nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng chì và asen của cây dương xỉ và đơn buốt tại thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM





NGUYỄN THỊ HUỆ





NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ KIM LOẠI
NẶNG CHÌ VÀ ASEN CỦA CÂY DƢƠNG XỈ
VÀ ĐƠN BUỐT TẠI THÁI NGUYÊN




LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG

THÁI NGUYÊN - 2011

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM





NGUYỄN THỊ HUỆ





NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ KIM LOẠI
NẶNG CHÌ VÀ ASEN CỦA CÂY DƢƠNG XỈ
VÀ ĐƠN BUỐT TẠI THÁI NGUYÊN


CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG
Mã Số: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG


Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS. Nguyễn Thế Đặng

THÁI NGUYÊN - 2011

i
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy
giáo cô giáo, các phòng ban và các đơn vị trong và ngoài trường. Tôi xin gửi lời
cảm ơn chân thành đến:
Thầy giáo GS.TS. Nguyễn Thế Đặng – Giảng viên khoa Tài nguyên & Môi
trường, Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo,
truyền thụ những kinh nghiệm quý báu, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu
và viết luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo cô giáo Khoa Tài nguyên và Môi
trường, Khoa Sau Đại học, các phòng ban và trung tâm của Trường Đại học Nông
lâm, Đại học Thái Nguyên đã hướng dẫn, tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong thời
gian tiến hành đề tài.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp
đã quan tâm động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, 25 tháng 09 năm 2011
Tác giả luận văn


Nguyễn Thị Huệ

ii
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực, đầy đủ, rõ nguồn gốc và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị
nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã
được cảm ơn.
Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng bảo vệ luận văn, trước khoa và
nhà trường về các thông tin, số liệu trong đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, 25 tháng 09 năm 2011
Ngƣời viết cam đoan


Nguyễn Thị Huệ


iii
MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn i
Lời cam đoan ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC CÁC BẢNG vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ix
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục tiêu của đề tài 3
3. Yêu cầu của đề tài 3
4. Ý nghĩa của đề tài 3
Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1. Cơ sở khoa học của đề tài 4
1.1.1. Cơ sở lý luận 4
1.1.1.1. Một số khái niệm 4
1.1.1.2. Tác động của hệ thống sản xuất đến môi trƣờng đất 6
1.1.2. Cơ sở thực tiễn 7
1.1.2.1. Những biện pháp cải tạo đất ô nhiễm KLN phổ biến, tiềm năng và hạn
chế 7
1.1.2.2. Ứng dụng biện pháp sinh học cải tạo đất ô nhiễm 8
1.1.3. Cơ sở pháp lý 9
1.2. Tình hình đất bị ô nhiễm KLN trên Thế giới và Việt Nam 9
1.2.1. Tình hình đất bị ô nhiễm KLN trên Thế giới 9
1.2.2. Tình hình đất bị ô nhiễm KLN tại Việt Nam 16
1.3. Sự phân bố, dạng tồn tại và độc tính của KLN trong môi trƣờng đất 24
1.3.1. Sự phân bố và dạng tồn tại của KLN trong đất 24
1.3.2. Độc tính của KLN trong đất 26

iv
1.4. Những nghiên cứu về biện pháp cải tạo đất ô nhiễm KLN và biện pháp sinh
học về cải tạo đất bị ô nhiễm 29
1.4.1. Biện pháp cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng 29
1.4.2. Biện pháp sinh học về cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng 30
Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41
2.1. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu 41
2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu 41
2.3. Nội dung nghiên cứu 41
2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu 41
2.4.1. Thu thập số liệu và điều tra khảo sát, lấy mẫu 41
2.4.2. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm 42
2.4.3. Phƣơng pháp phân tích 43
2.4.4. Phƣơng pháp tổng hợp và sử lý số liệu 43

2.4.5. Phƣơng pháp đánh giá mức độ hấp thụ kim loại nặng của các loài cây thu
thập 43
Chƣơng 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 44
3.1. Điều kiện tự nhiên - kinh tế xã hội tỉnh Thái Nguyên 44
3.2. Thực trạng ô nhiễm môi trƣờng tỉnh Thái Nguyên 47
3.2.1. Hiện trạng ô nhiễm môi trƣờng nói chung 47
3.2.2. Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng tại Thái Nguyên 53
3.3. Đánh giá khả năng hút KLN của cây Dƣơng xỉ và cây Đơn buốt 56
3.3.1. Đặc điểm thực vật học của cây Dƣơng xỉ và cây Đơn buốt 56
3.3.1.1. Đặc điểm thực vật học của cây Dƣơng xỉ 56
3.3.1.2. Đặc điểm thực vật học của cây Đơn buốt 57
3.3.2. Khả năng hút kim loại nặng của cây Dƣơng xỉ và Đơn buốt 58
3.3.2.1. Hàm lƣợng kim loại nặng trong cây mọc tại các vùng đất bị ô nhiễm 58
3.3.2.2. Đánh giá khả năng hút KLN của cây Dƣơng xỉ và Đơn buốt trong điều
kiện thí nghiệm 61

v
3.4. Đề xuất những biện pháp sử dụng cây Dƣơng xỉ và Đơn buốt trong cải tạo
đất bị ô nhiễm Pb và As 69
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 71
1. Kết luận 71
2. Đề nghị 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO 72
PHỤ LỤC 77

vi
DANH MỤC CÁC TỪ, CỤM TỪ VIẾT TẮT

1.
BOD

: Nhu cầu oxi sinh học
2.
BTNMT
: Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng
3.
COD
: Nhu cầu oxi hóa học
4.
CP
: Chính phủ
5.
DĐ
: Di động
6.
ĐC
: Đối chứng
7.
ĐVT
: Đơn vị tính
8.
KLN
: Kim loại nặng
9.
KCN
: Khu công nghiệp
10.
NĐ
: Nghị định
11.
QCVN

