2.4. Nghiên cứu kim loại nặng trên thế giói
2.4.3. Tương quan tương hỗ giữa hàm lượng Pb, Cd trong đất và hàm l−ợng Pb, Cd trong cây
Nhìn chung cây trồng không hấp thu chì nh−ng khi hàm l−ợng chì
trong đất cao thì chì cũng bị cây trồng hấp thu. Thậm chí khi hàm l−ợng Pb trong đất lên tới 300 ppm/kg thì rủi ro gặp phải Pb vì cây trồng nhiễm phải bụi
đất có chứa Pb vẫn có thể lớn hơn so với Pb cây trồng hấp thu[102].
Không khí bị ô nhiễm bởi Pb cũng ảnh hưởng khá lớn đến hàm lượng Pb trong rau. Vùng trồng rau có hàm l−ợng Pb trong không khí cao có thể mang đến 0,15 % tồn d− Pb trong rau (tính theo trọng l−ợng chất khô) [61].
Chì bị cây trồng hấp thu bởi rễ, đó là quá trình chủ động, khả năng hấp thu Pb bị giảm bởi vôi và nhiệt độ thấp. Mặc dầu Pb hoà tan hầu nh− không sẵn có trong dung dịch đất quá trình hấp thu chì chủ yếu do rễ phụ và Pb đ−ợc bảo quản trong vách ngăn các tế bào thực vật [98].
Nồng độ chì trong cây trồng ở những vùng có những mỏ khoáng thì cao hơn so với hàm l−ợng Pb trong đất mặc dù sự tích luỹ chì trong các bộ phận của cây là khác nhau [77].
Khi có mặt chì ở trong dung dịch dinh d−ỡng. Cây có củ có khả năng hút chì mạnh, và sự hút chì này tăng cùng với nồng độ chì trong đất và thời gian trồng trọt [ 55].
0 1 2 3 4 5
1 2 3
Pb trong dung dịch(mg/l)
Pb trong cá (ppm)
C©y RÔ
Hình 2.1: Hàm l−ợng Pb trong cỏ (Bromus unioloides) t−ơng ứng với hàm l−ợng chì trong dung dịch dinh d−ỡng [ 55].
0.001 0.01 0.1 1 10 100
7 15 30 60
Ngày Pb trong yến mạch (mg/ chậu)
a a
b b
Hình 2.2: Hàm l−ợng Pb hút bởi yến mạch trồng trong đất cát và bón thêm chì (a) 200 mg/l , (b) 2 5 mg/ l --- Rễ Cây [ 55].
Chỉ khoảng 3% Pb trong rễ cây đ−ợc chuyển vào phần sinh khối trên mặt đất Sự tích luỹ chì trong các bộ phận khác nhau của cây ngô trồng trên đất nhiễm chì là 300ppm và 15ppm Cd đ−ợc liệt kê ở bảng 2.6 a:
Bảng 2.6 a: Sự tích luỹ Pb, Cd trong các bộ phận khác nhau của cây ngô
Bé phËn lÊy mÉu Pb (ppm) Cd (ppm)
RÔ 170 73
Lá 4,9 77
Th©n 4,8 9
Bẹ lá 4,6 35
Hạt 5,2 40
Râu ngô 2,0 4
Nguồn: Zimdahl và Koeppe 1977 [99].
Nh− vậy hàm l−ợng Pb tích luỹ trong rễ ngô là lớn nhất thứ đến là trong hạt và thấp nhất ở trong râu.
Sự tích luỹ Cd trong các bộ phận của cây cũng khá khác nhau. Hàm l−ợng Cd tích luỹ lớn nhất là trong lá ngô tiếp theo là trong rễ và thấp hơn hẳn trong râu ngô [99].
