Nghiên cứu khả năng hấp thu thiếc trong đất ô nhiễm của cỏ vetiver và cây dương xỉ

iii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ii
DANH MỤC BẢNG v
DANH MỤC HÌNH vi
CHƯƠNG 1 4
1.1. THỰC TRẠNG Ô NHIỄM THIẾC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 4
1.1.1. Ô nhiễm thiếc trên thế giới 5
1.1.2. Ô nhiễm thiếc tại Việt Nam 9
1.2. KHẢ NĂNG HẤP THU KIM LOẠI NẶNG CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY
DƯƠNG XỈ 11
1.2.1. Cỏ vetiver 11
1.2.2. Cây dương xỉ 15
1.3. CÁC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THỰC VẬT ĐỂ HẤP THU KIM LOẠI
NẶNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 16
1.3.1. Các công nghệ sinh học xử lý môi trường 16
1.3.2. Các nghiên cứu trên thế giới 19
1.3.3. Các nghiên cứu ở Việt Nam 23
1.3.4. Các biện pháp để xử lý thực vật sau khi hấp thu kim loại nặng 27
CHƯƠNG 2 29
2.1. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 29
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29
2.2.1. Phương pháp tổng quan thu thập tài liệu 29
2.2.2. Phương pháp khảo sát thực địa lấy mẫu 29
2.2.3. Phương pháp thực nghiệm 30
2.2.4. Phương pháp tổng hợp, đánh giá xử lý số liệu 32
CHƯƠNG 3 33
3.1. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG CỦA CỎ VETIVER VÀ
CÂY DƯƠNG XỈ Ở CÁC NỒNG ĐỘ THIẾC KHÁC NHAU TRONG MẪU ĐẤT

TỰ LẬP 33
iv


3.1.1. Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng của cỏ vetiver và cây dương xỉ ở các
nồng độ khác nhau thông qua việc khảo sátchiều dài thân, lá 33
3.1.2. Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng của cỏ vetiver và cây dương xỉ ở các
nồng độ khác nhau thông qua việc khảo sát chiều dài rễ 36
3.1.3. Kết quả đánh giá khả năng sinh trưởng của cỏ vetiver và cây dương xỉ ở các
nồng độ khác nhau thông qua việc khảo sátsinh khối khô 39
3.2. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP THU THIẾC TRONG THÂN, LÁ
VÀ RỄ CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY DƯƠNG XỈ VỚI CÁC NỒNG ĐỘ THIẾC
KHÁC NHAU TRONG MẪU ĐẤT TỰ LẬP 42
3.3. KẾT QUẢ SO SÁNH HIỆU QUẢ XỬ LÝ THIẾC CỦA CỎ VETIVER VÀ
CÂY DƯƠNG XỈ 47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO 54
PHỤ LỤC a









v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 . Nồng độ trung bình của thiếc trong môi trường 4
Bảng 1.2. Sự phát thải toàn cầu của một số nguyên tố kim loại nặng 6
Bảng 1.4. Hàm lượng thiếc có trong thực phẩm 8
Bảng 1.5. Giới hạn ô nhiễm thiếc trong thực phẩm 10
Bảng 1.6. Nồng độ kim loại nặng trong lá, chồi, cành của một số loài thực vật 20
Bảng 3.1. Sự sinh trưởng qua chiều cao 33
Bảng 3.2. Sự tăng trưởng dựa trên chiều dài rễ 36
Bảng 3.3. Sinh khối khô thân, lá và rễ 39
Bảng 3.4. Lượng kim loại thiếc có trong thân, lá và rễ cỏ vetiver và cây dương xỉ 42
Bảng 3.5. Hàm lượng thiếc còn lại trong đất sau khi thí nghiệm 47
Bảng 3.6. Biến động hàm lượng kim loại thiếc trong đất trồng cỏ vetiver và cây dương
xỉ theo thời gian 51



vi


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Cỏ vetiver 11
Hình 1.2. Cây dương xỉ 15
Hình 2.1. Mô hình bố trí các chậu trồng cỏ vetiver và cây dương xỉ 30
Hình 3.1. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 1 tháng 34
Hình 3.2. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 2 tháng 35
Hình 3.3. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 3 tháng 35
Hình 3.4. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 1 tháng 37
Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều cao theo nồng độ thiếc sau 2 tháng 38
Hình 3.6. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng chiều dài rễ theo nồng độ thiếc sau 3 tháng38

Hình 3.7. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng về sinh khối của cỏ vetiver và cây dương xỉ
theo các nồng độ thiếc sau 1 tháng 40
Hình 3.8. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng về sinh khối của cỏ vetiver và cây dương xỉ
theo các nồng độ thiếc sau 2 tháng 41
Hình 3.9. Biểu đồ thể hiện sự tăng trưởng về sinh khối của cỏ vetiver và cây dương xỉ
theo các nồng độ thiếc sau 3 tháng 41
Hình 3.10. Biểu đồ thể hiện sự tích lũy thiếc trong thân, lá và rễ của cỏ vetiver 44
Hình 3.11. Biểu đồ thể hiện sự tích lũy thiếc trong thân, lá và rễ của cây dương xỉ 46
Hình 3.12. Biểu đồ thể hiện hàm lượng thiếc còn lại trong đất sau khi trồng cỏ vetiver
48
Hình 3.13. Biểu đồ thể hiện hàm lượng thiếc còn lại trong đất sau khi trồng cây dương
xỉ 49
Hình 3.14. Biểu đồ so sánh hàm lượng thiếc còn lại trong đất sau 3 tháng trồng cỏ
vetiver và cây dương xỉ ở các nồng độ bổ sung khác nhau 50


