ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
PHẠM THỊ MỸ PHƢƠNG
NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG
(Cd, Pb, As) TRONG ĐẤT VÙNG TRỒNG RAU THÀNH
PHỐ THÁI NGUYÊN VÀ PHỤ CẬN BẰNG THỰC VẬT
Chuyên ngành: Môi trƣờng đất và nƣớc
Mã số: 62 44 03 03
DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ
KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Hà Nội - 2017
Công trình đƣợc hoàn thành tại:
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. NGUYỄN MẠNH KHẢI
2. GS.TS. ĐẶNG THỊ KIM CHI
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án Tiến sĩ cấp Đại học Quốc gia tại
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội.
Vào hồi giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Ô nhiễm môi trường và vệ sinh an toàn thực phẩm đang trở thành vấn đề thời
sự, mối quan tâm của toàn xã hội. Tại một số vùng chuyên canh rau, mức độ không
an toàn về sản phẩm rau xanh và ô nhiễm môi trường canh tác rất cao do việc sử dụng
phân bón và hóa chất bảo vệ thực vật không phù hợp, cùng với sự thiếu hiểu biết của
người canh tác đã gây ra những tác động xấu đến môi trường, làm cho sản phẩm rau
xanh cũng như môi trường canh tác bị ô nhiễm độc chất, đặc biệt là các kim loại nặng
(KLN).
Vì vậy đề tài luận án: “ c u t ực trạ và đề xuất giải pháp giảm thiểu
ô nhiễm một số KLN (Cd, Pb, As) tro đất vùng trồng rau thành phố Thái
Nguyên và phụ cận bằng thực vật” được đặt ra nhằm góp phần xác định cơ sở khoa
học và thực tiễn cho việc xử lý ô nhiễm KLN (As, Cd, Pb) trong đất bằng phương
pháp thực vật.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
Đánh giá được mức độ ô nhiễm của KLN (As, Cd, Pb) trong đất, nước tưới và
rau tại một số vùng trồng rau chuyên canh của thành phố Thái Nguyên và phụ cận;
trên cơ sở đó đánh giá được khả năng hấp thu (As, Cd, Pb) của 2 loại thực vật bản địa
gồm cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.)
nhằm đề xuất quy trình xử lý một số KLN tích lũy trong đất trồng rau bằng thực vật
cho địa bàn nghiên cứu.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Bổ sung cơ sở dữ liệu về sự tích lũy hàm lượng KLN trong đất, nước tưới và
trong rau ở vùng trồng rau thuộc thành phố Thái Nguyên và phụ cận, cũng như khả
năng xử lý KLN (As, Cd, Pb) trong đất của cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và
cây lu lu đực (Solanum nigrum L.).
- Đề tài đã xây dựng được quy trình và có thể được ứng dụng trong thực tiễn
nhằm xử lý một số KLN (Cd, Pb, As) trong đất trồng rau bằng việc chọn 2 loại thực
vật bản địa trên địa bàn nghiên cứu
4. Những đóng góp mới của luận án
Kết quả của luận án đã đánh giá được 1 cách toàn diện về thực trạng tích lũy
KLN (As, Cd, Pb) trong đất, nước tưới và trong rau ở vùng trồng rau thuộc thành phố
Thái Nguyên và phụ cận;
Đã xác định được ngưỡng ô nhiễm giới hạn về KLN (As, Cd, Pb) và ảnh hưởng
của độ chua, phân hữu cơ vi sinh và phức chất hữu cơ EDTA đến sự phát triển của cây cỏ
mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.);
Đã xác định được tiềm năng sinh khối và thời gian thu hoạch hợp lý để sử
dụng 2 loại thực vật bản địa trong xử lý đất trồng rau bị ô nhiễm As, Cd, Pb.
2
5. Bố cục của luận án
Luận án hoàn chỉnh gồm 116 trang (không kể phần phụ lục). Trong đó phần
mở đầu 2 trang; Chương 1. Tổng quan tài liệu 28 trang; Chương 2. Nội dung và
phương pháp nghiên cứu 14 trang; Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 60
trang; Kết luận 2 trang; Danh mục công trình công bố 1 trang; Tài liệu tham khảo 6
trang gồm 59 tài liệu trong đó có 38 tài liệu tiếng Việt và 21 tài liệu tiếng Anh. Luận
án có 64 bảng, 29 hình.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Hàm lƣợng kim loại nặng trong đất
1.1.1. Khái niệm kim loại nặng
Thuật ngữ “KLN” được từ điển hóa học định nghĩa là các kim loại có tỷ trọng lớn hơn 4,5
g/cm3. Trong tự nhiên có hơn 70 nguyên tố KLN.
1.1.2. Sự tồn tại và chuyển hóa KLN tro đất
Sự chuyển hóa KLN trong đất phụ thuộc rất nhiều vào các dạng hóa học và sự đặc
hiệu của kim loại.
1.2. Tình hình ô nhiễm KLN trong đất trên thế giới và Việt Nam
1.2.1. Tình hình ô nhiễm KLN tro đất trên thế giới
Đất ô nhiễm KLN (KLN) là một mối quan tâm ở hầu hết các quốc gia. Phục hồi sinh thái
đất bị ô nhiễm do các hoạt động của con người đang là một thách thức lớn trong những
thập kỷ gần đây. Khoảng 1/6 tổng diện tích đất nông nghiệp ở Trung Quốc bị ô nhiễm
KLN, hàm lượng KLN trong đất canh tác nông nghiệp vượt tiêu chuẩn chiếm 16,1%.
Khoảng 3,5 triệu địa điểm ở Châu Âu được ước tính có khả năng bị ô nhiễm với 0,5 triệu
địa điểm bị ô nhiễm cao và cần được khắc phục. Có 400.000 điểm ô nhiễm đất ở các nước
châu Âu. Tại Mỹ, khoảng 600.000 ha các địa điểm đất đã bị ô nhiễm bằng KLN. Trên
43.000 vùng công nghiệp ở Mỹ trong tình trạng ô nhiễm, trong đó trên 40% là ô nhiễm
KLN như Pb, Cd, Cr, As.
Ở Phần Lan, hầu hết ô nhiễm KLN trong đất là do nước thải từ chế biến thực vật, nhà máy
cưa, chế biến gỗ, khu vực săn bắn, gara ô tô và kho phế liệu. Trong năm 2001, 20.000
vùng đất đã bị nhiễm bẩn KLN, 38% những khu vực này bị đóng cửa để xử lý, trong đó
nhiễm bẩn KLN là mối quan tâm lớn nhất.
1.2.2. Tình hình ô nhiễm KLN tro đất ở Việt Nam
Ở Việt Nam, môi trường đất đang có dấu hiệu ô nhiễm. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng:
Hàm lượng kim loại (Cu, Pb, Zn) trong các mẫu đất sử dụng nước tưới của sông Nhuệ có
sự khác nhau giữa các khu vực nghiên cứu và giữa các mùa nghiên cứu. Hàm lượng đồng
(Cu) và kẽm (Zn) đo được tại một số điểm lấy mẫu đất đã vượt quá tiêu chuẩn cho phép -
QCVN 03:2008/BTNMT. Đất ở khu bãi thải mới của làng Hích, Thái Nguyên có hàm
lượng chì và cadimi có hàm lượng chì và cadimi cao hơn tiêu chuẩn; đất ở làng nghề đúc
nhôm, đồng tại Văn Môn - Yên Phong - Bắc Ninh hàm lượng KLN trong đất nông nghiệp
của làng nghề này khá cao: trung bình hàm lượng Cd là 1 mg/kg; Cu là 41,4 mg/kg; Pb là
39,7 mg/kg và Zn là 100,3 mg/kg. Đất nông nghiệp của huyện Văn Lâm - Hưng Yên được
cảnh báo nguy cơ ô nhiễm đồng, kẽm.
