Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng, hấp thụ Chì (Pb) và Cadimi (Cd) của cỏ Linh lăng (Medicago Sativa).

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
--------------

NGUYỄN THỊ THƯ

Tên đề tài:

“NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PH ĐẾN KHẢ NĂNG SINH
TRƯỞNG, HẤP THỤ CHÌ (Pb) VÀ CADIMI (Cd) CỦA CỎ LINH
LĂNG (Medicago Sativa)”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo
Chuyên ngành
Khoa
Khóa học
Giảng viên hướng dẫn

: Chính quy
: Khoa học mơi trường
: Môi Trường
: 2010 - 2014
: Th.S Trần Thị Phả

Thái Nguyên – năm 2014


LỜI CẢM ƠN
Được sự đồng ý của Ban giám hiệu trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên,

khoa Tài Nguyên và Môi trường và dưới sự hướng dẫn của giáo viên Th.S Trần Thị
Phả, em tiến hành thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả
năng sinh trưởng, hấp thụ Chì (Pb) và Cadimi (Cd) của cỏ Linh lăng (Medicago
Sativa)”.
Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn cô giáo
Th.s Trần Thị Phả đã chỉ ra hướng nghiên cứu, hướng dẫn tận tình, giúp đỡ em trong
nghiên cứu và hồn thành khóa luận này, cùng tồn thể các thầy cơ, cán bộ khoa Môi
trường, trường Đại học Nông lâm – Đại học Thái Nguyên đã truyền đạt những kiến
thức và kinh nghiệm quý báu trong quá trình học tập và rèn luyện tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ hướng dẫn phân tích tại phịng thí
nghiệm khoa Mơi trường đã trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ và tạo điều kiện cho em
trong q trình làm khóa luận tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn bạn bè và những người thân trong gia đình
đã động viên khuyến khích và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập cũng như
hồn thành đề tài.
Do thời gian có hạn, năng lực cịn hạn chế nên bài khóa luận tốt nghiệp
của em khơng thể tránh khỏi những thiết sót. Em rất mong các thầy cơ và bạn
bè đóng góp ý kiến để bài khóa luận của em được hồn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 25 tháng 05 năm 2014
Người thực hiện đề tài

Nguyễn Thị Thư


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề........................................................................................................ 1
1.2. Mục tiêu của đề tài .......................................................................................... 2

1.3. Yêu cầu của đề tài ........................................................................................... 3
1.4. Ý nghĩa của đề tài ............................................................................................ 3
Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...................................................................... 4
2.1. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất .................................................................... 4
2.1.2. Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng ............................................................... 4
2.1.2.1. Từ q trình khống hóa đá ...................................................................... 4
2.1.2.2. Nguồn ô nhiễm KLN do các hoạt động khai khống ................................ 5
2.1.2.3. Nguồn ơ nhiễm KLN trong đất do các hoạt động công nghiệp và nước
thải đô thị................................................................................................................ 5
2.1.2.4. Ơ nhiễm kim loại do hoạt động nơng nghiệp ............................................ 6
2.1.3. Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất ................................. 6
2.1.4. Một số phương pháp truyền thống xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất........ 7
2.2. Giới thiệu về kim loại Cd và Pb ...................................................................... 7
2.2.1 Kim loại Cadimi ............................................................................................ 7
2.2.2. Kim loại Chì ................................................................................................. 9
2.3. Hiện trạng ô nhiễm KLN trong đất ở Việt Nam ........................................... 11
2.4. Công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật............................... 13
2.4.1. Khái quát về công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm KLN ................................ 13
2.4.2. Cơ chế xử lý ô nhiễm KLN bằng thực vật .................................................. 15
2.4.3. Phương pháp xử lý kim loại nặng trong đất bằng thực vật ....................... 17
2.4.4. Ưu điểm và hạn chế của biện pháp sử dụng thực vật xử lý KLN trong đất17
2.5. Giới thiệu về cây cỏ linh lăng và tiềm năng ứng dụng của nó trong bảo vệ
môi trường. ........................................................................................................... 19
2.5.2. Đặc điểm của cây cỏ linh lăng ................................................................... 19
2.5.2.1. Đặc điểm về hình thái ............................................................................. 19
2.5.2.2. Đặc điểm về sinh thái .............................................................................. 19
2.5.3. Tiềm năng ứng dụng của cỏ linh lăng trong bảo vệ môi trường ............... 20
Phần 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 21
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 21

3.1.1. Đối tượng nghiên cứu................................................................................. 21
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................... 21
3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ................................................................. 21
3.2.1. Địa điểm ..................................................................................................... 21
3.2.2. Thời gian nghiên cứu ................................................................................. 21
3.3. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 21
3.4. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 21
3.4.1. Phương pháp kế thừa ................................................................................. 21
3.4.2. Phương pháp xây dựng đường chuẩn pH .................................................. 22
3.4.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm và các chỉ tiêu theo dõi ............................ 23
3.4.4. Phương pháp lấy mẫu và phân tích trong phịng thí nghiệm .................... 25
3.4.5. Phương pháp xử lý số liệu.......................................................................... 26
Phần 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................................. 27
4.1. Đánh giá khả năng sinh trưởng của cỏ linh lăng trong mơi trường đất chứa
KLN có nồng độ pH khác nhau............................................................................ 27
4.1.1. Kết quả theo dõi số cây .............................................................................. 27
4.1.2. Kết quả theo dõi chiều cao cây ................................................................. 29
4.1.3. Kết quả theo dõi chiều dài rễ ........................................................................ 31
4.2. Đánh giá khả năng tích lũy KLN của cỏ linh lăng trong mơi trường pH khác
nhau ...................................................................................................................... 33
4.2.1. Khả năng tích lũy Pb trong thân, lá và rễ của cỏ linh lăng....................... 33
4.2.2. Khả năng tích lũy Cd trong thân lá, rễ của cỏ linh lăng ........................... 35
4.3. Đánh giá khả năng xử lý KLN trong đất của cỏ linh lăng trong môi trường
pH khác nhau ........................................................................................................ 36
4.3.1. Khả năng xử lý Pb trong đất của cỏ linh lăng trong môi trường pH
khác nhau ............................................................................................................. 36
4.3.2. Khả năng xử lý Cd trong đất của cỏ linh lăng trong môi trường pH khác
nhau ...................................................................................................................... 38
4.4. Tương quan giữa nồng độ pH của đất với hàm lượng KLN trong cỏ linh lăng .... 39

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................... 42
5.1. Kết luận ......................................................................................................... 42
5.2. Kiến nghị ....................................................................................................... 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 48


DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC TỪ VIẾT TẮT

CT

: Công thức

cs

: Cộng sự

d

: Tỷ trọng

EEA

: Cục môi trường Châu Âu

KLN

: Kim loại nặng

MĐ

: Mục đích

ppm

: Past per million (Nồng độ phần triệu)

QCVN

: Quy chuẩn Việt Nam.

SSK

: Sinh khối khô

SAS

: Statistical Analysis System (Phân mêm phân tích thơng kê)

TBVTV

: Thuốc bảo vệ thực vật


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Hàm lượng trung bình một số KLN trong đá và đất (ppm)................... 4
Bảng 2.2. Hàm lượng KLN trong đất thải của một số mỏ vàng điển hình tại Úc . 5
Bảng 2.3. Hàm lượng các kim loại trong bùn – nước cống rãnh đô thị................. 5
Bảng 2.4. Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nông nghiệp (ppm) ......... 6
Bảng 2.5. Giới hạn hàm lượng tổng số của một số KLN trong đất ....................... 6
Bảng2.6. Tác động độc hại của Chì lên các cơ quan cơ thể ................................ 10

Bảng 2.7.Hàm lượng trung bình của Chì trong một số khoáng chất ................. 11
Bảng 2.8. Một số lồi thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao .............. 14
Bảng 2.9. Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý kim
loại nặng trong đất ................................................................................................ 15
Bảng 2.10. Ưu điểm và hạn chế của công nghệ sử dụng thực vật xử lý KLN .... 18
Bảng 3.1. Bảng biến thiên đường chuẩn pH ........................................................ 22
Bảng 3.2: Đặc tính lý hóa và KLN trong đất dùng để thí nghiệm ....................... 24
Bảng 4.1. Kết quả theo dõi số cây của cỏ linh lăng trong mơi trường đất chứa Pb
và Cd có nồng độ pH khác nhau .......................................................................... 27
Bảng 4.2. Kết quả theo dõi chiều cao cây trong môi trường đất chứa Pb và Cd có
nồng độ pH khác nhau .......................................................................................... 29
Bảng 4.3. Kết quả theo dõi chiều dài rễ trong môi trường đất chứa Pb và Cd có
nồng độ pH khác nhau .......................................................................................... 31
Bảng 4.4. Hàm lượng Pb tích lũy trong thân + lá và rễ của cỏ linh lăng trồng
trong môi trường pH khác nhau ........................................................................... 33
Bảng 4.5. Hàm lượng Cd tích lũy trong thân + lá và rễ của cỏ linh lăng sau 2
tháng trồng trong môi trường pH khác nhau ........................................................ 35
Bảng 4.6. Khả năng xử lý Pb trong đất của cỏ linh lăng ở mơi trường có pH khác
nhau ...................................................................................................................... 36
Bảng 4.7. Khả năng xử lý Cd tổng số trong đất của cỏ linh lăng ở mơi trường có
nồng độ pH khác nhau .......................................................................................... 38


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1: Biến thiên đường chuẩn pH ................................................................. 22
Hình 4.1: Biểu đồ thể hiện sự biến động về số cây trong môi trường đất chứa Pb
và Cd có nồng độ pH khác nhau .......................................................................... 28
Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện sự biến động về chiều cao cây trong mơi trường đất
chứa Pb và Cd có nồng độ pH khác nhau ............................................................ 30
Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện sự biến động về chiều dài rễ cây trong môi trường đất

chứa Pb và Cd có nồng độ pH khác nhau ............................................................ 32
Hình 4.4: Hàm lượng Pb tích lũy trong cỏ linh lăng............................................ 34
Hình 4.5: Hàm lượng Cd tích lũy trong cỏ linh lăng ........................................... 35
Hình 4.6: Khả năng xử lý Pb trong đất của cỏ linh lăng ...................................... 37
Hình 4.7: Khả năng xử lý Cd trong đất của cỏ linh lăng ..................................... 38
Hình 4.8: Tương quan giữa nồng độ pH trong đất và hàm lượng Pb tích lũy
trong các bộ phận của cỏ linh lăng sau 4 tháng trồng .......................................... 39
Hình 4.9: Tương quan giữa nồng độ pH trong đất và hàm lượng Cd tích lũy
trong các bộ phận của cỏ linh lăng sau 4 tháng trồng .......................................... 40


1

Phần 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Đất là một thành phần quan trọng của môi trường, là một tài nguyên vô
giá mà tự nhiên đã ban tặng cho con người. Đất là tư liệu sản xuất đặc biệt, là
đối tượng lao động độc đáo, là một yếu tố cấu thành của hệ sinh thái Trái Đất.
Ở Việt Nam, trong thời gian qua, tình trạng khai thác khống sản trái phép
đã diễn ra tràn lan ở một số địa phương (như khai thác vàng, than thổ phỉ ở Thái
Nguyên, thiếc ở Tĩnh Túc Cao Bằng…). Các chất thải từ các hoạt động khai thác
khống sản có chứa KLN như: Pb, Zn, Cd, As, Ni, Cu… thường được thải trực
tiếp ra môi trường mà không qua xử lý, làm cho môi trường đất bị ơ nhiễm.
Đồng thời một số diện tích lớn rừng đã bị ảnh hưởng và tác động, làm cho môi
trường đất bị suy thoái.
Ảnh hưởng của sự suy thoái và ô nhiễm đất sẽ gây ra những hậu quả nghiêm
trọng, dẫn đến làm giảm năng suất cây trồng, làm nghèo thảm thực vật, suy giảm
đa dạng sinh học. Đồng thời chúng có tác động ngược lại làm cho q trình xói
mịn, rửa trơi thối hóa diễn ra nhanh hơn. Nhiều diện tích đất canh tác nơng nghiệp

phải bỏ hoang, diện tích đất trống đồi trọc tăng lên. Sự tích tụ cao 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 hưởng xấu tới sức khỏe con người.
Làm sạch đất ô nhiễm là một q trình địi hỏi cơng nghệ phức tạp và vốn
đầu tư cao. Để xử lý đất ô nhiễm người ta thường sử dụng các phương pháp
truyền thống như: rửa đất; cố định các chất ơ nhiễm bằng hố học hoặc vật lý;
xử lý nhiệt; trao đổi ion, ôxi hố hoặc khử các chất ơ nhiễm; đào đất bị ô nhiễm
để chuyển đi đến những nơi chôn lấp thích hợp,... Hầu hết các phương pháp đó
rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kỹ thuật và hạn chế về diện tích...
Trong những năm gần đây, nhờ những hiểu biết về cơ chế hấp thụ, chuyển
hoá, chống chịu và loại bỏ kim loại nặng của một số loài thực vật, người ta đã


2
bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý môi trường như một công
nghệ môi trường đặc biệt. Phương pháp sử dụng thực vật để xử lý kim loại nặng
trong đất được các nhà khoa học quan tâm đặc biệt bởi chi phí đầu tư thấp, an
tồn và thân thiện với mơi trường. Theo tài liệu nghiên cứu, thế giới có ít nhất
400 lồi thuộc 45 họ thực vật có khả năng hấp thụ kim loại. Các loài này là thực
vật thân thảo hoặc thân gỗ, có khả năng tích luỹ và khơng có biểu hiện về mặt
hình thái khi nồng độ kim loại trong thân cao hơn hàng trăm lần so với các lồi
bình thường khác.
Cỏ linh lăng (Medicago sativa) là một loài cây thuộc chi Linh
lăng (Medicago) của họ Đậu (Fabaceae). Cây có nguồn gốc ở vùng Trung Âu. Cỏ
linh lăng có sinh khối lớn và khả năng hút kim loại nặng tốt, tuy nhiên khả năng
hấp thụ kim loại nặng này ảnh hưởng bởi điều kiện pH, loại đất, và điều kiện cạn
úng khác nhau. Để tăng hiệu quả việc ứng dụng cỏ linh lăng vào xử lý kim loại
nặng trong đất, việc nghiên cứu các ảnh hưởng của các điều kiện môi trường đất
khác nhau tới sự hấp thụ kim loại nặng của loài cây này là rất cần thiết. Xuất phát
từ thực tiễn trên, được sự nhất trí của Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm

khoa Môi Trường - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, dưới sự hướng dẫn
trực tiếp của Th.s Trần Thị Phả, em tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh
hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng, hấp thụ Chì (Pb) và Cadimi (Cd) của
cỏ Linh lăng (Medicago Sativa)”.
1.2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu lâu dài của đề tài này là nghiên cứu khả năng hấp thụ Pb và Cd của cỏ
linh lăng, tạo cơ sở ứng dụng việc sử dụng cỏ linh lăng trong cải tạo đất ô nhiễm
kim loại nặng. để đạt được mục tiêu đó, chúng tơi đề nghị theo đuổi các mục
tiêu cụ thể như sau:
- Đánh giá ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng cỏ linh lăng.
- Đánh giá khả năng tích lũy Cd và Pb của cây cỏ linh lăng trong mơi
trường đất có nồng độ pH khác nhau.


3
- Đánh giá khả năng xử lý Cd và Pb của cây cỏ linh lăng ở mơi trường đất
có nồng độ pH khác nhau.
1.3. Yêu cầu của đề tài
- Đánh giá được khả năng sinh trưởng của cỏ linh lăng trong môi trường
pH khác nhau.
- Đánh giá được khả năng hút Pb và Cd của cỏ linh lăng trong môi trường
pH khác nhau.
1.4. 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:
+ Xác định khả năng sinh trưởng, phát triển của cây cỏ linh lăng trong
môi trường pH khác nhau.

+ Đánh giá khả năng tích lũy Cd và Pb trong thân, lá và rễ của cây cỏ.
+ Đánh giá khả năng xử lý Cd và Pb trong đất của cỏ linh lăng.


4
Phần 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Ô nhiễm kim loại nặng trong đất
2.1.1. Khái niệm kim loại nặng
Kim loại nặng là thuật ngữ dùng để chỉ những kim loại có tỷ trọng lớn
hơn 4 hoặc 5. Chúng bao gồm: Pb (d=11,34), Cd (d=8,60), Ag (d=10,50), Bi
(d=9,80), Co (d=8,90), Cu (d=8,96), Cr (d=7,10), Fe (d=7,87), Hg (d=13,52),
Mn (d=7,44), Ni (d=8,90), Zn (d=7,10),... Ngoài ra các á kim như As, Se cũng
được xem như các KLN (Bjerrgard M. H., Depledge J. M., 1991) [25].
Các kim loại nặng là tác nhân ô nhiễm nguy hiểm đối với hệ sinh thái đất,
chuỗi thức ăn và con người. Những KLN có độc tính cao nguy hiểm là thủy
ngân (Hg), cadimi (Cd), chì (Pb), niken (Ni); các kim loại có độc tính mạnh là
asen (As), crom (Cr), mangan (Mn), kẽm (Zn) và thiếc (Sn) (Phạm Việt Hùng và
cs, 1999) [22].
Khi các KLN xâm nhập vào môi trường sẽ làm biến đổi điều kiện sống,
tồn tại của sinh vật sống trong mơi trường đó. KLN gây độc hại với môi trường
và cơ thể sinh vật khi hàm lượng của chúng vượt quá tiêu chuẩn cho phép [5].
2.1.2. Nguồn gây ơ nhiễm kim loại nặng
2.1.2.1. Từ q trình khống hóa đá
Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ nhưng hàm lượng các KLN trong đá
thường rất thấp, vì vậy nếu khơng có các q trình tích lũy do xói mịn, rửa
trơi… thì đất tự nhiên ít có khả năng có hàm lượng KLN cao.
Bảng 2.1. Hàm lượng trung bình một số KLN trong đá và đất (ppm)
Nguyên
tố

As
Cd
Pb
Hg

Đá bazơ Đá axit Đá trầm
(Baselt) (Granite)
tích
1,5
0,13
3
0,012

1,5
0,09
24
0,08

7,7
0,17
19
0,19

Vỏ
phong
hóa
1,5
0,11
14
0,05

TB
trong
đất
0,1-40
6
0,01-2
0,35
2-300
19
0,01-0,5
0,06
Nguồn: Fergussun, 1990
Dao động
trong đất


5
2.1.2.2. Nguồn ô nhiễm KLN do các hoạt động khai khoáng
Các hoạt động khai mỏ thải ra một lượng lớn các KLN vào dịng nước và
góp phần gây ơ nhiễm cho đất. Môi trường đất tại các mỏ khai thác vàng mới
khai trương thường có độ kiềm cao (pH: 8-9), ngược lại các mỏ khai thác vàng
cũ thường có độ axit mạnh (pH:2,5-3,5); dinh dưỡng đất thấp và hàm lượng
KLN rất cao. Chất thải ở đây thường là nguồn gây ô nhiễm môi trường, cả phần
trên bề mặt và dưới tầng đất sâu. Ở úc, chất thải từ các mỏ vàng chứa hàm lượng
KLN vượt tiêu chuẩn cho phép rất nhiều lần.
Bảng 2.2. Hàm lượng KLN trong đất thải của một số mỏ vàng điển hình tại Úc
KLN
Hàm lượng KLN tổng số (mg/kg)
As

