3.4.1 Biện pháp tăng pH bằng bón vôi (CaO) để cố định KLN trong đất
Biện pháp tăng pH bằng bón vôi (CaO) mục đích là để cố định KLN trong môi trƣờng đất nhằm hạn chế sự hấp thu KLN vào thực vật nghiên cứu.
pH của đất là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong quá trình đánh giá độ phì nhiêu đất. pH gây ảnh hƣởng đến đời sống của hệ sinh vật đất và đặc biệt có ảnh hƣởng mạnh đến quá trình lý, hoá, sinh học của đất, tác động trục tiếp đến quá trình hút thu chất dinh dƣỡng của cây trồng. Theo Trần Khắc Hiệp (2009), Khoảng pH từ 6 - 7 là tốt nhất cho việc đồng hoá các chất dinh dƣỡng.
Qua khảo sát thực tế đất xã Thanh Thùy là đất chua (pH= 5,1 - 5,7). Đây cũng là một trong những nguyên nhân làm cho KLN dễ dàng vận chuyển vào cây trồng. Để khắc phục điều này tác giả sử dụng vôi nhƣ một công cụ để hạn chế sự tích luỹ KLN từ nƣớc tƣới vào rau, bởi vì khi các KLN đƣợc đƣa vào đất từ con đƣờng tƣới nƣớc, dƣới điều kiện pH đất cao chúng sẽ kết bị kết tủa và giữ lại trong đất, hạn chế hấp thụ của chúng vào thực vật. Tiến hành bón vôi vào đất ở các mức khác nhau 0 - 2,5gam - 5,0gam - 7,5 gam - 10 gam/chậu, thí nghiệm trên rau cải canh (đại diện cho nhóm rau ăn lá, nhóm rau có khả năng tích luỹ KLN mạnh).
Thí nghiệm trong chậu như sau:
Vị trí đất đƣợc đƣợc lấy về nghiên cứu nằm ở cuối thôn Rùa Thƣợng.Vị trí này tập trung nhiều hộ dân sản xuất cơ khí.
Trƣớc khi tiến hành thí nghiệm, tác giả tiến hành kiểm tra 1 số tính chất của đất, nƣớc tƣới, và vôi bón cho đất để xem xét các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình thí nghiệm.
Bảng 3.8 Một số tính chất ban đầu của nƣớc tƣới TT Kí hiệu
mẫu Đơn vị Chỉ tiêu
pHKCl As Pb Cd
1 Đợt 1 mg/kg 7,1 0,007 0,0017 0,0003
2 Đợt 2 mg/kg 7,3 0,006 0,0024 0,0008
61
Từ bảng 3.8, tác giả nhận thấy, pH nằm trong ngƣỡng giới hạn, hàm lƣợng các chỉ tiêu kim loại nặng As, Pb, Cd đều thấp và đạt TCCP về chất lƣợng nƣớc tƣới.
Bảng 3.9 Một số tính chất ban đầu của đất
TT Kí hiệu mẫu Đơn vị Chỉ tiêu
pHKCl As Pb Cd
1 Đợt 1 mg/kg 5.1 6,47 79,4 4,3
2 Đợt 2 mg/kg 5.2 6,53 72,9 3,9
QCVN 03 :
2008/BTNMT (cột 1) mg/kg - 12 120 2
QCVN 03: 2008/BTNMT (cột 1): Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về giới hạn KLN
trong đất nông nghiệp
Từ Bảng 3.9, tác giả nhận thấy, mẫu đất của cả 2 đợt lấy mẫu đều có tính
chua pH <5,5, yếu tố quan trọng chính ảnh hƣởng đến sự hấp thu kim loại nặng vào cây trồng. Tuy nhiên, hàm lƣợng các KLN (As, Pb, Cd) vẫn nằm trong giới hạn KLN cho phép đối với đất nông nghiệp.
Bảng 3.10 Tính chất của đá vôi CaO trƣớc khi đƣợc lót vào đất
Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ QCVN 03 :
2008/BTNMT (cột 1)
As mg/kg 0,003 12
Pb mg/kg 0,006 120
Cd mg/kg 0,024 2
Từ Bảng 3.10, ta thấy hàm lƣợng kim loại As, Pb, Cd đều thấp hơn dƣới hạn cho phép rất nhiều. Vì vậy, sự ảnh hƣởng do KLN (As, Pb, Cd) trong đá vôi đối với
quá trình thí nghiệm là không đáng kể. .
a/ Ảnh hưởng của pH đất đến sự tích luỹ Pb từ nước tưới vào rau cải canh
Theo nhƣ thí nghiệm, ta nghiên cứu sự ảnh hƣờng của Pb trong nƣớc tƣới đối với rau cải canh ở nồng độ 0,5 ppm/ngày và sử dụng các mức lót vôi vào đất khác nhau, kết quả theo dõi pH đất và hàm lƣợng Pb tích lũy trong rau cải canh khi thu hoạch (sau 30 ngày) đƣợc thể hiện trên Bảng 3.11.
