CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.3. Xử lý KLN trong đất bằng thực vật
1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ KLN của thực vật
Khả năng dễ tiêu của các KLN đối với thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố mơi trường đất, trong đó các yếu tố chính quyết định đến dạng tồn tại của các KLN bao gồm: đặc điểm cấu trúc đất, tỷ lệ thành phần khoáng vật, hàm lượng chất hữu cơ, độ chua, khả năng hấp phụ trao đổi cation và đặc biệt là hoạt động sinh học vùng rễ sản sinh ra các axit hữu cơ, enzym, cũng như các sản phẩm trao đổi chất khác [109]. Do đó, để cơng nghệ thực vật xử lý ơ nhiễm phát triển được hiệu quả thì cần phải khảo sát và đánh giá kỹ lưỡng để tối ưu hóa các điều kiện của mơi trường đất cũng như khả năng tích tụ của thực vật để đảm bảo hiệu quả kinh tế và môi trường sinh thái ở mức tốt nhất.
Một số nghiên cứu cho thấy rằng thực vật có sinh khối cao trồng trong mơi trường đất bị ơ nhiễm và có pH thấp thì khả năng hấp thụ KLN tăng và sinh khối thực vật giảm đáng kể. Khả năng hút thu và tích lũy KLN vào thực vật phụ thuộc vào hàm lượng KLN linh động trong đất. Trong thực tế, KLN trong đất chủ yếu tồn tại ở dạng liên kết với các khoáng sét, hấp phụ trên các ơ xít/hydroxit sắt, nhơm; chất hữu cơ và những dạng khác - dạng cây trồng khơng thể hấp thu. Vì vậy, để tăng khả năng hấp thu KLN trong đất có thể bổ sung một số axit hữu cơ phân tử thấp, hoặc các axit như EDTA, HEDTA, EDDS, NTA để hình thành những chelat linh động trong dung dịch đất giúp làm tăng khả năng hấp thu chúng vào thực vật. Bên cạnh đó, nếu các KLN liên kết với các phức chất này cịn có thể làm giảm tính độc của chúng đến thực vật, các hoạt động sinh vật đất cũng như môi trường. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh một số chất tạo phức có thể tăng mức độ linh động của KLN và nâng cao hiệu quả chiết xuất KLN bằng thực vật [69, 75, 78, 79, 92, 127].
Để đánh giá ảnh hưởng của EDTA trong công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật, Zhuang và cộng sự đã nghiên cứu thực nghiệm trên 3 loại cây: Viola baoshanensis, Vertiveria zizanioides và Rumex K-1 (Rumex patientia x R. Timschmicus). Trong số các loài đã được thử nghiệm, V. baoshanensis cho thấy
tiềm năng cao trong việc áp dụng để xử lý ô nhiễm KLN và việc bổ sung EDTA đã làm tăng tỷ lệ hấp phụ Pb và Zn của cây tương ứng là từ 0,01 đến 0,19% và 0,17 đến 0,26% [111]. Tuy nhiên việc sử dụng các chất tạo chelat đạt hiệu quả nhiều hay ít cịn phụ thuộc vào đặc tính sinh học của từng loại cây.
Theo kết quả nghiên cứu khả năng xử lý đất ô nhiễm KLN bằng cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica) khi bổ sung thêm EDTA của Garba và cộng sự (2012), cho
năng hấp thu, vận chuyển lên chồi của Cu và Pb. Khả năng tích lũy KLN trong rễ cây Mần trầu theo thứ tự Cu > Cr > Pb > Co > Cd [69].
Junghun Lee và Kijune Sung (2014) đã nghiên cứu ảnh hưởng của các phức chất EDTA, EDDS và axit humic đến khả năng hấp thu KLN (Cd, Cu, Pb, Zn và Ni) của một số loài thực vật Brassica juncea, Brassica campestris, Sorghum bicolor và Helianthus annuus. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy EDTA có hiệu quả tốt nhất nhưng ảnh hưởng đến cả thực vật và sinh vật đất. EDDS có thể làm tăng khả năng hấp thu kim loại của thực vật nhưng phụ thuộc vào loài thực vật và dạng kim loại. Axit humic làm tăng sự phát triển của thực vật và chất lượng đất, tuy nhiên khả năng hấp thu KLN là thấp nhất [79].
