6. BỐ CỤC LUẬN VĂN
1.4 NGHIÊN CỨ UÔ NHIỄM KHÔNG KHÍ SỬ DỤNG CHỈ THỊ SINH
1.4.2 Chỉ thị sinh học rêu
Rêu có nhiều ƣu điểm để làm chỉ thị sinh học nghiên cứu ô nhiễm khơng khí, cụ thể:
- Rêu mọc gần nhƣ ở khắp mọi nơi và chúng có thể mọc trên mọi mơi trƣờng khác nhau, thậm chí ngay cả ở những khu công nghiệp và cả trong các thành phố.
- Rêu khơng có lớp biểu bì nên các ion kim loại dễ dàng thâm nhập vào thân cây rêu. Khả năng hấp thụ các nguyên tố kim loại từ khơng khí của rêu rất cao so với các loại thực vật khác.
- Do rêu khơng có bộ rễ (hoặc có thể xem bộ rễ của rêu là rễ giả) nên chúng chỉ hấp thụ các khống chất từ khơng khí.
- Rêu có cấu trúc lớp và chất hữu cơ tạo ra từng năm thành các đoạn riêng.
- Sự lan truyền của các khoáng chất giữa các đoạn của rêu hầu nhƣ khơng có do khơng có các tế bào mao dẫn.
- Rêu hấp thụ các nguyên tố kim loại theo cách hoàn toàn thụ động giống nhƣ các bộ trao đổi ion.
- Tỉ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích của cây rêu là rất lớn nên có thể xem các cây rêu nhƣ các màng lọc khơng khí.
- Ngƣời ta đã phát hiện thấy rõ sự tỉ lệ giữa hàm lƣợng của các nguyên tố kim loại trong rêu và trong mơi trƣờng khơng khí mà nó phát triển.
- Việc thu thập các mẫu rêu ở những điểm nghiên cứu dễ dàng. - Việc chế tạo mẫu phân tích từ cây rêu là đơn giản.
Một số loài rêu thƣờng đƣợc sử dụng nhƣ một loại chỉ thị sinh học (biomonitor) để giám sát các kim loại nặng trong khơng khí là: Dicranum polysetum, Dicranum scoparium, Hycomium splendens, Hypnum cupressiforme, Pleurozium schreberi, Pohlia nuntans [10]. Phƣơng pháp
nghiên cứu ơ nhiễm mơi trƣờng khơng khí sử dụng cây rêu đã và đang đƣợc triển khai áp dụng rộng rãi ở rất nhiều nƣớc. Bản đồ ơ nhiễm khơng khí đƣợc thiết lập thơng qua chỉ thị rêu đã và đang đƣợc thiết lập bởi chƣơng trình UNECE ICP Vegetation ở Châu Âu (UNECE ICP).
Việc sử dụng các loại rêu làm chỉ thị sinh học nghiên cứu ô nhiễm khơng khí đã trở nên phổ biến trên thế giới kể từ khi có phƣơng pháp thích hợp để phân tích. Rêu đã đặc biệt đƣợc sử dụng trong các cuộc điều tra kim loại nặng trong khu vực ở châu Âu. Các cuộc khảo sát rộng rãi đầu tiên đƣợc thực hiện ở Scandinavia vào cuối năm 1960. Trong những năm 1980, cuộc điều tra mở rộng để bao quát tất cả các nƣớc Bắc Âu, và những trong năm 1990 với hầu hết các nƣớc ở châu Âu. Tại Wisconsin USA kỹ thuật túi rêu đƣợc sử dụng để giám sát các kim loại nặng, lƣu huỳnh và nitơ sử dụng túi lƣới chứa rêu loại Sphagnum. Tại Ấn Độ, các nghiên cứu ơ nhiễm khơng khí sử dụng rêu làm chỉ thị đã thực hiện rất hiệu quả trong và xung quanh Mumbai, thành phố lớn nhất ở miền tây Ấn Độ. Các loài rêu đã đƣợc sử dụng để giám sát về các kim loại nặng trong khu vực, những thay đổi khoảng cách lan truyền dài của khí thải, và các nguồn phát thải của địa phƣơng [9].
