0818 nghiên cứu sự phân bố hàm lượng của các ion kim loại nặng (cu2pb2zn2)lên sinh khối một số loại rau (cà rốtkhoai tâybó xôixà lách mỡ

MỞĐẦU
Với nhiệm vụ xác định thành phần, hàm lượng, tính chất và cấu trúc của
mọiđốitượngvậtchất,hóaphântíchđóngvaitrịlàngànhkhoahọccơsởchorấtnhiều ngành khoa học khác
nhau, bao gồm: hóa học, sinh học, địa chất học, mơitrường, y học, … Cùng với sự
phát triển của khoa học kỹ thuật, hóa học phân tíchngày càng khẳng định được vị
trí

của

mình

đối

với

sự

phát

triển

của

khoa

học,

cơngnghệ,sảnxuấtvàđờisốngxãhội.Đặcbiệt,tronggiaiđoạnhiệnnay,khicácvấn
đềkhoahọcmớiđặtraucầusựliênkếtcácngànhkhoahọcvớinhauđểgiảiquyết thì hóa học phân tích khơng
thể tách rời mối quan hệ ấy. Với chức năng củamình, hóa học phân tích hồn tồn
có khả năng cung cấp một nguồn dữ liệu đángtin cây, tạo nền tảng cho các ngành

khoa học khác nghiên cứu và giải quyết các vấnđềmangtínhđangành.Vìvậy,hồnthiệncácphương
pháp

phân

tích

và

sử

dụnghóaph ân tí c h n h ư m ộ t c ô ng c ụ để tạ o b ộ d ữ li ệ u h o à n c h ỉ n h v ề m ộ t v ấn đ ề m
ớ i cungcấpchocácngànhkhoahọckhácvẫnđanglàmốiquantâmlớncủacácnhàphântíchhóahọc.
Hiện nay, một trong những vấn đề sinh thái nghiêm trọng mà thế giới
đangphải đối mặt là sự ô nhiễm kim loại nặng trong đất nông nghiệp. Vấn đề này
là hậuquả của tình trạng ơ nhiễm mơi trường, việc chơn lấp rác thải cơng nghiệp
và việclạm dụng hóa chất bảo vệ thực vật cũng như phân bón hóa học trong sản
xuất nơngnghiệp.Kếtquảcủanhiềucơngtrìnhnghiêncứuđãchứngminh,việccanhtáctrênmơi trường đất bị ơ
nhiễm kim loại sẽ dẫn đến sự hấp thu, tích lũy kim loại nặngtrên nơng sản. Vì vậy,
ơ

nhiễm

kim

loại

nặng

trong

nơng

sản

đang

ngày

càng

trởthànhv ấn đề đ á n g l o n g ạ i đ ố i v ới n h i ề u q u ố c g i a t r ê n t h ế g i ớ i , tr o n g đ ó c ó
V i ệ t Nambởiđộctính,tínhbềnvữngvàkhảnăngtíchlũysinhhọccủachúng.Sựthâmnhập của các kim loại nặng
từ đất lên cây trồng trong điều kiện ô nhiễm là một quátrình quan trọng do đây
được coi là con đường chính để các kim loại nặng có khảnăng gây độc xâm nhập
vào

chuỗi

thức

ăn.

Do

vậy,

đánh

giá

lượng

kim

loại

nặngthâmnhậptừđấtvàocâytrồnglàviệclàmhếtsứccầnthiết.Trêncơsởbộdữliệu

1


về mức độ tích lũy kim loại nặng trong sinh khối cây trồng khi canh tác trên
mơitrườngđấtơnhiễmmàhóahọcphântíchcungcấp,cóthểđềxuấtcácgiảiphá
ptạmthờinhưthaythếloạicâytrồng,điềuchỉnhchếđộcanhtác,..vàhướngđếngiải pháp bền vững là giải quyết
triệt để tình trạng ơ nhiễm kim loại nặng trong môitrườngcanhtác dựatrên sự kết hợp
giữacác ngành sinh học,n ô n g l â m , m ô i trường,...
Do mức độ cấp thiết của vấn đề, ở Việt Nam cũng như trên thế giới đã
cónhiều cơng trình nghiên cứu về sự tồn tại của các kim loại nặng trong mơi
trườngđất và sự tích lũy của chúng lên cây trồng. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên
cứu đềuquan tâm đến việc xác định hàm lượng kim loại nặng trong các loại cây
được trồngtrên nền đất ô nhiễm kim loại nặng nhưng chưa khảo sát các yếu tố ảnh
hưởng đếnkhả năng hấp thu và tích lũy ion kim loại nặng trong cây. Trong khi đó,
q trìnhtích lũy các kim loại nặng từ đất lên cây trồng chịu ảnh hưởng của rất
nhiều yếu tốnhư đặc điểm cơ hóa lý của nền đất, chế độ canh tác, loài và đặc điểm
sinh lý thựcvật cũng như sự tương tác, cạnh tranh giữa các kim loại nặng trong
quá trình hấpthụlêncâytrồng.
Từ các lý do trên, luận án “Nghiên cứu sự phân bố hàm lượng của các
ionkim loại nặng (Cu2+, Pb2+, Zn2+) lên sinh khối một số loại rau (cà rốt, khoai tây,
bóxơi, xà lách mỡ) được trồng trên nền đất chuyên canh rau Đà Lạt” được thực

hiệnvớimụctiêunghiêncứubaogồm:
-

Tốiưuhóaquytrìnhxửlýmẫunhằmgiảmthiểuthờigian vàhóachất.

-

Đánh giá khả năng tích lũy đồng, chì và kẽm từ đất trồng bị ơ nhiễm

cácionkimloạinàylênsinhkhốicácloạirau:càrốt,khoaitây,bóxơi,xàláchmỡ.
-

Đánh giá ảnh hưởng của chế độ canh tác bao gồm việc sử dụng vơi,

cácloại phân bón hóa học N, P, K và lượng của các loại phân bón này đến khả
năngtíchlũyđồng,chìvàkẽmlênsinhkhốicácloạirautrên.
-

Đánh giá khả năng hấp thu cạnh tranh giữa các ion Cu 2+, Pb2+và

Zn2+khitíchlũytừđấttrồnglênsinhkhốicácloạirautrên.


Để đạt được các mục tiêu đã đề ra,nội dung nghiên cứu của luận
ántậptrungvàocácvấnđềsau:
-

Thiếtkếmơ hìnhthực nghiệm.

-

Triển khai mơ hình thực nghiệm, ghi nhận sự phát triển của các loại

raunghiên cứu trên nền đất canh tác được gây ô nhiễm các ion kim loại Cu 2+,
Pb2+vàZn2+ởcácmứchàm lượngkhácnhau.
-

Thuhoạchvàxửlýsơbộmẫuphântích.

-

Tối ưu hóa quy trình xử lý mẫu rau sau thu hoạch và các thông số

củathiếtbịphântích.
-

Đề xuất quy trình tối ưu xác định hàm lượng đồng, chì, kẽm trong

cácmẫunơngsảnbằngphươngphápquangphổ hấpthụnguntử.
-

Xácđịnhhàmlượng đồng,chì,kẽm trongcác mẫurausauthu hoạch.

-

Xửlýsốliệu.

-

Đánhgiákếtquảnhận được.

Ýnghĩakhoahọccủaluậnán
Kết quả của luận án sẽ góp phần về mặt lý luận giải thích mối tương
quangiữa hàm lượng kim loại nặng trong mơi trường canh tác và hàm lượng kim
loạinặngtíchlũytrongsinhkhốithực vật.
Việclàm r õ ả n h hưởng của bả n chất k im loạinặng, đ ặc đ i ể m s in h lýthực
vật,chếđộcanhtác,sựcạnhtranhgiữacáckimloạinặngkhicùngtồntạitrongmơi trường đến sự tích lũy kim loại
nặng trong sinh khối thực vật sẽ cung cấp cơ sởchophépdựbáomức
độtíchlũykimloạinặngtừđấtlêncâytrồng.
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 cứuđangành–xu
thếmớicủakhoahọc hiện đại.
Ýnghĩathựctiễncủaluậnán
Quy trình xử lý mẫu sau khi tối ưu hóa sẽ rút ngắn được thời gian, tiết
kiệmhóa chất cho phép xử lý một lượng lớn mẫu trong thời gian ngắn với hiệu suất
thuhồicao.


Kết quả nghiên cứu sẽ cho phép đánh giáđược mức độ hấp thuk i m
l o ạ i nặngởthựcvậtkhiđượccanhtáctrênmơitrườngơnhiễm.Bộsốliệunhậnđư
ợccóthểcungcấpcơsởchocácngànhkhoahọckhácnhưcảithiệnquytrìnhcanhtác, nghiên cứu sự biến đổi các
đặc trưng sinh thái đồng ruộng khi bị ơ nhiễm kimloạinặng,...
Nhữngđónggópmớicủaluận án
Xây dựng được quy trình tối ưu xử lý mẫu thực vật để phân tích hàm
lượngkimloạitrongchúng bằngphương pháp quangphổ hấp thụ nguyên tử.
Đánh giá được khả năng tích lũy các kim loại Cu, Pb, Zn từ đất trồng
chuncanhrau ĐàLạtlênsinhkhốicác loạirau: càrốt,khoai tây,bóxơi,xàláchmỡ.
Đánh giá được ảnh hưởng của lượng vơi, lượng phân bón N, P, K cũng
nhưsựcómặtcủakimloạik hác đếnkhảnăngtíchlũyC u, Pb,Zn trênsinhkhối c
ácloạiraunghiêncứukhitrồngtrên đấtơnhiễm kimloạinặng.

Hướngpháttriểncủa luậnán
Các kết quả nhận được trên cơ sở phân tích về hóa học sẽ là nguồn dữ
liệuquan trọng để có thể triển khai hướng nghiên cứu về sinh học di truyền nhằm
trả lờiđược câu hỏi liệu nguồn gen có đóng vai trị quan trọng trong q trình hấp thu
vàtíchlũykimloạinặngkhơngvàởthếhệtiếpsau,khảnăngnàycóbiếnđổi,chúngta có
thểtạoramộtthếhệthựcvậtbiếnđổigencókhảnăngthíchứngcaovớimơitrường ơ nhiễm hay khơng? … Ngồi
ra, kết quả nghiên cứu mà luận án đạt đượccũng là nguồn dữ liệu quan trọng đóng
góp cho ngành sinh học phân tử nhằm giảithích được cơ chế của hiện tượng, từ đó
nghiên

cứu

cơ

chế

kích

năngchốngchịuvớimơitrườngơnhiễmkimloạinặngcủathực vật.

hoạt

khả


Chƣơng1.TỔNGQUAN
1.1.

KIMLOẠINẶNG

1.1.1. Địnhnghĩa
Kim loại nặng được định nghĩa là các kim loại có tỷ trọng lớn hơn
5g/cm3.Với sự phân loại này, kim loại nặng bao gồm các nguyên tố chuyển tiếp và
các kimloại có trọng lượng nguyên tử cao hơn của các nguyên tố từ nhóm III đến
nhóm Vtrong 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 về độc học sinh thái và dựa trên bản chất của chúng, các
kimloạinặngđược chia thành hai nhóm:
-

Nhómkim loại nặng thiết yếu:b a o

gồm

các

nguyên

tố

c ầ n t h i ế t c h o chức năng chuyển hóa của sinh vật khi tồn tại với hàm lượng
nhỏ như Mn, Co, Cu,Zn, Fe, ..., chúng được gọi là các nguyên tố vi lượng. Tuy
nhiên, khi tồn tại với hàmlượngcao,cáckimloạinàysẽgâyđộcchocơ thểsinhvật[86].
-

Nhóm kim loại nặng độc:là các kim loại bền, khơng tham gia vào

qtrình sinh hóa trong cơ thể và có tính tích lũy sinh học (chuyển tiếp trong chuỗi

thứcăn và đi vào cơ thể sinh vật). Các kim loại này bao gồm: Hg, Ni, Pb, As, Cd, Pt, Cr,Sn,...Khi
xâmnhậpvàocơthểsinhvật,chúnggâyđộccấptínhvà mãntính[87].
1.1.2. Tínhchất
Các kim loại nặng là tác nhân ô nhiễm nguy hiểm đối với môi trường,
chuỗithức ăn và con người do hầu hết các kim loại nặng không phân hủy và tồn tại
daidẳng trong hệ sinh thái. Kim loại nặng không độc khi ở dạng nguyên tố tự do
nhưngnguyh i ể m đ ố i v ớ i s i n h v ậ t s ố n g k h i ở d ạ n g c a t i o n d o k h ả n ă n g g ắ n k ế t v
ớ i c á c chuỗi cacbon ngắn dẫn đến sự tích tụ trong cơ thể sinh vật sau nhiều năm [87].
Tínhđộchạicủacáckimloạinặngđược thểhiệnquacácđặc điểmsau:


-

Một số kim loại nặng có thể bị chuyển từ dạng có độc tính thấp sang dạng

cóđộctínhcaohơntrongmộtsốđiềukiệnmơitrường.
-

Sự tích tụ sinh học (bioaccumulation) của các kim loại qua chuỗi thức ăn

cóthể làm tổn hại các hoạt động sinh lý bình thường và gây nguy hiểm cho sức
khỏecủa con người. Khi kim loại nặng tích tụ sinh học lớn nhưng đào thải chậm sẽ
dẫnđếnhiệntượngkhuếchđạisinhhọc(biomagnification/bioamplification)[5].
-

Các kim loại nặng không thể phân hủy sinh học. Khơng giống như các

thuốctrừsâuhữucơ,kimloạikhơngthểbịphávỡthànhcácthànhphầnkhơnggâyhạ
i.Sựtồnlưucủacácchấtơnhiễmkimloạinặngtrongmơitrườngđượcxếpthứnhấttrongcác chấtơnhiễm[5].
1.2.

VẤNĐỀƠNHIỄMKIMLOẠINẶNGTRONGMƠITRƢỜNGĐẤT

1.2.1. ThựctrạngơnhiễmkimloạinặngtrongmơitrƣờngđấttạiViệtNam
Theo thống kê của Bộ Tài ngun và Mơi trường năm 2014 [35], tổng
diệntích đất tự nhiên của nước ta là 33.096.731 ha, trong đó, diện tích nhóm đất
nơngnghiệp là 26.822.953 ha, diện tích nhóm đất phi nơng nghiệp là 3.796.871ha
và diệntíchnhómđấtchưasửdụnglà2.476.908ha.Dohậuquảcủagiaiđoạncơngnghiệphóa, nhiều diện tích đất ở
Việt

Nam

đã

được

nhận

định

là

nhiễm

kim

loại

nặng.Nhiềucơngtrìnhnghiêncứuđãđượctiếnhànhnhằmkhảosát,đánhgiáhiệntrạn
gơnhiễmkimloạinặng trongmơitrườngđất, chẳnghạnnhư:

Khinghiêncứuvềchấtlượngmơitrườngđấttạilàngnghềđúcnhơm,đồngởxã
ĐạiĐồng,VănLâm,Hưngn,cáctácgiảLêĐứcvàLêVănKhoa(2001)
[11] nhận thấy, hàm lượng kim loại nặng trong đất khá cao: trung bình hàm
lượngcadmi1,0 mg/kg;đồng 41,1 mg/kg;chì39,7 mg/kg;kẽm100,3mg/kg.
Nghiên cứu của Phạm Quang Hà (2001) [15] về hàm lượng Cd trong một
sốloại đất ở Việt Nam cho thấy, hàm lượng Cd trong đất xám là thấp nhất (trung
bìnhkhoảng0,47ppm),tiếptheolàđấtphùsa(0,82ppm)vàcaonhấtlàđấtđ ỏ (1,24ppm).
Ngược lại, hàm lượng Cd trong các mẫu bùn lại rất cao (giá trị lớn
nhấtlà60,30ppm)tạiao củacácthơncóngànhnghềtruyềnthốngnhưđúcđồng,nhơm.


Năm 2001, khi phân tích hàm lượng 6 kim loại nặng (đồng, kẽm, chì,
thủyngân, crơm, cadmi) trong 126 mẫu đất trồng lúa bị ơ nhiễm bởi nước tưới từ
cáckênhthốtnướccủathànhphốHồChíMinh,NguyễnNgọcQuỳnhvàcáccộngsự
[28] đã đưa ra nhận định: hàm lượng crơm, chì, thủy ngân, đồng trong các mẫu
đấtđều tương đương hoặc cao hơn ngưỡng cho phép (TCVN 7209:2002) đối với
đất sửdụng cho mục đích nông nghiệp. Đặc biệt, các khu vực gần nhà máy và khu
cơngnghiệp đều có sự tích lũy cao cadmi trong đất với hàm lượng lên đến 9,9 ÷
10,3mg/kg,vượtquátiêuchuẩnchophép5lần.
Tác giả Phan Quốc Hưng (2012) [21] khi khảo sát mức độ ô nhiễm kim
loạinặng trong đất nông nghiệp tại thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm,
tỉnhHưng Yên – địa phương có nghề truyền thống tái chế kim loại màu đã đưa ra
kếtluận: 100% các mẫu đất có hàm lượng đồng và chì vượt quá ngưỡng cho phép
(hàmlượng tổng số của đồng vượt ngưỡng từ 1,5 đến 2,7 lần; hàm lượng Pb tổng số
vượtngưỡngt ừ 1 1 , 9 đ ế n 1 8 , 7 l ầ n ) ; 5 8 , 3 % m ẫ u c ó h à m l ư ợ n g k ẽ m v ư ợ t n g ư
ỡ n g c h o phép,đặc biệtcóđến75%mẫucóhàmlượngchìtrên1000mg/kgđấtkhơ.
Tác giả Lương Thị Thúy Vân (2013) [39] khi nghiên cứu về hiện trạng
ônhiễm Pb và As trong đất tại khu vực khai thác thiếc ở xã Hà Thượng (Đại Từ)
vàkhai thác chì, kẽm tại xã Tân Long (Đồng Hỷ), Thái Nguyên đã đưa ra nhận
định,đất tại xã Tân Long có chứa hàm lượng cao các nguyên tố Pb, Zn và Cd trong

khiđất thuộc xã Hà Thượng tập trung nhiều As. Hàm lượng kim loại nặng trong
cácmẫu đất nghiên cứu đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép trong đất nông nghiệp
nhiềulần.
Như vậy, từ kết quả của các nghiên cứu trên có thể nhận thấy tình trạng
ơnhiễm kim loại nặng trong đất nông nghiệp đang diễn biến ngày càng phức tạp
dodân số tăng nhanh, các hoạt động sản xuất công nghiệp và nông nghiệp
khôngngừng phát triển. Hậu quả của các hoạt động trên là môi trường đất đã trở
thànhnơichứatấtcảcácloạichấtthải, trong đócómộtlượnglớncáckimloạinặng.


1.2.2. Ngunnhângânhiễmkimloạinặngtrongđất
Nguồn gốc chính gây ơ nhiễm kim loại nặng trong đất nơng nghiệp là từ
sựphonghốđámẹtrong qtrìnhhìnhthànhđấtvàcáchoạtđộng nhânsinh.
1.2.2.1. Nguồntừqtrìnhphonghóa đámẹ
Sự có mặt của các kim loại nặng trên trái đất là kết quả của sự phong hóa
tựnhiên các vỉa quặng. Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ, tuy nhiên, hàm
lượngcác ion kim loại nặng trong đá thường rất thấp, chủ yếu nằm trong các vùng
trầmtích giàu oxid, quặng và các loại đá giàu kim loại như magma siêu acid. Sự
phân bốcủa các kim loại nặng trong một số khoáng vật điển hình được thể hiện
trong Bảng1.1[23].
Bảng1.1.Thành phần kimloạinặngtrongmộtsốkhốngvậtđiểnhình
Trạngthái
phonghóa
Dễbịphonghóa

Khốngvật
Olivine

-

Anorthite

-

Augite

-

Hornblende

Thànhphần kim

Hiệndiện

loạivết

Đámacma

Mn,Co,Ni,Cu,Zn
Mn,Cu,Sr

Đásiêubazơvàbazơ

Mn,Co,Ni,Cu,

núilửa

Zn,Pb

Phânbốrộngtrongđá

Mn,Co,Ni,Cu,Zn

macmavàbiếnchất
-

Albite

Đánhamthạchtrung

Cu

gian
-

Biotite

Mn,Co,Ni,Cu,Zn

-

Orthoclase

Đámacmaacid

Cu,Sr

-

Muscovite

Granite,phiếnthạch,

Cu,Sr

thủytinh
Khảnăngổnđịnh
khốngtăng

Magnetite

Đámacmavàđá

Cr,Co,Ni,Zn

macmabiếnchất
(Nguồn:LêVănKhoa, 2004)


