CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.2. Biện pháp sử dụng thực vật xử lý đấ tô nhiễm kim loại nặng
1.2.7.3. Một số lồi thực vật có khả năng tích tụ kim loại nặng cao phân bố trên
trên một số vùng khai thác khoáng sản tại Thái Nguyên
Cây dƣơng xỉ (Pteridophyta cyatheaceae)
Các nhà khoa học Trung Quốc phát hiện ra loài cây dương xỉ mọc rất nhiều trong tự nhiên hoang dã, có khả năng hấp thụ kim loại nặng trong đất như đồng, thạch tín... Trên lá của lồi dương xỉ này có tới 0,8% hàm lượng thạch tín, cao hơn hàng trăm lần so với bình thường, mà cây vẫn tốt tươi. Thạch tín được cây dương xỉ lưu trong lớp lông tơ trên thân cây. Cây càng phát triển thì “nhu cầu” thạch tín càng lớn và chúng còn di truyền khả năng hấp thụ asen sang các thế hệ sau [143]. Đã có khá nhiều nghiên cứu về sử dụng cây dương xỉ trong việc xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng. Các kết quả nghiên cứu đều đi đến kết luận:
+ Cây dương xỉ có khả năng sinh trưởng và phát triển bình thường trong điều kiện hàm lượng Pb trong đất đến 1.000 mg/kg đất.
+ Cây dương xỉ có khả năng sinh trưởng và phát triển bình thường trong điều kiện hàm lượng Zn trong đất đến 1.500 mg/kg đất.
+ Cây dương xỉ có khả năng sinh trưởng và phát triển bình thường trong điều kiện hàm lượng Cd trong đất đến 150 mg/kg đất.
+ Cây dương xỉ có khả năng sinh trưởng và phát triển bình thường trong mơi trường ơ nhiễm thạch tín (As) và có thể hút đạt đến 0,8% As trong cây, cao hơn hàng trăm lần so với bình thường, mà cây vẫn tốt tươi. Thạch tín được cây dương xỉ lưu trong lớp lơng tơ trên thân cây. Cây càng phát triển thì “nhu cầu” thạch tín càng lớn và chúng cịn di truyền khả năng “ăn” chất độc sang các thế hệ sau [9].
Cỏ vetiver (vetiveria zizanioides L.)
Tại Việt Nam cịn có tên là cây Hương Bài. Ngồi tác dụng chống xói mịn và là nguyên liệu ép dầu, cỏ vetiver cịn có khả năng thu hút kim loại nặng trong đất. Vì vậy, cỏ vetiver được sử dụng như là một loại cây tiên phong trong cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng, nhất là các vùng đất sau khai thác khống sản.
Cỏ vetiver có khả năng hấp thụ các kim loại nặng và các chất dinh dưỡng khác trong đất và có thể chịu được những chất này dù ở hàm lượng rất cao. Tuy hàm lượng những chất này trong cỏ vetiver nhiều khi không cao như ở một số giống cây siêu tích tụ khác, nhưng do nó phát triển rất nhanh và cho năng suất cao nên cỏ vetiver có thể hấp thụ một lượng chất dinh dưỡng và kim loại nặng lớn hơn nhiều so với phần lớn các giống cây siêu tích tụ khác. Sự phân bố kim loại nặng trong cỏ vetiver có thể chia làm 3 nhóm: Rất ít As, Cd, Cr và Hg do rễ hấp thụ được chuyển lên thân lá (1 – 5%); một lượng vừa phải Cu, Pb, Ni và Se do rễ hấp thụ được chuyển lên thân lá (16 – 33%) và Zn được phân bố đồng đều ở thân lá và rễ (40%). Như vậy, cỏ vetiver có khả năng hút mạnh nhất là Zn, Pb và Ni, là những nguyên tố kim loại nặng độc trong môi trường đất.