: Quy chuẩn Việt Nam
12.
QĐ
: Quyết định
13.
TCCP
: Tiêu chuẩn cho phép
14.
TCVN
: Tiêu chuẩn Việt Nam
15.
TS
: Tống số
16.
TSS
: Tổng chất rắn lơ lửng
17.
TP
: Thành phố
18.
TT
: Thông tƣ


vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Hàm lƣợng của một số kim loại nặng trong một số loại đá 10
Bảng 1.2. Hàm lƣợng kim loại nặng trong nƣớc mƣa ở một số nơi 11
Bảng 1.3. Hàm lƣợng kim loại nặng trong một số phân bón và hóa chất nông nghiệp 13

Bảng 1.4. Kim loại nặng ở tầng đất mặt trong một số loại đất ở Việt Nam 17
Bảng 1.5. Kim loại nặng trong đất nông nghiệp ở một số vùng của Việt Nam 18
Bảng 1.6. Hàm lƣợng kim loại nặng trong đất tại khu vực công ty Pin Văn Điển
và Orion - Hanel 19
Bảng 1.7. Hàm lƣợng Cd, Pb, As trong đất Bắc Kạn và Thái Nguyên 19
Bảng 1.8. Hàm lƣợng một số kim loại nặng trong các sản phẩm dùng làm phân
bón trong nông nghiệp 22
Bảng 1.9. Hàm lƣợng của kim loại nặng trong đất 22
Bảng 1.10. Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao 33
Bảng 1.11. Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý
KLN trong đất 34
Bảng 1.12. Khối lƣợng Cu, Zn, Pb cây tích lũy và giảm đi trong đất sau 90 ngày
thí nghiệm 37
Bảng 3.1. Diện tích các loại đất chính tỉnh Thái Nguyên 46
Bảng 3.2. Vị trí lấy mẫu đất nghiên cứu 53
Bảng 3.3. Kết quả phân tích hàm lƣợng một số KLN trong đất 54
Bảng 3.4. Đặc điểm thực vật học của cây Dƣơng xỉ 57
Bảng 3.5. Đặc điểm thực vật học của cây Đơn buốt 58
Bảng 3.6. Vị trí lấy mẫu cây nghiên cứu 59
Bảng 3.7. Kết quả phân tích hàm lƣợng kim loại nặng trong cây 59

viii
Bảng 3.8. Năng suất cây Dƣơng xỉ trên các mức Pb khác nhau 61
Bảng 3.9. Năng suất cây Dƣơng xỉ trên các mức As khác nhau 62
Bảng 3.10. Khả năng thu hút Pb của cây Dƣơng xỉ trên các mức Pb khác nhau 63
Bảng 3.11. Khả năng thu hút As của cây Dƣơng Xỉ trên các mức As khác nhau 63
Bảng 3.12. Khối lƣợng Pb thu hút của cây Dƣơng xỉ trên các mức Pb khác nhau 64
Bảng 3.13. Khối lƣợng As thu hút của cây Dƣơng xỉ trên các mức As khác nhau 64
Bảng 3.14. Năng suất cây Đơn buốt trên các mức Pb khác nhau 65
Bảng 3.15. Năng suất cây Đơn buốt trên các mức As khác nhau 66

Bảng 3.16. Khả năng thu hút Pb của cây Đơn buốt trên các mức Pb khác nhau 66
Bảng 3.17. Khả năng thu hút As của cây Đơn buốt trên các mức As khác nhau 67
Bảng 3.18. Khối lƣợng Pb thu hút của cây Đơn buốt trên các mức Pb khác nhau 68
Bảng 3.19. Khối lƣợng As thu hút của cây Đơn buốt trên các mức As khác nhau 68


ix
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 3.1. Hàm lƣợng Pb ở mẫu đất D1 và D2 khu vực nghiên cứu 54
Hình 3.2. Hàm lƣợng As ở mẫu đất D1 và D2 khu vực nghiên cứu 55
Hình 3.3. Hàm lƣợng Pb trong cây Dƣơng xỉ và Đơn buốt mọc tại vùng đất bị ô
nhiễm KLN 59
Hình 3.4. Hàm lƣợng As trong cây Dƣơng xỉ và Đơn buốt mọc tại vùng đất bị ô nhiễm 60




1
MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Hơn 150 năm về trƣớc, con ngƣời đã có những tìm hiểu bƣớc đầu về
những hợp chất vô cơ và các nguồn dinh dƣỡng cần thiết cho sự phát triển của
cây trồng. Sau đó, những nghiên cứu này chỉ tập trung vào các loài thực vật
có lợi cho động vật và con ngƣời. Những nghiên cứu này bị hạn chế nhiều bởi
kỹ thuật phân tích yếu kém thời đó, ví dụ nhƣ việc nghiên cứu các nguyên tố
thiết yếu nhƣ Ca, K, Mg, N và P. Trong thế kỷ thứ 20, nhờ sự phát triển vƣợt
trội của khoa học kỹ thuật, trong đó có sự phát triển của các phƣơng pháp
phân tích hiện đại mà các kết quả đáng tin cậy về hàm lƣợng của các nguyên

tố vết thu đƣợc ngày càng nhiều. Nhờ đó mà không chỉ các nguyên tố đa
lƣợng kể trên đƣợc nghiên cứu mà một loạt các nguyên tố vi lƣợng khác (rất
cần thiết cho sự phát triển của thực vật) nhƣ B, Cl, Cu, Fe, Mn, Mo và Zn
cũng đƣợc nghiên cứu sâu.
Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong đất ngày càng đƣợc quan
tâm do ảnh hƣởng trực tiếp đến môi trƣờng đất, nƣớc, sức khoẻ con ngƣời và
cây trồng. Đất bị ô nhiễm kim loại nặng là do con ngƣời sử dụng các loại
hóa chất trong nông nghiệp và thải vào môi trƣờng đất các chất thải đa dạng
khác. Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa cũng đồng nghĩa với việc gia
tăng việc phát thải vào môi trƣờng tự nhiên các chất độc hại với sức khỏe
con ngƣời và các hệ sinh thái khác. Các hoạt động khai thác khoáng sản bao
gồm than đá, quặng chì, quặng thiếc… đã làm cho môi trƣờng nƣớc, môi
trƣờng đất bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi các chất độc hại nhƣ: As, Pb, Cd,
Zn… và xu hƣớng ô nhiễm có chiều hƣớng ngày càng tăng nếu chúng ta
không có biện pháp xử lý triệt để.
Để xử lý đất ô nhiễm ngƣời ta thƣờng sử dụng các phƣơng pháp truyền
thống nhƣ rửa đất, cố định các chất ô nhiễm bằng hoá học hoặc vật lý, xử lý
nhiệt, trao đổi ion, ôxi hoá hoặc khử các chất ô nhiễm, đào đất bị ô nhiễm để

2
chuyển đến những nơi chôn lấp thích hợp Hầu hết các phƣơng pháp đó rất
tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích…. 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, ngƣời ta bắt đầu chú ý đến khả năng sử
dụng thực vật để xử lý môi trƣờng nhƣ một công nghệ môi trƣờng đặc biệt.
Khả năng làm sạch môi trƣờng của thực vật đã đƣợc ghi chép từ thế kỷ XVIII
nhƣng đến cuối thế kỷ XX, phƣơng pháp này mới đƣợc nhắc đến nhƣ một
công nghệ tân tiến dùng để xử lý môi trƣờng đất và nƣớc bị ô nhiễm bởi các
kim loại, các hợp chất hữu cơ, thuốc súng và các chất phóng xạ.
Thực vật có nhiều phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion

kim loại trong môi trƣờng. Hầu hết, các loài thực vật rất nhạy cảm với sự có
mặt của các ion kim loại, thậm chí ở nồng độ rất thấp. Tuy nhiên, vẫn có một
số loài thực vật không chỉ có khả năng sống đƣợc trong môi trƣờng bị ô
nhiễm bởi các kim loại độc hại mà còn có khả năng hấp thụ và tách các kim
loại này trong các bộ phận khác nhau của chúng [31].
Đất đai bị ô nhiễm ngày càng nhiều, đang đòi hỏi phải tìm ra biện pháp
hiệu quả và rẻ nhất để cải tạo. Biện pháp sử dụng thực vật để cải tạo đất bị ô
nhiễm kim loại nặng đã và đang đƣợc các nhà khoa học môi trƣờng quan tâm.
Tuy nhiên, do đặc tính sinh học mà mỗi vùng khác nhau có thể sẽ có các loại
thực vật khác nhau trong chức năng thu hút kim loại nặng. Mặt khác, cần phải
xác định đƣợc loại cây, nguồn và khả năng cải tạo của nó để tiến hành các
bƣớc tiếp theo trong những thí nghiệm và nhân rộng ra thực tiễn.
Xuất phát từ những vấn đề thực tế trên, đồng thời đƣợc sự nhất trí của
Ban giám hiệu Trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, Khoa Sau đại học,
đƣợc sự hƣớng dẫn của GS.TS. Nguyễn Thế Đặng, chúng tôi tiến hành thực
hiện đề tài: “Nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng Chì và Asen của
cây Dương xỉ và Đơn buốt tại Thái Nguyên”

3
2. Mục tiêu của đề tài
- Đánh giá khả năng sinh trƣởng và sinh khối của cây Dƣơng xỉ và cây
Đơn buốt trong các môi trƣờng đất bị ô nhiễm kim loại nặng khác nhau.
- Đánh giá khả năng hấp thụ kim loại nặng Pb, As của cây Dƣơng xỉ và
cây Đơn buốt trong các môi trƣờng đất bị ô nhiễm khác nhau.
- Tạo cơ sở ứng dụng trong cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng ở các
tỉnh miền núi phía Bắc Việt Nam.
3. Yêu cầu của đề tài
- Đánh giá sơ bộ tình hình đất bị ô nhiễm KLN tại Thái Nguyên.
- Đánh giá đƣợc khả năng sinh trƣởng và sinh khối của cây Dƣơng xỉ và
Đơn buốt trong điều kiện thí nghiệm.

- Đánh giá đƣợc khả năng thu hút Pb, As của cây Dƣơng xỉ và Đơn buốt
trong điều kiện thí nghiệm.
- Đề xuất những biện pháp sử dụng cây Dƣơng xỉ và Đơn buốt trong cải
tạo đất bị ô nhiễm Pb và As.
4. Ý nghĩa của đề tài
- Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học:
+ Nâng cao kiến thức, kỹ năng và rút ra kinh nghiệm thực tế phục vụ
cho công tác nghiên cứu sau này.
+ Vận dụng phát huy các kiến thức đó vào thực tế.
- Ý nghĩa thực tiễn:
+ Đánh giá đƣợc tiềm năng của cây Dƣơng xỉ, cây Đơn buốt trong cải
tạo đất bị ô nhiễm KLN ở Thái Nguyên.
+ Đề tài là một tƣ liệu tham khảo về khả năng hấp thụ KLN của cây
Dƣơng xỉ, cây Đơn buốt.

4
Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Cơ sở khoa học của đề tài
1.1.1. Cơ sở lý luận
1.1.1.1. Một số khái niệm
* Khái niệm môi trường
Hiện nay, môi trƣờng là một lĩnh vực khoa học đã và đang đƣợc nhiều
nhà bác học quan tâm, nghiên cứu, từ đó đƣa ra nhiều khái niệm khác nhau về
môi trƣờng. Tuy có nhiều quan điểm và mục đích nghiên cứu về môi trƣờng
khác nhau, nhƣng cũng có thể nêu lên một số định nghĩa tổng quát:
Môi trƣờng là tập hợp tất cả các thành phần của thế giới vật chất bao
quanh, có khả năng tác động đến sự tồn tại và phát triển của mỗi sinh vật [3].
Môi trƣờng là tổng các điều kiện bên ngoài, có ảnh hƣởng đến sự

phát triển hay tồn tại của một sinh vât hay một cộng đồng [6].
Môi trƣờng bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh
con ngƣời, có ảnh hƣởng đến đời sống, sản xuất, tồn tại, phát triển của con
ngƣời và sinh vật (Luật Bảo vệ môi trƣờng Việt Nam, 2005).
* Khái niệm về ô nhiễm môi trường
Ô nhiễm môi trƣờng đƣợc hiểu là sự có mặt của các chất hoặc năng
lƣợng với khối lƣợng lớn trong môi trƣờng mà môi trƣờng khó chấp nhận.
Ô nhiễm môi trƣờng là hiện tƣợng môi trƣờng tự nhiên bị bẩn, đồng
thời các tính chất vật lý, hoá học, sinh học của môi trƣờng bị thay đổi, gây
tác hại tới đời sống của con ngƣời và sinh vật khác [5].
Ô nhiễm môi trƣờng là sự tích luỹ trong môi trƣờng các yếu tố vật lý,
hoá học, sinh học, vƣợt quá tiêu chuẩn chất lƣợng môi trƣờng khiến cho môi
trƣờng trở nên độc hại đối với con ngƣời và sinh vật.

5
Sự ô nhiễm môi trƣờng có thể là hậu quả của các hoạt động tự nhiên
nhƣ: hoạt động của núi lửa, thiên tai nhƣ lũ lụt, bão… hoặc do các hoạt động
của con ngƣời gây ra nhƣ giao thông, công nghiệp, thƣơng mại, dịch vụ, sinh
hoạt…[16].
Ô nhiễm môi trƣờng là sự biến đổi của các thành phần môi trƣờng
không phù hợp với tiêu chuẩn môi trƣờng, gây ảnh hƣởng xấu đến con ngƣời,
sinh vật (Luật Bảo vệ môi trƣờng Việt Nam, 2005).
Ô nhiễm môi trƣờng bao gồm các dạng ô nhiễm chính: Môi trƣờng đất,
nƣớc, không khí, tiếng ồn Ô nhiễm đất là sự biến đổi thành phần, tính chất của
đất gây ra bởi những tập quán phản vệ sinh của các hoạt động sản xuất nông
nghiệp với những phƣơng thức canh tác khác nhau, và do thải bỏ không hợp lý
các chất cặn bã đặc và lỏng vào đất, ngoài ra ô nhiễm đất còn do sự lắng đọng
của các chất gây ô nhiễm không khí lắng đọng xuống đất (theo mùa mƣa) [4].
* Khái niệm về kim loại nặng (KLN)
Có hai quan điểm chính về KLN:

Quan điểm phân loại theo tỉ trọng: Cho rằng KLN là các kim loại có tỉ
trọng (ký hiệu d) lớn hơn 5, bao gồm: Pb (d=11,34), Cd (d=8,6), As (d=5,72), Zn
(d=7,10) Trong số các nguyên tố này có một số nguyên tố cần cho dinh dƣỡng
cây trồng, ví dụ: Mn, Zn Các nguyên tố này cây trồng cần với hàm lƣợng nhỏ,
gọi là nguyên tố vi lƣợng, nếu hàm lƣợng cao sẽ gây độc cho cây trồng [39].
Theo quan điểm độc học: KLN là các kim loại có nguy cơ gây nên các
vấn đề môi trƣờng, bao gồm: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, Vn, Ti, Fe, Mn,
As, Se. Có 4 nguyên tố đƣợc quan tâm nhiều là: Pb, As, Cd và Hg, 4 nguyên
tố này hiện nay chƣa biết đƣợc vai trò sinh thái của chúng, tuy nhiên nếu dƣ
thừa một lƣợng nhỏ 4 nguyên tố này thì tác hại rất lớn [29].

6
* Ô nhiễm môi trường đất do KLN
Có một số hợp chất KLN bị thụ động và đọng lại trong đất, song có một
số hợp chất có thể hoà tan dƣới tác động của nhiều yếu tố khác nhau, nhất là
do độ chua của đất, của nƣớc mƣa. Điều này tạo điều kiện để các KLN có thể
phát tán rộng vào nguồn nƣớc ngầm, nƣớc mặt và gây ô nhiễm đất.
Ô nhiễm đất là do con ngƣời sử dụng các loại hoá chất trong nông
nghiệp và thải vào môi trƣờng đất các chất thải đa dạng khác. Trong các chất
thải này, có những chất phóng xạ, đất cũng nhận những kim loại nặng từ khí
quyển dƣới dạng bụi nhƣ: Pb, Hg, Cd, Mo và các chất phóng xạ. Nguồn rác
thải từ đô thị, việc sử dụng phân bón tƣơi để bón ruộng, nƣơng rẫy cũng đã
góp phần làm ô nhiễm đất [16].
* Hậu quả của ô nhiễm môi trường đất do KLN
Sự tích tụ các chất độc hại, các KLN trong đất sẽ làm tăng khả năng hấp
thụ các nguyên tố có hại trong cây trồng vật nuôi và gián tiếp gây ảnh hƣởng
xấu tới sức khoẻ con ngƣời, làm thay đổi cấu trúc tế bào gây ra nhiều bệnh di
truyền, bệnh về máu, bệnh ung thƣ [24].
1.1.1.2. Tác động của hệ thống sản xuất đến môi trường đất
Đất là nguồn tài nguyên thiên nhiên quan trọng nhất trong sản xuất

nông - lâm nghiệp, ngoài ra con ngƣời còn sử dụng đất cho nhiều mục đích
khác nhau nhƣ: Làm nhà ở, đƣờng giao thông, kho tàng và mặt bằng sản
xuất công nghiệp. Theo NAYHTUN (1982) thì năm 1970 một hecta đất canh
tác sử dụng cho 2,6 ngƣời, còn năm 2000 cho 4 ngƣời [15].
Nhƣ vậy khi dân số gia tăng, đòi hỏi lƣơng thực, thực phẩm ngày càng
nhiều và con ngƣời phải áp dụng những phƣơng pháp để tăng mức sản xuất và
tăng cƣờng khai thác độ phì của đất.

7
* Những biện pháp phổ biến là:
- Tăng cƣờng sử dụng các chất hoá học trong nông nghiệp nhƣ: Phân
bón, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ.
- Sử dụng các chất điều khiển sinh trƣởng để giảm bớt thất thoát mùa
màng và thuận lợi cho thu hoạch.
- Sử dụng công cụ và kỹ thuật hiện đại.
- Mở rộng mạng lƣới tƣới tiêu.
Tất cả những biện pháp này đều gây tác động mạnh mẽ đến hệ sinh thái
và môi trƣờng đất, đó là:
- Làm đảo lộn cân bằng sinh thái do sử dụng thuốc trừ sâu.
- Làm ô nhiễm môi trƣờng đất do sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu.
- Làm mất cân bằng dinh dƣỡng.
- Phá huỷ cấu trúc đất và tổ chức sinh học của đất do sử dụng các máy
móc nặng.
- Mặn hoá, chua phèn do tƣới tiêu không hợp lý.
1.1.2. Cơ sở thực tiễn
1.1.2.1. Những biện pháp cải tạo đất ô nhiễm KLN phổ biến, tiềm năng và
hạn chế
Trƣớc hiện tƣợng ô nhiễm môi trƣờng đất, nƣớc đang diễn ra ngày càng
trầm trọng nhƣ hiện nay, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu một số
biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trong môi trƣờng để bảo vệ nguồn tài nguyên

vô cùng quan trọng của trái đất. Hiện nay các phƣơng pháp giảm thiểu ô
nhiễm khá phong phú nhƣ các phƣơng pháp kết tủa, xa lắng, hấp phụ, trao đổi
ion, chiết. Trong thời gian gần đây, vấn đề xử lý KLN trong môi trƣờng đất,
nƣớc đã đƣợc nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm, tuy vậy ở Việt Nam
mới chỉ là những nghiên cứu bƣớc đầu.

8
Để xử lý ô nhiễm môi trƣờng, ngoài các kỹ thuật lý hoá nói chung khá
nặng nề và tốn kém, một xu hƣớng mới trên thế giới là sử dụng sinh vật sống
để giải độc trong môi trƣờng đất và nƣớc (Bioremediation).
Phƣơng pháp thay đổi loại cây trồng có khả năng thích nghi tốt với môi
trƣờng có nồng độ KLN cao và tạo ra các sản phẩm có ít khả năng tích luỹ
KLN cũng là một trong những chiến lƣợc quản lý và giảm thiểu sự tác động
của KLN đến cây trồng [10], [19].
Việc lựa chọn phƣơng pháp xử lý ô nhiễm các kim loại phải căn cứ loại
cây trồng, đặc điểm hệ rễ, sinh khối, pH đất, loại KLN. Xu hƣớng hiện nay
các nhà thực vật đi theo hƣớng lựa chọn các loại thực vật dễ trồng, chi phí
thấp, có khả năng chịu đƣợc nồng độ ô nhiễm cao và nhất là có khả năng làm
sạch môi trƣờng với thời gian ngắn.
1.1.2.2. Ứng dụng biện pháp sinh học cải tạo đất ô nhiễm
Cây có khả năng siêu tích luỹ lƣu trữ kim loại trong các cấu trúc hiển vi
của tế bào cây, gọi là các không bào. Không bào là các cấu trúc đƣợc sắp xếp
thành màng, có tác dụng bảo vệ phần còn lại của tế bào chống lại tác động
độc tính của kim loại.
Các nhà khoa học quan tâm đến việc sử dụng thực vật siêu tích luỹ kim
loại nhƣ là một công cụ làm sạch các vùng bị ô nhiễm. Họ tin rằng đất ô
nhiễm KLN hoặc chất phóng xạ có thể đƣợc làm sạch bằng cách sử dụng các
loài cây có khả năng hấp thụ những chất này. Quy trình này gọi là cải tạo sinh
học, cụ thể hơn nếu dùng thực vật để cải tạo thì gọi là cải tạo bằng thực vật.
Ví dụ, khi một khu đất bị ô nhiễm cadimi, hiện nay ngƣời ta sẽ rào khu

đất lại, đề biển để ngăn mọi ngƣời vào, xây dựng một bãi để xe hoặc đào toàn
bộ khối đất chở đến chỗ chôn lấp, tất cả các việc này rất tốn kém. Ý tƣởng
mới sẽ là trồng các cây có khả năng tích luỹ kim loại để tách kim loại ra khỏi

9
khu đất. Sau 5 hoặc 10 năm, bằng cách trồng luân canh các loại cây này sẽ có
thể khử kim loại ra khỏi đất. Nhƣ vậy sẽ tiết kiệm nguồn kinh phí và giữ đƣợc
đất để sử dụng sau đó.
1.1.3. Cơ sở pháp lý
- Luật Bảo vệ môi trƣờng 2005 đƣợc Quốc hội nƣớc Cộng hoà xã hội
chủ nghĩa Việt Nam thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005 và chính thức có
hiệu lực từ ngày 01 tháng 07 năm 2005.
- Nghị định số 68/2006/NĐ – CP của chính phủ ngày 20 tháng 05 năm
2005 về an toàn hoá chất.
- Quyết định số 22/2006/QĐ/BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi
trƣờng về việc áp dụng tiêu chuẩn Việt Nam về môi trƣờng.
- Quyết định số 33/2004/QĐ – BKHCN về việc ban hành tiêu chuẩn
Việt Nam do Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành.
- Quyết định số 04/2008/QĐ – BTNMT về việc ban hành quy chuẩn kỹ
thuật quốc gia về môi trƣờng của Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng.
- Tiêu chuẩn Việt Nam về giới hạn tối đa cho phép của kim loại nặng
trong đất (TCVN 7209: 2002) và ngƣỡng độc hại trong thực vật.
- Quyết định số 99/2008/QĐ-BTN ngày 15 tháng 10 năm 2008 của Bộ
trƣởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.
- Quyết định số 328/2005/QĐ-TTg ngày 12/12/2005 của thủ tƣớng chính
phủ phê duyệt kế hoạch quốc gia kiểm soát ô nhiễm môi trƣờng đến năm 2010.
1.2. Tình hình đất bị ô nhiễm KLN trên Thế giới và Việt Nam
1.2.1. Tình hình đất bị ô nhiễm KLN trên Thế giới
Theo nghiên cứu của các nhà khoa học thì cũng cần chú ý rằng thực tế
lƣợng KLN (Cu, Pb, Zn, Cd, As, ) có nguồn gốc phát sinh từ hoạt động của

con ngƣời lớn hơn ba lần lƣợng phát sinh từ nguồn gốc tự nhiên. Ngày nay

10
với tốc độ phát triển mạnh mẽ của công nghiệp và hình thành nhiều thành phố
lớn, vấn đề ô nhiễm môi trƣờng ngày càng nghiêm trọng. Khói từ các nhà
máy, từ xe cơ giới thải ra làm ô nhiễm bầu khí quyển. Nƣớc thải từ các nhà
máy, khu dân cƣ đô thị làm ô nhiễm nguồn nƣớc. Trong nông nghiệp sử dụng
ngày một nhiều các loại thuốc trừ sâu, thuốc trừ cỏ và một số loại phân hoá
học đã làm ô nhiễm trầm trọng nguồn tài nguyên đất.
Nguồn gốc KLN trong đất có thể có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo.
Chủ yếu do 4 loại sau:
+ Quá trình phong hoá đá
Đá mẹ là nguồn cung cấp đầu tiền các nguyên tố khoáng và có vai trò
quan trọng trong việc tích lũy các kim loại trong đất. Trong những điều kiện
xác định, phụ thuộc vào các loại đá mẹ khác nhau mà các đất đƣợc hình thành
có chứa hàm lƣợng các kim loại nặng khác nhau (Bảng 1.1).
Bảng 1.1. Hàm lƣợng của một số kim loại nặng trong một số loại đá
ĐVT: mg/kg
Nguyên
tố
Đá macma
Đá trầm tích
Siêu bazơ
(Serpentine)
Bazơ
(Basalt)
Axit
(Granite)
Đá vôi
Đá cát kết

Đá phân
lớp
Cr
2.000 – 2.980
200
4
10 - 11
35
90 – 100
Mn
1.040 – 1.300
1.500 - 2000
400 - 500
620 - 1100
4 - 60
850
Co
110 - 150
35 - 50
1
0,1 - 4
0,3
19 – 20
Ni
2000
150
0,5
7 - 12
2 - 9
68 – 76

Cu
10 - 42
90 - 100
10 - 13
5,5 - 15
30
39 – 50
Zn
50 - 58
100
40 - 52
20 - 25
16 - 30
10 – 120
Cd
0,12
0,13 - 0,2
0,09 - 0,2
0,028 - 0,1
0,05
0,2
Sn
0,5
1 - 1,5
3 - 3,5
0,5 - 4
0,5
4 – 6
Hg
0,004