1120
Cu
156
Pb
353
Zn
283
Nguồn: AZN, 1992 [23]
2.1.2.3. Nguồn ô nhiễm KLN trong đất do các hoạt động công nghiệp và nước
thải đô thị
Các chất thải công nghiệp ngày càng nhiều và có độc tính ngày càng cao,
nhiều loại rất khó phân hủy sinh học, đặc biệt là các KLN.
Các chất thải có khả năng gây ơ nhiễm KLN trong đất ở mức độ lớn như
chất thải công nghiệp tẩy rửa, công nghiệp phân bón, TBVTV, thuốc nhuộm,
màu, vẽ, thuộc da, pin, khoáng chất.
Nước thải từ cống rãnh thành phố bao gồm cả nước thải sinh hoạt và công
nghiệp cũng chưa nhiều KLN (Bảng 2.3)
Bảng 2.3. Hàm lượng các kim loại trong bùn – nước cống rãnh đô thị
Nguyên tố
As
Cd
Cu
Fe
Mn

Hàm lượng, mg/kg chất khô
Khoảng dao động
1,1 – 230
1 – 3410
84 – 17000

1000 – 15400
32 – 9670

Trung bình
10
10
800
17000
260
Nguồn: Logan, 1990


6
2.1.2.4. Ơ nhiễm kim loại do hoạt động nơng nghiệp
Q trình sản xuất nơng nghiệp đã làm tăng đáng kể các KLN trong đất.
Các loại TBVTV thường chứa As, Hg, Cu… trong khi các loại phân hóa học lại
chứa các nguyên tố Cd, Pb, As.
Bảng 2.4. Hàm lượng các KLN trong nguồn phân bón nơng nghiệp (ppm)
Kim
Phân
loại photpho

Phân
nitơ

Đá vơi

Bùn
cống
thải

Phân
chuồng

Nước
tưới

Thuốc
BVTV

As

<1-1200

2-120

0,1-24

2-30

<1-25

<10

3-30

Cd

0,1-190

<0,1-9

<0,050,1

2-3000

<0,01-0,8

<0,05

-

Pb

4-1000

2-120

20-1250

2-7000

0,4-16

<20

11-26

Hg

0,01-2

0,3-3

-

<1-56

<0,01-0,2

-

0,6-6

Nguồn: Lê Văn Khoa, 2001 [11]
Cadimi có trong nhiều nguyên liệu dùng để sản xuất phân lân và vôi. Hàm
lượng Cu, Zn, Pb trong các loại phân hóa học (ure, Ca(HCO3)2, sunfat-Fe, Cu…)
và khối lượng KLN nhiễm vào đất theo đường phân bón là rất lớn. Khả năng
ngấm, rửa trơi và cây không hấp thụ hết là nguyên nhân gây ô nhiễm, suy thoái
chất lượng đất.
2.1.3. Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất
Ở Việt Nam, dựa vào mục đích sử dụng đất, tiêu chuẩn cho phép đối với
từng kim loại được quy định khác nhau (bảng 2.1)
Bảng 2.5. Giới hạn hàm lượng tổng số của một số KLN trong đất

Thơng
số
As
Cd
Cu

Pb
Zn

Đơn vị tính: mg/kg đất khơ
Đất sử
Đất sử dụng Đất sử dụng
Đất sử
Đất sử
dụng cho
dụng cho
cho MĐ
dụng cho cho MĐ dân
MĐ công
Thương mại MĐ nông
MĐ lâm
sinh vui
nghiệp
và dịch vụ
nghiệp
nghiệp
chơi
12
12
12
12
12
2
5
5
2

10
70
70
100
50
100
100
120
200
70
300
200
200
300
200
300
Nguồn: QCVN:03-2008/BTNMT [17]


7
2.1.4. Một số phương pháp truyền thống xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất
Trước thực trạng ô nhiễm môi trường đất như hiện nay, các nhà khoa học
đã tiến hành nghiên cứu để bảo vệ nguồn tài nguyên quan trọng của trái đất. Để
xử lý đất ô nhiễm người ta thường sử dụng các phương pháp truyền thống như:
rửa đất; cố định các chất ơ nhiễm bằng hố học hoặc vật lý; xử lý nhiệt; trao đổi
ion, ôxi hố hoặc khử các chất ơ nhiễm; đào đất bị ô nhiễm để chuyển đi đến
những nơi chôn lấp thích hợp…
a. Phương pháp đào và chuyển chỗ
Đào và chuyển chỗ là phương pháp xử lý đất chuyển vị, nhằm di chuyển
các chất độc hại đi đến một nơi khác an tồn và ít ảnh hưởng tới sức khỏe con

người và môi trường xung quanh. Hiện nay, phương pháp này được sử dụng
rộng rãi nhưng cần phải tìm kiếm một phương pháp khác có hiệu quả kinh tế
hơn. Với phương pháp này, chất ô nhiễm không được loại bỏ khỏi đất mà đơn
giản chỉ là đào lên và chuyển đi chỗ khác.
b. Phương pháp rửa đất
Rửa đất là công nghệ xử lý có thể sử dụng để xử lý đất ơ nhiễm KLN.
Quá trình này dựa vào cơ chế hút và tách vật lý để loại bỏ chất ô nhiễm ra khỏi
đất. Q trình vật lý loại bỏ những KLN có kích thước lớn và chuyển các chất
vào pha lỏng. Dung dịch làm sạch đất có thể trung hịa hay có chứa các yếu tố
hoạt động bề mặt. Các chất thường dùng trong các dung dịch làm sạch đất là
HCl, EDTA, HNO3, CaCl2. Quá trình này sẽ làm giảm nồng độ kim loại cao và
sẽ tiếp tục xử lý. Ở những nơi có nhiều chất ơ nhiễm hỗn hợp, phương pháp này
sẽ gặp khó khăn vì khó xác định dung dịch rửa thích hợp để xử lý các chất theo
mục đích. Hơn nữa, đất ô nhiễm với nhiều phức chất khác nhau, nếu xử lý bằng
phương pháp này sẽ rất tốn kém (U.S.EPA, 1991).
2.2. Giới thiệu về kim loại Cd và Pb
2.2.1 Kim loại Cadimi
Cadmi là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hồn các ngun tố có ký
hiệu Cd và số nguyên tử bằng 48, có khối lượng nguyên tử trung bình bằng
112.411(đvC). Là một kim loại chuyển tiếp tương đối hiếm, mềm, màu trắng
ánh xanh và có độc tính, cadmi tồn tại trong các quặng kẽm và được sử dụng
chủ yếu trong các loại pin. Cd có nhiệt độ nóng chảy thấp (321oC), tỷ trọng so


8
với nước là 8.65, sơi ở 778oC. Nó có thể dát mỏng và cuộn lại thành tấm. Cd có
khả năng kết hợp với nhiều kim loại nặng khác để tạo thành hợp kim.
Độc tính của cadimi
Cadimi và các muối của nó có tính chất kích ứng và rất độc.
Tác dụng kích ứng với niêm mạc mũi, đường hơ hấp và đường tiêu hố,

có thể gây ra nhiễm cấp tính như: viêm dạ dày – ruột, co cơ thượng vị, đôi khi
nơn có máu và tiêu chảy, nhiễm cấp tính đối với phổi như khó thở, xanh tím, ho,
đơi khi có một giai đoạn tiềm tàng sau khi hít phải Cd.
Khơng khí có nồng độ Cd 25mg/m3 gây chết người trong 2 giờ.
Tác dụng toàn thân biểu hiện mạnh nhất ở sự chuyển hoá của protein và
chuyển hoá xương.
Cd độc với liều lượng nhỏ, và khơng có bằng chứng cho thấy Cd có bất
kỳ hữu dụng về chức năng sinh học. Trong số những nguồn tiếp xúc của Cd
được đề cập ở trên, Cd tiếp xúc thơng qua khơng khí thì rất nhỏ đối với đa số
người dân, trừ những người hút thuốc lá. Cd trong nước uống, mặc dù là một
nguồn chính nhưng ít khi trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Trung bình, nước
uống chứa khoảng 10 ppb Cd. Lượng hấp thụ này khoảng 20-30 µg/d, dựa trên
lượng nước tiêu thụ hằng ngày từ 2-3 l (Friberg 1974).
Khi đã hấp thụ, Cd dễ dàng có mặt trong máu bởi vì nó liên kết với
albumin (Nordberg 1985). Các liên kết Cd nhanh chóng đi vào mơ, ưu tiên vào
gan. Cd trong gan tuần hồn, liên kết với metallothionein (MT), thơng qua máu,
thận, và đến một vùng nhỏ xương và mô cơ.
Sự bài tiết Cd xảy ra rất nhỏ dưới mức tiếp xúc bình thường. Cd bài tiết
theo con đường nước tiểu là chính, ngược lại chỉ một lượng rất nhỏ được bài tiết
theo đường phân. Như đã đề cập ở trên, Cd hấp thụ vẫn còn tồn tại trong các mô
cơ thể. Tỉ lệ bài tiết lâu dài của Cd chỉ 0.005%/d bắt đầu sau khoảng 50 năm
tuổi.
Mặc dù thông qua ăn uống Cd tiếp xúc với con người cao nhất, nhưng Cd
qua hơ hấp thì nguy hiểm hơn qua tiêu hóa. Bởi vì thơng qua đường hơ hấp các
bộ phận của cơ thể tiếp xúc trực tiếp và chặc chẽ với kim loại. Hơn nữa, 25-40%
Cd hít vào từ khơng khí được giữ lại trong khi chỉ 5-10% Cd qua tiêu hóa được
hấp thụ. Cd qua hơ hấp có thể gây ra bệnh khí thủng và viêm phổi, trong khi Cd
qua ăn uống có thể dẫn đến rối loạn tiêu hóa, nơn mửa, nước tiểu có protein,

9
loãng xương, rối loạn chức năng gan, suy thận biểu hiện của thiếu máu và tăng
huyết áp. Cd còn được biết đến là một hóa chất có hại cho phơi thai.
Nguồn phát sinh
Nguồn gốc tự nhiên :
Cd có trong khống vật chứa các kim loại khác đặc biệt là kẽm (Zn).
Cd có trong các nham thạch của núi lửa
Nguồn gốc nhân tạo :
Cd cũng giống như các kim loại khác được sử dụng trong các hoạt động sản
xuất và sinh hoạt của con người.
Các hoạt động công nghiệp là nguồn chính để phát sinh ra các chất thải có
chứa Cd:
Cơng nghiệp luyện kim.
Trong q trình lọc dầu.
Trong cơng nghiệp khai thác quặng.
Trong quá trình đốt cháy than và các chất thải rắn.
Trong công nghiệp điện tử.
Trong các hoạt động của nghành cơ khí có sử dụng Cd.
Trong cơng nghiệp sản xuất pin, acquy.
Cơng nghiệp mạ.
2.2.2. Kim loại Chì
Chì là một ngun tố hóa học trong bảng tuần hồn hóa học viết tắt
là Pb (Latin: Plumbum) và có số nguyên tử là 82 .Chì có hóa trị phổ biến là II,
có khi là IV. Chì là một kim loại mềm, nặng, độc hại và có thể tạo hình. Chì có
màu trắng xanh khi mới cắt nhưng bắt đầu xỉn màu thành xám khí tiếp xúc với
khơng khí.
Độc tính của chì
Chì là một kim loại độc có thể gây tổn hại cho hệ thần kinh, đặc biệt là ở trẻ
em và có thể gây ra các chứng rối loạn não và máu. Ngộ độc chì chủ yếu từ
đường thức ăn hoặc nước uống có nhiễm chì; nhưng cũng có thể xảy ra sau khi

vơ tình nuốt phải các loại đất hoặc bụi nhiễm chì hoặc sơn gốc chì. Tiếp xúc lâu
ngày với chì hoặc các muối của nó hoặc các chất ơxy hóa mạnh như PbO2 có thể


10
gây bệnh thận, và các cơn đau bất thướng giống như đau bụng. Đối với phụ nữ
mang thai, khi tiếp xúc với chì ở mức cao có thể bị xẩy thai. Tiếp xúc lâu dài và
liên tục với chì làm giảm khả năng sinh sản.
Ta có thể tóm tắt những ảnh hưởng của Chì lên các cơ quan của cơ thể thơng
qua bảng sau:
Bảng2.6. Tác động độc hại của Chì lên các cơ quan cơ thể
Cơ quan chịu ảnh hưởng

Tác hại

-Gây rối loạn tổng hợp HEM (hồng cầu), ảnh
Hệ thống tạo huyết của cơ thể hưởng đến hình thái tế bào, giảm tuổi thọ hồng
cầu, thiếu máu.

Hệ thống thần kinh

-Bệnh não do chì: vật vã, cáu gắt, nhức đầu, mỏi
cơ, mất trí nhớ,co giật, mê sảng, hơn mê…
-Nếukhỏithìcũngđểlạinhữngdichứng:
teovỏnão,tràndịchnão,nguđần,mất cảmgiác…
-Tổn thương ống thận dẫn đến bệnh thận mãn
tính, khó phục hồi.

Thận

-Đau bụng chì do táo bón.
Hệ tiêu hóa

-Tăng copropophirin niệu.
-Tănghồngcầuhạtkiềm,thiếumáu.

Hệ tuần hồn

-Tăng huyết áp (khơng rõ do tác hại trực tiếp
đến mạch máu hay do hậu quả ảnh hưởng đến
thận).