1.2.2.2. Nguồntừhoạtđộngnhânsinh
Ngồi nguồn từ q trình phong hóa tự nhiên, có nhiều nguồn khác nhau
từcác hoạt động nhân sinh đưa các kim loại nặng vào đất, bao gồm: hoạt động
côngnghiệp, khai thác khoáng sản, luyện kim, hoạt động sản xuất nông nghiệp,
chănnuôi, chất thải từ các làng nghề, … Các hoạt động này đóng góp chủ yếu vào
sự giatănghàmlượngkimloạinặngtrongmơitrường.
-

Hoạtđộng cơngnghiệp:

Với tốc độ phát triển mạnh mẽ của q trình cơng nghiệp hóa, lượng kim

loạinặngphátthảivàomơitrườngngàycànggiatăng.Phếthảitừcácngànhcơngnghiệp khai thác than đá, dầu mỏ
chứa các kim loại chì, cadmi, thủy ngân với hàmlượng rất cao. Nước thải từ các
khu công nghiệp, đặc biệt là các ngành cơng nghiệpthuộc da, nhuộm, chế biến thực
phẩm, hóa chất, … có chứa hàm lượng các chất gâ nhiễm cao, trong đó có các
kim

loại

nặng.

Các

chất

này

khi

thải

thẳng

ra

mơitrườngm à k h ơ n g q u a x ử l ý đ ã p h á t t h ả i m ộ t l ư ợ n g l ớ n k i m l o ạ i n ặ n g
v à o m ơ i trườngvàtíchlũytrongđất.
Ngồi ra, việc đốt các nhiên liệu hóa thạch, luyện kim và các kỹ thuật xử
lýkhác có sử dụng hóa chất đã phát thải hàng tấn các kim loại nặng vào khí
quyển,mangđihàngdặmvàsaucùnglắngtrênthảmthực vậtvà thâmnhập vào đất[63].
-

Hoạtđộng nơngnghiệp,chănni:

Trong q trình sản xuất nơng nghiệp, nơng dân đã làm gia tăng đáng kể
hàmlượngcáckimloạinặngtrongđấtdosửdụngcácchấthóahọcnhưphânbónhóahọc, thuốc trừ sâu, thuốc diệt
cỏ, … Việc tăng cường sử dụng các sản phẩm này đãphát thải một lượng lớn các
kim loại nặng vào đất do các loại thuốc bảo vệ thực vậtthường chứa các kim loại
nặng

như

chì,

cadmi,

đồng,

…[65]

trong

khi

các

loại

phânbónhóahọcthườngchứachì,cadmi,crom,niken,…[49].
Kết quả phân tích hàm lượng cadmi, đồng, chì, kẽm trong các loại phân
hóahọc cho thấy: photphat là loại phân hóa học chứa hàm lượng kim loại nặng lớn

nhất(cadmi 0,1 ÷ 170mg/kg, đồng 1 ÷ 3000mg/kg, chì 7 ÷ 225mg/kg, kẽm 50 ÷
1400mg/kg),phânnitratechứacadmitừ 0,05đến8,5mg/kg [10].


Một số loại thuốc trừ sâu thường được sử dụng phổ biến trong nông
nghiệpchứa nồng độ đáng kể các kim loại nặng. Theo thống kê, khoảng 10% các
loại thuốctrừsâuvàthuốcdiệtnấmđượcđiềuchếdựatrêncáchợpchấtcóchứaCu,Hg,Mn,Pb,Zn [108].
Ngồi ra, do tập quán sản xuất, việc sử dụng phân chuồng từ gia súc, gia
cầmđểtướichoraucũnglàmtănghàmlượngcáckimloạinặngtrongđấtdocácloạithức ăn tổng hợp dùng trong
chăn ni có chứa nhiều kim loại như mangan, sắt,coban, chì, … Kim loại trong
phân sẽ xâm nhập vào đất trồng và tồn lưu trong cácloạinôngsản[20].
-

Chấtthải làngnghề:

Hiện nay, ở nước ta, vấn đề ô nhiễm môi trường đất và nước xảy ra
rấtnghiêm trọng tại các làng nghề tái chế kim loại. Theo nghiên cứu của các nhà
khoahọc, hàm lượng kim loại nặng trong nước thải tại các làng nghề tái chế kim
loại đềucaohơntiêuchuẩnchophépvàđềuthảitrựctiếpramôitrường màchưaquaxửlý.
Theo tác giả Lê Đức và cộng sự (2003) [12] khi nghiên cứu về ô nhiễm
ởlàng nghề cơ kim khí Phùng Xá, Thạch Thất, Hà Tây, đã kết luận: hàm lượng
đồng,chì, kẽm trong nguồnnước thải rất cao, đặcb i ệ t , c h ì t r o n g n ư ớ c
t h ả i c a o g ấ p 1 0 0 lầntiêuchuẩnchophép.
Theo kết quả khảo sát của Trung tâm Quan trắc – Phân tích tài ngun
mơitrường Hà Nội và điều tra của Chi cụcả o v ệ m ô i t r ư ờ n g H à N ộ i
t ạ i h ơ n 4 0 l à n g nghề trên địa bàn thành phố cho thấy, môi trường nước,
không khí, đất đai bị ơnhiễm nặng bởi các hóa chất độc hại. Nguồn nước ngầm có
hàm lượng NH4+,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 bởi NH 4+, NO2-¸
PO43-, thủyngân, phenol, dầu mỡ, coliform; mơi trường đất bị nhiễm các kim loại

nặng nhưđồng,kẽm,… [18]
-

Ônhiễmdohoạtđộng khai tháckhốngsản:

Q trình khai thác khống sản gây ơ nhiễm và suy thối mơi trường đất
ởmứcđộnghiêmtrọng làmộtthựctếđángbáo độnghiệnnay.Cácdạngơnhiễmmơi


trường tại những mỏ đã và đang khai thác rất đa dạng như ô nhiễm đất, nước
mặt,nước ngầm. Các tác nhân gây ô nhiễm bao gồm acid, kim loại nặng, cyanide,
cácloại khí độc, … liên tục thải ra đã dẫn đến việc tăng cao hàm lượng các kim
loạinặngcónguồngốccơngnghiệpnhưNi,Cr,Pb,As,Cu,Se,Hg,Cd,…
Trênthựctế,bấtkỳgiaiđoạnnàocủaqtrìnhkhaitháckhốngsảncũngđềuphátthảikimloại nặngvàođất, nước,
khơng khívà từđó thâm nhậpvào cơ thể sinhvật.S ự nhiễm bẩn kim loại không chỉ
xảy ra khi mỏ đang hoạt động mà còn tồn tại nhiềunămsaukhimỏđãngừnghoạtđộng.
Các hoạt động trên đã phát thải một lượng đáng kể kim loại nặng vào
môitrường và là nguồn gốc chính dẫn đến tình trạng ơ nhiễm kim loại nặng trong
mơitrườngnóichungvàmơitrườngđất nóiriêng.
1.2.3. Sựchuyểnhóacủakimloạinặngtrongmơitrƣờngđất
Từ các nguồn khác nhau, sau khi đến bề mặt đất, các kim loại nặng sẽ
thamgia vào các q trình chuyển hóa hóa học, quang hóa hoặc chuyển hóa sinh
học, bịđất giữ lại ở dạng hấp phụ hoặc tạo thành dạng tồn dư. Một phần khác linh
độngtrong môi trường đất, theo phương thức thấm lọc đi vào nước ngầm hoặc bị
thực vậthấpthu.Các kim loạinặng đượcphânbố lạitrong phẫu diện đấtởd ạ n g h ò a
t a n hoặc hấp phụ trên keo đất. Trong quá trình di chuyển qua mơi trường đất, các
kimloạinặngcũngthamgiavàocácphảnứngtrongđất,baogồm:phảnứnghịata
n,kếttủa,phânhủyhóahọc, …
Đất được cấu thành từ ba pha: pha rắn (khoáng vật nguyên sinh, thứ sinh,
vậtliệu hữu cơ, keo đất), pha lỏng (dung dịch đất chứa các hợp chất vơ cơ, hữu cơ,

…)vàphakhí(khítronglỗhổng,khíhấpthụtrongkeo,
…).Khithâmnhậpvàođất,cáckimloạinặngcóthểliênkếtvớimộthoặcnhiềuphacủađất.Mứcđộphânbốcủa
các kim loại nặng trong các pha của đất phụ thuộc vào đặc trưng của pha và bảnchất
củakimloạinặng.Quátrìnhthayđổitrạngtháicủahợpphầntạobởikimloạinặng và các thành phần của đất được
gọi là quá trình chuyển pha. Quá trình chuyểnpha của các kim loại nặng gồm: thốt
hơi,

hịa

tan,

bay

hơi,

hấp

phụ.

Trong

các

qtrìnhtrên, khi thâmnhậpvàođất, ởgiaiđoạnđầu tiê n,q trình hịa tancáck
im


loạinặngchiếmưuthếhơncácqtrìnhkhác.Phụthuộcvàođiệntích,cácionvơcơphảnứ
ngmạnhvới nguntửoxycủaphântử nướcvàthểhiệntínhhịatanlớn.
Hấp phụ là q trình cơ bản ảnh hưởng đến sự vận chuyển các kim loại

nặngtrong đất. Đất có tính chất hấp phụ cao nhờ có các hạt sét có đường kính bé
hơn 10-3mm, có diện tích bề mặt lớn và mang một lớp ion tích điện quanh hạt gọi là
keo đất[13]. Sự hấp phụ giữakeo đất và các ion trong dung dịch đất đượct h ự c h i ệ n
d ự a trên quá trình trao đổi cation. Các loại đất có nhiều mùn, nhiều sét thì khả
năng hấpphụcàngcao.Cácquátrìnhtraođổichủyếuxảyratrongđấtbaogồm:
Đất sét – M1+ M2+→ Đất sét – M2+ M1+Đấtsét
–OH+M+→ Đất sét – OM + H+Đấtsét –
K+M+→ Đấtsét–M+K+
Cation có hóa trị càng cao càng có lực hút bám lớn ở vị trí trao đổi. Người
tasử dụng thuật ngữái lực hấp phụđể mơ tả lực mà nhờ đó một cation được giữ
dướidạng hấp phụở vị trítrao đổi. Kích thước cation cũng ảnh hưởngđ ế n á i
l ự c h ấ p phụ, cation kích thước nhỏ thường bị hydrat hóa mạnh, có ái lực hấp
phụ nhỏ và dễbịtraođổi.
Khi các ion kim loại trong dung dịch đất bị các vi sinh vật sử dụng hoặc
thựcvật hấp thụ, cân bằng giữa nồng độ cation trong dung dịch đất và nồng độ cation
tạivịtríhấpphụbịđảolộndẫnđếnsự traođổicationtừkeođấtvàodungdịchđất.
Khinhữngvịtrítraođổitrướcđólưugiữmộtionkimloạinhấtđịnhnàođó,nồngđộ dung dịch đất của các cation
này sẽ bị thay đổi bởi sự hòa tan các muối kết tủa.Sự trao đổi cation tại những vị trí
tích điện âm trên bề mặt hạt đất là cơ chế chínhlưu giữcác cationkim loại nặng gây
ônhiễm mạnh.Hai nhântốquan trọngt á c động đến độ linh động của các ion kim
loại trong đất là khả năng hịa tan của ion vàđiệntíchcủa ion kim loại.
Như vậy, trong mơi trường đất, kim loại nặng có thể tồn tại ở nhiều dạng
liênkếthóahọckhácnhautùythuộcvàođặctínhcủađất,cácđiềukiệnmơitrườngvàbản chất của kim loại. Nhìn
chung,

kim

loại

nặng

có

dạngsautrongmơitrườngđất(Hình1.1):

thể

tồn

tại

chủ

yếu

ở

các


Hình1.1.Cácdạngliênkếtcủakimloạinặng trongmơi trườngđất[58]
1.2.4. Dạngtồn tạivàchuyểnhóacủađồng,chìvàkẽmtrongđất
1.2.4.1. Dạngtồntạivàchuyểnhóacủađồngtrong đất
Đồng là kim loại thuộc nhóm Itrong bảng phân loại hệ thống tuần hồn.Trong
thiên nhiên, đồng có hai đồng vị bền là 63Cu (chiếm 70,13%) và65Cu
(chiếm29,87%). Ở trạng thái kim loại, đồng có màu hơi đỏ, sáng bóng ánh kim,
mềm, dễdát mỏng và là chất dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Đồng có nhiệt độ nóng chảy là
1083oC,sơiở2543oC,trọnglượngriêngd=8,94g/cm3[26].
Trong mơi trường, đồng tồn tại ở nhiều dạng: sulphide, sulphate, cacbonate
vàcáchợpchấtkhác.Mứchàmlượngtrungbìnhcủađồngtrongsinhquyểnlà70ppm.Trongđácóthểcókhoảng25÷35ppmđồng.

Hàmlượngđồngtrungbìnhtrongđấttrênthếgiớilà20÷30ppm[23].
Trongmơi trường đất,đồng thườngtồn tại trong các hợp chất hữuc ơ
h o ặ c liên kết với các lớp aluminosilicate của keosét và các chất vô cơk h á c .
Đ ộ h o ạ t động của Cu2+tự do được xem như chỉ thị cho lượng đồng được hấp thụ
ở
vật[152].Lượngđồnghòatanchỉchiếmmộtphầnrấtnhỏtrongtổnglượngđồngtrong

thực


đất, hơn 98% đồng trong dịch đất liên kết với chất hữu cơ tại pH trung tính
[151].Đồng có ái lực cao đối với chất hữu cơ ở pha rắn vì vậy kim loại này có thể
tích lũytrên bề mặt của đất, từ đó làm giảm khả dụng sinh học đối với thực vật
[118].
Trongđấtacid,đồngtồntạiởdạng[Cu(H 2O)6]2+,trongđấttrungtínhvàkiềm,đồngt
ồntạiởdạngCu(OH)2. Khả năng liên kết hóa học của đồng phụ thuộc vào pH và cácđặc
tính của mơi trường đất. Mức độ và sự phân bố của đồng trong đất và trong
dịchđấtthayđổitùytheođặc tínhcủa đấtvànguồngốc vậtchất[143].
Trong các dạng tồn tại, Cu2+là dạng độc nhất, khi pH càng tăng thì các
dạngtồn tại của đồng sẽ thay đổi từ Cu 2+, CuCO3, Cu(CO3)-, Cu(OH)3-, Cu(OH)42-.
Kếtquả của nhiều nghiên cứu cho thấy, khi pH giảm xuống 1 đơn vị thì độ tan của
đồngtrong đất tăng lên 100 lần. Do đó, khi pH của đất> 7 , t ì n h t r ạ n g t h i ế u đ ồ n g
t r o n g đất sẽ tăng lên vì đồng tồn tại ở dạng Cu(OH) 2khó tan. Khi pH của đất <
4,5 lượngđồng dễ tiêutrong đấtcũng rất thấpdo lượng đồng trong đất bịk ế t t ủ a
b ở i c á c nhómsilicatevà photphat[2].
1.2.4.2. Dạngtồn tạivàchuyểnhóacủachìtrongđất
Chì (Pb) là kim loại màu xám xanh, rất mềm có thể cắt bằng dao. Pb
lànguyên tố nhóm IV, số thứ tự 82 trong bảng hệ thống tuần hoàn, khối lượng
nguyêntử 207,21, khối lượng riêng d = 11,34g/cm3. Trong tự nhiên, chì tồn tại dưới
cácđồngvị204Pb(1,55%),206Pb(22,51%),207Pb(22,60%),208Pb(53,34%).Quặngquan

trọngnhất đểkhaithácPblàgalen(PbS) [26].
Chì là kim loại nặng có khả năng linh động kém, có thời gian bán thải
trongđất từ 800 đến 6000 năm. Trong tự nhiên, chì tồn tại chủ yếu dưới dạng PbS
và bịchuyển hóa thành PbSO 4do q trình phong hóa. Pb2+sau khi được giải phóng
sẽthamgiavàonhiềuq trìnhkhác nha u trongđất nhưbịhấ pphụbở icác khố
ng sét, chất hữu cơ hoặc oxyt kim loại, hoặc bị cố định trở lại dưới dạng các hợp
chấtPb(OH)2,PbCO3,PbS,PbO,Pb3(PO4)2,Pb5(PO4)3OH[100].
Chì ở dạng di động trong đất là Pb2+, dạng này thường bị hấp phụ bởi
khoángsét, các oxyt Fe và Mn và dạng phức với các hợp chất hữu cơ [24]. Chì ở dạng
traođổichỉchiếmtỷlệnhỏ(<5%)hàmlượngchìcótrongđất.Cácchấthữucơcóvai


trị lớn trong đất do hình thành các phức hệ với chì. Đồng thời chúng cũng làm
tăngtínhlinhđộngcủaPbkhicácchấthữucơnàycótínhlinhđộngcao.Chìcũngc
ókhảnăngkếthợpvớicácchấthữucơhìnhthànhcácchấtdễbayhơinhư(CH 3)4Pb.Trong đất, chì có tính độc
cao, nó hạn chế hoạt động của các vi sinh vật và tồn tạikhá bền vững dưới dạng các
phức hệ với chất hữu cơ. Pb2+trong đất có khả năngthay thế ion K+trong các phức hệ
hấp phụ có nguồn gốc hữu cơ hoặc khống sét.Khả năng hấp phụ chì tăng dần theo
thứ tự sau: montmorillonit < axit humic hấp phụ chì tăng dần đến pH tại đó hìnhthànhkếttủaPb(OH)2[22].
Như vậy, dạng tồn tại của Pb trong đất phụ thuộc chủ yếu vào thành phần
cơhọc,khốngvật,hàmlượnghợpchấthữucơ,pHcủađất,cáchoạtđộngnhânsinh,
... Điều kiện hình thành đất ảnh hưởng rất lớn đến dạng tồn tại của Pb. Trong
đấtvùng khô, Pb tồn tại ở dạng ion hấp phụ, cacbonat hữu cơ, sunfua. Trong đất
vùngnhiệt đới, Pb ở dạng hydroxyt chiếm ưu thế. Hàm lượng Pb trong đất có xu
hướnggiảm từ trên xuống tương ứng với sự giảm hàm lượng chất hữu cơ trong
phẫu diệnđất[27].
1.2.4.3. Dạngtồn tạivàchuyểnhóacủakẽmtrongđất
Kẽm là nguyên tố thuộc phân nhóm phụ nhóm II, số thứ tự 32 trong bảng
hệthống tuần hoàn. Kẽm là kim loại màu trắng hơi xanh, dễ nóng chảy, dễ bay

hơi,nhiệt độ nóng chảy là 419oC, bay hơi ở 907oC. Hàm lượng kẽm trong vỏ trái
đấtkhoảng0,01%.Quặngchủyếuđểkhaitháckẽmlàblenkẽm(ZnS),calamin(ZnCO3)[29].
Theo các tác giả Lidsay, Farrah, Peneva, Kuo và Mikkelsen (1993) [2],
sựkhó kiểm sốt trong q trình chuyển hóa của các kim loại nặng trong đất là
dochúng rất giống nhau về hành vi, nhưng với Zn 2+dường như xảy ra dạng hịa
tanhồn tồn. Sét và các chất hữu cơ trong đất có khả năng hấp thu và giữ chặt
kẽm.Cáctácgiảnàychorằng,cóhaicơchếhấpphụkẽmtrêncáchạtđấtkhácnhau:
-

Trong mơi trường acid, quá trình hấp phụ xảy ra chủ yếu tại những vị trí
traođổication.


-

Trong mơi trường kiềm, q trình hấp phụ kẽm chịu ảnh hưởng mạnh bởi
cơchếhấp thu hóa họcvà sự cómặtcủa cácchấthữu cơ[2].
Kẽm trong đất có thể tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như hòa tan, tạo

phứcvới các hợp chất hữu cơ, bị giữ trong các nhóm hydroxyl của đất, dạng kết
tinh hoặclàmộtphần của tinhthể khoáng sét.Mộtsố dạngquặngcủa kẽm trongđ ấ t
l à sfalevit (ZnS), zinkit (ZnO), smizonit (ZnCO 3), vinlemit (Zn2SiO4), trong đó
ZnCO3làkhốngdễtannhất.Trongcácmơitrườngkhácnhau,kẽmcóthểcótrongthànhphần các muối khó tan
(cacbonat, photphat) của các khống vật ozit, biotit và trongmạng lưới tinh thể
silicate

(trong

đó

Zn2+thay

thế

các

cation

Ca2+và

Mn2+).