Bảng 1.13: So sánh tính chống chịu kim loại nặng của cỏ vetiver và các loài cỏ khác
Đơn vị: mg/kg
Kim loại nặng
Ngƣỡng chịu trong đất Ngƣỡng chịu trong cây Cỏ vetiver Cỏ khác Cỏ vetiver Cỏ khác Asen (As) 100 - 250 2 21 - 72 1 - 10 Cadimi (Cd) 20 - 60 1,5 45 - 48 5 - 20 Đồng (Cu) 50 - 100 - 13 - 15 15 Crom (Cr) 200 - 600 - 5 - 18 0,02 - 0,2 Chì (Pd) > 1500 - > 78 - Thủy ngân (Hg) > 6 - > 0,12 - Niken (Ni) 100 7 – 10 347 - Selen (Se) > 74 2 – 14 > 11 10 - 30 Kẽm (Zn) > 750 - 880 - Nguồn: Truong N.P.V, 2004 [130]
Ngưỡng chịu kim loại nặng của cỏ vetiver ở trong đất và trong cây cao hơn nhiều so với những loài thực vật khác. Chẳng hạn, đối với nguyên tố As, ngưỡng chịu của các loài cây cỏ khác chỉ 1 - 10 mg/kg, trong khi đó cỏ vetiver có thể chịu được ở mức 21 - 72 mg/kg. Đối với nguyên tố Cd, ngưỡng độc của cỏ vetiver 45 - 48 mg/kg, đối với các loài thực vật khác chỉ 5 - 20 mg/kg. Cỏ vetiver cũng có thể chịu đựng được hàm lượng Pb trong đất lớn hơn 1.500 mg/kg và hàm lượng kim loại này trong cây ở mức trên 78 mg/kg [129].
Cây thơm ổi (Cosmos bipinnuatus)
Cây thơm ổi cịn có tên là cây hoa ngũ sắc, cây bông ổi. Là cây bụi thân gỗ, có khả năng hấp thu lượng kim loại nặng cao gấp 100 lần bình thường và
sinh trưởng rất nhanh. Món khối khẩu của lồi cây này là chì. Chúng có thể "ăn" lượng chì cao gấp 500 - 1.000 lần, thậm chí cịn lên tới 5.000 lần so với các lồi cây bình thường mà khơng bị ảnh hưởng. Thơm ổi được xem là loài siêu hấp thu chì và cadimi.
Một nghiên cứu của Diệp Thị Mỹ Hạnh (2007) ở Trường Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh về cây thơm ổi đã kết luận: Sau 105 ngày thí nghiệm, khả năng hấp thu Pb của cây thơm ổi cao hơn 506 mg/kg (trong điều kiện môi trường ô nhiễm Pb ở hàm lượng 1.000 mg/kg) so với cây sống trong điều kiện bình thường và 1.037 mg/kg (trong điều kiện mơi trường nhiễm chì 2.000 mg/kg).
Ngồi ra, kết quả thí nghiệm cũng cho thấy cây thơm ổi hấp thu Pb rất nhanh: Trong điều kiện mơi trường chứa 1.000 mg/kg chì, sau 24 giờ (kể từ thời điểm tăng đột ngột hàm lượng chì) rễ cây thơm ổi đã tích lũy một lượng chì hơn 470 lần so với cây đối chứng (sống trong điều kiện mơi trường bình thường); trong môi trường chứa 2.000 mg chì/kg đất thì rễ thơm ổi tích lũy một lượng chì hơn 969 lần so với cây đối chứng; trong môi trường chứa 4.000 mg chì/kg đất, rễ thơm ổi tích lũy một lượng chì hơn 4.908 lần so với cây đối chứng.
Theo tính tốn của nhóm nghiên cứu, cây thơm ổi có khả năng tích lũy chì cao hơn 1% so với khối lượng khô của rễ và bộ phận rễ cây được xem là “kho” chứa chì. Tương tự, đối với chất cadimi, cây thơm ổi cũng có khả năng hấp thu chất này rất tốt.
Đặc biệt, nhóm nghiên cứu cịn thơng báo đến nay vẫn còn hai cây thơm ổi sống trong mơi trường ơ nhiễm chì cực kỳ cao, hàm lượng lên đến 10.000 mg/kg và 20.000 mg/kg. Nhóm nghiên cứu cho rằng đây là hai nguồn gen q được tìm thấy để phục vụ nghiên cứu về cây siêu tích lũy sau này.