1


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Ô nhiễm kim loại nặng nói chung và ô nhiễm thiếc nói riêng đang là vấn đề bức
thiết của toàn cầu. Kim loại thiếc được sử dụng rất rộng rãi đặc biệt là trong công
nghiệp chế biến đồ hộp, công nghiệp sơn, công nghiệp nhựa, điện tử và trong thuốc bảo
vệ thực vật…Thiếc được cho rằng có độ độc thấp nhất, vô hại đối với sức khỏe. Thực
tế, lượng thiếc quá lớn khi đi vào cơ thể sẽ gây ngộ độc. Đồ hộp chứa thực phẩm dễ
gây nên trúng độc thiếc vì kim loại thiếc sẽ có sự biến đổi hóa học khi kết hợp với các
hợp chất chứa trong thực phẩm, sau đó đi vào cơ thể gây nên sự biến đổi thứ hai. Các
hợp chất này trong quá trình tiêu hóa không thể phân giải và bài tiết được, do đó ảnh
hưởng đến sức khỏe của con người. Thiếc xâm nhập vào cơ thể qua việc tiếp xúc với

thiết bị điện tử, qua đường ăn uống do sử dụng đồ hộp, thực phẩm bị nhiễm thiếc.
Thiếc tồn tại ở dạng hữu cơ gây độc lớn nhất cho con người, độ độc tương đương với
cyanua. Thiếc triethyl là thiếc hữu cơ nguy hiểm nhất đối với con người[18].
Tác động của thiếc vô cơ đối với con người không lớn, những biểu hiện về
nhiễm động độc thiếc vô cơ như dạng lành tính của bệnh bụi phổi, thể hiện ở đường
tiêu hóa như buồn nôn, tiêu chảy, thiếu máu. Thiếc ảnh hưởng đến sự trao đổi chất của
các kim loại khác như đồng, kẽm, sắt. Đối với thiếc hữu cơ, khi tiếp xúc trực tiếp với
hỗn hợp hơi thiếc trimethyl và dimethyl hoặc sau khi uống trực tiếp thiếc methyl sẽ dẫn
đến tử vong. Ngoài ra, có khoảng 100 trường hợp tử vong xảy ra tại Pháp vào năm
1954 sau khi uống một loại thuốc nhiễm thiếc triethyl iodua, triethyl iodide và
tetraethyl. Tử vong xảy ra sau khi tiếp xúc với một liều lượng ước tính 3g triethyl
iodide trong khoảng 6-8 tuần. Những người mắc bệnh có dấu hiệu thần kinh và các
triệu chứng như nhức đầu, sợ ánh sáng, ý thức thay đổi và co giật xuất hiện sau 4 ngày
từ khi bị nhiễm độc, và đau đầu liên tục, sức khỏe suy yếu kéo dài trong ít nhất 4
năm[14].
2


Thời gian bán phân hủy của thiếc trong môi trường rất dài và khó có khả năng
phân hủy sinh học. Thiếc có thể từ đất được thực vật hấp thu và đi vào cơ thể con
người qua đường ăn uống. Chính vì vậy mà việc xử lý đất bị ô nhiễm thiếc đang trở
thành vấn đề cấp thiết của toàn xã hội.
Khi cỏ vetiver mới du nhập vào Việt Nam vào năm 1999 chúng chỉ được biết
đến như là một loại cỏ chống xói mòn, giữ đất, nước và được nghiên cứu để xử lý đất,
nước bị nhiễm kim loại nặng. Ngoài ra, cây dương xỉ cũng được biết đến với khả năng
hấp thu các kim loại nặng như asen, chì, kẽm…
Việc sử dụng cỏ vetiver, cây dương xỉ để xử lý đất bị nhiễm kim loại nặng đã
được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới và tại Việt Nam. Như nghiên cứu
của Bùi Thị Kim Anh (năm 2011) về nghiên cứu sử dụng thực vật (dương xỉ) để xử lý
ô nhiễm asen trong đất vùng khai thác khoáng sản, của Lương Thị Thúy Vân (năm

2012) về nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver để cải tạo đất bị ô nhiễm Pb, As sau khai thác
khoáng sản ở tỉnh Thái Nguyên, của Nualchavee Roongtanakiat và cộng sự (năm 2011)
về hút thu kẽm, cadimi và chì từ đất ô nhiễm bằng cỏ vetiver…Tuy nhiên, hiện nay tại
Việt Nam và trên thế giới có rất ít nghiên cứu về việc xử lý đất ô nhiễm thiếc bằng thực
vật. Vì vậy mà đề tài “Nghiên cứu khả năng hấp thu thiếc trong đất ô nhiễm của cỏ
vetiver, cây dương xỉ ” là rất cấp thiết. Ứng dụng cỏ vetiver, cây dương xỉ để xử lý đất
bị ô nhiễm kim loại nặng là một công nghệ xử lý bằng thực vật được đánh giá là một
công nghệ mới, và rất có triển vọng. Đây là một biện pháp đơn giản, dễ làm, rất kinh
tế, hiệu quả và rất tự nhiên. Đã có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver và
cây dương xỉ để ứng dụng xử lý kim loại nặng trong đất, tuy nhiên hiện nay tại Việt
Nam chưa có nghiên cứu về việc sử dụng cỏ vetiver và cây dương xỉ trong việc xử lý
kim loại thiếc trong đất và so sánh hiệu quả xử lý của hai loài này, đây chính là tính
mới trong đề tài mà luận văn nghiên cứu.
Mục tiêu đề tài
3


Đánh giá khả năng hấp thu thiếc của cỏ vetiver và cây dương xỉ nhằm cải tạo đất
ô nhiễm ở các vùng khai thác mỏ góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.
Nội dung nghiên cứu
 Tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài.
 Đánh giá khả năng thích nghi, sinh trưởng, phát triển của thực vật.
 Đánh giá khả năng hấp thu thiếc trong thân, lá và rễ của cỏ vetiver và
cây dương xỉ với các nồng độ thiếc khác nhau trong mẫu đất tự lập.
 So sánh hiệu quả xử lý thiếc của cỏ vetiver và cây dương xỉ.

4


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. THỰC TRẠNG Ô NHIỄM THIẾC TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
Thiếc trong môi trường thiên nhiên tồn tại chủ yếu dưới dạng đá (Cassiterit
SnO
2
). Bên cạnh đó thiếc còn có trong các thành phần nhiên liệu hóa thạch và hàng
loạt khoáng khác. Phản ứng của thiếc trong môi trường như sau:
Sn
2+
↔ Sn
4+
+ 2e
-

Thiếc tồn tại trong vỏ Trái đất ở dạng khử. Do các quá trình gia công quặng
hoặc quá trình phong hóa mà thiếc có thể ở dạng SnO
2
ít hòa tan tạo thành dung dịch
keo.
Sự tích tụ các hợp chất thiếc chủ yếu trong các động thực vật phù du và trong
bụi của khí quyển. Thời gian lưu của thiếc trong khí quyển, trong nước biển khoảng
10
5
năm. Nồng độ trung bình của thiếc trong môi trường được trình bày trong Bảng
1.1.
Bảng1.1 . Nồng độ trung bình của thiếc trong môi trường[11]
Nồng độ Đơn vị
Pha rắn
Đá núi lửa 2-4 Ppm
Đất sét 4-6 ppm

Sỏi cát 0.5 ppm
Đất 5-100 ppm
Nước nguồn
5


Nước ngọt 9 ppm
Nước biển 4 ppm
Khí quyển 10 ppm
Bụi công nghiệp 100 ppm
Sinh quyển
Thực vật biển 1 ppm
Thực vật trên cạn 0.3 ppm
Động vật biển 0.2-20 ppm
Động vật trên cạn 0.15 ppm
Các sản phẩm của thiếc trên thế giới ước tính khoảng 250.10
3
tấn/năm. Trong đó
5% tổng số lượng này phục vụ cho sản xuất các chất hữu cơ ở dạng dialkyl thiếc như là
phụ gia cho quá trình sản xuất các vật liệu nhân tạo hoặc ở dạng trialkyl như tri-n-butyl
oxit thiếc là chất bảo vệ thực vật. Trimetyl thiếc và các dẫn xuất của chúng rất độc,
chúng cũng dễ bị phân hủy chỉ trong vài ngày. Người ta ước tính rằng, khoảng chừng
0.5.10
3
tấn thuốc bảo vệ thực vật chứa thiếc hằng năm sẽ đi vào thủy quyển và tham
gia các phản ứng tại đó dưới sự phân ly của liên kết cacbon-thiếc. Các hợp chất vô cơ
của thiếc ít độc hơn so với các muối vô cơ của chì, asen hoặc cadimi.
1.1.1. Ô nhiễm thiếc trên thế giới
Theo các tác giả Galloway và Freedmas (1982) thì sự phát thải của một số
nguyên tố kim loại nặng từ các hoạt động tự nhiên và nhân tạo trên thế giới hàng năm

được thể hiện trong bảng 1.2 sau:



6


Bảng 1.2. Sự phát thải toàn cầu của một số nguyên tố kim loại nặng
(đơn vị: 10
8
g/năm)
Nguyên tố Tự nhiên Nhân tạo Nguyên tố Tự nhiên
Nhân tạo
Sb
9,8 380 Hg 0,4
110
As
28 780 Mo 11
510
Cd
2,9 55 Ni 280
980
Cr
580 940 Se 4,1
140
Co
70 44 Ag 0,6
50
Cu
190 2600 Sn 52

430
Pb
59 20000 V 650
2100
Mn
6100 3200 Zn 360
8400
Nguồn:Galloway và Freedmas (1982)
Theo đó lượng thiếc phát thải hàng năm là khá lớn khoảng 482 tấn/năm trong đó
phát thải chủ yếu từ các hoạt động nhân tạo chiếm 89,21% tổng phát thải thiếc.
Nồng độ thiếc trong đất nói chung là thấp, ngoại trừ ở những nơi có chứa quặng
thiếc. Nồng độ thiếc trong lớp vỏ của trái đất là khoảng 2-3 ppm. Nồng độ thiếc trong
đất có thể nằm trong khoảng 2-200 ppm, nhưng trong khu vực khai khoáng thiếc có thể
có nồng độ cao ở mức 1000 ppm. Nồng độ đất nền trung bình tại Mỹ là 0,89 ppm.
Nồng độ thiếc trong lớp đất mặt (0-7,6 cm) từ cuối phía tây của Đông St. Louis, Illinois
dao động từ <13 đến 1,130 mg / kg. Đông St. Louis có lịch sử là nơi đặt các cơ sở công
nghiệp bao gồm các nhà máy luyện kim loại đen và kim loại màu, một nhà máy điện
đốt than, công ty sản xuất hóa chất, và nhà máy lọc dầu. Bùn trầm tích thu thập được
trong tháng 1 năm 1996 từ hồ Central Park ở thành phố New York, chứa nồng độ thiếc
7


trung bình dao động từ 4,0 ppm đến 67 ppm. Điều này do trước đó có nhà máy đốt chất
thải rắn của thành phố New York gần khu vực hồ Central Park [14].
Tổ chức y tế thế giới đã chỉ ra các hợp chất thiếc đã gây ô nhiễm môi trường và
thực phẩm trên phạm vi toàn thế giới từ những năm 1980, các hợp chất này chủ yếu là
các hợp chất thiếc hữu cơ [14].
Các hợp chất cơ thiếc được sử dụng trong nuôi trồng thủy hải sản. Viện Khoa
học Vệ sinh quốc gia Tokyo tháng 6 và tháng 8 năm 1988 đã phân tích cá mua từ thị
trường bán lẻ và các loại tôm cua nuôi được mua vào tháng 10 năm 1987. Các nhà

nghiên cứu khẳng định rằng sự ô nhiễm các hợp chất cơ thiếc là phổ biến trên toàn
quốc cả ở trong môi trường biển lẫn trong các loài hải sản. Theo họ thì điều đặc biệt
đáng lo ngại là hàm lượng các chất này cao trong các loài cá bị ô nhiễm nặng nhất.
Năm 1994 các nhà nghiên cứu thuộc Đại học tổng hợp Pau ở vùng Adour đã
chứng minh sự tồn lưu các hợp chất cơ thiếc ở vùng vịnh Arcachon. Trong những củ cà
rốt dài 30 cm trồng ở 14 vùng trầm tích thuộc vịnh này, năm 1990 người ta phát hiện ra
đều chứa hợp chất cơ thiếc. Kim loại này luôn có mặt ở đây với một hàm lượng đáng
kể. Vào mùa hè, vịnh Arcachon đã đón tiếp đến 15000 du thuyền. Theo các nhà nghiên
cứu Đại học Pau thì các quy định không được tôn trọng. Hơn nữa có sự giải phóng
chậm chạp và liên tục các hợp chất tích tụ trong lớp trầm tích vào thời kỳ ô nhiễm
nặng. Hơn nữa, trong bể nuôi sò, nước có nồng độ dưới 20mg/l được coi là ngưỡng
không gây tác hại đối với sự sinh sản, nhưng nó vẫn gây ra vài dị dạng ở vỏ sò chứng
tỏ kim loại này vẫn còn gây ra độc hại[11].
Thiếc có mặt trong hầu hết các loại thực phẩm mà con người sử dụng. Bảng 1.4
thể hiện hàm lượng thiếc có mặt trong các loại thực phẩm:


8


Bảng 1.4. Hàm lượng thiếc có trong thực phẩm
Loại thực phẩm Nồng độ (mg/kg)
Cà chua 84 (46 - 156)
Actiso 106
Nấm 34 (24 - 45)
Dứa 82 (44 - 136)
Đào 44 (27 - 71)
Lê 47 (35 - 60)
Mơ 114
Bưởi 128

Đậu 2.4
Măng tây 3.9 (1.4 – 6.5)
Đậu Hà Lan 1.0
Cherry 0.5
Dâu tây 0.6
Đu đủ 2.9
Thịt lợn 4.5 (1.1 – 9.4)
Cá 0.7 (0.3 – 0.9)
Cà rốt 0.08 (0.07 – 0.09)
Bắp cải 0.06
Rau diếp 0.1
Rau Bina < 0.003
9


Tỏi tây 0.03
Đậu lăng 0.13 (0.09 – 0.17)
Chuối < 0.003
Cam 0.07 (0.06 – 0.08)
Nước khoáng <0.003
Sữa <0.003
Đường <0.003
Socola <0.003
Dầu ăn <0.003
Nguồn: Blego at al., 1999
1.1.2. Ô nhiễm thiếc tại Việt Nam
Hiện nay tại một số nơi do việc khai thác quặng thiếc trái phép dẫn đến ô nhiễm
môi trường nghiêm trọng như tại các xã Khánh Phú, Khánh Thành, Khánh Thượng
(huyện Khánh Vĩnh, Khánh Hòa), xã Châu Quang, Châu Hồng và Châu Cường (huyện
Quỳ Hợp, Nghệ An), xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên …Việc ô nhiễm

thiếc chủ yếu do khai thác trái phép làm ô nhiễm nguồn nước mặt và bùn thải từ các
hoạt động trên. Nước và bùn thải bị ô nhiễm ngấm vào đất khiến cho đất bị ô nhiễm
thiếc.
Tại xã Châu Hồng, Quỳ Hợp, Nghệ An có hàm lượng thiếc cao, trữ lượng lớn
hơn mỏ thiếc Tĩnh Túc, Cao Bằng. Tuy nhiên, tại đây hiện tượng khai thác thiếc trái
phép đã diễn ra từ năm 2001 khiến môi trường đất và nước nơi này ô nhiễm nặng nề. Ô
nhiễm tại đây thể hiện ở việc tăng các bệnh tiêu chảy, viêm đại tràng, đau mắt ở người
dân và loét da, lở mồm long móng ở trâu bò.
10


Theo QCVN 8-2:2011/BYT Lượng thiếc ăn vào hàng tuần có thể chấp nhận
được tạm thời là 14 mg/kg thể trọng. Trong đó giới hạn ô nhiễm thiếc trong thực phẩm
được thể hiện trong bảng 1.5 dưới đây:
Bảng 1.5. Giới hạn ô nhiễm thiếc trong thực phẩm
TT Tên thực phẩm
ML
(mg/kg hoặc mg/l)
1
Các sản phẩm sữa dạng bột (đựng trong bao bì tráng
thiếc)
250
2 Các sản phẩm dạng lỏng (đựng trong bao bì tráng thiếc) 250
3 Các sản phẩm phomat (đựng trong bao bì tráng thiếc) 250
4
Các sản phẩm chứa chất béo từ sữa (đựng trong bao bì
tráng thiếc)
250
5 Các sản phẩm sữa lên men (đựng trong bao bì tráng thiếc) 250
6

Thịt nấu chín đóng hộp (thịt băm, thịt đùi lợn, thịt vai
lợn), thịt bò muối, thịt chế biến đóng hộp
250
Sản phẩm trong hộp tráng thiếc 200
Sản phẩm trong các loại hộp không tráng thiếc 50
7 Rau, quả đóng hộp 250
8 Đồ uống đóng hộp 150
9 Các thực phẩm đóng hộp khác 250
Lượng thiếc xâm nhập vào cơ thể khá lớn thì mới có thể ảnh hưởng đến sức
khỏe của con người và động vật. Trung bình lượng thiếc hàng ngày của một người
trưởng thành được ước tính khoảng 4,003 mg (4 mg từ thức ăn và 0,003 mg từ không
11


khí) coi như không có sự bổ sung từ nước uống [14]. Các nguồn quan trọng nhất đưa
thiếc vào cơ thể là từ thực phẩm, đặc biệt là thực phẩm đóng hộp.
1.2. KHẢ NĂNG HẤP THU KIM LOẠI NẶNG CỦA CỎ VETIVER VÀ CÂY
DƯƠNG XỈ
1.2.1. Cỏ vetiver

Hình 1.1. Cỏ vetiver
Đối tượng thực vật nghiên cứu là cỏ vetiver có tên khoa học là vetiver zizanioides
(Linn) Nash, thuộc họ Graminea (Poaceae), tông Andropogoneae, tên chi vetiveria bắt
nguồn từ vetiver. Theo các nhà thực vật học thì cỏ vetiver là loài bản địa thuộc miền bắc Ấn
Độ, một số khác cho rằng cỏ này xuất xứ quanh Bombay nên người ta tạm kết luận là loài
cỏ này sống ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới trên những đồng bằng Nam Á, Bangladesh và
Myanmar. Cỏ Vetiver được trồng nhiều ở Thái Bình, Nghệ An. Gồm 11 loài, trong đó chỉ
có 2 loài được sử dụng trong hệ thống cỏ Vetiver đó là V. zizanioides và V. nemoralis,
trong khi V. zizanioides được phân bố hầu hết ờ các vùng nhiệt đới thì V. nemoralis
chỉ có mặt ở vùng Đông Nam Á. Còn ở Việt Nam thì cỏ Vetiver còn được gọi là cỏ

12


Hương Bài hay Hương Lau được phân loại là V. zizanioides L. và được trồng nhiều ở
Thái Bình, Nghệ An.
* Đặc tính về hình thái
- Nhìn chung thì cỏ vetiver rất giống như một bụi cỏ sả to, mọc thẳng đứng,
thân xếp vào nhau tạo thành khóm dày đặc, vững chắc, chiều cao có thể tới 3m. Chồi
ngọn thì nằm sâu dưới lớp đất mặt vài cm, đây là các mô tế bào đang phát triển. Do đó
cỏ vetiver thường mọc thành từng cụm.
- Thân lá mọc thẳng đứng, cứng, chịu được điều kiện ngập lũ cao trung bình 1-
1,5m, thường thì khó phân biệt được thân và lá, phiến lá tương đối cứng, lá dài từ 40-
90cm, rộng 4-10mm, lá nhẵn, mép lá nhám.
- Cụm hoa là chùy tận cùng, thẳng, dài 20-30cm, cuống chung lớn, phân nhánh
nhiều. Bông nhỏ không cuống, là loại lưỡng tính, hình dẹt, bông rất nhỏ, bông có
cuống là bông đực, cỏ vetiver ít ra hoa, nếu có thì hoa thường bất thụ.
- Quả hơi dẹt.
- Rễ là đối tượng mà chúng ta quan tâm nhiều nhất, hệ rễ chính là cơ sở khả năng
chống xói mòn của cỏ vetiver, bộ rễ xốp, dày đặc, chắc, mạnh, mọc rất nhanh và rất nhiều
về số lượng, rễ có thể ăn sâu xuống đất từ 3-5 mét, do đó có thể ngăn cản sự xói mòn
cũng như khống chế sự dịch chuyển vật chất trên mặt đất, đồng thời giữ cho cây sống
được qua thời kỳ hạn hán. Rễ cỏ vetiver được ví như cái "nêm" cắm sâu vào lòng đất,
không lung lay trước mưa bão hay lũ cuốn.
- Cỏ vetiver không bò lan và thân rễ đan xéo nhau, khi trồng gần nhau thì cỏ
vetiver tạo thành một hàng hàng rào chắn phù sa và phân tán dòng chảy rất hiệu quả.
* Đặc tính về sinh lý học
13


- Vetiver thuộc nhóm thực vật C4, sử dụng CO

2
hiệu quả hơn theo con đường
quang hợp bình thường. Điều lưu ý là hầu hết thực vật C4 chuyển hóa CO
2
thành đường
lại sử dụng rất ít nước, đây là một yếu tố giúp cây phát triển trong điều kiện khô hạn.
- Cỏ vetiver không mẫn cảm với giai đoạn sáng, vẫn sinh trưởng và ra hoa quanh
năm trong điều kiện nhiệt độ cho phép, cây cỏ này thích hợp nhất dưới ánh sáng, không
chịu được bóng râm, nhưng một khi đã sống được trong bóng râm thì lại có thể tồn tại tới
hàng chục năm. Nó có thể chịu được điều kiện ít sáng trong rừng cây cao su hoặc trong
các khu rừng nhiệt đới.
- Hạt cỏ vetiver ở trong điều kiện bình thường thì các hạt trưởng thành dần dần phát
tán và hạt chỉ có thể nảy mầm khi gặp điều kiện tối thích (vùng đầm lầy nhiệt đới) nhưng sức
sống kém. Hạt cỏ vetiver rất nhạy cảm với các yếu tố môi trường do vậy rất dễ mất sức
sống, tỷ lệ nảy mầm thấp. Chính vì đặc điểm này mà chúng ta không cần lo ngại hạt cỏ sẽ
phát tán và trở thành cỏ dại.
- Cụm hoa: trong họ Poaceae thì cụm hoa là đặc điểm nhận biết quan trọng.
Riêng đối với cỏ vetiver thì lại dễ có sự nhầm lẫn, nhất là về chiều dài, rộng và màu sắc
hoa.
- Hoa cỏ vetiver là hoa lưỡng tính, thường đi thành từng cặp, mỗi cặp giống
nhau về hình thức gồm một hoa có một cuống ngắn và một hoa không cuống, riêng phần
cuối của cuống thì các hoa chụm ba. Hoa không có cuống lưỡng tính, phẳng theo chiều
ngang, có gai ngắn và sắc. Mỗi hoa có hai nhụy cái, hai đầu nhụy cái như lông vũ,
thường bị thoái hóa hoặc không bình thường. Hoa có hình nón, thuôn dài, oval, đỉnh
hình nêm, rộng 1,5-2,5mm, dài 2,5-3,5mm. Mặt phía trên thô, có gai nhỏ, mặt dưới
nhẵn.
* Đặc tính về sinh thái học
14