Nghiên cứu ơ nhiễm khơng khí ở Việt Nam qua chỉ thị sinh học rêu đang đƣợc triển khai. Có thể tóm tắt lại việc triển khai nghiên cứu đề tài này ở Việt Nam cho đến thời điểm này nhƣ sau: Trong những năm từ 2002 đến 2005, TS. Nguyễn Việt Hùng (Trƣờng Đại học Y tế Công cộng) khi thực hiện đề tài luận án tiến sĩ tại University of Franch-Comte (Cộng hịa Pháp) đã cùng nhóm nghiên cứu của Cộng hòa Pháp triển khai đề tài nghiên cứu ô nhiễm khơng khí sử dụng cây rêu loại Barbula Indica tại Hà Nội và Thái Nguyên
(LHNCHN) Dubna, Nga để phân tích hàm lƣợng của các nguyên tố kim loại trong các mẫu rêu lấy từ Hà Nội và Thái Nguyên trên lò phản ứng hạt nhân IBR-2 sử dụng phƣơng pháp kích hoạt nơtron. Kết quả của đề tài chỉ ra rằng: Phƣơng pháp nghiên cứu ơ nhiễm kim loại nặng trong khơng khí sử dụng chỉ thị sinh học rêu Barbula Indica tại Việt Nam là khả thi. Tuy nhiên, đề tài mới chỉ dừng ở mức thăm dò khả năng dùng kỹ thuật này và số lƣợng mẫu phân tích cịn ở mức khiêm tốn. Từ năm 2014, Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tham gia vào chƣơng trình nghiên cứu ơ nhiễm các nguyên tố kim loại nặng trong khơng khí sử dụng cây rêu trên thế giới thơng qua Phịng thí nghiệm Vật lý neutron của Viện LHNCHN Dubna (Hình 1.10).
Hình 1.10. Các quốc gia tham gia là thành viên và quan sát viên của Viện
LHNCHN Đubna tham gia vào chương trình nghiên cứu ơ nhiễm kim loại nặng trong khơng khí sử dụng chỉ thị sinh học rêu.
Tại các khu đô thị, rêu mọc tự nhiên thƣờng khan hiếm hoặc thậm chí khơng có sẵn, thay vào đó kỹ thuật túi rêu đã đƣợc phát triển để đánh giá ô
nhiễm khơng khí [13]. Ở Việt Nam, loại rêu Sphagnum girgensohnii có ở một số tỉnh miền núi phía Bắc, nhƣ tỉnh Lào Cai. Trong luận văn này, chúng tôi sẽ nghiên cứu khả năng áp dụng chỉ thị sinh học rêu để khảo sát ô nhiễm kim loại nặng trong khơng khí ở thành phố Hà Nội. Chúng tôi sẽ dùng phƣơng pháp lấy mẫu chủ động để khảo sát ơ nhiễm khơng khí tại 45 vị trí, phân tích hàm lƣợng kim loại nặng để đánh giá mức độ ơ nhiễm. Hình 1.11 là hình ảnh của các loại rêu dùng để chỉ thị ô nhiễm kim loại nặng trong khơng khí ở Nga và ở Việt Nam.
(a) Hypnum commutatum
(c) Sphagnum girgensohnii
Hình 1.11. Ảnh chụp các loại rêu được sử dụng để làm chỉ thị xác định ô
nhiễm kim loại nặng trong khơng khí ở Nga (a, b) và ở Việt Nam (c) [3, 14]
Có hai phƣơng pháp lấy mẫu rêu phổ biến, thứ nhất là phƣơng pháp thụ động, loại rêu thích hợp mọc tự nhiên tại khu vực cần khảo sát ô nhiễm đƣợc thu thập và đƣa về phịng thí nghiệm để phân tích hàm lƣợng các nguyên tố kim loại nặng. Phƣơng pháp này thƣờng đƣợc áp dụng với các khu vực cần khảo sát tại đó có thể lấy đƣợc rêu mọc sống tự nhiên. Phƣơng pháp thứ hai, thu thập các mẫu rêu tƣơi mọc ở những khu vực đƣợc xem là khơng có ơ nhiễm (thƣờng là vùng núi với độ cao hơn 1000 mét) đƣa về treo tại các vị trí cần khảo sát ơ nhiễm trong một khoảng thời gian đủ dài (1, 2 tháng hoặc lâu hơn). Sau đó các túi rêu sẽ đƣợc đƣa về các phịng thí nghiệm phân tích các nguyên tố kim loại nặng bằng các phƣơng pháp thích hợp.
Có nhiều phƣơng pháp phân tích đã và đang đƣợc sử dụng để phân tích các nguyên tố kim loại trong các mẫu rêu nhƣ phƣơng phân tích kích hoạt nơtron trên lò phản ứng hạt nhân, phân tích dựa vào các phản ứng hạt nhân gây bởi các chùm hạt tích điện (PIXE), phân tích huỳnh quang tia X, phân tích bằng phổ kế hấp thụ nguyên tử AAS, phân tích sử dụng khối phổ Plasma cảm ứng ICP-MS, v.v.
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU