Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu xác định nguồn gốc và đề xuất biện pháp xử lý hàm lượng Crom (Cr) cao trong đất tại khu vực trồng cây chôm chôm hợp tác xã nông nghiệp – dịch vụ - thương mại Bình Lộc Thành phố Long Khánh Tỉnh Đồng Nai

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:128

Thêm vào BST

Báo xấu

12
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu xác định nguồn gốc và đề xuất biện pháp xử lý hàm lượng Crom (Cr) cao trong đất tại khu vực trồng cây chôm chôm hợp tác xã nông nghiệp – dịch vụ - thương mại Bình Lộc Thành phố Long Khánh Tỉnh Đồng Nai" được hoàn thành với mục tiêu nhằm phát hiện, sàng lọc những loài thực vật bản địa và những chủng VSV có khả năng xử lý kim loại Cr trong đất. Đề xuất các giải pháp tổng hợp để ngăn ngừa, xử lý dư lượng Crom cao trong đất tại khu vực trồng cây chôm chôm ở HTXNN – DV – TM Bình Lộc thành phố Long Khánh tỉnh Đồng Nai.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu xác định nguồn gốc và đề xuất biện pháp xử lý hàm lượng Crom (Cr) cao trong đất tại khu vực trồng cây chôm chôm hợp tác xã nông nghiệp – dịch vụ - thương mại Bình Lộc Thành phố Long Khánh Tỉnh Đồng Nai

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT TRẦN NGỌC HÀ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NGUỒN GỐC VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ HÀM LƯỢNG CROM (Cr) CAO TRONG ĐẤT TẠI KHU VỰC TRỒNG CÂY CHÔM CHÔM HỢP TÁC XÃ NÔNG NGHIỆP-DỊCH VỤ-THƯƠNG MẠI BÌNH LỘC THÀNH PHỐ LONG KHÁNH TỈNH ĐỒNG NAI LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 8 44 03 01 BÌNH DƯƠNG – 2022
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT TRẦN NGỌC HÀ NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NGUỒN GỐC VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ HÀM LƯỢNG CROM (Cr) CAO TRONG ĐẤT TẠI KHU VỰC TRỒNG CÂY CHÔM CHÔM HỢP TÁC XÃ NÔNG NGHIỆP-DỊCH VỤ-THƯƠNG MẠI BÌNH LỘC THÀNH PHỐ LONG KHÁNH TỈNH ĐỒNG NAI LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 8 44 03 01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. NGUYỄN THÀNH HƯNG BÌNH DƯƠNG – 2022 i
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của tôi. Những kết quả và số liệu được trình bày trong khóa luận này có được nhờ quá trình khảo sát, nghiên cứu trong suốt thời gian thực hiện đề tài của cá nhân tôi, không sao chép với bất kỳ nguồn nào khác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng và nhà trường về lời cam đoan này. Bình Dương, tháng 04 năm 2022 Người thực hiện Trần Ngọc Hà
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận này, em xin chân thành cảm ơn Quý Thầy, Cô đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và rèn luyện ở Trường Đại học Thủ Dầu Một. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc và chân thành đến người hướng dẫn khoa học TS. Nguyễn Thành Hưng Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình, chu đáo hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để em có thể hoàn thành tốt khóa luận này. Em xin trân trọng cảm ơn Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Đồng Nai đã cấp kinh phí và tạo điều kiện giúp chúng tôi hoàn thành nghiên cứu này. Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn đến Quý Thầy, Cô công tác tại trường Đại học Thủ Dầu Một và trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh đã hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi để em có thể thực hiện tốt công việc nghiên cứu và hoàn thành khóa luận của mình. Em xin cảm ơn các Anh, Chị phòng Tài nguyên Môi trường, các cô, chú ở xã Bình Lộc, thành phố Long Khánh, tỉnh Đồng Nai đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình khảo sát và làm việc tại địa phương. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn người thân, bạn bè, gia đình và anh chị lớp CH17MT01 đã động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học và thực hiện luận văn. Bình Dương, tháng 04 năm 2022 Người thực hiện Trần Ngọc Hà