3
1.3. Xử lý KLN trong đất bằng thực vật
1.3.1. Biện pháp xử lý ô nhiễm KLN bằng thực vật
Cho đến nay, việc sử dụng thực vật để xử lý các chất ô nhiễm đã được ứng dụng ở nhiều
nơi và áp dụng cho nhiều loại chất ô nhiễm. Giải pháp công nghệ này bao gồm các quá
trình cơ bản như sau:
- Chuyển hoá chất ô nhiễm (Phyto-transformation)
- Xử lý bằng vùng rễ (Rhizosphere remediation)
- Công nghệ cố định các chất ô nhiễm (Phytostabilization)
- Công nghệ chiết xuất bằng thực vật (Phytoextraction)
- Công nghệ lọc bằng rễ (Rhizo-filtration)
- Công nghệ bay hơi qua lá cây (Phyto-volatilization)
1.3.2. Các loài thực vật có khả ă xử lý đất ô nhiễm KLN
Hiện nay có trên 450 loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại cao đã được công bố. Các
họ thực vật chiếm ưu thế về số loài được xác định là “Siêu hấp thụ” là Asteraceae,
Brassicaceae, Caryopyllaceae, Cyperaceae, Conouniaceae, Fabaceae, Flacuortiaceae,
Lamiaceae, Poaceae, Violaceae and Euphobiaceae.
1.3.3. Các yếu tố ả ưở đến quá trình hấp thụ KLN của thực vật
Tính linh động của các KLN chịu ảnh hưởng lớn bởi đặc tính lý hóa của môi trường đất
như: hàm lượng các chất hữu cơ có trong đất, pH đất, thành phần cơ giới, CEC,....Thông
thường pH thấp, thành phần cơ giới nhẹ, độ mùn thấp thì hút thu KLN của thực vật tăng.
1.3.4. Tình hình xử lý KLN bằng thực vật trên thế giới và ở Việt Nam
Ở các phát triển Âu-Mỹ, hệ thực vật đã được khảo sát khá đầy đủ về khả năng chống
chịu và hấp thu kim loại, hướng nghiên cứu này vẫn được duy trì và phát triển về cả lý
luận và thực tiễn. Nhiều loại hình công nghệ xử lý ô nhiễm kim loại bằng thực vật đã
được hình thành, phát triển và áp dụng thành công trong thực tiễn. Trong khoảng 10
năm trở lại đây các nhà khoa học tập trung nhiều nghiên cứu vào nhóm thực vật
này bởi tầm quan trọng đối với cả khoa học và thực tiễn của chúng.
Đối chiếu với các tài liệu đã công bố về hệ thực vật Việt Nam, trong danh sách các loài
“siêu tích tụ” kim loại đã được công bố trên thế giới có 450 loài thì ở Việt Nam chỉ bắt
gặp 27 loài. Trong số này, 4 loài là thực vật thủy sinh và 23 loài là thực vật trên cạn. Ở
Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu khả năng xử lý KLN của các loài thực vật
như sử dụng cây Sậy (Phragmites australis), cỏ vetiver, một số loài thực vật thuỷ sinh như
bèo tây, bèo cái, rau muống, bèo tấm, ngổ, sậy,...
1.3.5. Đặc đ ểm sinh thái học của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực
Cỏ mần trầu ( Eleusine indica L. Gaertn ), ngành Ngọc lan Magnoliophyta. Là cây
thảo sống hằng năm, cao 15÷90cm, có rễ mọc khỏe. Lá mọc so le, hình dải nhọn; phiến
lá nhẵn, mềm; bẹ lá có lông. Thân bò dài ở gốc, phân nhánh, sau mọc thẳng đứng thành
bụi. Cây ra hoa thàng 3-11, mọc phổ biến ở nhiều nơi, thường gặp ở bờ ruộng, ven đường,
bãi hoang.
Cây lu lu đực (Solanum nigrum L) thuộc chi Solanum L. là một chi lớn nhất trong họ
Cà Solanaceae. Cỏ hàng năm, cao 30-100 cm, nhẵn hoặc có lông tơ. Lá đơn mọc cách,
mỏng như giấy, hình trứng, cỡ 3-11 x 1,5-6,5 cm, chóp nhọn, gốc hình nêm thót dần tới
cuống. Mùa hoa quả tháng 6-11. Mọc rải rác trên các bãi hoang, ruộng hoang, ven
đường, ở mọi độ cao đến 2500 m.