Đang tải... (xem toàn văn)
MỞ ĐẦU Với nhiệm vụ xác định thành phần, hàm lượng, tính chất và cấu trúc của mọi đối tượng vật chất, hóa phân tích đóng vai trò là ngành khoa học cơ sở cho rất nhiều ngành khoa học khác nhau, bao gồm: hóa học, sinh học, địa chất học, môi trường, y học, … Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, hóa học phân tích ngày càng khẳng định được vị trí của mình đối với sự phát triển của khoa học, công nghệ, sản xuất và đời sống xã hội. Đặc biệt, trong giai đoạn hiện nay, khi các vấn đề khoa học mới đặt ra yêu cầu sự liên kết các ngành khoa học với nhau để giải quyết thì hóa học phân tích không thể tách rời mối quan hệ ấy. Với chức năng của mình, hóa học phân tích hoàn toàn có khả năng cung cấp một nguồn dữ liệu đáng tin cây, tạo nền tảng cho các ngành khoa học khác nghiên cứu và giải quyết các vấn đề mang tính đa ngành. Vì vậy, hoàn thiện các phương pháp phân tích và sử dụng hóa phân tích như một công cụ để tạo bộ dữ liệu hoàn chỉnh về một vấn đề mới cung cấp cho các ngành khoa học khác vẫn đang là mối quan tâm lớn của các nhà phân tích hóa học. Hiện nay, một trong những vấn đề sinh thái nghiêm trọng mà thế giới đang phải đối mặt là sự ô nhiễm kim loại nặng trong đất nông nghiệp. Vấn đề này là hậu quả của tình trạng ô nhiễm môi trường, việc chôn lấp rác thải công nghiệp và việc lạm dụng hóa chất bảo vệ thực vật cũng như phân bón hóa học trong sản xuất nông nghiệp. Kết quả của nhiều công trình nghiên cứu đã chứng minh, việc canh tác trên môi trường đất bị ô nhiễm kim loại sẽ dẫn đến sự hấp thu, tích lũy kim loại nặng trên nông sản. Vì vậy, ô nhiễm kim loại nặng trong nông sản đang ngày càng trở thành vấn đề đáng lo ngại đối với nhiều quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam bởi độc tính, tính bền vững và khả năng tích lũy sinh học của chúng. Sự thâm nhập của các kim loại nặng từ đất lên cây trồng trong điều kiện ô nhiễm là một quá trình quan trọng do đây được coi là con đường chính để các kim loại nặng có khả năng gây độc xâm nhập vào chuỗi thức ăn. Do vậy, đánh giá lượng kim loại nặng thâm nhập từ đất vào cây trồng là việc làm hết sức cần thiết. Trên cơ sở bộ dữ liệu về mức độ tích lũy kim loại nặng trong sinh khối cây trồng khi canh tác trên môi trường đất ô nhiễm mà hóa học phân tích cung cấp, có thể đề xuất các giải pháp tạm thời như thay thế loại cây trồng, điều chỉnh chế độ canh tác, ... và hướng đến giải pháp bền vững là giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường canh tác dựa trên sự kết hợp giữa các ngành sinh học, nông lâm, môi trường, ... Do mức độ cấp thiết của vấn đề, ở Việt Nam cũng như trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về sự tồn tại của các kim loại nặng trong môi trường đất và sự tích lũy của chúng lên cây trồng. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu đều quan tâm đến việc xác định hàm lượng kim loại nặng trong các loại cây được trồng trên nền đất ô nhiễm kim loại nặng nhưng chưa khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp thu và tích lũy ion kim loại nặng trong cây. Trong khi đó, quá trình tích lũy các kim loại nặng từ đất lên cây trồng chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố như đặc điểm cơ hóa lý của nền đất, chế độ canh tác, loài và đặc điểm sinh lý thực vật cũng như sự tương tác, cạnh tranh giữa các kim loại nặng trong quá trình hấp thụ lên cây trồng. Từ các lý do trên, luận án “Nghiên cứu sự phân bố hàm lượng của các ion kim loại nặng (Cu 2+ , Pb 2+ , Zn 2+ ) lên sinh khối một số loại rau (cà rốt, khoai tây, bó xôi, xà lách mỡ) được trồng trên nền đất chuyên canh rau Đà Lạt” được thực hiện với mục tiêu nghiên cứu bao gồm: - Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu nhằm giảm thiểu thời gian và hóa chất. - Đánh giá khả năng tích lũy đồng, chì và kẽm từ đất trồng bị ô nhiễm các ion kim loại này lên sinh khối các loại rau: cà rốt, khoai tây, bó xôi, xà lách mỡ. - Đánh giá ảnh hưởng của chế độ canh tác bao gồm việc sử dụng vôi, các loại phân bón hóa học N, P, K và lượng của các loại phân bón này đến khả năng tích lũy đồng, chì và kẽm lên sinh khối các loại rau trên. - Đánh giá khả năng hấp thu cạnh tranh giữa các ion Cu 2+ , Pb 2+ và Zn 2+ khi tích lũy từ đất trồng lên sinh khối các loại rau trên. Để đạt được các mục tiêu đã đề ra, nội dung nghiên cứu của luận án tập trung vào các vấn đề sau: - Thiết kế mô hình thực nghiệm. - Triển khai mô hình thực nghiệm, ghi nhận sự phát triển của các loại rau nghiên cứu trên nền đất canh tác được gây ô nhiễm các ion kim loại Cu 2+ , Pb 2+ và Zn 2+ ở các mức hàm lượng khác nhau. - Thu hoạch và xử lý sơ bộ mẫu phân tích. - Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu rau sau thu hoạch và các thông số của thiết bị phân tích. - Đề xuất quy trình tối ưu xác định hàm lượng đồng, chì, kẽm trong các mẫu nông sản bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử. - Xác định hàm lượng đồng, chì, kẽm trong các mẫu rau sau thu hoạch. - Xử lý số liệu. - Đánh giá kết quả nhận được. Ý nghĩa khoa học của luận án Kết quả của luận án sẽ góp phần về mặt lý luận giải thích mối tương quan giữa hàm lượng kim loại nặng trong môi trường canh tác và hàm lượng kim loại nặng tích lũy trong sinh khối thực vật. Việc làm rõ ảnh hưởng của bản chất kim loại nặng, đặc điểm sinh lý thực vật, chế độ canh tác, sự cạnh tranh giữa các kim loại nặng khi cùng tồn tại trong môi trường đến sự tích lũy kim loại nặng trong sinh khối thực vật sẽ cung cấp cơ sở cho phép dự báo mức độ tích lũy kim loại nặng từ đất lên cây trồng. Bộ dữ liệu về mức độ tích lũy các kim loại nặng từ đất ô nhiễm lên cây trồng, ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau sẽ cung cấp cơ sở triển khai hướng nghiên cứu đa ngành – xu thế mới của khoa học hiện đại. Ý nghĩa thực tiễn của luận án Quy trình xử lý mẫu sau khi tối ưu hóa sẽ rút ngắn được thời gian, tiết kiệm hóa chất cho phép xử lý một lượng lớn mẫu trong thời gian ngắn với hiệu suất thu hồi cao.
MỞ ĐẦU Với nhiệm vụ xác định thành phần, hàm lượng, tính chất cấu trúc đối tượng vật chất, hóa phân tích đóng vai trị ngành khoa học sở cho nhiều ngành khoa học khác nhau, bao gồm: hóa học, sinh học, địa chất học, môi trường, y học, … Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, hóa học phân tích ngày khẳng định vị trí phát triển khoa học, công nghệ, sản xuất đời sống xã hội Đặc biệt, giai đoạn nay, vấn đề khoa học đặt yêu cầu liên kết ngành khoa học với để giải hóa học phân tích khơng thể tách rời mối quan hệ Với chức mình, hóa học phân tích hồn tồn có khả cung cấp nguồn liệu đáng tin cây, tạo tảng cho ngành khoa học khác nghiên cứu giải vấn đề mang tính đa ngành Vì vậy, hồn thiện phương pháp phân tích sử dụng hóa phân tích cơng cụ để tạo liệu hồn chỉnh vấn đề cung cấp cho ngành khoa học khác mối quan tâm lớn nhà phân tích hóa học Hiện nay, vấn đề sinh thái nghiêm trọng mà giới phải đối mặt ô nhiễm kim loại nặng đất nông nghiệp Vấn đề hậu tình trạng nhiễm mơi trường, việc chơn lấp rác thải cơng nghiệp việc lạm dụng hóa chất bảo vệ thực vật phân bón hóa học sản xuất nông nghiệp Kết nhiều cơng trình nghiên cứu chứng minh, việc canh tác môi trường đất bị ô nhiễm kim loại dẫn đến hấp thu, tích lũy kim loại nặng nơng sản Vì vậy, nhiễm kim loại nặng nông sản ngày trở thành vấn đề đáng lo ngại nhiều quốc gia giới, có Việt Nam độc tính, tính bền vững khả tích lũy sinh học chúng Sự thâm nhập kim loại nặng từ đất lên trồng điều kiện ô nhiễm trình quan trọng coi đường để kim loại nặng có khả gây độc xâm nhập vào chuỗi thức ăn Do vậy, đánh giá lượng kim loại nặng thâm nhập từ đất vào trồng việc làm cần thiết Trên sở liệu 13 mức độ tích lũy kim loại nặng sinh khối trồng canh tác môi trường đất ô nhiễm mà hóa học phân tích cung cấp, đề xuất giải pháp tạm thời thay loại trồng, điều chỉnh chế độ canh tác, hướng đến giải pháp bền vững giải triệt để tình trạng nhiễm kim loại nặng mơi trường canh tác dựa kết hợp ngành sinh học, nông lâm, môi trường, Do mức độ cấp thiết vấn đề, Việt Nam giới có nhiều cơng trình nghiên cứu tồn kim loại nặng mơi trường đất tích lũy chúng lên trồng Tuy nhiên, hầu hết nghiên cứu quan tâm đến việc xác định hàm lượng kim loại nặng loại trồng đất ô nhiễm kim loại nặng chưa khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến khả hấp thu tích lũy ion kim loại nặng Trong đó, q trình tích lũy kim loại nặng từ đất lên trồng chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố đặc điểm hóa lý đất, chế độ canh tác, loài đặc điểm sinh lý thực vật tương tác, cạnh tranh kim loại nặng trình hấp thụ lên trồng Từ lý trên, luận án “Nghiên cứu phân bố hàm lượng ion kim loại nặng (Cu2+, Pb2+, Zn2+) lên sinh khối số loại rau (cà rốt, khoai tây, bó xơi, xà lách mỡ) trồng đất chuyên canh rau Đà Lạt” thực với mục tiêu nghiên cứu bao gồm: - Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu nhằm giảm thiểu thời gian hóa chất - Đánh giá khả tích lũy đồng, chì kẽm từ đất trồng bị ô nhiễm ion kim loại lên sinh khối loại rau: cà rốt, khoai tây, bó xơi, xà lách mỡ - Đánh giá ảnh hưởng chế độ canh tác bao gồm việc sử dụng vơi, loại phân bón hóa học N, P, K lượng loại phân bón đến khả tích lũy đồng, chì kẽm lên sinh khối loại rau - Đánh giá khả hấp thu cạnh tranh ion Cu2+, Pb2+ Zn2+ tích lũy từ đất trồng lên sinh khối loại rau 14 Để đạt mục tiêu đề ra, nội dung nghiên cứu luận án tập trung vào vấn đề sau: - Thiết kế mơ hình thực nghiệm - Triển khai mơ hình thực nghiệm, ghi nhận phát triển loại rau nghiên cứu đất canh tác gây ô nhiễm ion kim loại Cu2+, Pb2+ Zn2+ mức hàm lượng khác - Thu hoạch xử lý sơ mẫu phân tích - Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu rau sau thu hoạch thông số thiết bị phân tích - Đề xuất quy trình tối ưu xác định hàm lượng đồng, chì, kẽm mẫu nơng sản phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử - Xác định hàm lượng đồng, chì, kẽm mẫu rau sau thu hoạch - Xử lý số liệu - Đánh giá kết nhận Ý nghĩa khoa học luận án Kết luận án góp phần mặt lý luận giải thích mối tương quan hàm lượng kim loại nặng môi trường canh tác hàm lượng kim loại nặng tích lũy sinh khối thực vật Việc làm rõ ảnh hưởng chất kim loại nặng, đặc điểm sinh lý thực vật, chế độ canh tác, cạnh tranh kim loại nặng tồn môi trường đến tích lũy kim loại nặng sinh khối thực vật cung cấp sở cho phép dự báo mức độ tích lũy kim loại nặng từ đất lên trồng Bộ liệu mức độ tích lũy kim loại nặng từ đất ô nhiễm lên trồng, ảnh hưởng yếu tố khác cung cấp sở triển khai hướng nghiên cứu đa ngành – xu khoa học đại Ý nghĩa thực tiễn luận án Quy trình xử lý mẫu sau tối ưu hóa rút ngắn thời gian, tiết kiệm hóa chất cho phép xử lý lượng lớn mẫu thời gian ngắn với hiệu suất thu hồi cao 15 Kết nghiên cứu cho phép đánh giá mức độ hấp thu kim loại nặng thực vật canh tác môi trường ô nhiễm Bộ số liệu nhận cung cấp sở cho ngành khoa học khác cải thiện quy trình canh tác, nghiên cứu biến đổi đặc trưng sinh thái đồng ruộng bị ô nhiễm kim loại nặng, Những đóng góp luận án Xây dựng quy trình tối ưu xử lý mẫu thực vật để phân tích hàm lượng kim loại chúng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử Đánh giá khả tích lũy kim loại Cu, Pb, Zn từ đất trồng chuyên canh rau Đà Lạt lên sinh khối loại rau: cà rốt, khoai tây, bó xơi, xà lách mỡ Đánh giá ảnh hưởng lượng vơi, lượng phân bón N, P, K có mặt kim loại khác đến khả tích lũy Cu, Pb, Zn sinh khối loại rau nghiên cứu trồng đất ô nhiễm kim loại nặng Hướng phát triển luận án Các kết nhận sở phân tích hóa học nguồn liệu quan trọng để triển khai hướng nghiên cứu sinh học di truyền nhằm trả lời câu hỏi liệu nguồn gen có đóng vai trị quan trọng q trình hấp thu tích lũy kim loại nặng khơng hệ tiếp sau, khả có biến đổi, tạo hệ thực vật biến đổi gen có khả thích ứng cao với mơi trường nhiễm hay khơng? … Ngồi ra, kết nghiên cứu mà luận án đạt nguồn liệu quan trọng đóng góp cho ngành sinh học phân tử nhằm giải thích chế tượng, từ nghiên cứu chế kích hoạt khả chống chịu với môi trường ô nhiễm kim loại nặng thực vật 16 Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 KIM LOẠI NẶNG 1.1.1 Định nghĩa Kim loại nặng định nghĩa kim loại có tỷ trọng lớn 5g/cm3 Với phân loại này, kim loại nặng bao gồm nguyên tố chuyển tiếp kim loại có trọng lượng nguyên tử cao nguyên tố từ nhóm III đến nhóm V bảng phân loại hệ thống tuần hoàn Chúng bao gồm: As (d = 5,72), Pt (d = 21,45), Sn (d = 6,99), Cd (d = 8,6), Cr (d = 7,10), Co (d = 8,90), Cu (d = 8,96), Pb (d = 11,34), Hg (d = 13,53), Bi (d = 9,78), Ni (d = 8,91), Fe (d = 7,87), Mn (d = 7,44), Zn (d = 7,10), [170] Trên quan điểm độc học sinh thái dựa chất chúng, kim loại nặng chia thành hai nhóm: - Nhóm kim loại nặng thiết yếu: bao gồm nguyên tố cần thiết cho chức chuyển hóa sinh vật tồn với hàm lượng nhỏ Mn, Co, Cu, Zn, Fe, , chúng gọi nguyên tố vi lượng Tuy nhiên, tồn với hàm lượng cao, kim loại gây độc cho thể sinh vật [86] - Nhóm kim loại nặng độc: kim loại bền, khơng tham gia vào q trình sinh hóa thể có tính tích lũy sinh học (chuyển tiếp chuỗi thức ăn vào thể sinh vật) Các kim loại bao gồm: Hg, Ni, Pb, As, Cd, Pt, Cr, Sn, Khi xâm nhập vào thể sinh vật, chúng gây độc cấp tính mãn tính [87] 1.1.2 Tính chất Các kim loại nặng tác nhân ô nhiễm nguy hiểm môi trường, chuỗi thức ăn người hầu hết kim loại nặng không phân hủy tồn dai dẳng hệ sinh thái Kim loại nặng không độc dạng nguyên tố tự nguy hiểm sinh vật sống dạng cation khả gắn kết với chuỗi cacbon ngắn dẫn đến tích tụ thể sinh vật sau nhiều năm [87] Tính độc hại kim loại nặng thể qua đặc điểm sau: 17 - Một số kim loại nặng bị chuyển từ dạng có độc tính thấp sang dạng có độc tính cao số điều kiện mơi trường - Sự tích tụ sinh học (bioaccumulation) kim loại qua chuỗi thức ăn làm tổn hại hoạt động sinh lý bình thường gây nguy hiểm cho sức khỏe người Khi kim loại nặng tích tụ sinh học lớn đào thải chậm dẫn đến tượng khuếch đại sinh học (biomagnification/bioamplification) [5] - Các kim loại nặng phân hủy sinh học Không giống thuốc trừ sâu hữu cơ, kim loại bị phá vỡ thành thành phần không gây hại Sự tồn lưu chất ô nhiễm kim loại nặng môi trường xếp thứ chất ô nhiễm [5] 1.2 VẤN ĐỀ Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG TRONG MÔI TRƢỜNG ĐẤT 1.2.1 Thực trạng ô nhiễm kim loại nặng môi trƣờng đất Việt Nam Theo thống kê Bộ Tài nguyên Môi trường năm 2014 [35], tổng diện tích đất tự nhiên nước ta 33.096.731 ha, đó, diện tích nhóm đất nơng nghiệp 26.822.953 ha, diện tích nhóm đất phi nơng nghiệp 3.796.871ha diện tích nhóm đất chưa sử dụng 2.476.908 Do hậu giai đoạn công nghiệp hóa, nhiều diện tích đất Việt Nam nhận định nhiễm kim loại nặng Nhiều công trình nghiên cứu tiến hành nhằm khảo sát, đánh giá trạng ô nhiễm kim loại nặng môi trường đất, chẳng hạn như: Khi nghiên cứu chất lượng môi trường đất làng nghề đúc nhôm, đồng xã Đại Đồng, Văn Lâm, Hưng Yên, tác giả Lê Đức Lê Văn Khoa (2001) [11] nhận thấy, hàm lượng kim loại nặng đất cao: trung bình hàm lượng cadmi 1,0 mg/kg; đồng 41,1 mg/kg; chì 39,7 mg/kg; kẽm 100,3 mg/kg Nghiên cứu Phạm Quang Hà (2001) [15] hàm lượng Cd số loại đất Việt Nam cho thấy, hàm lượng Cd đất xám thấp (trung bình khoảng 0,47ppm), đất phù sa (0,82ppm) cao đất đỏ (1,24ppm) Ngược lại, hàm lượng Cd mẫu bùn lại cao (giá trị lớn 60,30ppm) ao thơn có ngành nghề truyền thống đúc đồng, nhôm 18 Năm 2001, phân tích hàm lượng kim loại nặng (đồng, kẽm, chì, thủy ngân, crơm, cadmi) 126 mẫu đất trồng lúa bị ô nhiễm nước tưới từ kênh nước thành phố Hồ Chí Minh, Nguyễn Ngọc Quỳnh cộng [28] đưa nhận định: hàm lượng crơm, chì, thủy ngân, đồng mẫu đất tương đương cao ngưỡng cho phép (TCVN 7209:2002) đất sử dụng cho mục đích nơng nghiệp Đặc biệt, khu vực gần nhà máy khu cơng nghiệp có tích lũy cao cadmi đất với hàm lượng lên đến 9,9 ÷ 10,3 mg/kg, vượt tiêu chuẩn cho phép lần Tác giả Phan Quốc Hưng (2012) [21] khảo sát mức độ ô nhiễm kim loại nặng đất nông nghiệp thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên – địa phương có nghề truyền thống tái chế kim loại màu đưa kết luận: 100% mẫu đất có hàm lượng đồng chì vượt ngưỡng cho phép (hàm lượng tổng số đồng vượt ngưỡng từ 1,5 đến 2,7 lần; hàm lượng Pb tổng số vượt ngưỡng từ 11,9 đến 18,7 lần); 58,3% mẫu có hàm lượng kẽm vượt ngưỡng cho phép, đặc biệt có đến 75% mẫu có hàm lượng chì 1000mg/kg đất khơ Tác giả Lương Thị Thúy Vân (2013) [39] nghiên cứu trạng ô nhiễm Pb As đất khu vực khai thác thiếc xã Hà Thượng (Đại Từ) khai thác chì, kẽm xã Tân Long (Đồng Hỷ), Thái Nguyên đưa nhận định, đất xã Tân Long có chứa hàm lượng cao nguyên tố Pb, Zn Cd đất thuộc xã Hà Thượng tập trung nhiều As Hàm lượng kim loại nặng mẫu đất nghiên cứu cao tiêu chuẩn cho phép đất nông nghiệp nhiều lần Như vậy, từ kết nghiên cứu nhận thấy tình trạng nhiễm kim loại nặng đất nông nghiệp diễn biến ngày phức tạp dân số tăng nhanh, hoạt động sản xuất công nghiệp nông