Cỏ vetiver thích ứng trong nhiều điều kiện, khí hậu, đất đai, địa hình, chịu đựng
và thích nghi nhanh với sự thay đổi khắc nghiệt của môi trường.
- Chịu được hạn hán trong nhiều tháng, sống được trong môi trường ngập lũ đến
45 ngày và trong biên độ nhiệt độ từ -14˚C đến 60
˚
C.
- Phát triển tốt trong vùng đầm lầy ngang mực nước biển cho đến vùng núi cao
2600m so với mặt biển, vùng có lượng mưa trung bình năm cực thấp khoảng 200mm
hoặc rất cao khoảng 3000mm.
- Mọc và phát triển lại rất nhanh sau khi bị ảnh hưởng của hạn hán, sương
muối, nước mặn, các hóa chất và độc chất trong đất.
- Chịu được ngưỡng biến động cao của pH đất từ 3-10,5.
- Sống và phát triển tốt trong đất nghèo dinh dưỡng, đất nhiễm phèn, ngập mặn, đất bị
nhiễm kim loại nặng như Al, As, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, Ni, Se, Zn.
- Có thể hạn chế sự phát triển của tảo.
- Tinh dầu trong rễ có mùi thơm khỏe làm cho rễ không hấp dẫn đối với loài gặm
nhấm và các loại côn trùng hại khác, nó còn ngăn chặn không cho chuột làm tổ gần hàng rào,
lá cỏ cứng và sắc làm cho rắn không đến gần được.
- Không chịu được điều kiện bóng râm.
* Đặc tính về di truyền.
Có hai loại cỏ vetiver đang được sử dụng để bảo vệ đất là: Vetiverria
zizanioides và V. nigritana. Loại V. nigritana có nguồn gốc từ Nam Phi và Tây phi và
chủ yếu được sử dụng tại tiểu lục địa này. Có hai kiểu gen của Vetiveria zizanioides.
Nhưng chỉ cò một loại là thích hợp để sử dụng trên toàn thế giới, do vậy để phân biệt được
hai kiểu gen này là một điều rất quan trọng.
15


- Kiểu gen Bắc Ấn Độ là loại cỏ hoang dại, chưa được thuần hóa, cỏ này cũng
cho hoa và hạt hữu tính, rễ ăn nông, thích hợp với đất ẩm ướt, nếu không kiểm soát thì

sẽ trở thành cỏ dại.
- Kiểu gen Nam Ấn Độ, đã được thuần hóa. Đây chính là loại cỏ vetiver đã
được trồng hàng thế kỷ nay và được phân bố rộng rãi khắp các vùng nhiệt đới. Loại cỏ
này cho hoa nhưng hoa bất thụ, cho hạt nhưng lại là hạt lép, không phát tán hoặc có sức
sống rất kém, không thể nảy mầm, loại cỏ này nhân giống bằng phương pháp vô tính.
Đây là loại cỏ được sử dụng an toàn nhất trong các lĩnh vực.
1.2.2. Cây dương xỉ
Dương xỉ có tên khoa học là Pteris
vittata L, là loài cây thuộc nhóm Quyết, là
những thực vật đã có thân, rễ, lá thật và có
mạch dẫn. Chúng sinh sản bằng bào tử. Bào
tử mọc thành nguyên tản và cây con mọc ra
từ nguyên tản sau quá trình thụ tinh. Mặt
dưới các lá dương xỉ có những đốm nhỏ
chứa các túi bào tử. Túi bào tử có một vòng
tế bào với màng tế bào dày lên rất rõ gọi là
vòng cơ có tác dụng phát tán bào tử khi túi
bào tử chín. Bào tử rơi xuống đất nảy mầm
thành nguyên tản rồi từ đó mọc ra cây dương xỉ mới.
Dương xỉ có cơ quan sinh dưỡng cấu tạo phức tạp phù hợp với môi trường cạn.
Thân dương xỉ ngầm, hình trụ, nằm ngang to, có vẩy màu nâu. Lá già có cuống dài, lá
non cuộn tròn ở đầu, có mạch dẫn. Rễ dài, nhiều, màu nâu, rễ thật. Vậy nên khả năng
sinh trưởng và phát tán rất lớn. Dương xỉ có trên 10000 loài, chia 5 bộ: Osumdales,
Polypodiales, Cyatheales, Marisileales và Salviniaceae. Phân bố rất rộng từ đồng bằng,
Hình 1.2. Cây dương xỉ
16


đồi núi thấp, núi trung bình. Còn gặp ở cả nhiều nước nhiệt đới và các nước châu Á, Úc,
thậm chí cả châu Âu.

Đặc biệt loài dương xỉ còn có khả năng tích luỹ kim loại nặng trong rễ với hàm
lượng cao. Chúng được áp dụng trong công nghệ xanh, cải tạo môi trường.
Cây dương xỉ rất phổ biến ở Việt Nam và thông thường chúng sinh trưởng và phát
triển tốt quanh năm.
1.3. CÁC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THỰC VẬT ĐỂ HẤP THU KIM LOẠI
NẶNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.3.1. Các công nghệ sinh học xử lý môi trường
Để giúp ích cho các ngành công nghiệp nông thôn, cơ sở hạ tầng, tình trạng đất
đai và vấn đề suy thoái môi trường thì công nghệ sinh học xử lý môi trường sẽ được ứng
dụng trong các lĩnh vực như sau:
* Kỹ thuật Sạch - xanh
Là kỹ thuật dùng thực vật chủ yếu là cây trồng để làm sạch đất nhiễm độc và lọc
nước bị ô nhiễm. Công nghệ sử dụng các loài thực vật đưa ra biện pháp rất hữu hiệu, tự
nhiên và chi phí rất thấp để kiểm soát hoặc làm giảm sự suy thoái và ô nhiễm môi trường.
a. Cải tạo: Việc sử dụng một phương pháp nào đó, cơ giới hoặc sinh học để
phục hồi đất xấu hoặc bị thoái hóa do các hiện tượng tự nhiên hoặc do quá trình canh
tác. Các loại đất này bao gồm đất ô nhiễm bởi kim loại nặng, đất mặn, đất phèn, đất khô
cằn, đất pha cát, đất ngập nước, đất sườn dốc, đất đồi.
b. Phục hồi: Việc sử dụng một phương pháp nhất định thuộc cơ giới hay sinh
học để phục hồi đất hoặc nước bị ô nhiễm do sự tác động của con người. Sử dụng công
nghệ thực vật để làm giảm sự suy thoái và ô nhiễn các khu vực sau:
- Các chất thải công nghiệp: Phục hồi đất đã bị thoái hóa và ô nhiễm để dừng việc
lan tràn các chất độc ô nhiễm.
17


- Chất thải đô thị: Khôi phục lưới lọc chất ô nhiễm.
- Các chất thải hầm mỏ: Phục hồi các mỏ sau khi khai thác xong và cải tạo các
chất thải hầm mỏ.
- Xử lý ở cửa sông: Xử lý nước thải đô thị như nước cống thải và nước do các cơn

bão chứa chất tẩy rửa qua đất ẩm.
- Nước bẩn và ô nhiễm: Làm sạch và khử trùng nước bị ô nhiễm trong các đập,
sông, suối, chất thải từ các ngành công nghiệp chăn nuôi tập trung, các trang trại nuôi
heo, gia súc, gia cầmvà các ngành công nghiệp sản xuất có sự ô nhiễm kim loại nặng và
sự phát triển cực mạnh của tảo.
- Các chất ô nhiễm nông nghiệp: Kiểm soát sự lan tràn các hóa chất nông nghiệp
và phân bón bằng việc ngăn chặn các chất này ngấm vào nước.
* Kỹ thuật sinh học
Là phương pháp sử dụng sinh vật mà chủ yếu là thực vật trên cơ sở kết hợp hài
hòa các kỷ thuật thông thường để giải quyết các vấn đề xói mòn và ổn định các sườn dốc.
+ Ứng dụng trong lĩnh vực ưu tiên cao:
- Ổn định đường cao tốc, đường ray xe lửa: Sử dụng công nghệ thực vật trong lĩnh
vực này vì chi phí rất thấp chỉ bằng khoảng 15% của biện pháp kỷ thuật thông thường
dùng bê tông hoặc tường đá, với kỷ thuật đơn giản, có hiệu quả cao nhất, dễ dàng duy
trì biện pháp sinh học để ổn định các trụ chống, tường, cống, kênh tiêu. Đặc biệt đường
cao tốc và đường ray xe lửa thường đi qua các đồi núi, đồng ruộng là những nơi chảy
có dòng chảy tập trung với lượng nước rất cao, do đó thường hay bị xói mòn và sạt lở rất
nghiêm trọng.
- Ổn định đê điều: Ổn định đê điều ven sông ở Đồng bằng Sông Hồng và Đồng
bằng Sông Cửu Long để chống xói mòn và sạt lỡ do bảo, lũ lụt ở những vùng đê ven
18


biển, những vùng đồng bằng thấp thường hay bị nước mặn xâm nhập khi bị thủy triều
lên cao và bão. Khác với cây rễ lớn lúc sống có thể phá hại tường đê và lúc chết đi thì
tạo thành đường hầm gây xói lỡ. Hệ thống rễ mảnh của các loài thực vật và đặc tính
liên kết của nó làm cấu trúc tường vững bền lâu dài và đồng thời làm giảm tối đa sự
xói mòn do lũ lụt.
- Ổn định các thềm trên các sườn dốc: Nhằm tạo ra các luống trồng cây lương thực
hoặc cây ăn quả có giá trị cao trên những vùng đất trước đây đốt nương làm rẫy nay đã

thoái hóa. Khi trồng các loài thực vật này ở sườn dốc thì cây sẽ phát triển thành một hệ
thống chống chịu và phục hồi những khu đất bị xói mòn mạnh và làm giảm sự lan rộng
xói mòn này trong thực tế.
- Ổn định Sông, kênh rạch, đường thủy: Sự lưu thông của tàu bè, thuyền máy
trên các châu thổ sông chính, đặc biệt là châu thổ sông Mêkông thì thường tạo thành
sóng và gây xói mòn và sạt lỡ rất nghiêm trọng. Do đó khi trồng các loài thực vật này
ở hai bên bờ sông, kênh rạch thì sẽ làm giảm sự xói mòn và sạt lở do sự lưu thông trên
gây ra.
- Ổn định đất chua và kiểm soát xói mòn: Kiểm soát xói mòn và ổn định các
rãnh thoát nước, các kênh, dòng nước bị đất chua như ở Bãi Sậy - Đồng Tháp ở châu
thổ sông MêKông.
+ Bảo vệ đất Nông - Lâm nghiệp và nâng cao khả năng sản xuất. Ngoài những lợi
ích thông thường là cải tiến lĩnh vực cây trồng đạt được qua việc bảo tồn đất và nước ở
những vùng có lượng mưa thấp. Công nghệ thực vật còn có những ứng dụng đặc biệt
sau đây trong một số nghành Nông nghiệp Nông thôn.
- Kiểm soát xói mòn do lũ lụt: Bảo vệ đất và vụ mùa khỏi thiệt hại do lũ lụt ở
những vùng thường xảy ra lũ lụt và những vùng đất thấp.
- Đồng lúa: Cố định đê điều, kênh tưới tiêu, cải tạo đất chua và mặn.
19


- Đồng mía: Bảo vệ đất và giữ độ ẩm, giữ phân bón và hóa chất trong đất, ổn
định các đê điều, kênh tưới tiêu, cải tạo đất chua và mặn.
- Các vườn cây ăn quả và vườn ươm cây công nghiệp: Duy trì nước ở vùng khô
và bảo vệ đất ở các sườn dốc.
- Thảo nguyên, đồn điền, rừng: Cố định mương máng, cố định bờ suối, điều tiết
dòng chảy và lan rộng dòng nước.
+ Bảo vệ cơ sở hạ tầng :Việc áp dụng công nghệ thực vật đã được công nhận và
phổ biến trong lĩnh vực kỹ thuật sinh học. Sau đây là một số ứng dụng quan trọng:
- Bảo vệ trang trại và đường làng: Ổn định các con đường này để chống lại lũ lụt và

thiệt hại giao thông.
- Bảo vệ đập nước, các kệnh tưới tiêu: Giữ vững các công trình bằng đất và các
tường chắn bằng bê tông.
- Bảo vệ ao ở trang trại và làng xóm: Lọc cạn để giữ lại bùn và rác từ các vùng
xung quanh có thể gây ô nhiễm hoặc làm bẩn nước cung cấp.
- Bảo vệ hạ tầng cơ sở ở những vùng lũ lụt và vùng thấp. Ổn định đê điều, bờ sông,
đường đắp qua các vùng bị ngập lụt, các kênh tưới, tiêu nước.
- Bảo vệ ao hồ nuôi trồng thủy sản: Ổn định đường và bờ, giữ môi trường đất
ẩm ướt để khử chất thải gây ô nhiễm.
1.3.2. Các nghiên cứu trên thế giới
Trong những năm gần đây, người ta quan tâm rất nhiều về công nghệ sử dụng
thực vật để xử lý môi trường, trong đó có xử lý ô nhiễm kim loại nặng và các chất
nguy hại khác trong đất. Nhiều nhà khoa học đặc biệt là ở Mỹ và châu Âu đã có rất
nhiều đề tài nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghệ này như một công nghệ mang
tính chất thương mại. Công nghệ này có ưu điểm là chi phí đầu tư thấp, dễ thực hiện, an
20


toàn và thân thiện với môi trường. Năm 1998, Cục môi trường châu Âu (EEA) đánh giá
hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý kim loại nặng trong đất bằng phương pháp
truyền thống và phương pháp sử dụng thực vật tại 1.400.000 vị trí bị ô nhiễm ở Tây
Âu. Kết quả cho thấy chi phí trung bình của phương pháp truyền thống trên 1 ha đất từ
0,27 đến 1,6 triệu USD, trong khi phương pháp sử dụng thực vật chi phí thấp hơn 10 đến
1000 lần[6].
Thực chất từ sau những năm 70 của thế kỷ XX, các nhà khoa học trên thế giới
đã bắt đầu nghiên cứu việc sử dụng thực vật có khả năng hấp thụ kim loại cao
(Hyperaccumulater) để xử lý những vùng đất bị ô nhiễm, đặc biệt ở những vùng khai
khoáng với việc thải bỏ lượng lớn các kim loại nặng gây ô nhiễm môi trường. Những
thực vật này chịu đựng được nồng độ kim loại cao hơn 10-100 lần so với các cây
trồng nông nghiệp. Kim loại được tích luỹ trong các chồi, cành, lá trên mặt đất, người

ta chỉ việc thu hoạch chúng. Giá trị của kim loại trong sinh khối có thể bù đắp được
một phần hoặc toàn bộ giá thành của sự làm sạch nơi đó hoặc thậm chí được xem
như "mỏ cây".
Một số loài thực vật có khả năng hút thu và tích tụ nhiều Zn, Ni, Se, Cu, Co hoặc
Mn tới trên 1% chất khô của chồi, cành được minh hoạ ở bảng 1.4 sau:
Bảng 1.6. Nồng độ kim loại nặng trong lá, chồi, cành của một số loài thực vật
Nguyên tố Loài thực vật
Nồng độ kim
loại nặng cực
đại trong lá,
chồi, cành
(ppm)
Địa phương Nguồn
Zn Thlaspi calaminare 39.600 Gremany Revers, 1983
Cu
Aeolanthus
bìormifollus
13.700 Zaire Brooks, 1978
21


Ni
Phyllanthus
serpentinus
38.100 N.Caledinia Kersten, 1979
Co
Haumaniastrum
robertil
10.200 Zaire Brooks, 1977
Se Astrgalus sp >10.000 S.Dakota

Rosen Field,
1964
Mn Alyciarubricanlis 11.500 N.Caledomia Brooks, 1981
Ngày nay, danh mục trên 450 loài thực vật có khả năng hấp thu cao kim loại đã
được công bố. Các họ thực vật chiếm ưu thế về số loài được xác định là "siêu hấp thụ"
là Asteraceae, Brassicaceae, Caryopyllaceae, Cyperaceae, Conouniaceae, Fabaceae,
Flacuortiaceae, Lamiaceae, Poaceae, Violaceae và Euphobiaceae. Bên cạnh đó
những công trình nghiên cứu nhằm tạo ra những loài thực vật vừa có khả năng tích tụ
kim loại cao lại vừa cho năng suất sinh học cao để dùng trong công nghệ xử lý sinh
học cũng ngày càng phát triển. Số lượng công trình nghiên cứu về thực vật có khả
năng chiết rút kim loại từ đất (Phytoextraction), cố định kim loại (Phytostabilisation),
hoá hơi (Phytovolatilization) hay lọc kim loại bằng bộ rễ (Rhizofiltration) để sử dụng
trong xử lý môi trường ô nhiễm khá phong phú[19].
Nghiên cứu cho thấy, các loài thực vật khác nhau có khả năng hấp thu kin loại
nặng khác nhau. Cây Thlaspi caerulescens sinh trưởng trong 391 ngày đã loại bỏ hơn
8mg Cd/kg đất và 200mg Zn/kg đất tương ứng với 43% Cd và 7%Zn trong đất bị ô
nhiễm. Theo Diels L và cộng sự (1999), loài dương xỉ Pteris vittata L. có khả năng
tích lũy 14.500 ppm As mà chưa có triệu chứng tổn thương. Loài này sinh trưởng
nhanh, có sức chống chịu cao với As trong đất (As > 1.500ppm) và chỉ bị độc ở nồng độ
2.630ppm qua 6 tuần. Theo các nhà khoa học Mỹ, Pteris vittata L có thể chứa tới 22g
As/kg lá. Họ cũng đã chứng minh rằng trong vòng 24 giờ, loài dương xỉ này giảm mức
As trong nước từ 200 µg/l xuống gần 100 lần[16].