Dạng này dễ hỡnh thành do cỏc oxit sắt và oxit mangan tồn tại trong đất như kết von đỏ ong, vật liệu gắn kết giữa cỏc hạt đất. Cỏc oxit này là những chất loại bỏ rất tốt cỏc KLN nhờ quỏ trỡnh nhiệt động học khụng ổn định dưới điều kiện khử.
- Dạng liờn kết với chất hữu cơ:
KLN liờn kết với cỏc chất hữu cơ khỏc nhau trong đất như: sinh vật đất, sản phẩm phõn giải của chất hữu cơ, chất hữu cơ bao phủ bờn ngoài hạt đất,…Do đặc tớnh tạo phức và peptiz hoỏ của cỏc chất hữu cơ làm cho cỏc kim loại tớch luỹ lại trong đất (cỏc chất hữu cơ bị oxy hoỏ, phõn giải dẫn đến sự giải phúng cỏc kim loại nặng vào đất).
- Dạng cũn lại:
Bao gồm cỏc KLN nằm trong cấu trỳc tinh thể của cỏc khoỏng vật nguyờn sinh và thứ sinh. Dạng này rất khú giải phúng ra mụi trường dưới cỏc điều kiện tự nhiờn bỡnh thường. Do tỏc dụng của cỏc quỏ trỡnh phong hoỏ, đặc biệt là phong hoỏ hoỏ học và phong hoỏ sinh học mà cỏc KLN dần dần được giải phúng ra mụi trường đất.
Bảng 1.14. Khả năng linh động của một số nguyờn tố kim loại nặng trong đất Khả năng linh
động
Điều kiện
Oxy húa Axit Trung tớnh-
kiềm Khử
Rất cao Se
Cao Se Se, Hg
Trung bỡnh 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
Khụng linh động Cd, Pb, Bi, Ti
Nguồn: Kabata, 1984 [64]
Kim loại nặng lan truyền qua cỏc con đường như hụ hấp, tiờu húa, tiếp xỳc qua da và thấm hỳt bề mặt qua mang cỏ, màng vi sinh vật, qua rễ và lỏ. Chất ụ nhiễm cú thể gõy chết hoặc ảnh hưởng đến thể chất của động thực vật, những ảnh hưởng cú thể là:
Gõy thương tổn lỏ, mụ thực vật hoặc giảm sản lượng mựa màng.
Gõy bệnh tật và gõy chết đối với động vật.
Ảnh hưởng đến khả năng sinh sản.
Gõy tổn thương và kớch thớch da.
Tớnh độc hại của cỏc kim loại nặng được thể hiện qua: (1) Một số kim loại nặng cú thể bị chuyển từ độc thấp sang dạng độc cao hơn trong một vài điều kiện mụi trường, vớ dụ thủy ngõn. (2) Sự tớch tụ và khuếch đại sinh học của cỏc kim loại này qua chuỗi thức ăn cú thể làm tổn hại cỏc hoạt động sinh lý bỡnh thường và sau cựng gõy nguy hiểm cho sức khỏe của con người. (3) Tớnh độc của cỏc nguyờn tố này cú thể ở một nồng độ rất thấp khoảng 0.1-10 mg/l [22].
Nhiều nguyờn tố kim loại nặng cú ý nghĩa quan trọng trong đời sống của sinh vật và được biết như những nguyờn tố vi lượng. Tyler [103] cho rằng nhu cầu của cỏc nguyờn tố Cu, Zn, Fe và Mn vào khoảng 1 – 100 ppm trong chất khụ của sinh vật. Ở lượng cao hơn thường gõy độc hại. Khoảng cỏch từ đủ đến dư thừa cỏc kim loại nặng là rất hẹp.