Các cơ quan khác

-Sinh sản, nội tiết, nhiễm sắcthể…

Nguồn: GS.TSKH–Lê Huy Bá–Độc học mơi trường, 2000. [2]
Các nguồn phát sinh chì
Nguồn tự nhiên
Trong tự nhiên, Chì là ngun tố vi lượng có trong thành phần của vỏ trái
đất. Hàm lượng Chì trong vỏ trái đất khoảng 13.0µg/g (Fergusson,1990). Chì


11
tồn tại trong khoảng 84 khống chất, điển hình nhất là galen PbS. Hàm lượng
Chì trong một số khống chất tiêu biểu được cho ở bảng dưới đây:
Bảng 2.7.Hàm lượng trung bình của Chì trong một số khống chất
Hàm lượng Chì (µg/g)
Khống chất
Ultramafic–igneous (đá hỏa

1
thành)
Basaltic–igneous
6
Granitic–igneous
18
Đá phiến sét và đất sét
20
Đá phiến sét đen
30
Đá vôi
9
Đá cát kết (sa thạch)
12
Nguồn: GS.TSKH–Lê Huy Bá–Độc học môi trường, 2000. [2]
Nguồn nhân tạo
Các hoạt động nhân tạo của con người mới là những nguồn chủ yếu nhất
phát thải Chì ra ngồi mơi trường, gây tình trạng ơ nhiễm và nhiễm độc Chì.
Trong tổng lượng Chì phát sinh ra ngồi mơi trường, Chì từ các hoạt động nhân
tạo chiếm tới 95%. Chì được sử dụng hầu như ở mọi lĩnh vực trong đời sống
con người, do đó nguồn gây ơ nhiễm Chì cũng rất đa dạng, và cũng tồn tại ở mọi
loại hình sản xuất và sinh hoạt của xã hội.
2.3. Hiện trạng ô nhiễm KLN trong đất ở Việt Nam
Ở Việt Nam, trong thời gian q, tình trạng khai thác khống sản trái phép
đã diễn ra tràn lan ở một số địa phương (như khai thác vàng, than thổ phỉ ở Thái
Nguyên, thiếc ở Tĩnh Túc Cao Bằng…). Các chất thải từ các hoạt động khai thác
khống sản có chứa KLN như: Pb, Zn, Cd, As, Ni, Cu… thường được thải trực
tiếp ra môi trường mà không qua xử lý, làm cho môi trường đất bị ơ nhiễm.
Đồng thời một số diện tích lớn rừng đã bị ảnh hưởng và tác động, làm cho môi
trường đất bị suy thoái.

Ảnh hưởng của sự suy thoái và ô nhiễm đất sẽ gây ra những hậu quả nghiêm
trọng, dẫn đến làm giảm năng suất cây trồng, làm nghèo thảm thực vật, suy giảm
đa dạng sinh học. đồng thời chúng có tác động ngược lại làm cho q trình xói
mịn, rửa trơi thối hóa diễn ra nhanh hơn. Nhiều diện tích đất canh tác nơng nghiệp


12
phải bỏ hoang, diện tích đất trống đồi trọc tăng lên. Sự tích tụ cao các chất độc hại,
các KLN trong đất sẽ làm tăng khả năng hấp thụ các ngun tố có hại trong cây
trồng, vật ni và gián tiếp gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người.
Theo ước tính, năm 2007 có khoảng gần 4 triệu tấn phân bón các loại
(chiếm 55-60%) bị lãng phí do cây trồng không hấp thụ được, cộng với việc sử
dụng 75.000 tấn thuốc bảo vệ thực vật đã gây mất cân bằng sinh thái, ô nhiễm
đất tại nhiều vùng nông thôn.
Hoạt động nhập, phá dỡ tàu cũ ở Hải Phòng và một số tỉnh cũng đặt môi
trường đất khu vực vào tình trạng ơ nhiễm nghiêm trọng. các chất thải độc hại
như: dầu mỡ, bụi xỉ chứa KLN, nguy cơ gây ô nhiễm môi trường trên diện rộng.
Theo kết quả nghiên cứu Ngân hàng thế giới (Word Bank), 10 tỉnh thành phố có
tỷ lệ ơ nhiễm cao nhất Việt Nam là: TP Hồ Chí Minh, Hà Nội, Hải Phịng, Bình
Dương, Đồng Nai, Thái Nguyên, Phú Thọ, Đà Nẵng, Bà Rịa – Vũng Tàu và Cần
Thơ. Trong đó chọn ra 10 xã của mỗi tỉnh có tỷ lệ ơ nhiễm cao nhất với 3 loại
hình: ơ nhiễm đất, nước và khơng khí. Tại Hà Nội, ô nhiễm đất chiếm 46,9%
KLN của vùng cơng nghiệp trọng điểm phía Bắc. Trong khi đó tại TP Hồ Chí
Minh, ơ nhiễm đất chiếm 57,2% hóa chất, 52,2% kim loại của tổng lượng các
chất gây ô nhiễm của tồn vùng cơng nghiệp trọng điểm phía Nam. Khảo sát
chất lượng nông nghiệp vùng ngoại thành và các tỉnh đứng trước thực trạng ô
nhiễm KLN ngày càng tăng do chất thải từ các khu cơng nghiệp, làng nghề,
phân bón hóa học tích trữ qua nhiều năm. Ơ nhiễm đất ở Việt Nam ngoài các
loại chai, lo bằng thủy tinh, nhựa, các loại phế thải sắt, nhơm, chì, thiếc, các bao
bì, bao nylon, cịn có các loại hóa chất độc tồn động sau chiến tranh.

Tại TP. HCM, kết quả phân tích hiện trạng ơ nhiễm KLN trong đất vùng
trồng lúa khu vực phía Nam thành phố cho thấy hàm lượng đồng, kẽm, chì, thủy
ngân, crơm trong đất trồng lúa chịu ảnh hưởng trực tiếp của nước thải cơng
nghiệp phía Nam thành phố đều tương đương hoặc cao hơn ngưỡng cho phép
(TCVN 7209:2002) đối với đất sử dụng cho mục đích nơng nghiệp. Trong đó
hàm lượng cadimi vượt q tiêu chuẩn cho phép 2,3 lần; kẽm vượt quá 1,76 lần.
Rác sinh hoạt, đặc biệt rác thải đô thị cũng là một nguồn gia tăng lượng
kim loại nặng trong đất. Tại đa số đô thị hiện nay, tỉ lệ thu gom rác cịn thấp,
thậm chí có một số đơ thị chưa có đơn vị thu gom và nơi tập kết rác.


13
Hà Nội, một trong những đơ thị có tỉ lệ thu gom rác cao nhất, cũng chỉ đạt tỉ lệ
dao động khoảng 70-80%/năm. Lượng rác thải còn lại tồn đọng ở các nước ao hồ,
ngõ xóm, kênh mương, theo dịng nước mưa chảy tràn gây ô nhiễm môi trường.
Theo các nhà khoa học, khoảng 70 — 80% các nguyên tố KLN trong nước
thải lắng xuống bùn trên đường đi của nó. Do đó việc sử dụng bùn thải làm phân bón
được coi là một trong những nhân tố cao có nguy cơ gây ơ nhiễm KLN.
Ngồi ra, hoạt động nơng nghiệp cũng chính là một nguồn gây ơ nhiễm
kim loại nặng. Việc lạm dụng các loại phân bón hóa học, hóa chất bảo vệ thực
vật đã làm gia tăng lượng tồn dư các kim loại như Asen, Cadimi, thủy ngân và
kẽm trong đất.
Sự phát triển và mở rộng các làng nghề thủ công đi kèm với việc sử dụng
ngày càng nhiều hóa chất song hầu hết các làng nghề ở nước ta hiện nay đều
khơng có biện pháp xử lý chất thải, gây ơ nhiễm mơi trường, trong đó có mơi
trường đất.
Có thể nói rằng vấn đề ơ nhiễm nói chung và ô nhiễm KLN đã và đang
thách thức môi trường Việt Nam, các loại ô nhiễm thường thấy tại các đô thị
Việt Nam là ô nhiễm nguồn nước mặt, ô nhiễm bụi
2.4. Công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật

2.4.1. Khái quát về công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm KLN
Làm sạch đất ô nhiễm là một q trình địi hỏi cơng nghệ phức tạp và vốn
đầu tư cao. Hầu hết các phương pháp xử lý đất ô nhiễm KLN truyền thống 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, người ta đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử
dụng thực vật để xử lý môi trường như một công nghệ môi trường đặc biệt. Khả
năng làm sạch môi trường của thực vật đã được biết từ thế kỷ XVIII bằng các thí
nghiệm của Joseph Priestley, Antoine Lavoissier, Karl Scheele và Jan
Ingenhousz. Tuy nhiên, mãi đến những năm 1990 phương pháp này mới được
nhắc đến như một loại công nghệ mới dùng đề xử lý môi trường đất và nước bị ô
nhiễm bởi các kim loại, các hợp chất hữu cơ, thuốc súng và các chất phóng xạ.


14
Bảng 2.8. Một số lồi thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao
Nồng độ kim loại tích luỹ
Tác giả và năm cơng
Tên lồi
trong thân (µg/g trọng lượng
bố
khơ)
Arabidopsis halleri
13.600 Zn
Ernst, 1968
(Cardaminopsis halleri)
Thlaspi caerulescens
10.300 Zn
Ernst, 1982
Thlaspi caerulescens

12.000 Cd
Mádico et al, 1992
Thlaspi rotundifolium
Reeves & Brooks,
8.200 Pb
1983
Minuartia verna
11.000 Pb
Ernst, 1974
Thlaspi geosingense
Reeves & Brooks,
12.000 Ni
1983
Alyssum bertholonii
Brooks & Radford,
13.400 Ni
1978
Alyssum pintodasilvae
Brooks & Radford,
9.000 Ni
1978
Berkheya codii
11.600 Ni
Brooks, 1998
Psychotria douarrei
47.500 Ni
Baker et al., 1985
Miconia lutescens
6.800 Al
Bech et al., 1997

Melastoma
10.000 Al
Watanabe et al., 1998
malabathricum
Nguồn: Barceló J., and Poschenrieder C., Phytoremediation: principles and
perspectives, 2003 [23].
Trong những năm gần đây, người ta quan tâm rất nhiều về công nghệ sử
dụng thực vật để xử lý môi trường bởi nhiều lý do: diện tích đất bị ơ nhiễm ngày
càng tăng, các kiến thức khoa học về cơ chế, chức năng của sinh vật và hệ sinh
thái, áp lực của cộng đồng, sự quan tâm về kinh tế và chính trị,... Hai mươi năm
trước đây, các nghiên cứu về lĩnh vực này cịn rất ít, nhưng ngày nay, 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 cơng nghệ này như một cơng nghệ mang tính chất thương mại.
Hạn chế của công nghệ này là ở chỗ không thể xem như một công nghệ xử lý
tức thời và phổ biến ở mọi nơi. Tuy nhiên, chiến lược phát triển các chương
trình nghiên cứu cơ bản có thể cung cấp được các giải pháp xử lý đất một cách
thân thiện với môi trường và bền vững. Năm 1998, Cục môi trường Châu Âu
(EEA) đánh giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý KLN trong đất bằng
phương pháp truyền thống và phương pháp sử dụng thực vật tại 1.400.000 vị trí


15
bị ô nhiễm ở Tây Âu, kết quả cho thấy chi phí trung bình của phương pháp
truyền thống trên 1 hecta 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 [23].
Bảng 2.9. Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý
kim loại nặng trong đất
Tên loài
Salix

Populus

Brassica
napus,
Juncea, B. nigra

Khả năng xử lý
KLN trong đất, nước

Tác giả và năm công bố
Greger và Landberg,
1999

Ni trong đất, nước và Punshon và Adriano,
nước ngầm
2003
B. Chất phóng xạ, KLN, Se Brown, 1996 và
trong đất
Banuelos et al, 1997

Cannabis sativa

Chất phóng xạ, Cd trong
Ostwald, 2000
đất

Helianthus

Pb, Cd trong đất

Typha sp.

Mn, Cu, Se trong nước Horne, 2000
thải mỏ khoáng sản

Phragmites australis

KLN trong chất thải mỏ Massacci et al., 2001
khoáng sản

Glyceria fluitans

KLN trong chất thải mỏ MacCabe và Otte, 2000
khoáng sản

EPA, 2000 và Elkatib et
al., 2001

Lemna minor
KLN trong nước
Zayed et al., 1998
Nguồn: Barceló J., and Poschenrieder C., Phytoremediation: principles and
perspectives, 2003 [23].
2.4.2. Cơ chế xử lý ô nhiễm KLN bằng thực vật
Có ít nhất 400 lồi phân bố trong 45 họ thực vật được biết là có khả năng
hấp thụ kim loại. Các loài này là các loài thực vật thân thảo hoặc thân gỗ, có khả