Mặc dù việc sử dụng các phức chất làm tăng khả năng xử lý đất ô nhiễm KLN bằng thực vật, các phức chất này cũng có những ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng đất, vi sinh vật trong đất và sự phát triển của thực vật. Đất có bổ sung EDTA làm giảm số lượng vi sinh vật trong đất từ 2,63 ± 0,36 × 107 CFU/g đất xuống 1,93 ± 0,32 × 107 CFU/g đất, thấp hơn 1,93 và 2,24 lần so với đất bổ sung EDDS và axit humic. Bên cạnh đó, EDTA cịn ức chế hoạt động của vi sinh vật trong đất ô nhiễm KLN [79]. Theo nghiên cứu này, EDDS làm giảm sinh khối của các cây B. juncea, B. campestris và S. bicolor do tính độc của phức chất và việc tăng nồng độ KLN trong dung dịch đất làm tăng sự tích lũy KLN trong thực vật. Ngồi ra, một số phức chất có thời gian tồn lưu trong mơi trường lâu dài do khó bị phân hủy sinh học trong môi trường tự nhiên. Theo nghiên cứu của Elke Bloem và cộng sự (2016), EDTA có thể tồn lưu trong vùng rễ 19 tháng sau khi bổ sung vào đất. Việc tồn lưu trong đất có thể gây ra ơ nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm [62].
Bên cạnh đó để tăng khả năng hấp thu KLN của thực vật thì các biện pháp kỹ thuật sử dụng các chất phụ gia và phân bón cũng được áp dụng. Các hợp chất hữu cơ như phân hữu cơ làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng thiết yếu của đất (C, N, P, K), cải thiện sự phát triển của cây và kích thích các hoạt động của vi sinh vật. Hiệu quả của các biện pháp cũng đã được khẳng định bằng thực nghiệm [60, 85, 106, 111].
Một trong những yếu tố hạn chế của công nghệ làm sạch bằng thực vật là thời gian cần thiết để xử lý. Hiệu quả làm sạch phụ thuộc vào năng suất chất khô tiềm năng hàng năm (theo Almaroai và cộng sự., 2013 được trích bởi Vasileios Antoniadis và cộng sự, 2017); nếu năng suất chất khô tiềm năng thấp, thời gian để làm sạch đất ơ nhiễm có thể lên đến hàng thế kỷ [114]. Thời gian cần thiết để làm sạch một vùng có thể được tính như sau:
tR=Δ[Μ]soil SWH / AMU Trong đó:
Δ[Μ]soil (mg/kg đất): nồng độ của KLN trước và sau khi làm sạch, bằng [Μ]soil, initial - [Μ]soil, final.
[Μ]soil, initial = nồng độ của KLN ban đầu (mg/kg) ở đất ô nhiễm [Μ]soil, final = nồng độ của KLN cuối cùng sau khi làm sạch (mg/kg) SWH (kg đất/ha): khối lượng của đất trên 1 ha = 107 pb D ρb = dung trọng của đất (g/cm3)
D = độ sâu của tầng đất để làm sạch hoặc vùng rễ của thực vật siêu tích lũy hoạt động hiệu quả (m)
107 = hệ số chuyển đổi
Như vậy, coi độ sâu thích hợp D = 0,3 m, khối lượng đất trên 1 ha là: SWH = 3,78 106 kg đất/ha
AMU (mg KLN trong thực vật/ha/năm) lượng kim loại hấp thu hàng năm, = [M]plant Y; [M]plant = Nồng độ của KLN trong thực vật (mg/kg cây).
Y = năng suất hàng năm của thực vật (kg sinh khối khô phần trên của thực vật/ha/năm).
Như vậy, cơng thức tính này có thể được sử dụng làm căn cứ để xác định thời gian cần thiết trong việc sử dụng thực vật làm sạch các vùng đất bị ơ nhiễm kim loại nói chung và trong nghiên cứu này nói riêng.