Khả năng độc hại của cỏc kim loại nặng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khỏc nhau như: hàm lượng, cỏc con đường xõm nhập, dạng tồn tại và thời gian cú thể gõy hại. Trong mụi trường cần phải xỏc định được mức độ gõy hại đối với cỏ thể hoặc cỏc loài, hoặc đối với hệ sinh thỏi
Cú hai loại ảnh hưởng độc hại đú là:
- Độc hại cấp tớnh là khi cú một lượng lớn cỏc chất độc hại trong một khoảng thời gian ngắn thường dẫn đến gõy chết cỏc sinh vật.
- Độc hại lõu dài (món tớnh) khi hàm lượng cỏc chất độc hại thấp nhưng tồn tại lõu dài. Chỳng cú thể làm chết sinh vật hoặc tổn thương ở cỏc mức độ khỏc nhau.
Khả năng độc hại của cỏc kim loại nặng đối với cỏc sinh vật khỏc nhau
Sự ụ nhiễm cỏc kim loại nặng trong mụi trường (đất, nước, sinh vật) cú thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc giỏn tiếp (thụng qua chuỗi thức ăn) đến sức khoẻ con người. Tuỳ theo từng chất mà cú những tỏc động khỏc nhau đến cỏc bộ phận cơ thể.
Đối với đa số sinh vật đất, tớnh độc hại giảm dần theo thứ tự: Hg > Cd > Cu > Zn > Pb. Sự tớch lũy cao của Cu chỉ giảm số lượng vi khuẩn, trong khi Cd làm giảm số lượng vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, cỏc loại giun trũn và giun đất. Sự tớch luỹ cao của Pb/Zn sẽ làm giảm số lượng cỏc loại chõn đốt (arthropods), đặc biệt là bọ ve (mites) và nấm; làm tăng số lượng bọ bật đuụi và khụng cú ảnh hưởng nhiều đối với vi khuẩn và xạ khuẩn, số lượng bọ bật đuụi tăng là do cỏc loài mối bị tiờu diệt làm giảm kẻ thự của chỳng.
Cỏc kim loại ở nồng độ thớch hợp sẽ cú tỏc dụng kớch thớch quỏ trỡnh hụ hấp của vi sinh vật và tăng cường lượng CO2 giải phúng ra. Tuy nhiờn ở nồng độ cao của Pb, Zn, Cu, Cd, Ni sẽ giảm lượng CO2 giải phúng.
Nhiều nghiờn cứu cho thấy sự giảm đỏng kể sinh khối vi sinh vật khi tăng hàm lượng cỏc kim loại nặng độc hại. Ảnh hưởng này tăng khi đất cú độ axớt cao. Ở cỏc đất bị ụ nhiễm nặng bởi Cu làm giảm sinh khối vi sinh vật đất đến 44% và 36% ở cỏc đất hữu cơ và đất khoỏng so với đất khụng bị ụ nhiễm.
Cỏc kim loại nặng trong đất cũng cú ảnh hưởng đến quỏ trỡnh khoỏng hoỏ nitơ cũng như quỏ trỡnh nitrat hoỏ. Thuỷ ngõn làm giảm 73% tốc độ khoỏng húa nitơ ở đất axớt và 32 – 35% ở cỏc đất kiềm; Cu làm giảm khả năng khoỏng húa 82% ở cỏc đất kiềm và 20% ở đất axớt.
Việc xõy dựng ngưỡng độc hại đối với cỏc kim loại nặng là rất khú khăn và tuỳ thuộc vào mục đớch sử dụng đất. Tuỳ theo từng quốc gia mà cụng việc kiểm soỏt đỏnh giỏ đất ụ nhiễm cú khỏc nhau.
Việt Nam cũng đó đưa quy chuẩn về hàm lượng kim loại năng trong đất. Bộ Tài nguyờn và Mụi trường ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về mụi trường: QCVN 03- MT: 2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về giới hạn cho phộp của một số kim loại nặng trong đất. Quy chuẩn này quy định giỏ trị giới hạn hàm lượng tổng số của một số kim loại nặng: Asen (As), Cadimi (Cd), Đồng (Cu), Chỡ (Pb), Kẽm (Zn) và Crom (Cr) trong tầng đất mặt theo mục đớch sử dụng đất.