62
Bảng 3.11 Kết quả hàm lƣợng Pb tích lũy trong rau Mức bón CaO/chậu
pHKCl đất Pb trong rau (mg/kg rau tƣơi)
Đợt 1 Đợt 2 Đợt 1 Đợt 2 Không bón vôi ( ĐC) 5,1 5,2 1,4738 ± 0,072 1,3478 ± 0,067 2,5 gamCaO/chậu 5,5 5,4 1,1184 ± 0,054 1,0887 ± 0,054 5,0 gam CaO/chậu 6,4 6,5 0,8782 ± 0,044 0,7992 ± 0,039 7,5 gam CaO/chậu 6,8 6,7 0,6202 ± 0,031 0,5857 ± 0,028 10,0 gam CaO/chậu 7,4 7,5 0,4369 ± 0,021 0,4099 ± 0,02 QĐ 04/2007/BNN - - 0,5 0,5
Với độ tin cậy 95% và α ≤ 5%
QĐ 04/2007/BNN: Quy định về mức giới hạn tối đa cho phép của một số kim loại năng và độc tố trong sản phẩm rau tƣơi.
63
Hình 3.5. Biểu đồ so sánh sự tích lũy Pb trong rau đợt 1 và đợt 2
Hình 3.6. Sự tƣơng quan giữa pH đất và sự tích lũy của Pb trong rau
Đối với đợt 1: Khi tăng lƣợng vôi lót vào đất ta thấy pH của đất tăng dần, từ mức 5,1 (công thức ĐC - Không bón vôi), lên 5,5 ( công thức 2 – bón 2,5 gam CaO/ chậu), lên 6,4 (công thức 3 - bón 5,0 gam CaO/chậu) và cao nhất ở công thức 5 (bón 10 gam CaO/chậu) đạt 7,4.
Sử dụng nƣớc ô nhiễm Pb ở mức 0,5 ppm mà không bón vôi (công thức ĐC) hàm lƣợng Pb trong rau đạt là 1,4738 mg/kg rau tƣơi. Khi lót vôi, hàm lƣợng Pb trong cải canh giảm dần theo sự tăng pH đất: Ở công thức bón 2,5 gam CaO/chậu tƣơng ứng với pH đất là 5,5 thì hàm lƣợng Pb trong rau cải canh là 1,1184 mg/kg
64
rau tƣơi, không sai khác có ý nghĩa với công thức ĐC (không bón vôi). Với công thức bón 5,0 gam CaO/chậu, pH đất tăng lên 6,4 khi đó hàm lƣợng Pb trong rau giảm xuống 0,8782 mg/kg tƣơi và tiếp tục giảm đến công thức 4 (bón 7,5 gam CaO) nhƣng phải đến công thức 5 (bón 10 gam CaO) thì hàm lƣợng Pb trong rau mới đạt tiêu chuẩn cho rau an toàn, khi đó pH đất là 7,4. Nhƣ vậy nếu sử dụng nƣớc tƣới chứa 0,5 ppm Pb, cần thiết phải bón vôi để pH đất ở môi trƣờng trung tính thì hàm lƣợng Pb trong rau đạt tiêu chuẩn an toàn. Kết quả này càng khẳng định thêm vai trò của pH đất đến sự linh động của Pb.
Kết quả thí nghiệm đợt 2, cũng cho tác giả thấy điều tƣơng tự và khẳng định cho kết quả nhƣ đợt 1.