Yếu tố môi trường ảnh hưởng có ý nghĩa đến khả năng hấp thu chì của cây trồng từ hai nguồn, đất và không khí. Đa số chì tồn tại trong đất là ở dạng cây trồng khó hấp thu. Wilson và Cline nghiên cứu sự hấp thu chì ở cây lúa mạch trồng theo ph−ơng pháp Neubaur chỉ ra rằng chỉ có 0,003 – 0,005 % tổng l−ợng chì trong đất đ−ợc hấp thu bởi cây trồng. Tất nhiên sự hấp thu này biến động còn phụ thuộc vào nồng độ chì trong đất và dạng chì tồn tại trong
đất [97].
Pb hấp thu từ đất không chỉ vì Pb có sẵn trong đất mà còn từ tàn d− cây trồng chết đi để lại. Hiển nhiên rằng trong cả hai trường hợp nồng độ chì trong
đất cao hay thấp sự hấp thu chì của cây trồng còn phụ thuộc vào loại đất và loại cây trồng [99].
Pb – tetraalkyls trong đất nhanh chóng chuyển thành dạng Pb linh động
với cây trồng. Chính vì vậy thực vật trồng ở đất ô nhiễm chì ở dạng này có hàm l−ợng chì rất cao ở cả hai cơ quan sinh tr−ởng và sinh sản [63].
Bảng 2.6b: Hàm l−ợng Pb, Cd trung bình ở một số loại hạt ngũ cốc (ppm tính theo chất khô)
N−íc Ngò cèc Pb Cd
óc Lóa m×
Gạo
0,59 0,64
0,02 -
Canada Yến mạch 2,28 0,21
Đan Mạch Yến mạch - 0,03
Ai cËp Lóa m× 0,51 0,05
Tây Đức Ngũ cốc - 0,05
Đông Đức Ngũ cốc Kiều mạch Lóa m×
Yến mạch
- - - -
0,22 0,02 0,04 0,02
Nhật Gạo lứt
Lóa m×
0,19 0,07 0,03
Na uy Kiều mạch
Lóa m×
- -
0,02 0,07
Hà lan Yến mạch
Lóa m×
Gạo
0,34 0,32 0,34
0,11 0,05 0,08 Mỹ Gạo
Lóa m×
0,007 0,64
0,01 0,10
Nga Lóa m× 0,5 0,07
Nguồn: Alina Kabata – Pendias và Henryk Pendias 1992 [55].
Các kết quả nghiên cứu gần đây về vận chuyển và hấp thu chì của cây trồng đã chỉ ra rằng chì bị cây trồng hấp thu, tuy nhiên Pb có trong đất thì
không sẵn sàng vận chuyển đến các phần ăn đ−ợc của cây [99].
Nhiều tác giả thống nhất rằng chì th−ờng tích luỹ trong phần rễ cây trồng, đặc biệt là chì dạng pyrophosphate th−òng đ−ợc tích luỹ trong vách ngăn của các tế bào thực vật.
Nh− vậy hàm l−ợng Pb, Cd trong các loại hạt ngũ cốc ở một số n−ớc khác nhau trên thế giới đều thấp hơn so với tiêu chuẩn cho phép của FAO/ WHO [66].
Sự dự trữ chì trong vách ngăn bên ngoài của tế bào nh− tế bào plasmalemma ở dạng chì kết tủa và chì tinh thể. Cũng giống nh− vậy chì còn tích luỹ ở các bộ phận khác của cây nh− rễ thân và lá, chì vận chuyển và tích luỹ theo kiểu này vào trong tất cả các tế bào của cây trồng [80].
Cd là nguyên tố không cần thiết cho quá trình trao đổi chất của cây trồng. Cd bị hấp thu ở cả hai bộ phận của cây là rễ và lá. Cd tích luỹ khá cao trong các sinh vật sống ở trong đất. Mối liên quan giữa hàm l−ợng Cd trong cây lúa mì và hàm lượng Cd trong tầng đế cày là mối tương quan hồi quy tuyến tính. Nh−ng với các loại đất khác nhau và các loại cây trồng khác nhau có sự hấp thu sự hấp thu Cd là khác nhau [72].