MỤC LỤC MỤC LỤC ............................................................................................................... i DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.................................. Error! Bookmark not defined. DANH MỤC BẢNG ............................................................................................. iv DANH MỤC HÌNH ............................................................................................... v MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................ 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu................................................................... 2 ❖ Đối tượng nghiên cứu ................................................................................ 2 ❖ Phạm vi nghiên cứu.................................................................................... 3 4. Ý nghĩa của đề tài ............................................................................................ 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC TIỄN .... 4 1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................ 4 1.1.1. Khái niệm về ô nhiễm đất.................................................................... 4 1.1.2. Khái niệm về kim loại nặng ................................................................ 5 1.1.3. Nguồn gốc phát sinh KLN trong đất (Lê Văn Khoa, 1999) ................. 6 1.1.4. Nguồn gốc phát sinh KLN Cr trong đất ............................................... 7 1.2. CƠ SỞ THỰC TIỄN ................................................................................. 9 1.2.1. Tình hình ô nhiễm kim loại nặng trong đất trên Thế giới .................. 9 1.2.2. Tình hình ô nhiễm kim loại nặng trong đất ở Việt Nam .................. 11 1.2.3. Tình hình ô nhiễm KLN trong đất tại TP. Long Khánh, Đồng Nai . 17 1.2.4. Đánh giá hiện trạng kim loại nặng Cr trong đất nông nghiệp tại xã Bình Lộc ............................................................................................................ 18 1.2.5. Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng Cr trong đất tại vị trí nghiên cứu ............................................................................................................ 19 1.2.6. Một số nghiên cứu xử lý đất ô nhiễm KLN trên thế giới và Việt Nam bằng phương pháp sinh học .......................................................................... 21 1.2.7. Các phương pháp xử lý đất ô nhiễm KLN.......................................... 28 3.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI THÀNH PHỐ LONG KHÁNH, TỈNH ĐỒNG NAI ............................................................................ 37 1.1.1. Điều kiện tự nhiên ............................................................................. 37 1.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội .................................................................. 41 CHƯƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................. 43 i
2.1. Vật liệu nghiên cứu .................................................................................... 43 2.2. Phương pháp nghiên cứu............................................................................ 45 2.2.1. Nghiên cứu ngoài thực địa .................................................................. 45 2.2.2. Phương pháp lấy mẫu.......................................................................... 45 2.2.3. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu hóa học đất ................................ 48 2.2.4. Phương pháp thu mẫu vi sinh vật ....................................................... 49 2.2.5. Phân lập và sàng lọc vi sinh vật .......................................................... 49 2.2.6. Đánh giá đặc điểm sinh học của các chủng vi sinh vật ...................... 49 2.2.7. Định danh chủng vi khuẩn .................................................................. 49 2.2.8. Bố trí thí nghiệm ................................................................................. 50 2.2.9. Phương pháp phân tích kim loại nặng. ............................................... 52 2.2.10. Phương pháp xử lý số liệu ................................................................ 52 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................... 53 3.1. Phân lập vi khuẩn trong đất ô nhiễm Cr tại vị trí nghiên cứu ................... 53 3.2. Đánh giá đặc điểm sinh học của 05 chủng vi khuẩn ................................. 55 3.2.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ ...................................................................... 55 3.2.2. Ảnh hưởng của pH đến khả năng phát triển của 5 chủng vi khuẩn ... 56 3.2.3. Ảnh hưởng của nồng độ tryptophan đến khả năng sinh IAA của 5 chủng vi khuẩn ......................................................................................................... 57 3.2.4. Ảnh hưởng của chất kháng sinh đến khả năng phát triển của 5 chủng vi khuẩn ............................................................................................................ 59 3.3. Định danh chủng vi khuẩn 1.2.4 ................................................................ 60 3.4. Ảnh hưởng của L. sphaericus đến khả năng sinh trưởng và phát triển của cây S. nigrum ..................................................................................................... 63 3.4.1. Kết quả thí nghiệm 1: .......................................................................... 63 3.4.2. Kết quả thí nghiệm 2: .......................................................................... 66 3.4.3. Ảnh hưởng của L. sphaericus đến sự hấp thu Cr và sự tích tụ của S. nigrum............................................................................................................ 68 3.5. Tính toán thời gian cần thiết để đưa đất về ngưỡng an toàn ..................... 71 3.6. Quy trình thực hiện xử lý KLN Crom trong đất ........................................ 72 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................... 73 4.1 KẾT LUẬN ................................................................................................. 73 4.2 KIẾN NGHỊ................................................................................................. 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 74 PHỤ LỤC ............................................................................................................ 84 ii
PHỤ LỤC 1: Một số hình ảnh thực địa trong nghiên cứu................................ 84 PHỤ LỤC 2: Hiện trạng và nguyên nhân ô nhiễm kim loại nặng trong đất nông nghiệp tại thành phố Long Khánh, Đồng Nai ................................................... 88 PHỤ LỤC 3: Ảnh hưởng của vi khuẩn rhizobacteria đến khả năng hấp thu Crom của Solanum nigrum L. trong đất nông nghiệp ................................................ 93 PHỤ LỤC 4: Sự kết hợp hiệu quả giữa Lysinibacillus sphaericus và phytoremediation trong đất bị ô nhiễm Chromium .......................................... 96 PHỤ LUC 5: Đặc điểm, hình thái khuẩn lạc .................................................... 98 PHỤ LUC 6: Hình dáng chủng vi khuẩn theo phương pháp cấy gạt trên đĩa do Mergeay ............................................................................................................. 98 PHỤ LỤC 7: PHIỀU ĐIỀU TRA ..................................................................... 99 iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Hàm lượng KLN trong đất tại khu vực Công ty Pin Văn Điển và Orion Hanel ...................................................................................................................... 12 Bảng 1.2 Hàm lượng chì và cadimi trong đất khu vực Làng Hích, Thái Nguyên 13 Bảng 1.3 Hàm lượng Pb và Cd trong đất rau muống từ các khu vực khác nhau . 14 Bảng 1.4 Hàm lượng KLN tổng số trong các mẫu đất trồng hoa ở xã Tây Tựu, Từ Liêm, Hà Nội (ppm) .............................................................................................. 16 Bảng 1.5 Hàm lượng Cr tổng số trong đất nông nghiệp từ năm 2017-2020 (mg/kg) ................................................................................................................................ 18 Bảng 1.6 Nồng độ kim loại nặng Cr tổng số trong đất nông nghiệp.................... 19 Bảng 1.7 Hàm lượng Ni, Cu, Zn trong bộ phận của cây Thầu Dầu ..................... 23 Bảng 2.1. Hóa chất và dụng cụ sử phòng thí nghiệm dụng trong ........................ 43 Bảng 2.2 Trình tự và thông tin về các cặp mồi trong nghiên cứu ........................ 44 Bảng 2.3 Vị trí thu mấu đất phân tích tính chất lý hoá học và KLN Crom trong đất ................................................................................................................................ 46 Bảng 2.4 Vị trí thu mẫu đất phân tích vi sinh vật tại các điểm nghiên cứu ......... 46 Bảng 2.5 Bảng chỉ tiêu hóa học đất ...................................................................... 48 Bảng 2.6 Nồng độ L. sphaericus trong thí nghiệm 1............................................ 50 Bảng 2.7. Nồng độ L. sphaericus trong thí nghiệm 2........................................... 51 Bảng 3.1 Chủng vi sinh vật có khả năng kháng kim loại nặng Cr phân lặp được ... ................................................................................................................................ 53 Bảng 3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đến khả năng phát triển của 5 chủng vi khuẩn...................................................................................................................... 55 Bảng 3.3 Giá trị pH môi trường ban đầu sau quá trình nuôi lắc 200 vòng/p hút ở 37C sau 48 giờ ..................................................................................................... 56 Bảng 3.4 Khả năng tiết ra hoócmon Indol Axit Axêtic (IAA) của 05 chủng vi khuẩn...................................................................................................................... 58 Bảng 3.5 Khả năng chống chịu kháng sinh của các chủng vi sinh vật tuyển chọn ................................................................................................................................ 59 Bảng 3.6 Ảnh hưởng của việc sử dụng L. sphaericus đến sự hấp thu Cr và tích lũy của S. nigrum ......................................................................................................... 65 Bảng 3.7 Ảnh hưởng của việc áp dụng L. sphaericus đối với sự hấp thu Cr và tích tụ của S. nigrum..................................................................................................... 68 iv
DANH MỤC HÌNH Hình 3.1. Hình ảnh tế bào và bào tử 05 chủng vi khuẩn (nguồn ảnh của nhóm nghiên cứu) ............................................................................................................ 55 Hình 3.2 Quá trình phát triển của các chủng vi khuẩn ở nhiệt độ khá nhau ........ 56 Hình 3. 3 Quá trình phát triển của 5 chủng vi khuẩn (Giá trị OD 600nm) ở các pH khác nhau ............................................................................................................... 57 Hình 3.4 Quá trình phát triển của 5 chủng vi khuẩn (Giá trị OD 600nm) ở các pH khác nhau ............................................................................................................... 58 Hình 3.5 Trình tự vùng gen 16S-rDNA ................................................................ 61 Hình 3.6 Trình tự vùng gen 16S-rDNA và vị trí phân loại của chủng vi khuẩn 1.2.4 (A và B) ................................................................................................................. 62 Hình 3.7 Tác dụng sinh lý của L. sphaericus đối với S. nigrum. ........................ 64 Hình 3.8 Các giá trị yếu tố tích lũy sinh học (BF), yếu tố chuyển vị, và (TF) ở S. nigrum dưới các phương pháp điều trị khác nhau. ............................................... 66 Hình 3.9 Ảnh hưởng của L. sphaericus sự sinh trưởng của S. nigrum. ............... 67 Hình 3.10 Hệ số tố tích lũy sinh học (BF) và vận chuyển (TF) của S. nigrum. .. 70 v
TÓM TẮT Nghiên cứu được thực hiện nhằm xác định nguồn gốc ô nhiễm Crom và sử dụng thực vật Solanum nigrum L. kết hợp với vi sinh vật Lysinibacillus sphaericus để xử lý hàm lượng Crom cao trong đất tại khu vực trồng cây chôm chôm ở hợp tác xã Nông nghiệp – Dịch vụ – Thương mại Bình Lộc thành phố Long Khánh tỉnh Đồng Nai. Đề tài thực hiện lấy 10 mẫu đất và phân tích mẫu đất bằng phương pháp phổ hấp thu nguyên tử (AAS). Kết quả cho thấy tất cả các mẫu đất đều bị ô nhiễm kim loại nặng Crom. Hàm lượng kim loại nặng Crom trung bình 263,8±7,98 mg/kg đất khô cao hơn so với QCVN 03-MT:2015/BTNMT là 150 mg/kg đất khô. Đề tài phân lập được 25 chủng vi khuẩn theo phương pháp cấy gạt trên đĩa do Mergeay với nồng độ Cr là: 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900mg/kg. Sau khi phân lập được loài có đặc tính kích thích sinh trưởng tốt thì tiến hành định danh chủng vi khuẩn. Loại thu được là Lysinibacillus sphaericus có khả năng nâng cao hiệu quả hấp thu Crom của cây Solanum nigrum làm thay đổi các thông số sinh trưởng của cây và làm tăng khả năng tích lũy kim loại nặng Crom trong cây. Nguyên nhân gây ô nhiễm Crom là do nguồn gốc tự nhiên từ đá mẹ đi vào đất thông qua quá trình phong hóa trong một thời gian dài. Vì vậy, việc sử dụng thực vật kết hợp với vi sinh vật để tăng cường khả năng hút Crom, rút ngắn thời gian xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng là khả thi và đầy triển vọng. ABSTRACT The study was carried out to determine the source of chromium pollution and used Solanum nigrum L. plant in combination with Lysinibacillus sphaericus to treat high chromium content in soil at the rambutan growing area in the cooperative. Agriculture - Service - Trade Binh Loc, Long Khanh city, Dong Nai province. The study took 10 soil samples and analyzed the soil samples by atomic absorption spectroscopy (AAS). The results showed that all soil samples were contaminated with heavy metal chromium. The average chromium content of heavy metal 263.8±7.98 mg/kg dry soil is higher than that of QCVN 03- MT:2015/BTNMT which is 150 mg/kg dry soil. vi
The study isolated 25 bacterial strains by the method of inoculation on plates by Mergeay with Cr concentration of: 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900mg/kg. After isolating the species with good growth-stimulating properties, the bacterial strain is identified. The type obtained is Lysinibacillus sphaericus, which has the ability to improve the efficiency of chromium absorption of Solanum nigrum, change the growth parameters of the plant and increase the ability to accumulate chromium heavy metal in the plant. Chromium pollution is caused by natural origin from parent rock entering the soil through weathering over a long period of time. Therefore, the use of plants in combination with microorganisms to enhance the ability to absorb chromium, shorten the treatment time of heavy metal contaminated soil is feasible and promising. vii
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong đất không chỉ tác động đến hệ sinh thái tự nhiên, sản xuất nông nghiệp và chất lượng nông sản mà còn ảnh hưởng tới sức khỏe và chất lượng cuộc sống của con người. Khi KLN tồn dư lâu trong đất sẽ được cây trồng hấp thụ làm ảnh hưởng đến chất lượng và năng suất của cây trồng. Sau đó theo chuỗi thức ăn xâm nhập vào cơ thể con người gây nên một số bệnh nguy hiểm như các nghiên cứu đã chỉ ra rằng Cr có thể gây ra độc tính sinh học nghiêm trọng ở thực vật, biểu hiện như ức chế sinh trưởng, giảm sinh khối của thực vật, ... Tất cả các hợp chất Cr (VI) đã được Cơ quan Nghiên cứu Ung thư Quốc tế (IARC) phân loại là chất gây ung thư ở người. Vì vậy, khi đất bị ô nhiễm Cr cần phải loại bỏ khỏi đất. Vùng đất Thành phố Long Khánh, tỉnh Đồng Nai, Việt Nam là đất canh tác nông nghiệp lâu năm, nơi trồng các loại cây ăn quả nổi tiếng của Việt Nam. Tuy nhiên, đất tại đây đã bị ô nhiễm Cr với hàm lượng cao so với với qui chuẩn đất nông nghiệp Việt Nam vượt từ 1.3 đến 2 lần (Nguyễn Thành Hưng và cs., 2021). Do vậy, việc tìm các giải pháp xử lý giảm thiểu Cr trong đất để bảo đảm an toàn cho nông sản là cần thiết và cấp bách. Hiện nay, có rất nhiều phương pháp xử lý KLN trong đất với những ưu nhược điểm khác nhau như: phương pháp rửa đất, cố định các chất ô nhiễm bằng hóa học hoặc vật lý, xử lý nhiệt, trao đổi ion, oxy hóa hoặc khử các chất ô nhiễm, đào đất bị ô nhiễm để chuyển đi đến những nơi chôn lấp thích hợp. Hầu hết các phương pháp này đều tốn kém về chi phí, giới hạn về kỹ thuật và về diện tích. Gần đây phương pháp sử dụng thực vật kết hợp với một số chất cải tạo hóa học để tăng cường khả năng hấp thụ KLN của thực vật, rút ngắn thời gian xử lý kim loại nặng được các nhà khoa học quan tâm đặc biệt bởi chi phí đầu tư thấp, an toàn và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, khi sử dụng các chất cải tạo hóa học có thể gây tác động xấu đối với khu hệ vi sinh vật đất. Để khắc phục những nhược điểm này nên đề tài đã tiến hành sàng lọc, phân lập các chủng vi sinh vật bản địa vùng rễ 1
thực vật có khả năng sản sinh chất kích thích sinh trưởng có ý nghĩa quan trọng trong việc tăng sinh trưởng và sinh khối của thực vật mở ra triển vọng trong quá trình xử lý đất ô nhiễm bằng thực vật. Mặc dù có tiềm năng như vậy, nhưng phương pháp này vẫn chưa trở thành một công nghệ có sẵn trên thị trường. Vì vậy, việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xác định nguồn gốc và đề xuất biện pháp xử lý hàm lượng Crom (Cr) cao trong đất tại khu vực trồng cây chôm chôm hợp tác xã nông nghiệp – dịch vụ - thương mại Bình Lộc Thành phố Long Khánh Tỉnh Đồng Nai” có ý nghĩa lý luận và thực tiễn trong vệc giải quyết vấn đề ô nhiễm KLN Crom đất, bước đầu làm cơ sở khoa học cho những nghiên cứu tiếp theo để việc ứng dụng công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm KLN ngày càng đạt hiệu quả. 2. Mục tiêu nghiên cứu Xác định nguyên nhân, nguồn gốc hàm lượng Cr cao trong đất tại thành phố Long Khánh tỉnh Đồng Nai (khu vực trồng cây chôm chôm ở HTXNN – DV – TM Bình Lộc). Phát hiện, sàng lọc những loài thực vật bản địa và những chủng VSV có khả năng xử lý kim loại Cr trong đất. Đề xuất các giải pháp tổng hợp để ngăn ngừa, xử lý dư lượng Crom cao trong đất tại khu vực trồng cây chôm chôm ở HTXNN – DV – TM Bình Lộc thành phố Long Khánh tỉnh Đồng Nai. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Kim loại nặng Crom trong đất tại khu vực nghiên cứu. Cây Solanum nigrum L. (S. nigrum) Chủng vi sinh vật có khả năng chống chịu, chuyển hóa KLN Cr cao tại địa điểm nghiên cứu. 2
3.2. Phạm vi nghiên cứu Đề tài được thực hiện tại khu vực trồng cây chôm chôm ở HTX NN - DV - TM Bình Lộc thành phố Long Khánh tỉnh Đồng Nai, từ tháng 03/2019 đến tháng 06/2021. 4. Ý nghĩa của đề tài Nghiên cứu về một tổ hợp vi sinh vật vùng rễ tại thành phố Long Khánh, tỉnh Đồng Nai có khả năng kết hợp cùng các thực vật siêu tích lũy trong xử lý đất ô nhiễm KLN đây là một đóng góp mới của đề tài. Là cơ sở dữ liệu tham khảo cho các công trình nghiên cứu về sau. Tìm ra nguyên nhân và giải pháp xử lý dư lượng Cr cao trong đất nhằm hỗ trợ cho các tổ hợp tác trên địa bàn triển khai tái chứng nhận cơ sở thực hành sản xuất theo hướng VietGAP tại thành phố Long Khánh là vấn đề cấp bách cần thực hiện. 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC TIỄN 1.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1.1. Khái niệm về ô nhiễm đất Theo Bách khoa toàn thư Việt Nam, ô nhiễm đất là thuật ngữ chỉ sự làm biến đổi thành phần, tính chất của đất gây ra bởi những tập quán phản vệ sinh của các hoạt động sản xuất nông nghiệp với những phương thức canh tác khác nhau và do thải bỏ không hợp lí các chất cặn bã đặc và lỏng vào đất. Ngoài ra, ô nhiễm đất còn do sự lắng đọng các chất gây ô nhiễm không khí xuống đất theo nguồn nước mưa. Các nguồn chính gây ô nhiễm đất là: Các loại vi khuẩn, kí sinh trùng phát sinh do việc sản xuất chăn nuôi không hợp vệ sinh, dùng phân tươi bón cây...; các loại chất thải rắn, phóng xạ, nhựa dẻo, bao bì nilông, kim loại, amiăng phát sinh từ các nguồn thải công nghiệp vào đất; các loại hoá chất độc hại sinh ra do sự phân huỷ các loại hoá chất sử dụng trong nông nghiệp (như thuốc trừ sâu, diệt cỏ, kích thích sinh trưởng ...), trong chiến tranh hoá học, ... ngấm vào đất. Theo Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) ô nhiễm đất được xem là tất cả các hiện tượng các chất gây ô nhiễm làm nhiễm bẩn môi trường đất. Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh của công nghiệp, tốc độ đô thị hóa diễn ra ngày càng nhanh, vấn đề ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng, nguyên nhân là do khí thải từ các nhà máy, các xe cơ giới làm ô nhiễm bầu không khí, chất thải từ các nhà máy và khu dân cư đô thị làm ô nhiễm nguồn nước, không khí. Khi nước bị ô nhiễm thì đất cũng bị ô nhiễm theo. Ô nhiễm đất còn dẫn đến ô nhiễm các môi trường khác như nước ngầm, nước mặt, không khí. Chất ô nhiễm có thể hoà tan, thấm xuống nước ngầm hoặc có thể bị dòng nước di chuyển đi nơi khác tạo nên sự ô nhiễm nước trên mặt đất. Gió thổi có thể chuyển chất ô nhiễm đi xa làm cho diện tích ô nhiễm mở rộng hơn. Vì vậy, khi đất ô nhiễm cũng có thể trở thành nguồn gây ô nhiễm đối với nước và không khí. Ô nhiễm đất không những làm giảm khả năng sản xuất của đất mà còn ảnh hưởng tới thực vật, động vật và người. Một số nguyên 4
tố vi lượng hoặc siêu vi lượng có tính độc hại tích luỹ lại trong nông sản, đi vào dây chuyền thực phẩm gây tác hại nghiêm trọng đối với động vật và con người. Chính vì sự nguy hại của ô nhiễm đất mà ngày càng có nhiều nghiên cứu về biện pháp quản lý, giảm thiểu, tiến đến loại bỏ yếu tố ô nhiễm khỏi đất. Mỗi phương pháp xử lý ô nhiễm có ưu và nhược điểm riêng, tùy từng điều kiện cụ thể cũng như nguyên nhân gây nên ô nhiễm mà áp dụng cho phù hợp. Chính vì vậy việc lựa chọn biện pháp xử lý ô nhiễm đất là bước đi quan trọng không chỉ với mục đích phục hồi các vùng đất bị ô nhiễm, mà còn đảm bảo nhiều lợi ích trên phương diện kinh tế, xã hội. 1.1.2. Khái niệm về kim loại nặng Theo Hawkes (1997), KLN là các kim loại có khối lượng riêng >5 g/cm3. Trong tự nhiên có hơn 70 nguyên tố KLN. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng chỉ có một số nguyên tố KLN cần thiết cho sinh vật, đó là các nguyên tố vi lượng như Cu, Zn, Mn,... Các nguyên tố này là phần thiết yếu trong một số enzym và cấu trúc của cơ thể sinh vật. Khi thừa hay thiếu các nguyên tố này đều trở nên bất lợi với sinh vật. Đa số các KLN có đặc tính bền vững trong môi trường, có khả năng gây độc ở nồng độ thấp và tích lũy lâu dài trong chuỗi thức ăn nên được thế giới coi là chất nguy hại. Các KLN vào đất không chỉ tích tụ lại ở một điểm mà có khả năng lan truyền phụ thuộc vào các tính chất lý - hóa học của đất như pH dung dịch đất, thế ôxi hóa khử, khả năng hấp phụ và trao đổi cation của đất, cũng như sự hoạt động của hệ vi sinh vật đất. ❖ Các dạng tồn tại KLN trong đất (Lê Văn Khoa, 1999) Dạng linh động: Các KLN được hấp phụ trên bề mặt các hạt đất (hạt sét, các oxit sắt và oxit mangan bị solvat hoá, các axit mùn). Đây là dạng mà cây trồng dễ hấp thu trong quá trình hút dinh dưỡng và nước vào cơ thể. Dạng liên kết cacbonat: Các KLN tồn tại dưới dạng các muối cacbonat (CO32-) trong đất. Sự tồn tại và liên kết của các dạng này phụ thuộc rất nhiều vào pH của đất cũng như lượng cacbonat trong đất. 5
Dạng liên kết oxit sắt, oxit mangan: Dạng này dễ hình thành do các oxit sắt và oxit mangan tồn tại trong đất như quá trình laterit, vật liệu gắn kết giữa các hạt đất. Các oxit này là những chất loại bỏ rất tốt các KLN nhờ quá trình nhiệt động học không ổn định dưới điều kiện khử. Dạng liên kết với chất hữu cơ: KLN liên kết với các chất hữu cơ khác nhau trong đất như: sinh vật đất, sản phẩm phân giải của chất hữu cơ, chất hữu cơ bao phủ bên ngoài hạt đất. Do đặc tính tạo phức và peptit hoá của các chất hữu cơ làm cho các kim loại tích luỹ lại trong đất (các chất hữu cơ bị oxy hoá, phân giải dẫn đến sự giải phóng các KLN vào đất). Dạng còn lại: Bao gồm các KLN nằm trong cấu trúc tinh thể của các khoáng vật nguyên sinh và thứ sinh. Dạng này rất khó giải phóng ra môi trường dưới các điều kiện tự nhiên bình thường. Do tác dụng của các quá trình phong hoá, đặc biệt là phong hoá hoá học và phong hoá sinh học mà các KLN dần dần được giải phóng ra môi trường đất. 1.1.3. Nguồn gốc phát sinh KLN trong đất (Lê Văn Khoa, 1999) 1) Nguồn gốc tự nhiên KLN hiện diện khắp nơi trên vỏ trái đất và có nguồn gốc trong đất ban đầu một phần được sinh ra từ các quá trình hoạt động địa hoá của khoáng vật mẹ và đi vào đất thông qua quá trình phong hoá hoá học 2) Nguồn gốc nhân tạo Hoạt động nông nghiệp Sử dụng phân hoá học có chứa As, Cd, Mn, U, V và Zn trong một số phân photphat. Các loại phân hữu cơ hiện nay, như phân chuồng (heo, gà,…) được nuôi từ thứ ăn tổng hợp không còn an toàn cho nông sản như trước, vì trong thành phần của nó có nhiều khoáng vi lượng (Cu, Zn, Fe, Mn, Co,…). Hàm lượng KLN chứa trong phân có thể là nguồn xâm nhập vào đất trồng và tồn lưu trong các loại nông sản phẩm, đặc biệt là các loại rau ăn lá, ăn trái. Sử dụng thuốc bảo vệ thực vật bao gồm: thuốc trừ sâu, bệnh (nấm, tuyến trùng,…), thuốc diệt cỏ, chất kích thích sinh 6
trưởng đều là các chất hoá học hữu cơ hay vô cơ rất cần thiết để diệt sâu, bệnh, cỏ dại bảo vệ cây trồng nhưng vì bản chất của các chất này là diệt sinh học nên ít nhiều đều ảnh hưởng đến môi trường đất. Các thuốc bảo vệ thực vật thường chứa nhiều KLN như: As, Pb, Hg. Một số loại thuốc bệnh như: CuSO4, Zineb, Macozeb… chứa các KLN như Zn, Cu, Mn sử dụng nhiều và lâu dài sẽ tồn lưu các kim loại trong đất. Hoạt động công nghiệp Công nghiệp khai khoáng: Đào, xới và cặn thải - nhiễm bẩn thông qua phong hoá, xói mòn do gió thải ra As, Cd, Hg, Pb. Cặn thải khếch tán do sông - trầm tích trên đất do lũ, nạo vét sông,… thải ra As, Cd, Hg, Pb.Vận chuyển trong quá trình tuyển quặng - vận chuyển theo gió lên trên đất thải ra As, Cd, Hg, Pb. Khai khoáng - nhiễm bẩn do bụi thải ra As, Cd, Hg, Pb, Sb, Se. Công nghiệp sản xuất: Công nghiệp nhựa: Co, Cr, Cd, Hg; công nghiệp dệt: Zn, Al, Ti, Sn; công nghiệp sản xuất vi mạch: Cu, Ni, Cd, Zn, Sb; bảo quản gỗ: Cu, Cr, As; mỹ nghệ: Pb, Ni, Cr; công nghiệp sắt thép: Cu, Ni, Pb... 1.1.4. Nguồn gốc phát sinh KLN Cr trong đất Sơ lược về Crom Crom thuộc phân nhóm phụ nhóm 6 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Lớp electron bên ngoài của nguyên tử crom chứa một hoặc hai electron, điều đó gây nên đặc tính kim loại của crom và làm nó khác với các nguyên tố phân nhóm chính. Đồng thời mức oxi hóa cực đại của crom là +6, vì ngoài các electron ở bên ngoài còn có electron ở sát lớp ngoài có thể tham gia tạo liên kết. Crom có thể tồn tại dưới các dạng hợp chất với các mức oxy hóa +2, +3, +6 (Acmetop N.X. 1978). Trong vỏ quả đất, crom chiếm 0,02% về khối lượng, trong thiên nhiên nó tồn tại chủ yếu dưới dạng sắt cromit FeO.Cr2O3, một số mỏ giàu cromit ở Kazactan và Uran. Trong các hợp chất crom có hóa trị 2, 3 và 6 với thế oxi hóa khử tương ứng: 7
Cr2+ / Cr = - 0,91 V Cr3+ / Cr = - 0,71 V Cr3+ / Cr2+ = - 0,41 V CrO42-/ CrO2- = - 0,12 V Cr2O72- / 2 Cr3+ = +1,36 V Nguồn gốc nguyên nhân tích lũy trong đất: Do một số ứng dụng của crom trong cuộc sống: Trong công nghiệp, crom chủ yếu dùng để sản xuất hợp kim crom, thép không gỉ, việc đưa thêm crom vào thép sẽ làm tăng độ bền của thép, chống sự ăn mòn, chịu axit và chịu nhiệt độ cao. Các kim loại được mạ crom sẽ tránh được sự ăn mòn hóa học, ngoài chức năng bảo vệ, lớp crom còn có chức năng trang trí cho sản phẩm. Ngoài ra, crom còn là thành phần quan trọng của gạch lò nung, một số thuốc nhuộm, chất màu,… Kali đicromat K2Cr2O7 và natri đicromat Na2Cr2O7. 2H2O, có tinh thể màu đỏ da cam được dùng rộng rãi làm chất oxy hóa trong quá trình sản xuất nhiều hợp chất hữu cơ, công nghiệp diêm, công nghiệp da và dệt nhuộm. Các nguồn phát sinh crom trong môi trường: Crom đi vào môi trường từ các nguồn khác nhau, song chung quy lại có hai nguồn chính: nguồn tự nhiên và nguồn nhân tạo. Nguồn tự nhiên chủ yếu là do hoạt động của núi lửa, cháy rừng, nước chảy qua các vùng có chứa mỏ crom. Nguồn nhân tạo chủ yếu là nước thải của các ngành công nghiệp thuộc da, mạ crom, bảo quản gỗ, công nghiệp nhuộm. Tác động của crom đối với con người và môi trường: Trong môi trường tự nhiên crom tồn tại ở hai trạng thái oxy hóa bền nhiệt động là Cr(VI) và Cr(III). Tính độc của nó phụ thuộc nhiều vào mức oxy hóa, Cr (VI) độc hơn Cr(III), Cr(VI) là tác nhân gây ung thư qua đường thở, độc với người 8
và các động vật có vú khác, trong khi đó Cr(III) ở nồng độ vết lại cung cấp khoáng chất cần thiết cho cơ thể (Yijun Lia and Hanbin Xueb, 2001). Crom ở các dạng hóa trị khác thì không cần thiết cho cơ thể. Crom (ở mọi dạng hóa trị) với hàm lượng cao đều có thể gây độc đối với con người và sinh vật (Agency for Toxic Substances and Disease Registry, 1993). Con người có thể bị nhiễm độc crom khi hít thở không khí nơi làm việc bị ô nhiễm (khu vực hàn thép không gỉ, nơi sản xuất chất màu crom, mạ crom, thuộc da,…). Crom đi vào cơ thể theo đường hô hấp, tiêu hóa. Crom gây nhiều tác hại: Hít thở không khí chứa Cr(VI) hàm lượng cao có thể bị hủy hoại hoặc gây viêm mũi, phổi, dạ dày và ruột. Người bị dị ứng với crom cũng có thể bị bệnh suyễn tấn công sau khi hít thở không khí có chứa hàm lượng cao Cr(VI) hoặc Cr(III). Bị nhiễm Cr(VI) ở mức độ trung bình hay cao trong thời gian dài sẽ bị hư mũi (chảy máu, ngứa, đau), phổi và có khả năng làm tăng ung thư phổi. Nếu một lượng lớn crom theo đường tiêu hóa vào cơ thể thì cơ thể sẽ bị lở loét, rối loạn, co giật dạ dày, hư hại gan thận và có thể dẫn đến tử vong. Da tiếp xúc với chất lỏng hay chất rắn có chứa Cr(VI) có thể bị loét, đỏ phồng. Crom cũng có hại đến sức khỏe sinh sản. Ảnh hưởng đến hệ sinh thái: Các thành phần KLN Cr ảnh hưởng rất lớn tới quá trình sinh trưởng phát triển của người, động vật và thực vật. Với nồng độ đủ lớn, sinh vật có thể bị chết hoặc bị thoái hoá, với nồng độ nhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụ sinh học. Ngoài ra, nó còn ảnh hưởng tới chất lượng sản suất như: làm giảm năng suất nuôi trồng, làm hỏng đất, giảm chất lượng sản phẩm, biến đổi đến hệ sinh vật, tăng mầm bệnh. 1.2. CƠ SỞ THỰC TIỄN 1.2.1. Tình hình ô nhiễm kim loại nặng trong đất trên Thế giới Khi nghiên cứu về đất bị ô nhiễm KLN Hg và Cd từ năm 1953 - 1967 trên toàn bộ đất canh tác tại Nhật Bản đã sử dụng hơn 6800 tấn Hg, hàm lượng Hg 9