Khi pH đất ở mức gần trung tính hoặc kiềm, sự hấp thu Pb từ môi trƣờng vào rau giảm do Pb đã bị kết tủa thành PbCO3 hoặc Pb(OH)2 ít ảnh hƣởng đến cây trồng.
b/ Ảnh hưởng của pH đất đến sự tích luỹ Cd từ nước tưới vào rau cải canh
Sử dụng nƣớc tƣới ô nhiễm Cd ở mức 0,1 ppm tƣới cho rau trên nền đất đƣợc bổ sung vôi theo các mức tăng dần: không bón vôi (ĐC), bón 2,5 - 5,0 – 7,5 - 10,0 gam CaO/chậu, tác giả nhận thấy hàm lƣợng Cd trong rau cải canh có quan hệ chặt chẽ vói pH đất thông qua lƣợng vôi bón (bảng 3.12)
Bảng 3.12 Kết quả hàm lƣợng Cd tích lũy trong rau
Mức bón CaO/chậu pHKCl đất Cd trong rau (mg/kg rau tƣơi)
Đợt 1 Đợt 2 Đợt 1 Đợt 2 Không bón vôi ( ĐC) 5,3 5,2 0,2772 ± 0,013 0,3209 ± 0,016 2,5 gamCaO/chậu 5,6 5,5 0,2019 ± 0,010 0,2531 ± 0,013 5,0 gam CaO/chậu 6,5 6,4 0,0832 ± 0,004 0,0927 ± 0,005 7,5 gam CaO/chậu 6,8 6,8 0,0163 ± 0,001 0,0149 ± 0,007 10,0 gam CaO/chậu 7,5 7,4 0,0117 ± 0,0007 0,011 ± 0,0006 QĐ 04/2007/BNN - - 0,02 0,02
65
QĐ 04/2007/BNN: Quy định về mức giới hạn tối đa cho phép của một số kim loại năng và độc tố trong sản phẩm rau tƣơi.
Hình 3.7. Mối quan hệ giữa lƣợng CaO và sự tích lũy của Cd trong rau
66
Hình 3.9. Sự tƣơng quan giữa pH đất và sự tích lũy của Cd trong rau
Kết quả thí nghiệm đợt 1, khi sử dụng vôi lót vào đất làm cho pH đất có sự biến động rõ rệt, từ 5.3 ở công thức ĐC, lên 6,5 ở công thức 3 (bón 5,0 gam CaO/chậu) và pH đạt cao nhất là 7,5 ở công thức bón l0 gam CaO/chậu.
Hàm lƣợng Cd trong rau giảm cùng với sự tăng pH đất khi sử dụng vôi bón ở các mức khác nhau, từ 0,2772 mg/kg rau tƣơi (công thức ĐC) đến 0,2091 mg/kg rau tƣơi (công thức 2 - bón 2,5 gam CaO/chậu) và đạt mức an toàn ở công thức 4 là 0,0163 mg/kg rau tƣơi, khi đó pH đất là 6,8. Nhƣng khác với Pb, hàm lƣợng Cd có xu hƣớng giảm mạnh ở mức pH đất trong khoảng 6,5 - 6,9 cụ thể:
- Công thức bón 2,5 gam CaO/chậu, với pH đất là 5,6 hàm lƣợng Cd trong rau là 0,2019 mg/kg giảm 1,4 lần so với công thức ĐC (không bón vôi)
- Công thức bón 5,0 gam CaO/chậu, tƣơng đƣơng vói pH đất là 6,5 thì hàm lƣợng Cd trong rau là 0,0832 mg/kg tƣơi, giảm 3,33 lần so với ĐC và giảm 2,42 lần so với công thức 2 (bón 2,5 gam CaO/chậu).
- Công thức bón 7,5 gam CaO/chậu, pH đất là 6,8 và hàm lƣợng Cd trong rau là 0,0163 mg/kg tƣơi, giảm 12,4 lần so với công thức 2 (bón 2,5 gamCaO/chậu). Ở mức này hàm lƣợng trong rau đã đạt tiêu chuẩn an toàn (giới hạn hàm lƣợng Cd trong rau an toàn là < 0,02 mg/kg rau tƣơi).
- Công thức bón 10,0 gam CaO/chậu, khi đó với pH đất là 7,5 thì hàm lƣợng Cd trong rau là 0,0117 mg/kg tƣơi, giảm 7,1 lần so với công thức 3 (bón 5,0 gam
67 CaO/chậu) và giảm 1,4 lần so với công thức 4.
Kết quả thí nghiệm đợt 2, cũng cho tác giả thấy điều tƣơng tự nhƣ đợt 1.