Nhiều nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hàm lượng Cd tổng số trong đất và sự hấp thu Cd của cây trồng. Cd trong hạt lúa có mối liên quan chặt chẽ với pH trong khoảng 4,5 - 5,5 và liên quan chặt nhất tại pH 5,5 [76].
Hàm l−ợng Cd trong hạt lúa mì tăng hồi quy cùng với hàm l−ợng Cd trong đất và biểu diễn theo phương trình:
Y= 0,031+ 0,083 x Trong đó:
Y là hàm l−ợng Cd trong hạt lúa mì
X là hàm l−ợng Cd trong đất
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0 2 4 6 8
Cd trong đất(ppm)
Cd trong hạt lúa mì (ppm)
R= 0,94
Hình 2.3: Mối liên quan giữa hàm l−ợng Cd của hạt lúa mì
và hàm l−ợng tổng số Cd trong đất [72]
Một số cây trồng tỏ ra nhạy cảm với việc hấp thu Cd từ môi tr−ờng.
Nấm (Amanita muscaria) trồng trên đất có nồng độ Cd thấp (hàm l−ợng tổng số Cd là (0,34 ppm) nh−ng tích luỹ Cd rất cao lên đến 29,9 ppm (tính theo trọng l−ợng chất khô). Hàm l−ợng Cd tích luỹ trong quả thể ở một số loài nấm
đ−ợc trồng ở đất rừng không bị ô nhiễm Cd ở Finland lên tới 12 - 24 ppm (tính theo trọng l−ợng chất khô) [78], [85].
Tổng hợp các tài liệu nghiên cứu tr−ớc đây về hấp thu Cd của cây trồng từ đất cho thấy có sự sai khác rõ rệt về khả năng hấp thu Cd của các loại cây trồng khác nhau. Dù đ−ợc trồng trên cùng loại đất chứa 10 ppm Cd nh−ng Cd do loại cây trồng này hấp thu có thể gấp 100 lần so với loại cây trồng khác.
Hàm l−ợng Cd thấp nhất đã tìm thấy ở trong cây lúa, cỏ Sudan, và cỏ balá, hàm l−ợng Cd cao nhất tìm thấy ở trong rau cải bó xôi [58].
Cadimi (Cd): Do Cd2+ đồng hình với Zn 2+, nên trong quá trình sinh trưởng, cây hút Zn 2+ cũng đồng thời hút cả Cd2+. Sự tích luỹ một phần Cd2+
thay cho Zn 2+ gây ra khả năng quang hợp và hô hấp kém đi. Cd vào cây tích luỹ chủ yếu ở rễ, ít hơn hẳn là trong thân, cuống lá và gân lá [59].
Cadimi tích luỹ trong các tế bào rễ cây là chủ yếu. Thậm chí cả khi Cd
đi vào trong cây trồng qua phân bón lá (trừ trong cây lúa). Trong cây cỏ Bromus unioloides khi Cd trong môi tr−ờng tăng thì sự tích luỹ Cd trong rễ cỏ tăng gấp 100 lần so với phần nhô lên trên mặt đất. Người ta có thể kết luận rằng Cd trong cây trồng có mối liên quan rất uyển chuyển, mặc dù sự vận chuyển Cd qua các tế bào của cây trồng có khả năng bị hạn chế do Cd dễ dàng giúp thay thế vị trí các hợp chất hoạt động trong vách ngăn của các tế bào [76].
Năng xuất cây trồng cao nhất ở công thức bón 30 % bùn thải. Nồng độ tổng số KLN ở trong cải bắp trắng cao hơn so với củ cải và không t−ơng thích với % bùn thải thêm vào trong đất. Hàm l−ợng Cd và Pb trong cải bắp trắng
đã v−ợt quá ng−ỡng TCVN cho phép trong rau. Trong khi pH đất, bùn thải sử dụng trong thí nghiệm t−ơng ứng là 7,65 và 7,5 [91].