Ngồira,kẽmcóthểbịcáckhốngnhưillit,kaolinitcốđịnh[24].
Như vậy, q trình chuyển hóa của các kim loại nặng trong đất là một
qtrìnhrấtphức tạp, chịusựchiphốicủa đặctí nh mơitrườngđất vàb ản chấtc
ủa kimloạinặng.Kimloạinặngcóthểtồntạidướinhiềudạngkhácnhautrongđất,tuy nhiên chỉ có dạng linh động
hay cịn gọi là dạng khả dụng sinh học mới có thểđượcthực vậthấpthu.
1.3.

QUÁTR Ì N H H Ấ P T HU V À T Í C H L Ũ Y K I M L OẠI N Ặ N G T Ừ ĐẤT
LÊNTHỰCVẬT

1.3.1. Qtrìnhhấpthuvàtíchlũy kimloại nặngtừđấtlênthựcvật
Cây trồng tiếp nhận các nguyên tố cần thiết và khơng cần thiết từ đất do
sựhấp thu có chọn lọc các ion từ rễ hoặc do sự khuếch tán các nguyên tố trong đất
vàvậnchuyểnvàocácbộphậncủacây.
Mức độ tích lũy các kim loại nặng là khác nhau đối với từng loại thực
vật,dựatrên đặc điểmnày,thực vậtđượcchiathành3nhóm:
-

Thựcvật đ à o thải:k h i đ ư ợ c trồng trên đấ tbịô nhiễ mkim loạ i, c h ú n g vẫn

duy trì nồng độ kim loại trong cây ở mức thấp để chống lại sự ngộ độc; vì vậy,
hàmlượngkimloạitừrễvậnchuyểnlêncâykhơngvượtqgiớihạnchophép.Thự
cvậtloạinàycócơchếngănkhơngchocáckimloạinặngthẩmthấuvàocây.Khihàm lượng kim loại nặng trong
đất

cao

hơn

một

giới

hạn

nhất

định,

sự

hấp

thụ

củathựcvậtthuộcnhómnàylạităngrấtnhanh,cóthểlàdohàmlượngkimloạinặng

quácaođãlàmchocơchếkhángđộccủacâymấttácdụngvàcâychỉđơnthuầntiếp
nhậnkimloạinặngmộtcách thụđộng[79].
-

Thực vật tích lũy: kim loại nặng được cây trồng hấp thụ liên tục trong

quátrìnhs i n h t r ư ở n g v à p h á t t r i ể n ; d o v ậ y , c h ú n g đ ư ợ c t í c h l ũ y v ớ i h à m l
ư ợ n g c a o trongcácbộphậncủacây.Đặcđiểmcủaloạithựcvậtnàylàcókhảnănghấpthumạnh và tích tụ cao kim
loại nặng do chúng có hệ thống khử độc trong nội bào làmtăng khả năng chống
chịu độc tố ngay cả khi độc tố tồn tại với hàm lượng cao trongcây. Tuy nhiên, khi
hàm

lượng

kim

loại

nặng

trong

mơi

trường

q

cao

thì

thực

vậtkhơngtiếptụchấpthụ[79].
-

Thực vật chỉ thị: sự hấp thụ và vận chuyển các kim loại từ rễ đến cành

tuântheo quy luật; do vậy, hàm lượng kim loại nặng bên trong các bộ phận của thực
vậtphản ánh mức độ ô nhiễm của môi trường canh tác, ít nhất là cho đến khi xảy ra
sựgây độc. Khi cây trồng bị nhiễm độc kim loại nặng sẽ xảy ra một số phản ứng
hóasinh để giảm thiểu sự tổn hại tế bào. Thực vật loại này có khả năng điều chỉnh
cácảnh hưởng độc hại để tồn tại trong các môi trường chịu tác động bởi kim loại
nặngvà là giải pháp tốt để giải quyết tình trạng ơ nhiễm kim loại nặng trong môi
trườngđất[164].
Thực vật đã phát triển một số cơ chế hấp thu kim loại nặng từ dịch đất và
vậnchuyển các kim loại này trong cây. Sự hấpthụ các kimloại vàorễ cây là mộtquátrình phức tạp của sự vận
chuyển các kim loại từ dịch đất đến bề mặt của rễ và vàobên trong các tế bào rễ.
Quá trình này phức tạp do bầu rễ là phức hợp tự nhiên thayđổi chức năng liên tục
khi có sự tương tác giữa các tế bào rễ với các thành phần tạonêndịch
đấtvàcácvisinhvậtsốngtrongbầurễ[79].
anđầu,cáciontrongdungdịchđấtđượcchuyểntừcáclỗkhítrongđấttớibề

mặt

rễ cây bằng hai con đường chính: sự khuếch tán và dòng chảy khối.
Khuếchtánl à q u á t r ì n h c á c k i m l o ạ i n ặ n g d i c h u y ể n t ừ v ù n g c ó n ồ n g đ ộ c a o đ ế
n n ơ i c ó nồngđộthấpdosựchuyểnđộngngẫunhiêncủacácphântử.Sựkhuếchtánxảyranhằm chống lại sự gia
tăng

gradient

nồng

độ

bình

thường

đối

với

rễ

cây

bằng

cáchhấpt h ụ c á c k i m l o ạ i n ặ n g t r o n g d u n g d ị c h đ ấ t t ạ i b ề m ặ t t i ế p g i á p r ễ c â y
–đất.


Dòng chảy khối được tạo ra do sự di chuyển của dung dịch đất tới bề mặt rễ cây.
Cảhaiqtrìnhnàyxảyrakhơngđồngđềutheocáctốcđộkhácnhautùythuộcvàonồngđộdungdịchđất[135,154].
Q trình xâm nhập kimloạinặngtừđ ấ t v à o c â y t r ồ n g t r ả i q u a b a
g i a i đoạnsau:
-Io n kimloạinặngđivàovùngtựdocủarễcây:

Sự di chuyển của các ion kim loại không bị giới hạn tại bề mặt rễ cây.
Vùngmàngcủacáctếbàocókhảnăngdễdàngchodungdịchxâmnhậpnêncịnđư
ợcgọi là vùng tự do. Tại đây, các ion dương có thể khuếch tán tự do hoặc bị bẫy
vàonhữngtếbàomangđiệnâmchẳnghạnnhưnhóm cacboxyliccủacácđơnvịpolygalacturonicgắn
trên màng tế bào. Ion kim loại có khả năng tích lũy trong khuvựctự docủa rễcây,mộtsốbịbámdínhchặt
vàomặttếbàorễ[86].
-Ionkimloạinặngxâmnhậpvàotrong tếbàocủarễ:
Q trình vận chuyển kim loại nặng từ vùng rễ cây vào thành tế bào rễ
khơngphảilàqtrìnhtraođổichất(non-metabolic)màlàqtrìnhkhuếchtánthụđộngvới động lực là sự khuếch
tán

hoặc

dịng

chảy

khối

[86]

như

đã

trình

bày

ở

trên.Thànhtếbàongồicùngcủarễlàmộtmạnglướibaogồmxenlulose,hemixenlulose,
pectinv à g l u c o p r o t e i n . M ạ n g l ư ớ i n à y c ó k í c h t h ư ớ c l ỗ
k h á c n h a u và các ion kim loại nặng có thể đi qua. Trong cấu trúc của pectin có
các acidpolygalacturonic với nhóm cacboxylic mang điện tích âm hoạt động như
các tâmtrao đổi cation. Các ion kim loại nặng liên kết mạnh với các nhóm acid
cacboxylictheo thứ tựPb2+> Cu2+> Cd2+> Zn2+[156]. Sự liên kết này đóng một vai trị
quantrọng đối với sự tích lũy các kim loại nặng trong rễ cây và gia tăng lượng hấp
thuliên tục của ion kim loại nặng vào tế bào rễ. Tại những vị trí trên thành tế bào,
nơication khơng đi qua được do kích thước lỗ hẹp, các cation kim loại nặng sẽ bị
kéovào các tâm trao đổi trên thành tế bào. Phụ thuộc vào mật độ điện tích âm trên
cáctâm trao đổi này mà các kim loại nặng được tích tụ trên màng tế bào, làm
tănggradient hàm lượng trên khắp màng tế bào và tăng cường khả năng di chuyển
cationvàobêntrongtếbào [79].


Các ionkim loại nặngbị hấpthu trong tế bào có thểbịm ấ t t í n h l i n h
đ ộ n g hay tính độc trong tế bào chất thơng qua q trình tạo phức với các phân tử
hữu cơhoặc bị sa lắng xuống các khu vực giàu electron (electron – dense granules).
Phứcchất tạo bởi các phân tử hợp chất hữu cơ là thành phần chiếm ưu thế có liên
quanđến các ion kim loại nặng trong tế bào chất. Weigel và Jager (1980) [90] cho
biết,khi thâm nhập vào tế bào rễ, ion kim loại nặng có thể được chuyển vào trạng
tháiphức chất (chủ yếu là liên kết với các acid hữu cơ như acid citric, acid malic),
đây làdạng làm cho ion kim loại nặng bị sa lắng ở trong tế bào rễ. Ionkim loại nặng tíchlũy trong rễ chiếm 80÷
90% tổng lượng kim loại được thực vật hấp thu. Hầu
h ế t các ion kim loại được tích lũy trong rễ cây đều ở trong không bào và tồn tại
dướidạngliênkếtvớicáchợpchấtpectinvàproteincủa thànhtếbào[75].
Đốivớimộtsố lồithực vật, sựhiện diệncủacác ion kimloạinặngtrong c
áctếbàochấtsẽdẫnđếnsựtổnghợpproteincóliênkếtvớicácionkimloạinặng.Những protein này có mặt ở trong
tế bào chất và khơng bào, nơi có chứa các nhómsulphydryl vàcacboxyl

cókhảnăngtạochelatvớiionkimloại.
-Vận chuyểnionkimloạinặngđếncácmầmchồi:
Các ion kim loại nặng có thể vận chuyển lên các mầm chồi theo đường
ngoàimàngtếbào(apoplast)hoặcdichuyểncùngtếbàochấttừtếbàonọsangtếbàokiatheo mạng liên kết dịch tế
bào (plasmodestama). Những ion kim loại đi qua màng tếbào vào tế bào chấtcũng có thể vận
chuyểnđếncáckhôngbàotheocáccơchếkhácnhautùythuộcvàođặcđiểmcủa từngnguyêntố[79].
Các ion kim loại ở trong tế bào chất được chuyển từ tế bào này sang tế
bàokhác thông qua con đường tổng hợp sẽ đi vào mao dẫn rễ và đưa đến các mầm
chồi.Sựdichuyểncủacácdungdịchtrongmaodẫnrễlànguyênnhângâysựdichuyểnkhối – dòng chảy khối. Các
cation tự do có thể phản ứng với các nhóm mang điệnâm của thành tế bào mao dẫn
rễ, đây chính là lý do cản trở sự vận chuyển của ionkim loại nặng hay làm quá trình
trao đổi bị chậm lại. Ngồi ra, các nhóm tạo phứcvới ion kim loại tự do như các
acid

hữu

cơ,

amino

acid

trong

mao

dẫn

rễ

sẽ

làmgiảmmứcđộlinhđộngcủaionkimloạinặngvàchophépchúngchuyểnvàoc
ác


mầm chồi. Sựxuất hiện cácmàng điện tráidấu với ionk i m l o ạ i g ó p p h ầ n
đ ẩ y nhanhquátrìnhđưađộc chấtkimloạivàomầmchồi[86].
1.3.2. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình hấp thu kim loại nặng từ đất
lênthựcvật
Quá trình hấp thu kim loại nặng từ đất lên thực vật là một q trình phức
tạp,chịuảnhhưởngcủanhiềuyếutố,baogồmđặctínhcủađất(nhiệtđộ,độmặn,pH,
...), hàm lượng kim loại nặng trong đất, đặc điểm sinh lý của thực vật (lồi, tuổi,
cácbộphậnkhácnhaucủacây, ...)vàcácđiềukiện mơitrường.
1.3.2.1. Ảnhhưởngcủacácđặctínhcủa đất
Trong các đặc tính của đất, pH, hàm lượng chất hữu cơ, hàm lượng các
oxytsắt vàmangan, hàm lượng CaCO 3, kết cấu của đất, độ mặn, thế oxy hóa–
k h ử , trạng thái dinh dưỡng, hàm lượng các khống chất và hình thái của đất đều
ảnhhưởng đến quá trình hấp thu kim loại nặng từ đất lên cây trồng; trong đó, pH,
độmùnvàlượngchấthữucơcủađấtcóảnhhưởngđángkểđếnqtrìnhnày[102].
a. ẢnhhưởngcủapH
pH của đất là một trong những yếu tố ảnh hưởng đáng kể đến độ di động
củakim loại nặng do nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ tan của các kim loại nặng,
ảnhhưởng đến độ bền và khả năng tạo liên kết giữa cation kim loại với các colloid
cũngnhưhoạt tínhcủacác vi sinhvật [166]. Kếtquả của nhiềunghiêncứu[128, 144,146] cho thấy, pH của đất
dường

như

có

ảnh

hưởng

lớn

nhất

đến

độ

tan

hay

khảnănglưugiữcủacáckimloạinặngtrongđất.Trongđasốcáctrườnghợp,khiđất
cóđộpHcao,cáccationkimloạicóđộhịatanthấphơnvàdođóđượclưugiữnhiều hơn trong mơi trường đất, từ
đó hạn chế lượng kim loại vận chuyển lên thựcvật. Bảng 1.2 biểu diễn sự thay đổi
mức độ linh động của các kim loại nặng trongcácđiềukiệnmôitrườngđấtkhácnhau.