nghiệp không ngừng phát triển Hậu hoạt động môi trường đất trở thành nơi chứa tất loại chất thải, có lượng lớn kim loại nặng 19 1.2.2 Nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng đất Nguồn gốc gây ô nhiễm kim loại nặng đất nông nghiệp từ phong hố đá mẹ q trình hình thành đất hoạt động nhân sinh 1.2.2.1 Nguồn từ q trình phong hóa đá mẹ Sự có mặt kim loại nặng trái đất kết phong hóa tự nhiên vỉa quặng Nguồn phụ thuộc nhiều vào đá mẹ, nhiên, hàm lượng ion kim loại nặng đá thường thấp, chủ yếu nằm vùng trầm tích giàu oxid, quặng loại đá giàu kim loại magma siêu acid Sự phân bố kim loại nặng số khống vật điển hình thể Bảng 1.1 [23] Bảng 1.1 Thành phần kim loại nặng số khống vật điển hình Trạng thái phong hóa Khống vật Dễ bị phong hóa Olivine - Anorthite - Augite - Hornblende Hiện diện Đá macma Thành phần kim loại vết Mn, Co, Ni, Cu, Zn Mn, Cu, Sr Đá siêu bazơ bazơ Mn, Co, Ni, Cu, núi lửa Zn, Pb Phân bố rộng đá Mn, Co, Ni, Cu, Zn macma biến chất - Albite Đá nham thạch trung Cu gian - Biotite Mn, Co, Ni, Cu, Zn - Orthoclase Đá macma acid Cu, Sr - Muscovite Granite, phiến thạch, Cu, Sr thủy tinh Khả ổn định khoáng tăng Magnetite Đá macma đá Cr, Co, Ni, Zn macma biến chất (Nguồn: Lê Văn Khoa, 2004) 20 1.2.2.2 Nguồn từ hoạt động nhân sinh Ngồi nguồn từ q trình phong hóa tự nhiên, có nhiều nguồn khác từ hoạt động nhân sinh đưa kim loại nặng vào đất, bao gồm: hoạt động cơng nghiệp, khai thác khống sản, luyện kim, hoạt động sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi, chất thải từ làng nghề, … Các hoạt động đóng góp chủ yếu vào gia tăng hàm lượng kim loại nặng môi trường - Hoạt động công nghiệp: Với tốc độ phát triển mạnh mẽ q trình cơng nghiệp hóa, lượng kim loại nặng phát thải vào môi trường ngày gia tăng Phế thải từ ngành công nghiệp khai thác than đá, dầu mỏ chứa kim loại chì, cadmi, thủy ngân với hàm lượng cao Nước thải từ khu công nghiệp, đặc biệt ngành công nghiệp thuộc da, nhuộm, chế biến thực phẩm, hóa chất, … có chứa hàm lượng chất gây nhiễm cao, có kim loại nặng Các chất thải thẳng môi trường mà không qua xử lý phát thải lượng lớn kim loại nặng vào môi trường tích lũy đất Ngồi ra, việc đốt nhiên liệu hóa thạch, luyện kim kỹ thuật xử lý khác có sử dụng hóa chất phát thải hàng kim loại nặng vào khí quyển, mang hàng dặm sau lắng thảm thực vật thâm nhập vào đất [63] - Hoạt động nơng nghiệp, chăn ni: Trong q trình sản xuất nông nghiệp, nông dân làm gia tăng đáng kể hàm lượng kim loại nặng đất sử dụng chất hóa học phân bón hóa học, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, … Việc tăng cường sử dụng sản phẩm phát thải lượng lớn kim loại nặng vào đất loại thuốc bảo vệ thực vật thường chứa kim loại nặng chì, cadmi, đồng, …[65] loại phân bón hóa học thường chứa chì, cadmi, crom, niken, … [49] Kết phân tích hàm lượng cadmi, đồng, chì, kẽm loại phân hóa học cho thấy: photphat loại phân hóa học chứa hàm lượng kim loại nặng lớn (cadmi 0,1 ÷ 170mg/kg, đồng ÷ 3000mg/kg, chì ÷ 225mg/kg, kẽm 50 ÷ 1400 mg/kg), phân nitrate chứa cadmi từ 0,05 đến 8,5mg/kg [10] 21 Một số loại thuốc trừ sâu thường sử dụng phổ biến nông nghiệp chứa nồng độ đáng kể kim loại nặng Theo thống kê, khoảng 10% loại thuốc trừ sâu thuốc diệt nấm điều chế dựa hợp chất có chứa Cu, Hg, Mn, Pb, Zn [108] Ngoài ra, tập quán sản xuất, việc sử dụng phân chuồng từ gia súc, gia cầm để tưới cho