Hàm l−ợng KLN (Pb, Cd) cao nhất đ∙ tìm thấy trong một số loại rau
ăn lá nh− rau cải bó xôi, rau diếp, xà lách và rau ăn củ nh− cà rốt, củ cải
đỏ. Hàm l−ợng KLN trong cây bộ đậu (quả, hạt) đ∙ rất thấp mặc dù hàm l−ợng KLN trong đất trồng cao. Lúa mì và ngô hàm l−ợng KLN thấp ở trong hạt hơn trong phần chất xanh. Đây cũng chính là lý do đề tài của chúg tôi tập trung vào các loại rau làm đối t−ợng nghiên cứu.
ở pH thấp Cd do rau chân vị hấp thu giảm nhiều ở thí nghiệm bón vôi và khoáng so với đối chứng không bón. Vôi và khoáng đã sử dụng bón cho cây trồng ở vùng đất bị ô nhiễm KLN để làm giảm sự hấp thu Cd. Trong trường hợp đất chua Cd dễ tiêu truyền tải từ đất đến rau chân vịt đã giảm rất nhiều khi bón thêm khoáng [81].
Bảng 2.7: Hàm l−ợng Cd, Pb trong cây trồng ở ba vị trí nghiên cứu có hàm l−ợng KLN khác nhau
Cd (mg/kg tÝnh theo chất khô)
Pb (mg/kg tÝnh theo chất khô) Cây trồng Bộ phận
lÊy mÉu
Vị trí 1 Vị trí 2 Vị trí 3 Vị trí 1 Vị trí 2 Vị trí 3 Ngô Phần xanh < 0,11 0,28 1,62 1,32 2,49 5,24 Ngô Hạt < 0,11 < 0,11 < 0,11 < 0,33 < 0,33 < 0,33 Lúa mì Phần rạ 0,13 0,61 3,77 0,71 2,73 4,55 Lúa mì Hạt 0,19 0,44 1,46 < 0,33 < 0,33 < 0,33
Đậu cô ve Quả < 0,11 ND ND 0,50 ND 1,40
Đậu cô ve Quả < 0,11 < 0,11 ND < 0,33 < 0,33 ND
Đậu Hà lan Quả < 0,11 < 0,11 0,18 < 0,33 < 0,33 0,35 Súp lơ Hoa < 0,11 < 0,11 0,13 < 0,33 0,46 0,51 Su hào Thân < 0,11 < 0,11 < 0,11 < 0,33 < 0,33 < 0,33 Cải bắp Lá < 0,11 < 0,11 0,16 < 0,33 < 0,33 < 0,33 Cà rốt Củ 0,21 2,04 2,28 < 0,33 0,46 1,49 Củ cải Củ < 0,11 0,40 1,97 0,54 < 0,33 0,48 Khoai tây Củ 0,11 0,13 0,47 0,77 0,64 0,76 Xà lách Lá 0,12 1,77 9,05 1,43 2,39 4,97 Rau diếp Lá 0,19 0,93 1,47 1,20 0,76 1,25 Cải bó xôi Lá 0,64 3,11 8,10 0,76 3,12 8,80 Cà chua Quả < 0,11 0,46 1,23 < 0,33 < 0,33 0,67
Nguồn: M. Zupan, V. Hudnik, F. Lobnik, V. Kadunc (1997) [81 ].
ND: Không kiểm tra.
Ghi chú: Vị trí 1, 2, 3 có pH t−ơng ứng là: 6,90; 7,1; 6.70. Có hàm l−ợng Pb t−ơng ứng là 50,5; 75,5; 242,0 và hàm l−ợng Cd t−ơng ứng là 0,50; 3,60; 11,60
Kết quả bảng 2.7 ta nhận thấy rằng ở cả 3 vị trí ô nhiễm KLN mức độ khác nhau hàm l−ợng Pb, Cd cao tìm thấy trong rau cải bó xôi, cà rốt, rau diếp và trong phần chất xanh của cây ngô và phần rạ ở cây lúa mì. Hàm l−ợng Cd
thấp trong hạt ngô, đậu các loại, súp lơ và bắp cải, su hào. Khả năng hấp thu Cd của cây trồng mạnh hơn so với Pb.