Nhƣ vậy trong điều kiện nƣớc tƣới bị ô nhiễm Cd đến mức 0,1ppm, để hàm lƣợng Cd trong rau đạt tiêu chuẩn an toàn có thể sử dụng vôi nhƣ một công cụ để tăng pH đất đã hạn chế sự tích lũy Cd từ nƣớc vào rau.
c/ Ảnh hưởng của pH đất đến sự tích luỹ As từ nước tưới vào rau cải canh
Theo thí nghiệm ta sử dụng nƣớc tƣới chứa 0,1 ppm As cho rau cải canh trên nền bón vôi theo mức tăng dần: 0 - 2,5 gam - 5,0 gam – 7,5 gam - 10 gam, kết quả đƣợc thể hiện ở bảng 3.13 nhƣ sau:
Bảng 3.13. Kết quả hàm lƣợng As tích lũy trong rau Mức bón CaO/chậu
pHKCl đất As trong rau (mg/kg rau tƣơi)
Đợt 1 Đợt 2 Đợt 1 Đợt 2 Không bón vôi ( ĐC) 5,2 5,3 0,1905 ± 0,01 0,2273 ± 0,012 2,5 gamCaO/chậu 5,7 5,6 0,1363 ± 0,01 0,1493 ± 0,011 5,0 gam CaO/chậu 6,6 6,5 0,1702 ± 0,007 0,1892 ± 0,006 7,5 gam CaO/chậu 6,9 6,7 0,1609 ± 0,007 0,1469 ± 0,005 10,0 gam CaO/chậu 7,3 7,4 0,2099 ± 0,012 0,1911 ± 0,013 QĐ 04/2007/BNN: - - 0,2 0,2
Với độ tin cậy 95%, α ≤ 5%, kết quả = giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn
QĐ 04/2007/BNN:Quy định về mức giới hạn tối đa cho phép của một số kim loại nặng và độc tố trong sản phẩm rau tƣơi.
68
Hình 3.10. Mối quan hệ giữa lƣợng CaO và sự tích lũy của As trong rau
Hình 3.11. Biểu đồ so sánh sự tích lũy As trong rau đợt 1 và đợt 2
Cũng giống nhƣ các thí nghiệm bón vôi khi sử dụng nƣớc tƣới ô nhiễm Pb và Cd, thí nghiệm sử dụng nƣớc tƣới ô nhiễm As khi bón vôi vào đất với mức tăng dần cũng làm cho pH đất tăng lên, mức ban đầu khi chƣa bón vôi pH của đất là 5,2 sau đó tăng dần lên 5,7 ở công thức 2 (mức bón 2,5 gam CaO,chậu), đạt 6,6 ở công thức 3 (bón 5,0 gam CaO/chậu) và có giá trị cao nhất ở công thức 5 - bón 10 gam CaO/chậu, pH đất là 7,3.
Nhƣ vậy khác với Pb, Cd, sự hấp thu As của cây trồng ít phụ thuộc vào sự thay đổi của pH đất, việc tăng mức bón vôi làm cho pH đất tăng.
69
Ở công thức ĐC (không bón vôi, sử dụng nƣớc tƣới ô nhiễm As) hàm lƣợng As trong rau là 0,1905 mg/kg rau tƣơi, sau đó giảm xuống là 0,1702 mg/kg rau tƣơi (công thức 3: bón 5,0gam CaO/chậu + sử dụng nƣớc tƣới ô nhiễm As) nhƣng ở công thức 5 (với pH đất là 7,3) thì hàm lƣợng As lại có xu hƣớng tăng lên so với công thức ĐC (0,2099 mg As/kg tƣơi). Điều này có thể đƣợc giải thích khác với Pb và Cd, trong môi trƣờng kiềm As có xu hƣớng linh động hơn do sự có mặt Ca+2 nên As tạo thành Ca3(AsO4)2, làm cho khả năng vận chuyển vào cây trồng nhiều hơn.
Kết quả thí nghiệm đợt 2, cũng cho tác giả thấy điều tƣơng tự nhƣ đợt 1.
Nhƣ vậy để hạn chế sự tích luỹ As từ môi trƣờng nƣớc vào cây trồng không thể dùng biện pháp bón vôi thông thƣờng mà phải có các biện pháp khác, nhƣ biện pháp hoá học dùng ôxit, hyđrôxyt Fe..., biện pháp sinh học lựa chọn loại thực vật nhƣ dƣơng xỉ....
3.4.2 Thí nghiệm dùng thực vật bèo tây làm sạch nƣớc ô nhiễm KLN
Hiện nay, phƣơng pháp xử lý ô nhiễm bằng thực vật (Phytoremediation) là một trong những giải pháp quan trọng, có tính khả thi cao để xử lý các vùng đất, nƣớc bị ô nhiễm KLN. Ở Việt Nam, bèo tây là một loại thực vật rất phổ biến. Việc sử dụng bèo tây trong việc xử lý ô nhiễm đã đƣợc rất nhiều các tác giả trong và ngoài nƣớc nghiên cứu. Bèo tây là cây sống ở nƣớc, có tốc độ sinh trƣởng rất nhanh và không cần phải chăm sóc nên sử dụng bèo tây để xử lý ô nhiễm nƣớc có thể thực hiện đƣợc dễ dàng.