Cây cải (Brassicaceae oleracea)
Người ta đã tìm ra hàng trăm lồi cải có khả năng hấp thu kim loại nặng trong đất. Điển hình là khả năng hấp thu Cd và Pb của cải xanh và cải xoong. Hàm lượng gây ô nhiễm Pb cho đất là 1.300 mg/kg trở lên bắt đầu có ảnh hưởng đến sinh trưởng của cải xanh. Ở lồi thực vật này có khả năng lưu giữ trong thân một lượng lớn các kim loại đồng thời có thể làm sạch các chất RDX (một loại hợp chất có thể gây độc cho cả đất lẫn nguồn nước) và sử dụng các chất này như một nguồn đạm [15].
Tuy nhiên việc sử dụng các loại cây cải vào xử lý kim loại nặng trong đất còn là vấn đề đang cần xem xét vì đa số các lồi cải là rau xanh thông dụng.
Cây đơn buốt (Biden pilosa L.)
Cây đơn buốt còn gọi là: Xuyến chi, Đơn kim, gồm 1.000 giống và hơn 20.000 loài. Phân bố: Phổ biến khắp nước ta từ vùng núi tới đồng bằng Nam bộ.
Theo Nguyễn Thế Đặng và cs [8] cho thấy ở các mức Pb khác nhau thì năng suất của cây cũng khác nhau:
- Khi tăng Pb trong đất từ 0 mg/kg lên 500 mg/kg thì hầu như khơng ảnh hưởng gì đến sinh trưởng của cây Đơn buốt (năng suất hầu như không thay đổi). Nhưng từ mức 1.500 mg/kg trở lên đã làm năng suất của cây Đơn buốt giảm xuống khá rõ. Đối với As, Đơn buốt sinh trưởng bình thường và năng suất không thay đổi khi tăng As trong đất từ 0 mg/kg lên 500 mg/kg. Nhưng khi lên mức 1.500 mg/kg thì năng suất giảm rõ, nhất là đến mức 3.000 mg/kg. Thực tế theo dõi thí nghiệm cho thấy ở công thức 3.000 mg/kg cây Đơn buốt sinh trưởng rất kém và một số cây bị chết.
Số liệu phân tích hàm lượng Pb trong cây cho thấy được ở các mức Pb khác nhau thì khả năng thu hút Pb của thân lá, rễ khác nhau. Khi tăng mức Pb trong đất từ 0 mg/kg lên 3.000 mg/kg thì lượng Pb trong cây đơn buốt tăng từ 7,31 mg/kg tươi lên 112,47 mg/kg tươi ở thân lá Đơn buốt và từ 12,55 mg/kg lên 89,02 mg/kg ở rễ. Như vậy, khả năng hút Pb của rễ tăng nhẹ hơn ở thân lá khi tăng lượng As trong đất.
Thí nghiệm với sự tăng lên của As trong đất từ 0 mg/kg đến 3.000 mg/kg cho thấy cây Đơn buốt hút As tăng lên. Tại mức 0 mg/kg chỉ hút có 7,31 mg/kg tươi ở thân lá, nhưng khi tăng lên 3.000 mg/kg thì hút tới 101 mg/kg. Hàm lượng As ở rễ cây Đơn buốt cũng tăng lên khi hàm lượng As trong đất tăng lên và đạt cao nhất là 105,32 mg/kg rễ tươi ở mức bón 3.000 mg/kg As. Tuy nhiên, ở mức 3.000 mg/kg thì một số cây Đơn buốt bị chết, khả năng sinh trưởng kém hẳn và chắc chắn tổng lượng As cây hút được sẽ thấp.
Tóm lại: Cây đơn buốt có khả năng sinh trưởng và phát triển bình thường trong điều kiện hàm lượng As trong đất đến 1.500 mg/kg đất và hàm lượng Pb trong đất đến 3.000 mg/kg đất [3].