1.3.1 .Đặc tính và ảnh hưởng độc hại của kim loại nặng
1.4 NGHIÊN CỨ UÔ NHIỄM KHƠNG KHÍ SỬ DỤNG CHỈ THỊ SINH
1.4.2 Chỉ thị sinh học rêu
Rêu có nhiều ưu điểm để làm chỉ thị sinh học nghiên cứu ơ nhiễm khơng khí, cụ thể:
- Rêu mọc gần như ở khắp mọi nơi và chúng có thể mọc trên mọi mơi trường 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 ngun 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 như 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 như 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 như các màng lọc khơng khí.
- Người ta đã phát hiện thấy rõ sự tỉ lệ giữa hàm lượng của các nguyên tố kim loại trong rêu và trong mơi trường 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 thường được sử dụng như 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]. Phương pháp
nghiên cứu ơ nhiễm mơi trường khơng khí sử dụng cây rêu đã và đang được triển khai áp dụng rộng rãi ở rất nhiều nước. Bản đồ ơ nhiễm khơng khí được thiết lập thơng qua chỉ thị rêu đã và đang được thiết lập bởi chương trình UNECE ICP Vegetation ở Châu Âu (UNECE ICP).
Việc sử dụng các loại rêu làm chỉ thị sinh học nghiên cứu ơ nhiễm khơng khí đã trở nên phổ biến trên thế giới kể từ khi có phương pháp thích hợp để phân tích. Rêu đã đặc biệt được sử dụng trong các cuộc điều tra kim loại nặng trong khu vực ở châu Âu. Các cuộc khảo sát rộng rãi đầu tiên được thực hiện ở Scandinavia vào cuối năm 1960. Trong những năm 1980, cuộc điều tra mở rộng để bao quát tất cả các nước Bắc Âu, và những trong năm 1990 với hầu hết các nước ở châu Âu. Tại Wisconsin USA kỹ thuật túi rêu được sử dụng để giám sát các kim loại nặng, lưu huỳnh và nitơ sử dụng túi lưới 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 được 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 phương [9].
Nghiên cứu ô nhiễm khơng khí ở Việt Nam qua chỉ thị sinh học rêu đang được triển khai. Có thể tóm tắt lại việc triển khai nghiên cứu đề tài này ở Việt Nam cho đến thời điểm này như sau: Trong những năm từ 2002 đến 2005, TS. Nguyễn Việt Hùng (Trường Đại học Y tế Công cộng) khi thực hiện đề tài luận án tiến sĩ tại University of Franch-Comte (Cộng hòa Pháp) đã cùng nhóm nghiên cứu của Cộng hịa Pháp triển khai đề tài nghiên cứu ơ nhiễm khơng khí sử dụng cây rêu loại Barbula Indica tại Hà Nội và Thái Nguyên [11, 12]. Nhóm nghiên cứu đã hợp tác với Viện hiên hợp nghiên cứu hạt nhân
(LHNCHN) Dubna, Nga để phân tích hàm lượng của các nguyên tố kim loại trong các mẫu rêu lấy từ Hà Nội và Thái Nguyên trên lị phản ứng hạt nhân IBR-2 sử dụng phương pháp kích hoạt nơtron. Kết quả của đề tài chỉ ra rằng: Phương 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 lượng 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 chương trình nghiên cứu ơ nhiễm các ngun 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 thường khan hiếm hoặc thậm chí khơng có sẵn, thay vào đó kỹ thuật túi rêu đã được phát triển để đánh giá ơ
nhiễm khơng khí [13]. Ở Việt Nam, loại rêu Sphagnum girgensohnii có ở một số tỉnh miền núi phía Bắc, như 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 tơi sẽ dùng phương pháp lấy mẫu chủ động để khảo sát ơ nhiễm khơng khí tại 45 vị trí, phân tích hàm lượng kim loại nặng để đánh giá mức độ ô nhiễm. Hình 1.11 là hình ảnh của các loại rêu dùng để chỉ thị ơ 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 phương pháp lấy mẫu rêu phổ biến, thứ nhất là phương pháp thụ động, loại rêu thích hợp mọc tự nhiên tại khu vực cần khảo sát ô nhiễm được thu thập và đưa về phịng thí nghiệm để phân tích hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng. Phương pháp này thường được áp dụng với các khu vực cần khảo sát tại đó có thể lấy được rêu mọc sống tự nhiên. Phương pháp thứ hai, thu thập các mẫu rêu tươi mọc ở những khu vực được xem là khơng có ơ nhiễm (thường là vùng núi với độ cao hơn 1000 mét) đưa về treo tại các vị trí cần khảo sát ô nhiễm trong một khoảng thời gian đủ dài (1, 2 tháng hoặc lâu hơn). Sau đó các túi rêu sẽ được đưa về các phịng thí nghiệm phân tích các nguyên tố kim loại nặng bằng các phương pháp thích hợp.
Có nhiều phương pháp phân tích đã và đang được sử dụng để phân tích các nguyên tố kim loại trong các mẫu rêu như phương phân tích kích hoạt nơtron trên lị 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.
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU