Dự thảo tóm tắt Luận án Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất vùng chuyên canh rau Đông Nam Bộ và biện pháp xử lý bằng thực vật

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN MINH HƢNG

NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG

TRONG ĐẤT VÙNG CHUYÊN CANH RAU

ĐÔNG NAM BỘ VÀ BIỆN PHÁP XỬ LÝ BẰNG THỰC VẬT

Chuyên ngành: Môi trường đất và nước

Mã số: 62440303

DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG

Hà Nội, 2018

Công trình được hoàn thành tại:

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TSKH. Nguyễn Xuân Hải

TS. Bùi Thị Ngọc Dung

Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận

án tiến sĩ họp tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

vào hồi

giờ

ngày

tháng

năm 20...

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 đề tài

Nhu cầu về rau quả ngày càng cao trong nước và quốc tế, đã

thúc đẩy ngành sản xuất rau quả của Việt Nam phát triển mạnh với tốc

độ nhanh. Chỉ trong 10 năm gần đây, cả nước diện tích rau tăng từ 635,1

nghìn ha lên 900 nghìn ha, sản lượng tăng lên tương ứng 15 triệu tấn.

Vùng Đông Nam Bộ là vùng rau lớn của nước ta, đây là nơi

cung cấp rau quả chính cho các thành phố lớn của khu kinh tế trọng

điểm phía Nam năm 2014 diện tích rau là 60,7 nghìn ha, sản lượng

1.021,3 nghìn tấn.

Cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp,

dịch vụ, nông nghiệp thì quy mô và cường độ ô nhiễm KLN cũng ngày

càng gia tăng. Do đó, việc nghiên cứu, tìm kiếm các phương pháp xử lý

kim loại nặng trong đất, góp phần cải tạo ô nhiễm môi trường đất là hết

sức cần thiết nhất là khi xu thế tài nguyên đất trên thế giới đang bị suy

giảm nhanh chóng về diện tích và chất lượng, đe doạ đến an toàn lương

thực và sự phát triển bền vững.

Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã áp dụng nhiều các

phương pháp khác nhau nhằm xử lý KLN trong đất, tuy nhiên, các

phương pháp này đều có chi phí cao, chỉ phù hợp tiến hành với quy mô

nhỏ trong khi tình trạng ô nhiễm đất lại xảy ra trên diện rộng, không

những thế một số phương pháp còn có thể làm phát sinh các chất ô

nhiễm mới trong đất. Do đó, hiệu quả của việc áp dụng các phương pháp

trên là chưa hiệu quả.

Vì vậy, việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, đánh giá thực trạng

ô nhiễm kim loại nặng trong đất vùng chuyên canh rau Đông Nam Bộ và

biện pháp xử lý bằng thực vật” là hết sức cần thiết nhằm góp phần xác

định cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc phát triển và ứng dụng cơ chế

của công nghệ thực vật và VSV xử lý ô nhiễm KLN trong đất – công

nghệ được đánh giá rất cao ở các nước phát triển, nhưng đang còn khá

mới mẻ ở Việt Nam.

2. Mục tiêu của đề tài

2.1. Mục tiêu chung

- Góp phần xây dựng được cơ sở khoa học áp dụng các biện pháp

sinh học xử lý ô nhiễm KLN (As, Cd, Pb, Hg) trong đất;

2

- Nâng cao chất lượng sản phẩm rau, bảo vệ sức khoẻ người tiêu

dùng và người trồng rau ở vùng chuyên canh rau ĐNB.

2.2. Mục tiêu cụ thể

- Xác định được loài thực vật có khả năng tích lũy, chuyển hóa

KLN (As, Cd, Pb, Hg), giảm thiểu ô nhiễm KLN trong đất;

- Xây dựng quy trình ứng dụng biện pháp thực vật giảm thiểu ô

nhiễm KLN cho đất trồng rau tại một số vùng chuyên canh ở ĐNB;

- Xây dựng được mô hình ứng dụng thực vật (biện pháp sinh học)

giảm thiểu ô nhiễm KLN cho đất trồng rau tại một số vùng chuyên

canh ở ĐNB.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1. Ý nghĩa khoa học

- Đã bổ sung và góp phần bổ sung, hoàn thiện danh mục các loài

thực vật có khả năng hấp thụ KLN cao;

- Đã góp phần xây dựng được cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu

và ứng dụng công nghệ sinh học xử lý ô nhiễm KLN trong đất,

nước vùng chuyên canh rau ở ĐNB bằng biện pháp xử lý thực vật.

3.2. Ý nghĩa thực tiễn

Luận án đã đánh giá được thực trạng ô nhiễm KLN trong đất

vùng chuyên canh rau ĐNB, và đưa ra được giải pháp kỹ thuật sinh học

xử lý ô nhiễm KLN bằng biện pháp xử lý bằng thực vật.

4. Những đóng góp mới của đề tài

- Tuyển chọn được một số thực vật đa mục đích có khả năng hút

thu, tích lũy KLN cao, từ đó chọn được chọn 2 loài thực vật trên cạn là

Đậu bắp và Dọc mùng; 1 loài thực vật sống dưới nước là Kèo nèo có khả

năng hút thu KLN cao vừa có giá trị làm thực phẩm. Đã đưa ra quy trình

công nghệ sinh học (sử dụng thực vật, kết hợp thực với VSV) giảm thiểu

ô nhiễm KLN trong đất trồng rau, hướng tới sản xuất ra an toàn.

- Đã tính toán được khả năng hồi phục của đất trở về như môi

trường nền ban đầu, khi áp dụng các cây trồng đa mục đích hấp thu KLN

thì thời gian phục hồi nhanh nhất từ 4-6 năm, chậm nhất từ 41-50 năm

tùy thuộc từng đối tượng nghiên cứu.

CHƢƠNG I. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.4. Các kết quả nghiên cứu ở nƣớc ngoài

1.4.1. Các phương pháp xử lý ô nhiễm đất bằng biện pháp sinh học

3

*Phƣơng pháp ủ thành đống:

Phương pháp này thường sử dụng để xử lý đất ô nhiễm chất hữu

cơ. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp là phân hủy chất ô nhiễm bằng

cách ủ đống nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân giải hảo khí tự

nhiên. Có các kiểu ủ đống như sau:

- Ủ thành phân (composting):

Đất đào lên được rải thành luống hay đánh đống đều đặn với chu

vi mỗi đống ủ vài mét, cao khoảng 1 m. Để thúc đẩy quá trình phân hủy

thường trộn thêm vào đất chất hữu cơ thô nhằm giúp cung cấp thêm chất

dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật. (Jennifer Goetz, 2002).

- Làm đất như có canh tác (land farming):

Đất ô nhiễm được rải đều trên một mặt phẳng lớn thành lớp dày

khoảng vài chục cm, để tránh nguy cơ ô nhiễm cho khu vực xử lý công

việc này thường được tiến hành trên bề mặt không thấm nước. Rải chất

dinh dưỡng đều khắp bề mặt và trộn đều vào đất. Tiến hành đảo khối đất

định kỳ nhằm đảm bảo tính thoáng khí. (Jennifer Goetz, 2002).

- Phương pháp gò sinh học (biopile):

Đất ô nhiễm được đào lên và trải trên một bề mặt không thấm,

hơi dốc. Đống vật liệu được ủ cao vài mét được đắp kiểu sườn dốc.

Quanh đống có hệ thống rãnh thu hồi chất lỏng chảy ra từ đống ủ và

chảy tràn trên mặt. Toàn bộ khu ủ được phủ lớp chất dẻo để cách ly với

bên ngoài. (Jennifer Goetz, 2002).

* Xử lý tại chỗ trên quy mô hẹp "in situ":

Xử lý sinh học trong quy mô hẹp thường được ứng dụng cho

việc xử lý chất ô nhiễm dưới các vật kiến trúc, ô nhiễm ở các tầng sâu

hàng chục mét, ô nhiễm cácbua hydro đã mở rộng theo chiều ngang...

(Jennifer Goetz, 2002).

* Quạt sinh học (bioventing) và tạo bọt sinh học (bioparging)

Kỹ thuật quạt sinh học là thực hiện hiếu khí cưỡng bức trong đất

không bão hòa phía trên mực nước ngầm. Trong kỹ thuật tạo bọt sinh

học người ta bơm trực tiếp không khí vào lớp nước ngầm. (Jennifer

Goetz, 2002).

* Rào chắn sinh học và bình phong sinh học:

Kỹ thuật này được sử dụng để xử lý nước ngầm trên quy mô hẹp

"in situ". Người ta tạo ra ở phía hạ lưu trên đường đi của nước ngầm một

vùng nhiều vi sinh vật phù hợp với chất ô nhiễm cần xử lý.

4

1.3.3. Xử lý ô nhiễm bằng thực vật (phytoremediation):

Làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức

tạp và vốn đầu tư cao. Gần đây, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ,

chuyển hoá, chống chịu và loại bỏ kim loại nặng của một số loài thực

vật, người ta đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý

môi trường như một công nghệ môi trường đặc biệt. (Barceló J. và

Poschenrieder C., 2003).

Có các kiểu xử lý ô nhiễm bằng thực vật sau:

- Lọc bằng rễ thực vật (rhizofiltration): Người ta dùng rễ cây để

tập trung kim loại nặng. Việc lấy kim loại được thực hiện bằng cách nhổ

bỏ cây trồng khỏi khu vực cần xử lý, sau đó trồng mới;

- Tích lũy chất ô nhiễm bằng thực vật (Phytoaccumulation): là

quá trình rút và tích lũy chất ô nhiễm trong mô rễ hay các cơ quan trên

mặt đất của cây trồng. Người ta dùng cây để "bơm" kim loại nặng rồi

chuyển chúng ra khỏi đất.

- Cố định chất ô nhiễm bằng thực vật (Phytostabilisation):

Người ta dùng cây trồng để ngăn chặn kim loại nặng chuyển xuống các

lớp đất dưới (hay nước ngầm) bằng cách giữ nó trong rễ khiến nó trở

nên không linh động;

- Chuyển hóa qua thực vật (phytotransformation): Dùng thực vật

phân hủy các chất hữu cơ thành chất đơn giản hơn rồi hút vào cơ thể

thực vật. Phương pháp này thường kết hợp với việc làm phân ủ và chỉ

vận dụng với chất hữu cơ dễ phân giải;

- Kích thích bằng thực vật (phytostimulation): Các chất tiết ra từ

rễ cây trồng hay các chất men do rễ cây tiết ra ở các vùng quanh rễ kích

thích vi sinh vật hoạt động chuyển hóa chất hữu cơ ô nhiễm. Có nhiều

thực vật tích lũy lượng lớn kim loại nặng.

1.3.4. Tiêu chuẩn loài thực vật được sử dụng để xử lý kim loại nặng trong

đất

Theo Chaney và cộng sự, 1997, để đạt hiệu quả cao trong xử lý ô nhiễm

KLN trong đất, các loài thực vật được chọn phải có những tính năng sau:

- Có khả năng chống chịu đối với hàm lượng KLN cao;

- Có khả năng hấp thụ nhanh các KLN từ môi trường đất và nước;

- Có khả năng tích lũy KLN cao kể cả hàm lượng các ion này

thấp trong đất;

- Có khả năng chuyển vận KLN từ rễ lên thân và lá;

5

- Có thể chịu đựng được điều kiện môi trường dinh dưỡng kém;

- Có khả năng sinh trưởng nhanh và cho sinh khối lớn.

1.3.5. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ KLN

của thực vật

Khả năng linh động và tiếp xúc sinh học của KLN chịu ảnh

hưởng lớn bởi các đặc tính lý hóa của môi trường đất như: pH, hàm

lượng khoáng sét, chất hữu cơ, CEC và hàm lượng KLN trong đất.

Thông thường pH thấp, thành phần cơ giới nhẹ, độ mùn thấp, thực vật

hút KLN mạnh.

Tương tác qua lại giữa các KLN với tính chất đất là vấn đề cốt lõi

của công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm. Nói chung, sự hấp phụ vào các hạt

đất sẽ làm giảm hoạt tính của kim loại. Vì vậy, khả năng trao đổi cation

(CEC) trong đất cao, sự hấp thụ và cố định kim loại càng lớn. Trong đất

chua, H⁺tham gia đẩy các kim loại nặng khỏi liên kết với các hạt keo sét

của đất, đưa chúng vào dung dịch đất. Vì vậy, pH đất không chỉ ảnh

hưởng đến khả năng tiếp xúc sinh học của kim loại mà còn ảnh hưởng gián

tiếp đến quá trình hút kim loại vào trong rễ.

Phương pháp kết hợp thực vật và vi sinh vật

Sử dụng các loài vi sinh vật (VSV) kết hợp với thực vật có khả

năng tích lũy KLN để xử lý đất bị ô nhiễm đang là một xu hướng phổ

biến được ứng dụng nhiều trên thế giới. Phương pháp này còn giúp cho

việc tăng cường sự hoạt động cũng như sự đa dạng của các VSV đất, giữ

cho hệ sinh thái “khỏe” (Zueng, 2007).

Sự kết hợp cộng sinh giữa thực vật - VSV trong đất bị ô nhiễm

KLN có thể bị ảnh hưởng từ 2 chiều: cả chiều từ VSV lẫn chiều từ thực

vật ký chủ. Mối quan hệ cộng sinh giữa VSV vùng rễ và thực vật là hỗ

trợ nhau, cùng tồn tại và phát triển, giảm thiểu mức thấp nhất tác động

có hại của các KLN trong đất bị ô nhiễm (Gilis và cộng sự, 1998).

1.4. Tình hình nghiên cứu xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng bằng

phƣơng pháp sinh học ở Việt Nam

1.4.1. Tình hình sử dụng thực vật

Năm 2007, Đặng Đình Kim và cộng sự đã đánh giá mức độ ô

nhiễm của đất khu vực các vùng mỏ đồng thời tuyển chọn các thực vật

bản địa phục vụ cho đề tài. Qua chọn lọc được 33 loài cây có thể sống

được trên nền đất ô nhiễm cao.

6

Năm 2008, Nguyễn Hữu Thành đã lựa chọn được một số loại

thực vật bản địa có khả năng hấp thụ Pb, Zn, Cu cao có thể sử dụng các

thực vật này để xử lý đất bị ô nhiễm KLN, đặc biệt ô nhiễm Pb bao gồm

đơn buốt, dừa nước, mương đứng và cây rau muống. Hàm lượng kim

loại nặng tích lũy trong thân lá và rễ của các thực vật này rất cao, sinh

khối lớn cho thấy tiềm năng sử dụng trong xử lý đất ô nhiễm KLN bằng

thực vật tại Việt Nam rất khả quan bởi chúng là những thực vật bản địa,

dễ trồng, dễ nhân giống và thu hoạch.

Đồng Thị Minh Hậu và cộng sự (2008) nghiên cứu một số thực

vật có khả năng hấp thu Cu, Cr, Zn trong bùn nạo vét kênh Tân Hóa-Lò

Gốm tại thành phố Hồ Chí Minh đã cho thấy 5 loài thực vật gồm cây

ngô, cỏ nến, cây sậy, cây so đũa và cỏ voi có khả năng tích lũy kim loại

nặng khác nhau.

Lê Đức và cộng sự đã nghiên cứu khả năng hấp thụ và tích lũy Pb

trong đất của cây rau muống, bèo tây và cải. Diệp Thị Mỹ Hạnh và cộng

sự, 2007 nghiên cứu thấy khả năng chống chịu và hấp thu Pb của cây

thơm ổi trong đất ô nhiễm Pb rất cao. Võ Văn Minh, đã chứng minh khả

năng loại bỏ một số kim loại nặng của cỏ Vetiver khỏi đất tại một số loại

bãi thải ở Đà Nẵng là rất khả quan.

1.4.2. Một số loài thực vật có khả năng tích tụ kim loại nặng cao phân

bố tại vùng Đông Nam Bộ

Cỏ vetiver (vetiveria zizanioides L.): là một loại cây tiên phong

trong cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng,

Cây thơm ổi (Cosmos bipinnuatus): có thể hấp thu lượng chì

cao gấp 500 - 1.000 lần so với các loài cây bình thường mà không bị ảnh

hưởng.

Cây cải (Brassicaceae oleracea): Điển hình là khả năng hấp thu

Cd và Pb của cải xanh và cải xoong.

Cây đơn buốt (Biden pilosa L): đơn buốt có khả năng sinh

trưởng và phát triển bình thường trong điều kiện hàm lượng As trong đất

đến 1.500 mg/kg đất và hàm lượng Pb trong đất đến 3.000 mg/kg đất.

Cây Sậy: Sậy có khả năng hấp thụ một lượng lớn các kim loại nặng

trong đất thông qua lượng sinh khối của chúng. Cây sậy được coi là loài

thực vật có triển vọng trong việc xử lý kim loại nặng trong đất.

1.4.3. Tình hình sử dụng vi sinh vật

Việc dùng Aspergillus.sp phân lập từ đất để chiết Pb, Zn và Cr

7

khỏi đất có hiệu quả trung bình sau 21 ngày là 37%; 15,9%; 30,14%

theo thứ tự. Bên cạnh đó, việc dùng nấm Penicillium.sp để chiết rút Pb

từ đất theo hệ thống chiết rút như trên đã đạt hiệu quả từ 30 đến 36% so

với hàm lượng Pb tổng số.

1.4.4. Phương pháp kết hợp thực vật với vi sinh vật

Nghiên cứu sử dụng thực vật xử lý kim loại nặng ở vùng khai

thác khoáng, năm 2010, Đặng Đình Kim và cộng sự tiến hành đã xác

định được 2 loài dương xỉ Pteris vittata và Pittyrogramma calomelano

khi kết hợp với nấm rễ AMF có khả năng hấp thu mạnh As, Pb từ đất

sau khai thác mỏ.

Lê Như Kiểu và cộng sự (năm 2013) thực hiện đã xác định được

một số loài thực vật: dương xỉ, khoai nước, dừa nước, ráy, ngổ dại... có

khả năng tích lũy Pb, Cu và Zn. Đề tài cũng tuyển chọn được một số

chủng VSV có khả năng tích lũy Pb.

CHƢƠNG II. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, CÁCH TIẾP CẬN

VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu môi trường đất là loại đất xám (Acrisols)

chuyên trồng rau tại xã Vĩnh Lộc B, Bình Chánh, thành phố Hồ Chí

Minh. Ở đây các loại rau quả được trồng phổ biến trong vùng. Đất

chuyên canh rau quả có những tính chất cơ bản có thể đại diện chung

cho vùng chuyên canh rau ở Đông Nam Bộ.

Sơ đồ khu vực thí nghiệm:

8

Khu vực bố trí thí nghiệm được đặt tại xã Vĩnh Lộc B, huyện Bình Chánh

- Đối tượng nghiên cứu thực vật là một số loại rau chính tại khu vực

trồng rau chuyên canh ở ĐNB và các thực vật bản địa có khả năng tích

luỹ, chuyển hoá As, Cd, Pb, Hg trong đất và nước bao gồm: đậu rồng,

đậu bắp, rau ngót, dọc mùng, kèo nèo,...

2.2. Nội dung nghiên cứu

- Điều tra, đánh giá thực trạng ô nhiễm As, Cd, Pb, Hg trong đất, nước

và rau tại các vùng chuyên canh rau ở ĐNB;

- Nghiên cứu tuyển chọn thực vật có khả năng xử lý ô nhiễm As, Cd, Pb,

Hg trong đất;

- Đánh giá khả năng xử lý ô nhiễm As, Cd, Pb, Hg trong đất ngoài đồng

ruộng bằng thực vật;

- Xây dựng và thử nghiệm mô hình ứng dụng thực vật để xử lý ô nhiễm

KLN trong đất.

2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu

2.4.1. Phương pháp thu thập và xử lý dữ liệu

Đề tài tiến hành phân tích, tổng hợp các công trình nghiên cứu có

liên quan về các biện pháp sinh học để xử lý ô nhiễm KLN trong đất và

nước. Trên cơ sở đó, rút ra một số vấn đề có tính lý luận và thực tiễn liên

quan đến nội dung nghiên cứu.

2.4.2. Phương pháp lấy mẫu



Phương pháp lấy mẫu đất

- Lấy mẫu đất phân tích các chỉ tiêu KLN theo TCVN 5297:1995:

+ Mẫu đất: lấy 196 mẫu ở độ sâu 0 - 30 cm tại vùng chuyên

canh rau của 4 tỉnh để phân tích các chỉ tiêu kết hợp với lấy mẫu

phân lập VSV.

+ Mẫu bùn: được lấy ở ruộng trồng rau nước với tổng số 70 mẫu.

- Phân lập VSV theo phương pháp của Wollum.



Phương pháp lấy mẫu nước

Mẫu nước lấy theo TCVN 6663-1:2011: lấy ở ruộng trồng rau,

mương tưới, tiêu nước ruộng trồng rau, giếng khoan trong vùng trồng

rau. với tổng số 70 mẫu.



Phương pháp lấy mẫu thực vật: Mẫu rau được lấy theo

TCVN9016:2011.

2.4.3. Phương pháp tuyển chọn thực vật và vi sinh vật

9



Tuyển chọn thực vật

Điều tra khảo sát thực địa, lấy mẫu về phân tích hàm lượng các

KLN trong các bộ phận của cây, để lựa chon những cây có khả năng hút

thu tích lũy KLN cao làm vật liệu nghiên cứu.



Tuyển chọn vi sinh vật

Khảo sát, lấy mẫu đất, bùn tại vùng nghiên cứu, phân lập các

loài/chủng VSV, phân tích khả năng tích lũy KLN trong sinh khối, và

khả năng chuyển hóa KLN của các VSV, từ đó chọn những VSV có khả

năng tích lũy KLN cao, sinh khối lớn và khả năng chuyển hoá KLN cao

làm vật liệu nghiên cứu.

2.4.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm

2.4.4.1. Bố trí thí nghiệm trong phòng, trong nhà lưới

a. Thí nghiệm 1-4: Thử nghiệm đánh giá hiệu quả tích lũy Pb, Cd, As,

Hg của chế phẩm dạng 1 trong đất

b. Thí nghiệm 5: thử nghiệm đánh giá hiệu quả tích lũy, chuyển hóa Pb,

Cd, As, Hg của chế phẩm dạng 2 trong bùn.

2.4.4.2. bố trí thí nghiệm đồng ruộng.

Thí nghiệm ứng dụng biện pháp sinh học xử lý ô nhiễm KLN trong đất

trên đồng ruộng (TN 6).

Thí nghiệm ứng dụng biện pháp sinh học xử lý ô nhiễm KLN trong bùn

(TN7).

Thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý đất bị ô nhiễm KLN của thực vật và

VSV(TN 8, 9, 10).

Hệ số vận chuyển TC (Transfer Coeffient) được tính bằng tỷ lệ giữa

hàm lượng tổng số KLN tích lũy ở trong mô của cây với nồng độ KLN

trong đất (Kiekens & Camerlych, 1982).

Hệ số giảm thiểu RC (Remediation factor) là tỷ số giữa hàm

lượng KLN được tích lũy ở phần trên mặt đất của cây so với hàm lượng

tổng số KLN trong lớp đất mặt (Vyslouzilova, 2003).

Xác định thực trạng mức độ ô nhiễm KLN của đất, nước và rau

Chỉ số Nemerow:

Pi_max: Chỉ số ô nhiễm đơn lẻ cực đại

Giá trị trung bình của các chỉ số ô nhiễm riêng lẻ

Chất lượng môi trường đất được phân thành 5 hạng theo chỉ số Pi

(PI n): PI <0.7, miền an toàn; 0.7≤ PI Nemerow <1.0, miền đề phòng;

10

1.0 ≤ PI Nemerow < 2.0, miền ô nhiễm nhẹ; 2.0≤ PI < 3.0, miền ô nhiễm

vừa; và PI > 3.0, miền bị ô nhiễm nghiêm trọng (Cheng et al. (2007)

Chỉ số ô nhiễm đơn lẻ: Pi < 1: Ô nhiễm thấp; 1 – < 3: Ô nhiễm

vừa phải: 3 - < 6: Ô nhiễm đáng kể; Từ 6 trở đi là ô nhiễm rất cao.

Chỉ số ô nhiễm trung bình: Nếu > 1 chỉ ra chất lượng của đất bị

ô nhiễm thấp

Tính toán thời gian khả năng phục hồi đất sau khi áp dụng các cây trồng

đa mục đích hấp thu KLN :

Xử dụng hàm FORECAST để dự báo thời gian phục hồi đất trở về trạng

thái ban đầu:

Hàm FORECAST: y=a+bx,

với:

2.5. Xây dựng mô hình ứng dụng biện pháp sinh học để xử lý ô

nhiễm KLN trong đất

2.5.1. Mô hình ứng dụng biện pháp sinh học để xử lý ô nhiễm KLN

trong đất (MH1)

a. Địa điểm: Ấp 3, xã Vĩnh Lộc B, huyện Bình Chánh, Tp.HCM

để đánh giá khả năng xử lý ô nhiễm KLN trong đất trồng rau bằng quy

trình kết hợp thực vật (cây đậu bắp, cây dọc mùng) và VSV. Quy mô 0,5

ha/mô hình.

b. Đối tượng thử nghiệm:

- Đất: Đất xám chuyên canh rau. Mô hình gồm 2 công thức

- Chỉ tiêu theo dõi: sinh khối thực vật và hàm lượng KLN được

tích luỹ.

2.5.2. Mô hình ứng dụng biện pháp sinh học để xử lý ô nhiễm KLN

trong bùn (MH2)

a. Địa điểm: Phường Thới An, Quận 12, TP.HCM để đánh giá

khả năng xử lý ô nhiễm KLN trong ruộng nước, trồng rau bằng quy trình

kết hợp thực vật (kèo nèo) và VSV. Quy mô 0,5ha/mô hình.

b. Đối tượng thử nghiệm:

- Ruộng nước: Canh tác rau

- Chỉ tiêu theo dõi: sinh khối thực vật và hàm lượng KLN được

tích luỹ.

2.6. Phƣơng pháp phân tích

11

- Xác định hàm lượng KLN linh động trong đất: theo phương

pháp Double Acid (Mehlich I), đo trên máy quang phổ hấp thụ

nguyên tử.

- Đánh giá mức độ ô nhiễm Pb, Cd, As trong đất theo QCVN 03-

MT: 2015/BTNMT. Đánh giá mức độ ô nhiễm Hg trong đất theo tiêu

chuẩn Châu Âu.

- Đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong nước theo QCVN

39:2011/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước dùng

cho tưới tiêu.

- Đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong rau theo QCVN 8-2:2011/BYT

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với ô nhiễm KLN trong thực phẩm.

CHƢƠNG III

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Thực trạng sản xuất rau ở vùng ĐNB

Theo số liệu thống kê năm 2014, tổng diện tích trồng rau vùng

ĐNB có 59,8 nghìn ha, sản lượng 1.021,3 nghìn tấn (chiếm 6,8% về

diện tích và 6,6% sản lượng rau của cả nước). Nhiều vùng rau an toàn

(RAT) đã được hình thành đem lại thu nhập cao đang được chú trọng

đầu tư xây dựng mới và mở rộng.

Trong 4 tỉnh nghiên cứu ở vùng Đông Nam bộ, Đồng Nai là tỉnh

có diện tích rau lớn nhất 14,7 nghìn ha, sản lượng 208,6 nghìn tấn; thành

phố Hồ Chí Minh có diện tích rau 10 nghìn ha, sản lượng 253,7 nghìn

tấn; Bà Rịa - Vũng Tàu có diện tích rau 7,3 nghìn ha, sản lượng 139,5

nghìn tấn/năm và diện tích rau của Bình Dương là 5,3 nghìn ha, sản

lượng đạt 77,5 nghìn tấn/năm.

Các nhóm rau được trồng trên địa bàn nghiên cứu gồm 4 nhóm

chính: Nhóm rau ăn lá; Nhóm rau ăn củ quả ngắn ngày; Nhóm rau ăn

bông; Nhóm rau gia vị.

3.2. Thực trạng ô nhiễm KLN trong đất, nƣớc và rau ở vùng chuyên

canh rau ĐNB

3.2.1. Thực trạng ô nhiễm KLN trong đất ở vùng chuyên canh rau

ĐNB

12

Bảng 3.2. Tổng hợp kết quả phân tích KLN trong đất trồng rau ở ĐNB

Số mẫu đạt Số mẫu vượt

Ghi chú

Tổng

số

mẫu

Tỉnh/ Thành

phố

tiêu chuẩn

Mẫu

giới hạn

Mẫu

TT

%

Ớt, đậu đũa, bí, mướp

1

2

3

TP. HCM

90

20

84 93,3

6

6,7 đắng, rau cải, mồng

tơi, xà lách

Bà Rịa- VT

20

100

Rau cải

Hành, mướp đắng, dưa

chuột, đậu xanh, mồng

tơi, cà pháo

Bình Dương 20

Rau cải, rau muống,

rau cần

4

Đồng Nai

Cộng

25

100

155 149 93,3

6

6,7

Vùng chuyên canh rau với đặc điểm nổi bật là sản xuất rau quy

mô lớn, người dân có trình độ thâm canh cao nên đã hạn chế được ảnh

hưởng của phân bón, hóa chất BVTV, nước thải công nghiệp và nước

thải sinh hoạt đến môi trường đất. Chính vì vậy, đất trồng rau ở đây rất ít

bị ô nhiễm do quá trình tác.

Trong tổng số 155 mẫu đất trên 4 tỉnh ở ĐNB, chỉ có 6 mẫu

(6,7%) vượt ngưỡng giới hạn an toàn

Trong 155 mẫu khảo sát, có 150 mẫu có chỉ số ô nhiễm riêng lẻ

Pi < 1, thuộc nhóm ô nhiễm thấp và 5 mẫu có Pi ≥1, thuộc nhóm ô

nhiễm vừa phải; Chỉ số ô nhiễm trung bình đạt 0,76, cho thấy nhìn

chung chất lượng của đất toàn miền vẫn còn tốt do đa số không bị ô

nhiễm kim loại nặng; Chất lượng môi trường của đất thuộc miền đề

phòng do chỉ số Nemerow đạt 0,769.

Kim loại nặng trong bùn

Trong 50 mẫu khảo sát, có 48 mẫu có chỉ số ô nhiễm riêng lẻ Pi < 1,

thuộc nhóm ô nhiễm thấp và 2 mẫu có Pi ≥ 1, thuộc nhóm ô nhiễm vừa

phải; Chỉ số ô nhiễm trung bình của 50 mẫu này đạt 0,442, cho thấy nhìn

chung chất lượng của bùn toàn miền vẫn còn tốt do đa số không bị ô

nhiễm kim loại nặng; Chất lượng môi trường của bùn thuộc miền đề

phòng do chỉ số Nemerow đạt 0,812 (0.7≤ PI Nemerow < 1.0)

3.2.2. Thực trạng ô nhiễm KLN trong nước ở vùng chuyên canh rau

ĐNB

13

Kết quả phân tích hàm lượng KLN trong 70 mẫu nước tưới (40

mẫu nước mặt và 30 mẫu nước ngầm) cho thấy: có 01 mẫu nước tại

Phường Thới An, Quận 12, TPHCM trước kia trồng kèo nèo nay bỏ

hoang có hàm lượng KLN vượt ngưỡng cho phép (các mẫu nước dùng

để tưới cho rau đều có hàm lượng KLN nằm trong giới hạn cho phép,

không có mẫu nào vượt ngưỡng tiêu chuẩn cho phép. Các chỉ tiêu Hg,

Pb, As, Cd đều thấp hơn nhiều so với mức giới hạn cho phép, đảm bảo

an toàn cho sản xuất rau.

3.2.3. Thực trạng ô nhiễm KLN trong một số loại rau vùng chuyên

canh rau ĐNB

Kết quả phân tích 77 mẫu rau cho thấy: 100% số mẫu rau có hàm

lượng KLN dưới ngưỡng cho phép, có nghĩa là các vùng chuyên canh

rau an toàn về chỉ tiêu KLN.

3.3. Kết quả tuyển chọn một số loài thực vật và vi sinh vật có khả

năng tích lũy As, Cd, Pb, Hg trong đất ở vùng chuyên canh rau ở

ĐNB.

3.3.1. Kết quả tuyển chọn một số loài thực vật

Trên cơ sở phân tích các kết quả nghiên cứu trước đây và mục tiêu

của đề tài đã chọn được 10 loài thực vật sinh trưởng ưu thế tại các vùng

chuyên canh rau: Ô rô, kèo nèo, bình bát, rau nhút, rau ngót, đậu bắp,

đậu rồng, dọc mùng, sen và cà rốt.

1. Cây Ô rô: mọc hoang chủ yếu thành từng đám lớn bên bờ các kênh

rạch và trên đất lầy thụt.

2. Cây Kèo nèo: đây là loại cây hoang dại mọc nhiều ở khu vực Đông

Nam Á. Kèo nèo có hình dáng hơi giống với cây lục bình, kèo nèo sống

bám cố định vào bùn đất, cành ngọn vươn lên mặt nước.

3. Cây Rau rút: là loài thực vật có hoa trong họ Đậu. Loài rau mọc nổi

ngang mặt nước, quanh thân có phao xốp màu trắng, cọng dùng làm rau

ăn.

4. Cây Bình bát: là một loài thực vật thuộc chi Na (Annona), có nguồn

gốc từ khu vực nhiệt đới của Tân Thế giới.

5. Cây Đậu bắp: là một loài thực vật có hoa có giá trị vì quả non ăn

được. Loài này là cây một năm hoặc nhiều năm, cao tới 2,5 m.

6. Cây Đậu rồng: xuất phát từ châu Phi, Ấn Độ, New Guinea và được

trồng tại những vùng Đông Nam Á, Tân Guinée, Philippines và Ghana

14

7. Cây Dọc mùng: là một loại thực vật thuộc họ Ráy bản địa bao gồm

vùng nhiệt đới châu Á và lan rộng đến miền đông bắc Úc.

8. Cây Sen: Có nhiều giống sen được trồng, với màu hoa dao động từ

màu trắng như tuyết tới màu vàng hay hồng nhạt.

9. Cây Cà rốt: là một loại cây có củ, thường có màu vàng cam, đỏ, vàng,

trắng hay tía. Phần ăn được của cà rốt là củ, thực chất là rễ cái của nó,

chứa nhiều tiền tố của vitamin A tốt cho mắt.

10. Cây Rau ngót: là một loài cây bụi mọc hoang ở vùng nhiệt đới Á

châu nhưng cũng được trồng làm một loại rau ăn ở một số nước, như ở

Việt Nam.

- Ô rô, bình bát: tích lũy Pb, Cd, As, Hg nhiều nhất trong thân, rễ,

quả và hoa.

- Kèo nèo: KLN tập trung cao ở những bộ phận không được sử

dụng làm rau là thân, lá và đặc biệt là rễ - củ. Rễ - củ của kèo nèo có

hàm lượng KLN gấp 20 lần so với hoa.

- Rau rút: phân bố KLN tương đối đồng đều ở cả rễ, thân, lánên

không thể sử dụng là loại cây đa mục đích.

- Rau ngót: KLN tập trung nhiều ở rễ, thânvà ít ở lá. Đây lại là loại

cây ăn lá vì vậy có thể sử dụng như loại cây đa mục đích.

- Đậu bắp, đậu rồng: xu hướng tích lũy KLN tập trung chủ yếu ở ở

rễ, thân, ở lá và ít nhất ở quả.

- Dọc mùng: KLN tập trung nhiều ở củ, lá và ít nhất ở thân.

- Cà rốt, sen: là 2 loại cây ăn củ mà KLN lại có xu thế tập trung

nhiều ở rễ - củ.

Hệ số tích lũy sinh học BCF (Bioconcentration Factor) được tính

bằng tỷ lệ của chất ô nhiễm trong bộ phận có tác dụng thương phẩm của

cây và phần còn lại. Tỷ lệ này càng nhỏ thì giá trị để lựa chọn làm thực

vật đa mục đích càng cao.

15

đồ thị 1: Hệ số tích lũy sinh học của một số cây trồng tuyển chọn

25

20

Pb

Cd

As

Hg

15

10

5

0

Kèo Rau Rau Đậu Đậu Dọc Sen Cà

nèo rút ngót bắp rồng mùng rốt

Qua kết quả tính hệ số tích lũy sinh học của một số cây trồng

tuyển chọn, đã lựa chọn 5 loại thực vật là: đậu rồng, đậu bắp, dọc mùng,

rau ngót và kèo nèo có khả năng hút thu và tích lũy lớn nhất KLN ở

những bộ phận phi thương phẩm nên được lựa chọn loài thực vật hút thu

KLN ưu thế trong khu vực đất và nước bị ô nhiễm.

3.3.2. Phân lập VSV và xác định khả năng tích lũy, chuyển hóa As,

Cd, Pb, Hg

Lựa chọn 70 mẫu (50 mẫu đất, 20 mẫu bùn) có hàm lượng KLN

cao, tiến hành làm giàu và phân lập trên môi trường chuyên biệt đã phân

lập được các chủng VSV có khả năng chống chịu với hàm lượng KLN

cao. Sau phân lập đã tiến hành đánh giá khả năng chống chịu với KLN

trong môi trường ở nồng độ tương đương nồng độ ô nhiễm KLN trong

đất ở ngưỡng cảnh báo) và hiệu quả đa chống chịu, kết quả chỉ còn 10

chủng VSV. Trong đó có 4 chủng vi khuẩn, 3 chủng vi nấm và 3 chủng

nấm rễ cộng sinh mycorrhiza có khả năng tích lũy và chuyển hóa KLN

Đánh giá tổng hợp khả năng chống chịu của 10 chủng VSV với cả

4 KLN được xác định khả năng tích lũy (Cd, Pb) hoặc chuyển hóa (As,

Hg) ở 4 mức (4 nồng độ khác nhau) trong điều kiện phòng thí nghiệm. Kết

quả cho thấy có 3 chủng: BHCM7 -VK2; BHCM15-VN1; ĐHCM20 -

AMF4 đạt các tiêu chuẩn tuyển chọn đặt ra.

3.3.2. Tuyển chọn chủng VSV có khả năng tích lũy, chuyển hóa As,

Cd, Pb, Hg

16

Để tuyển chọn được các chủng VSV có khả năng tích lũy, chuyển

hóa As, Cd, Pb, Hg từ đất tiến hành đánh giá khả năng tích lũy, chuyển

hóa của 3 chủng VSV phân lập được với 2 chủng có sẵn là B.subtilis,

Glomus australe là chủng có khả năng tích lũy, chuyển hóa KLN, được

sử dụng để làm đối tượng so sánh trong phòng thí nghiệm và ngoài nhà

lưới.Từ các chủng đã tuyển chọn được, tiến hành sản xuất 2 loại chế

phẩm VSV có khả năng chuyển hóa, tích lũy kim loại nặng cho 2 loại

đất.

3.5. Khả năng chịu đựng ô nhiễm và hấp thụ kim loại nặng của thực

vật

Khả năng sinh trưởng của đậu bắp, đậu rồng, rau ngót và dọc

mùng trong đất ở các nồng độ KLN khác nhau và chế phẩm dạng 1 ở

bảng 20 cho thấy:

Đối với Pb, khi tăng nồng độ Pb trong đất, khả năng sinh trưởng

của cả 4 cây trồng bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Tổng sinh khối khô của

cây giảm mạnh so với đối chứng. Trong đó, tổng sinh khối khô cao nhất

ở công thức 3 của cây dọc mùng là 36,08 g/cây và thấp nhất ở công thức

4 của cây đậu rồng 13,80g/cây.

Đối với Cd, khi tăng nồng độ Cd trong đất, khả năng sinh trưởng

của cả 4 cây trồng bị ảnh hưởng. Tổng sinh khối khô của cây giảm mạnh

so với đối chứng. Trong đó, tổng sinh khối khô cao nhất ở công thức 2

của cây dọc mùng là 33,43 g/cây và thấp nhất ở công thức 4 của cây đậu

rồng 11,9g/cây.

Đối với As, khi tăng nồng độ As trong đất, khả năng sinh trưởng

của cả 4 cây trồng thuận lợi hơn. Tổng sinh khối khô của cây tăng so với

đối chứng. Trong đó, tổng sinh khối khô cao nhất ở công thức 4 của cây

dọc mùng là 36,21g/cây và thấp nhất ở công thức 1 của cây đậu rồng

14,57g/cây.

Đối với Hg, khi tăng nồng độ Hg trong đất, khả năng sinh trưởng

của cả 4 cây trồng thuận lợi hơn. Tổng sinh khối khô của cây tăng so với

đối chứng. Trong đó, tổng sinh khối khô cao nhất ở công thức 4 của cây

dọc mùng là 37,44g/cây và thấp nhất ở công thức 1 của cây đậu rồng

13,18g/cây.

3.5. Khả năng xử lý ô nhiễm KLN của thực vật

17

mg/kg đất khô

1000

1

CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

Pb

Cd

As

Hg

0.001

Hàm lượng KLN tổng số trước thí nghiệm

* Đối với đất trồng cây đậu bắp và đậu rồng:

Mức giảm hàm lượng các KLN trong đất sau thí nghiệm từ 11 -

12% so với trước thí nghiệm.

mg/kg đất khô

100

1

CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

Pb

Cd

As

Hg

0.01

Hàm lượng KLN tổng số trước thí nghiệm

Đối với đất trồng cây rau ngót, Mức giảm hàm lượng các KLN

trong đất sau thí nghiệm từ 10 - 11% so với trước thí nghiệm.

18

mg/kg đất khô

100

1

CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT CT

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

Pb

Cd

As

Hg

0.01

Hàm lượng KLN tổng số trước thí nghiệm

Đối với đất trồng cây dọc mùng, Mức giảm hàm lượng các KLN trong

đất sau TN từ 30 - 35% so với trước TN

mg/kg đất khô

1000

100

10

1

CT 1CT 2CT 3CT 4CT 1CT 2CT 3CT 4CT 1CT 2CT 3CT 4CT 1CT 2CT 3CT 4

Pb

Cd

As

Hg

0.1

0.01

Hàm lượng KLN tổng số trước thí nghiệm

Hàm lượng KLN linh động trước thí nghiệm

Kết quả phân tích cho thấy: mặc dù tổng lượng KLN bị loại ra

khỏi đất bằng cách tích lũy trong sinh khối thực vật thấp nhưng hàm

19