0,01 - 0,08
0,08
0,05 - 0,16
0,03 - 0,29
0,18 - 0,5
Pb
0,1 - 0,4
3 - 5
20 - 24
5,7 - 7
8 - 10
20 – 23
Nguồn: Jack. E. Fergusson, 1991 [36]

11
Trong đá macma bazơ hàm lƣợng Cu, Co, Zn, lớn hơn trong đá axit.
Phần lớn chúng đƣợc chứa trong các mạng lƣới tinh thể khoáng. Đá bazan có
chứa hàm lƣợng Cu thấp hơn, đá granit có hàm lƣợng Cu thấp. Đá vôi sét lẫn
đá tảng và cát đặc biệt nghèo Cu. Do vậy, đất hình thành trên đá bazan có
hàm lƣợng Cu cao. Ngƣợc lại với Cu, nguyên tố Pb theo Pendisa (1985) hàm
lƣợng có trong các đá mẹ granit và cát kết tƣơng đối cao, trong đá bazan lại
có ít chì. Còn đối với Zn đá macma bazo có hàm lƣợng cao hơn đá macma
axit. Hàm lƣợng Zn trong một số đá nhƣ sau: Granit là 40 ppm, đá bazan là
100 ppm, đá vôi là 20ppm, phiến sét là 16ppm [7].
+ Quá trình lắng đọng khí quyển
Trong khí quyển, các KLN tồn tại ở dạng sol khí có kích thƣớc khác
nhau, trung bình trong khói thải ô tô từ 0,01-100 m, ở tro nguyên liệu, bụi
luyện kim có kích thƣớc từ 1-100 m [7], chúng đƣợc khuếch tán theo các
hƣớng với nồng độ khác nhau nhiều hay ít phụ thuộc vào hƣớng gió.
Các yếu tố quyết định dạng và số lƣợng sự xâm nhập của KLN qua

đƣờng khí quyển và số phận của chúng trong đất: cỡ hạt, độ hoà tan, khoảng
cách từ nguồn phát thải đến nơi tiếp nhận, độ axit của nƣớc mƣa.
Bảng 1.2. Hàm lƣợng kim loại nặng trong nƣớc mƣa ở một số nơi
ĐVT:

g /lit
Địa điểm
Pb
Cd
Cu
Zn
Đông Bắc Scotlen
0,6-29
0,1-1,52
0,2-13
2,5-95
Miền Nam New Jersey
4-118
<0,1-5,1
<1-1,6
-
Miền Bắc Đức
11-14
0,19-0,35
2,3-2,5
320
Miền Nam Thuỵ Điển
7,9-8,5
0,13-0,16
1,3-1,5

25-37
Nguồn: Jack. E. Fergusson, 1991 [36]

12
Nồng độ KLN trong khí quyển thƣờng lớn ở quanh nguồn phát thải, đặc
biệt ở những khu vực làng nghề tái chế kim loại, nhà máy luyện kim, khu khai
khoáng… Các phần tử kim loại trong khí quyển đi vào đất theo hai con
đƣờng: lắng đọng khô và lắng đọng ƣớt. Lắng đọng khô thƣờng với hạt có
kích thƣớc lớn và gần nguồn phát thải, còn lắng đọng ƣớt thƣờng với hạt có
kích thƣớc nhỏ và xa nguồn phát thải. Sự xâm nhập của các phần tử KLN này
đƣợc xem là một trong những nguyên nhân gây đất ô nhiễm kim loại nặng.
+ Hoạt động sản xuất nông nghiệp
Đây là nguyên nhân rất chủ yếu. Trong quá trình sản xuất con ngƣời đã
làm tăng đáng kể các nguyên tố kim loại nặng trong đất. Các loại thuốc bảo
vệ thực vật thƣờng có chứa các kim loại nặng nhƣ As, Pb, Hg. Các loại phân
bón hóa học đặc biệt là phân photpho thƣờng chứa nhiều As, Cd, Pb. Các loại
bùn thải thành phố là nguồn có chứa nhiều các kim loại nặng khác nhƣ: As,
Pb, Cd, Hg, Zn,…(Bảng 1.3).
Hàm lƣợng kim loại nặng trong các loại phân bón khá cao. Ví dụ: Cứ
trong 1kg phân lân chứa 1 – 300 mg Cu, 7 – 200 mg Pb, 50 – 1.450 mg Zn, 66
– 245 mg Cr, (phân super lân chứa 7 - 1000mg Pb/1kg phân)
Việc sử dụng bùn thải để bón đã gây tích lũy đáng kể kim loại nặng
trong lớp đất mặt, về lâu dài việc tích lũy kim loại nặng sẽ gây ô nhiễm môi
trƣờng đất. Hàm lƣợng Cd có trong các chất dùng cho sản xuất nông nghiệp ở
mức độ nhƣ sau: Bùn thải biến động từ 2 – 1.500 mg/kg, phân lân từ 0,1 –
170 mg/kg, vôi từ 0,04 - 0,1 mg/kg, phân đạm từ 0,05 - 8,5 mg/kg và phân
chuồng là 0,03 - 0,08 mg/kg. Điều này chứng tỏ với những nƣớc nông nghiệp
hóa học phát triển mạnh thì những vùng chuyên trồng trọt, Cd nói riêng và
một số kim loại nặng là hoàn toàn có thể tồn dƣ trong đất.
Khi xác định nồng độ Cd trong đất ở những nông trại chuyên tƣới và

bón bùn thải ở một số nƣớc Mỹ, Anh, Hà Lan cho kết quả tƣơng ứng là: 1,5 –
167mg/kg; 2,6 - 8,3 mg/kg và 7,3 - 8,1mg/kg. Hàm lƣợng Pb trong bùn thải