rau làm tăng hàm lượng kim loại nặng đất loại thức ăn tổng hợp dùng chăn nuôi có chứa nhiều kim loại mangan, sắt, coban, chì, … Kim loại phân xâm nhập vào đất trồng tồn lưu loại nông sản [20] - Chất thải làng nghề: Hiện nay, nước ta, vấn đề ô nhiễm môi trường đất nước xảy nghiêm trọng làng nghề tái chế kim loại Theo nghiên cứu nhà khoa học, hàm lượng kim loại nặng nước thải làng nghề tái chế kim loại cao tiêu chuẩn cho phép thải trực tiếp môi trường mà chưa qua xử lý Theo tác giả Lê Đức cộng (2003) [12] nghiên cứu ô nhiễm làng nghề kim khí Phùng Xá, Thạch Thất, Hà Tây, kết luận: hàm lượng đồng, chì, kẽm nguồn nước thải cao, đặc biệt, chì nước thải cao gấp 100 lần tiêu chuẩn cho phép Theo kết khảo sát Trung tâm Quan trắc – Phân tích tài ngun mơi trường Hà Nội điều tra Chi cục ảo vệ môi trường Hà Nội 40 làng nghề địa bàn thành phố cho thấy, mơi trường nước, khơng khí, đất đai bị nhiễm nặng hóa chất độc hại Nguồn nước ngầm có hàm lượng NH 4+, phenol, ecoli, coliform, kim loại nặng (As, Hg) vượt ngưỡng cho phép nhiều lần Hầu hết ao, hồ, kênh mương thủy lợi bị nhiễm độc NH 4+, NO2-¸ PO43-, thủy ngân, phenol, dầu mỡ, coliform; môi trường đất bị nhiễm kim loại nặng đồng, kẽm, … [18] - Ơ nhiễm hoạt động khai thác khống sản: Q trình khai thác khống sản gây nhiễm suy thối mơi trường đất mức độ nghiêm trọng thực tế đáng báo động Các dạng ô nhiễm môi 22 Bảng Hàm lượng đồng sinh khối loại rau ăn trồng đất ô nhiễm đồng kẽm Hàm lượng Hàm lượng đồng đất kẽm đất Hàm lượng đồng sinh khối (mg/kg tươi) Bó xơi Xà lách (mg/kg khô) (mg/kg khô) Thân + Rễ Thân + Rễ 100 3,1 ± 0,4 5,3 ± 0,6 2,7 ± 0,3 3,3 ± 0,4 100 100 6,3 ± 0,7 10,2 ± 0,9 5,2 ± 0,4 6,2 ± 0,5 200 100 7,5 ± 0,7 13,9 ± 1,1 7,4 ± 0,8 8,1 ± 0,7 300 100 9,6 ± 0,8 15,7 ± 1,3 8,9 ± 0,8 9,6 ± 0,8 400 100 10,9 ± 0,9 17,3 ± 1,6 9,7 ± 0,8 10,3 ± 0,9 500 100 12,7 ± 1,1 19,6 ± 2,0 11,2 ± 1,0 12,7 ± 1,1 Bảng Hàm lượng đồng sinh khối loại rau ăn củ trồng đất ô nhiễm đồng kẽm Hàm lượng đồng đất (mg/kg khô) Hàm lượng kẽm đất (mg/kg khô) Hàm lượng đồng sinh khối (mg/kg tươi) Thân + Rễ Thân + Rễ 100 4,2 ± 0,4 1,9 ± 0,2 3,2 ± 0,3 2,1 ± 0,2 100 100 6,8 ± 0,7 3,5 ± 0,4 8,3 ± 0,9 3,8 ± 0,4 200 100 7,9 ± 0,7 4,7 ± 0,4 10,1 ± 0,9 5,2 ± 0,6 300 100 8,5 ± 0,8 5,9 ± 0,6 13,6 ± 1,1 7,4 ± 0,6 400 100 9,7 ± 1,0 7,3 ± 0,6 15,2 ± 1,4 8,9 ± 0,8 500 100 10,9 ± 1,0 9,2 ± 0,9 17,1 ± 1,5 10,2 ± 1,1 Cà rốt 183 Khoai tây Bảng Hàm lượng chì sinh khối loại rau ăn trồng đất nhiễm chì kẽm Hàm lượng chì Hàm lượng Hàm lượng chì sinh khối (mg/kg tươi) đất kẽm đất (mg/kg khô) (mg/kg khô) Thân + Rễ Thân + Rễ 100 0,18 ± 0,02 0,25 ± 0,03 0,11 ± 0,01 0,27 ± 0,03 100 100 0,29 ± 0,03 0,58 ± 0,05 0,18 ± 0,02 0,45 ± 0,04 200 100 0,38 ± 0,04 0,83 ± 0,09 0,25 ± 0,02 0,78 ± 0,08 300 100 0,54 ± 0,06 1,25 ± 0,10 0,47 ± 0,05 0,86 ± 0,09 400 100 0,72 ± 0,06 1,96 ± 0,18 0,63 ± 0,05 1,28 ± 0,11 500 100 0,87 ± 0,07 2,35 ± 0,21 0,79 ± 0,08 1,95 ± 0,17 Bó xơi Xà lách Bảng Hàm lượng chì sinh khối loại rau ăn củ trồng đất nhiễm chì kẽm Hàm lượng chì đất (mg/kg khơ) Hàm lượng kẽm đất (mg/kg khơ) Hàm lượng chì sinh khối (mg/kg tươi) Thân + Rễ Thân + Rễ 100 0,09 ± 0,01 0,37 ± 0,04 0,13 ± 0,01 0,39 ± 0,04 100, 100 0,13 ± 0,01 0,78 ± 0,08 0,21 ± 0,02 0,85 ± 0,07 200 100 0,54 ± 0,06 1,52 ± 0,13 0,35 ± 0,04 1,33 ± 0,12 300 100 0,98 ± 0,09 2,31 ± 0,21 1,17 ± 0,09 2,37 ± 0,21 400 100 1,53 ± 0,12 3,69 ± 