Để khẳng định điều đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu việc sử dụng bèo tây trong việc giảm thiểu ô nhiễm KLN (As, Pb, Cd) trong môi trƣờng nƣớc tƣới khi bổ sung KLN vào nƣớc theo các mức: 0,5 ppm Pb; 0,1 ppm Cd và 0,5 ppm As. Kiểm tra hàm lƣợng các kim loại trong nƣớc sau 5 - 10 – 20 - 30 ngày thí nghiệm trồng bèo tây, kết quả cho thấy bèo tây có khả năng tích lũy KLN rất tốt.
a/ Khả năng làm sạch nƣớc ô nhiễm Pb của bèo tây
Tiến hành sử dụng nƣớc chứa 0,5 ppm Pb để thả bèo tây
Vị trí lấy mẫu: Giữa cầu Rùa Hạ, giữa sông Rùa. Đây là vị trí giao thoa của các nguồn thải.
70
Bảng 3.14 Thông số chất lƣợng nguồn nƣớc ban đầu lấy về nghiên cứu TT Tên chỉ tiêu Đơn vị NM QCVN 08:2008/B1
1 pH – 5,9 5,5-9
2 As mg/l 0,0356 0,05
3 Cd mg/l 0,0209 0,01
4 Pb mg/l 0,0542 0,05
Đây là vị trí giao thoa giữa các nguồn thải nên có hàm lƣợng KLN khá cao. Vì vậy, tác giả chọn đây là vị trí lấy mẫu nƣớc về nghiên cứu. Tuy nhiên qua khảo sát thì nguồn nƣớc tại vị trí lấy mẫu này chƣa đạt ngƣỡng ô nhiễm so với mức giá trị lựa chọn của nghiên cứu. Do đó, trƣớc khi tiến hành thí nghiệm, tác giả tiến hành làm giàu mẫu bằng cách thêm chuẩn As, Pb, Cd vào chậu thí nghiệm.
Bảng 3.15 Hàm lƣợng Pb trong nƣớc theo thời gian xử lý bằng bèo tây Ngày thí nghiệm Đối chứng
(mg/l) Hàm lƣợng Pb trong nƣớc (mg/1) Tỷ lệ còn lại trong dung dịch (%) 0 0,5574 0,5512 ± 0,0275 100 5 0,5542 0,3087 ± 0,154 56,0 10 0,5557 0,0041 ± 0,0002 0,74 20 0,5493 0,0021 ± 0,0001 0,38 30 0,5442 0,000 - QCVN 39:2011/BTNMT 0,05 0,05 Với độ lệch chuẩn α ≤ 5%
Theo bảng 3.15, ta thấy, hàm lƣợng Pb ở chậu đối chứng hầu nhƣ không có sự thay đổi đáng kể theo thời gian.
b/ Khả năng làm sạch nƣớc ô nhiễm Cd của bèo tây
Tiến hành thí nghiệm thả bèo tây trong dung dịch chứa 0,1 mg Cd/L, theo dõi hàm lƣợng Cd trong nƣớc vào ngày thứ 5 – 10 - 20-30 sau khi thả bèo, kết quả cho thấy
71
Bảng 3.16. Hàm lƣợng Cd trong nƣớc theo thời gian xử lý bằng bèo tây Ngày thí nghiệm Đối chứng
(mg/1) Hàm lƣợng Cd trong nƣớc (mg/1) Tỷ lệ còn lại trong dung dịch (%) 0 0,1245 0,1204 ± 0,006 100 5 0,1302 0,0530 ± 0,0026 48,0 10 0,1219 0,0004 ± 0,0002 0,18 20 0,1196 0,0001 ± 0,0001 0,08 30 0,1220 0,000 - QCVN 39:2011/BTNMT 0,01 0,01 Với độ lệch chuẩn α ≤ 5%
Nhƣ vậy, hàm lƣợng Cd ở chậu đối chứng hầu nhƣ không có sự thay đổi đáng kể theo thời gian.
Đối với chậu thí nghiệm thả bèo tây: Bèo tây có khả năng hút Cd từ nƣớc rất