13
biến động từ 50 – 3.000 mg/kg, phân lân từ 7 – 225 mg/kg và từ 20 – 1.250
mg/kg, phân đạm từ 2 – 27 mg/kg, phân chuồng từ 6,6 – 15 mg/kg và thuốc
bảo vệ thực vật là 60 mg/kg.
Bảng 1.3. Hàm lƣợng kim loại nặng trong một số phân bón
và hóa chất nông nghiệp
ĐVT: mg/kg
Nguyên
tố
Phân đạm
Bùn thải
Phân
chuồng
Phân lân
Thuốc
BVTV
As
2,2 - 120
2 - 26
3 - 25
2 - 1200
3 - 30
Cd
0,05 - 8,5
2 - 1.500
0,3 - 0,8
0,1 - 170

-
Cr
3,2 - 19
20 - 40.600
5,2 - 55
66 - 245
-
Co
5,4 - 12
2 - 260
0,3 - 24
1 - 12
-
Cu
< 1- 15
5 – 3.300
2 - 60
1 - 300
-
Hg
0,3 - 2,9
0,1 - 55
0,09 - 0,2
0,01 - 1,2
0, 6 - 0
Ni
7 - 34
16 - 5.300
7,8 - 3,0
7 - 38

-
Pb
2 - 27
50 - 3.000
6,6 - 15
7 - 225
11 - 26
Zn
1 - 42
700 - 4.900
15 - 250
50 - 1.450
-
Nguồn: W.Salomons, U.Forstener, P.Mader, 1995 [38]; Jack.E.Fergusson, 1991 [36]
Hàm lƣợng KLN trong thuốc trừ sâu vô cơ bao gồm:
- Các hợp chất của đồng, các hợp chất của asen, các hợp chất của lƣu
huỳnh và các hợp chất vô cơ khác.
Ngoài ra, việc sử dụng nƣớc thải có chứa KLN của các làng nghề, khu
công nghiệp, đô thị cũng đã góp phần làm tăng thêm hàm lƣợng KLN trong đất.
+ Hoạt động công nghiệp
Quá trình phát triển công nghiệp và đô thị hoá thải vào môi trƣờng
lƣợng chất thải ngày càng lớn và có tính độc càng cao. Các chất thải chứa kim
loại đặc biệt là KLN thƣờng tập trung ở các khu vực khai thác mỏ, các khu

14
công nghiệp và đô thị, các làng tái chế kim loại… Hầu hết chất thải của các
ngành công nghiệp nhƣ: mạ, chế biến kim loại màu, pin, khai khoáng, xăng
dầu, nhuộm… đổ ra môi trƣờng đều không qua xử lý hoặc xử lý không triệt
để đã gây ra hậu quả ô nhiễm nghiêm trọng môi trƣờng sống. Việc di chuyển
của các kim loại này vào đất và tích luỹ dần ở đó sẽ gây ô nhiễm môi trƣờng

đất, từ đó sẽ gây hại tới sinh vật và con ngƣời thông qua chuỗi thức ăn.
Theo thống kê của các tổ chức môi trƣờng thế giới, hàng năm các con
sông của Châu Á chuyển tải ra biển 50% các chất cặn lắng (tƣơng đƣơng với
13,5 tỉ tấn) của các con sông trên thế giới, có tới 70% dòng xả vào Thái Bình
Dƣơng không đƣợc xử lý. Hơn 40% ô nhiễm trong khu vực bắt nguồn từ công
nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, đô thị và giao thông vận tải. Tình hình ô
nhiễm xảy ra ở hầu hết các nƣớc đang phát triển. Hơn 90% cống rãnh đô thị ở
các nƣớc này không đƣợc xử lý và thải trực tiếp ra các con sông, các cánh
đồng lân cận. Các xí nghiệp, hầm mỏ đã thải vào trong nƣớc rất nhiều KLN
hoặc các chất độc, chất thải rắn.
Các nguyên tố KLN nhƣ: Cu, Pb, Zn, Cd, Cr thƣờng chứa trong phế
thải của ngành luyện kim màu, sản xuất ôtô. Khi nƣớc thải chứa 13 mg Cu/l,
10 mg Pb/l, 1 mg Zn/l đã gây sự ô nhiễm đất nghiêm trọng. Hàm lƣợng Cd
trong đất Thụy Sỹ có thể lên tới 3 mg/kg trong vòng 20 - 30 năm tới. Tính di
động gây độc của các KLN còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: sự thay đổi
điện thế ôxy hoá khử, pH, số lƣợng muối và các phức chất có khả năng hoà
tan những KLN đó ở trong đất.
Ở Ấn Độ, nồng độ các chất nhƣ Pb, Cd và Hg cao bất thƣờng, đƣợc phát
hiện ở nhiều lạch sông Thane thuộc bờ biển thành phố Bom Bay, các trạm quan
trắc ngoài khơi cũng đƣợc báo cáo có chứa Pb với hàm lƣợng đáng kể.
Ở Pakistan, ngƣời ta cũng đã phát hiện thấy nồng độ đáng kể các KLN
trong nƣớc và các cặn lắng ở vùng ven bờ khu vực sông Indus.