0,35 1,43 ± 0,12 3,28 ± 0,30 500 100 1,92 ± 0,18 4,52 ± 0,41 1,82 ± 0,17 4,05 ± 0,39 Cà rốt 184 Khoai tây Bảng Hàm lượng đồng sinh khối loại rau ăn trồng đất ô nhiễm đồng chì Hàm lượng Hàm lượng chì Hàm lượng đồng sinh khối (mg/kg tươi) đồng đất đất (mg/kg khô) (mg/kg khô) Thân + Rễ Thân + Rễ 100 2,8 ± 0,3 4,3 ± 0,5 2,0 ± 0,2 2,3 ± 0,2 100 100 3,7 ± 0,4 5,7 ± 0,5 3,3 ± 0,3 4,5 ± 0,4 200 100 4,5 ± 0,4 8,2 ± 0,7 3,9 ± 0,3 5,7 ± 0,6 300 100 6,3 ± 0,5 10,1 ± 0,8 5,1 ± 0,4 6,2 ± 0,5 400 100 7,7 ± 0,6 12,7 ± 0,9 5,9 ± 0,6 7,3 ± 0,8 500 100 8,5 ± 0,9 14,0 ± 1,1 6,7 ± 0,7 8,4 ± 0,8 Bó xơi Xà lách Bảng 10 Hàm lượng đồng sinh khối loại rau ăn củ trồng đất ô nhiễm đồng chì Hàm lượng đồng đất (mg/kg khơ) Hàm lượng chì đất (mg/kg khơ) Hàm lượng đồng sinh khối (mg/kg tươi) Thân + Rễ Thân + Rễ 100 3,5 ± 0,4 1,5 ± 0,2 3,8 ± 0,4 1,9 ± 0,2 100, 100 4,6 ± 0,4 1,9 ± 0,2 5,6 ± 0,5 2,3 ± 0,2 200 100 5,1 ± 0,6 2,8 ± 0,3 7,1± 0,6 2,7 ± 0,2 300 100 6,3 ± 0,5 3,7 ± 0,3 8,5 ± 0,8 3,6 ± 0,3 400 100 7,5 ± 0,7 4,2 ± 0,4 9,3 ± 0,7 4,5 ± 0,4 500 100 8,9 ± 0,8 4,8 ± 0,4 10,2 ± 0,8 5,2 ± 0,5 Cà rốt 185 Khoai tây Bảng 11 Hàm lượng kẽm sinh khối loại rau ăn trồng đất nhiễm kẽm chì Hàm lượng Hàm lượng chì Hàm lượng kẽm sinh khối (mg/kg tươi) kẽm đất đất (mg/kg khô) (mg/kg khô) Thân + Rễ Thân + Rễ 100 6,7 ± 0,7 5,1 ± 0,4 4,8 ± 0,5 4,0 ± 0,5 100 100 8,2 ± 0,7 7,3 ± 0,6 7,9 ± 0,6 6,9 ± 0,6 200 100 11,7 ± 0,8 12,8 ± 0,9 9,3 ± 0,8 7,3 ± 0,6 300 100 15,9 ± 1,2 11,3 ± 0,8 13,1 ± 1,1 10,8 ± 0,8 400 100 22,3 ± 1,8 18,5 ± 1,5 27,4 ± 2,4 17,1 ± 1,5 500 100 27,2 ± 2,1 21,6 ± 1,8 33,9 ± 2,9 21,0 ± 1,7 Bó xơi Xà lách Bảng 12 Hàm lượng kẽm sinh khối loại rau ăn củ trồng đất nhiễm kẽm chì Hàm lượng kẽm đất (mg/kg khơ) Hàm lượng chì đất (mg/kg khô) Hàm lượng kẽm sinh khối (mg/kg tươi) Thân + Rễ Thân + Rễ 100 6,8 ± 0,5 3,2 ± 0,4 6,1 ± 0,7 2,5 ± 0,2 100, 100 7,0 ± 0,6 4,1 ± 0,4 7,5 ± 0,7 3,3 ± 0,3 200 100 9,8 ± 0,8 6,2 ± 0,5 7,9 ± 0,6 4,9 ± 0,5 300 100 16,3 ± 1,3 13,7 ± 1,1 8,2 ± 0,7 6,2 ± 0,5 400 100 18,9 ± 1,6 14,5 ± 1,2 13,7 ± 1,1 8,8 ± 0,7 500 100 24,5 ± 2,3 18,1 ± 1,5 19,6 ± 1,6 13,7 ± 1,0 Cà rốt 186 Khoai tây Phụ lục CÁC HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH TRIỂN KHAI THỰC NGHIỆM CHUẨN BỊ KHU VỰC THỰC NGHIỆM Rây đất hong khô khơng khí Chuẩn bị thùng xốp Khu vực thực nghiệm 187 QUÁ TRÌNH TĂNG TRƢỞNG CỦA CÁC LOẠI RAU Xà lách sau trồng ngày Xà lách sau trồng 15 ngày Xà lách sau trồng 20 ngày Xà lách sau trồng 30 ngày 188 Xà lách sau trồng 35 ngày Xà lách sau trồng 45 ngày ó xơi sau trồng ngày ó xơi sau trồng 10 ngày ó xơi sau trồng 20 ngày ó xơi sau trồng 25 ngày 189 ó xơi sau trồng 35 ngày ó xơi sau trồng 45 ngày Cà rốt sau gieo ngày Cà rốt sau gieo 15 ngày Cà rốt sau gieo 25 ngày Cà rốt sau gieo 45 ngày 190 Cà rốt sau gieo 65 ngày Cà rốt sau gieo 85 ngày Cà rốt sau gieo 95 ngày Cà rốt thu hoạch 191 Khoai tây sau trồng 35 ngày Khoai tây sau trồng 45 ngày Khoai tây sau trồng 65 ngày Khoai tây sau trồng 85 ngày Khoai tây sau trồng 95 ngày Khoai tây thu hoạch 192 TOÀN CẢNH KHU VỰC THỰC NGHIỆM 193 194 XỬ LÝ MẪU PHÂN TÍCH Lá cà rốt tươi Lá cà rốt sau sấy khô Lá cà rốt tươi Lá cà rốt sau sấy khô Lá cà rốt sau xay Củ cà rốt sau xay 195 Sấy xà lách 70oC Lá xà lách tươi Rễ xà lách Lá xà lách sau sấy 196 Mẫu sau nung Lò nung mẫu Lọc định mức mẫu sau nung Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử 197