16
năng tích luỹ và khơng có biểu hiện về mặt hình thái khi nồng độ kim loại trong

thân cao hơn hàng trăm lần so với các lồi bình thường khác. Các lồi thực vật
này thích nghi một cách đặc biệt với các điều kiện mơi trường và khả năng tích
luỹ hàm lượng kim loại cao có thể góp phần ngăn cản các lồi sâu bọ và sự
nhiễm nấm [23].
Có nhiều giải thuyết đã được đưa ra để giải thích cơ chế và triển vọng của
loại công nghệ này.
a. Giả thuyết sự hình thành phức hợp: cơ chế loại bỏ các kim loại độc của
các lồi thực vật bằng cách hình thành một phức hợp. Phức hợp này có thể là
chất hồ tan, chất khơng độc hoặc là phức hợp hữu cơ - kim loại được chuyển
đến các bộ phận của tế bào có các hoạt động trao đổi chất thấp (thành tế bào,
khơng bào), ở đây chúng được tích luỹ ở dạng các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ
bền vững [23.
b. Giả thuyết về sự lắng đọng: các loài thực vật tách kim loại ra khỏi đất,
tích luỹ trong các bộ phận của cây, sau đó được loại bỏ qua lá khơ, rữa trơi qua
biểu bì hoặc bị đốt cháy.
c. Giả thuyết hấp thụ thụ động: sự tích luỹ kim loại là một sản phẩm phụ
của cơ chế thích nghi đối với điều kiện bất lợi của đất (ví dụ như cơ chế hấp thụ
Ni trong loại đất serpentin).
d. Sự tích luỹ kim loại là cơ chế chống lại các điều kiện stress vô sinh
hoặc hữu sinh: hiệu lực của kim loại chống lại các loài vi khuẩn, nấm ký sinh và
các loài sinh vật ăn lá đã được nghiên cứu.
Ngày nay, sự thích nghi của các lồi thực vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng
chưa được làm sáng tỏ bởi có rất nhiều yếu tố phức hợp tác động lẫn nhau. Tích
luỹ kim loại là một mơ hình cụ thể của sự hấp thụ dinh dưỡng khống ở thực
vật. Có 17 ngun tố được biết là cần thiết cho tất cả các loài thực vật bậc cao
(C, H, O, N, S, P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Cl và Ni). Các nguyên tố
đa lượng cần thiết cho các loài thực vật ở nồng độ cao, trong khi các nguyên tố
vi lượng chỉ cần địi hỏi ở nồng độ rất thấp. Các lồi thực vật được sử dụng để
xử lý môi trường bao gồm các lồi có khả năng hấp thụ được các kim loại dạng
vết cần thiết như Cu, Mn, Zn và Ni hoặc không cần thiết như Cd, Pb, Hg, Se, Al,

17
As với hàm lượng lớn, trong khi đối với các loài thực vật khác ở các nồng độ
này là cực kỳ độc hại [23].
2.4.3. Phương pháp xử lý kim loại nặng trong đất bằng thực vật
Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các ion kim
loại trong mơi trường. Hầu hết, các lồi 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 lồi thực
vật khơng chỉ có khả năng sống được trong mơi trường bị ơ nhiễm bởi các kim
loại độc hại mà cịn có khả năng hấp thụ và tích các kim loại này trong các bộ
phận khác nhau của chúng.
Xử lý KLN trong đất bằng thực vật có thể thực hiện bằng nhiều phương
pháp khác nhau phụ thuộc vào từng cơ chế loại bỏ các KLN như:
- Phương pháp làm giảm nồng độ kim loại trong đất bằng cách trồng các
lồi thực vật có khả năng tích luỹ kim loại cao trong thân. Các loài thực vật này
phải kết hợp được 2 yếu tố là có thể tích luỹ kim loại trong thân và cho sinh khối
cao. Có rất nhiều lồi đáp ứng được điều kiện thứ nhất (bảng 1), nhưng không
đáp ứng được điều kiện thứ hai. Vì vậy, các lồi có khả năng tích luỹ thấp nhưng
cho sinh khối cao cũng rất cần thiết (bảng 2). Khi thu hoạch các loài thực vật
này thì các chất ơ nhiễm cũng được loại bỏ ra khỏi đất và các kim loại quý hiếm
như Ni, Tl, Au,... có thể được chiết tách ra khỏi cây.
- Phương pháp sử dụng thực vật để cố định kim loại trong đất hoặc bùn
bởi sự hấp thụ của rễ hoặc kết tủa trong vùng rễ. Quá trình này làm giảm khả
năng linh động của kim loại, ngăn chặn ô nhiễm nước ngầm và làm giảm hàm
lượng kim loại khuếch tán vào trong các chuỗi thức ăn.
2.4.4. Ưu điểm và hạn chế của biện pháp sử dụng thực vật xử lý KLN trong
đất
Biện pháp sử dụng thực vật để xử lý đất ô nhiễm KLN được coi là một
phương pháp kinh tế đặc biệt. Năm 1998, Cục môi trường Châu Âu (EEA) đánh

giá hiệu quả kinh tế của các phương pháp xử lý KLN trong đất bằng phương
pháp truyền thống và phương pháp sử dụng thực vật tại 1.400.000 vị trí bị ơ
nhiễm ở Tây Âu, kết quả cho thấy chi phí trung bình của phương pháp truyền
thống trên 1 hecta 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.


18
Một ưu điểm rất thiết thực của việc sử dụng thực vật so với các phương pháp
hóa lý ở chỗ, sau khi xử lý bằng các phương pháp hóa lý, đất thu hồi thường
khơng thể trồng cây lại vì các phương pháp này khi xử lý chất ô nhiễm thường
cũng loại bỏ luôn các hoạt động sống của các sinh vật bao gồm cả các vi sinh vật
có lợi như vi khuẩn cố định đạm, nấm cũng như hệ động vật trong đó. Cịn với
cơng nghệ sử dụng thực vật thì đất sau khi được cải tạo vẫn có thể trồng cây
hồn tồn bình thường.
Trong thực tế, biện pháp xử lý ơ nhiễm bằng thực vật địi hỏi phải đáp
ứng một số điều kiện cơ bản như dễ trồng, có khả năng vận chuyển nhanh các
chất ô nhiễm từ đất lên thân, chống chịu được với nồng độ các chất ô nhiễm cao
và cho sinh khối lớn. Tuy nhiên, hầu hết các lồi thực vật có khả năng tích lũy
KLN cao là những lồi phát triển chậm và có sinh khối nhỏ, trong khi các loài
thực vật cho sinh khối lớn thường rất mẫn cảm với nồng độ có KLN cao
Bảng 2.10. Ưu điểm và hạn chế của công nghệ sử dụng thực vật xử lý KLN
Ưu điểm

Hạn chế

Dùng ánh sáng mặt trời

Sinh khối giới hạn

Xử lý tại chỗ và chuyển chỗ

Chỉ giới hạn cho tầng đất nông, nước
chảy và nước ngầm

Được chấp nhận rộng rãi và thân thiện Tích lũy nhiều chất ô nhiễm độc hại sẽ
với môi trường
gây độc cho cây
Chi phí thấp: 10 – 20% so với các Khả năng hấp thụ sinh học và độc tính
phương pháp truyền thống
của các sản phẩm phân hủy chưa được
xác định
Ít chất thải thứ cấp hơn

Chậm hơn các phương pháp truyền
thống

Khơng có mùi hơi thối

Chất ơ nhiễm có khả năng đi vào chuỗi
thức ăn thông qua động vật ăn cây cỏ

Đất sau xử lý có thể tiếp tục sử dụng

Các chất ơ nhiễm có khả năng ngấm
sâu hơn vào nước ngầm theo rễ cây
Nguồn: Jeanna R.Henry, 2000 [24]