Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng, hấp thụ Kẽm (Zn) của cỏ Linh lăng (Medicago Sativa).

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM


TÔ THỊ HỢP

Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG
HẤP THỤ KẼM (Zn) CỦA CỎ LINH LĂNG (
Medicago Sativa
)




KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC




Hệ đào tạo : Chính quy
Chuyên ngành : Khoa học Môi trường
Khoa : Môi trường
Khoá học : 2010-2014
Giảng viên hướng dẫn : T.S Trần Thị Phả




Thái Nguyên, năm 2014

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, dựa trên sự cố gắng rất nhiều của
bản thân em, nhưng không thể thiếu sự giúp đỡ hỗ trợ của thầy cô, bạn bè trong thời
gian thực tập.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn cô giáo
T.S Trần Thị Phả đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm khoa
Môi trường, các thầy giáo, cô giáo, cán bộ khoa đã truyền đạt cho em những kiến
thức, kinh nghiệm quý báu trong quá trình học tập và rèn luyện tại trường.
Em xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã giúp đỡ động viên em trong
suốt thời gian thực tập.
Trong quá trình thực tập và làm đề tài, em đã cố gắng hết mình nhưng do
kinh nghệm còn thiếu và kiến thức còn hạn chế nên khóa luận tốt nghiệp của em
không tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong các thầy cô giáo và bạn bè đóng góp ý kiến
để khóa luận tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 25 thán 05 năm 2014.
Sinh viên


Tô Thị Hợp




DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

CEC Khả năng trao đổi ion

COD Nhu cầu oxy hóa
NĐ-CP Nghị định- Chính phủ
HCBVTV Hóa chất bảo vệ thực vật
KLN Kim loại nặng
LSD Sự sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa
OM Hàm lượng mùn
QCVN Quy chuẩn Việt Nam
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TCCP Tiêu chuẩn cho phép
TCN Trước công nguyên

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Hàm lượng của các kim loại điển hình trong các loại đá 6

Bảng 2.2: Hàm lượng kim loại nặng trong nước mưa ở một số nơi 7

Bảng 2.3: Hàm lượng kim loại nặng trong sản xuất nông nghiệp 7

Bảng 2.4: Hàm lượng kim loại nặng trong đất tại khu vực Công ty Pin Văn Điển và
Công ty Orion- Hanel 8

Bảng 2.5: Hàm lượng KLN trong một số nguồn sản xuất nông nghiệp 9

Bảng 2.6. Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong đất ở Hà Lan 12

Bảng 2.7. Giới hạn ô nhiễm đất ở Úc và New Zealand 13

Bảng 2.8. Hàm lượng KLN tối đa cho phép đối với đất nông nghiệp ở các nước phát
triển (ppm) 13

Bảng 2.9. Giới hạn hàm lượng tổng số của một số KLN trong đất 14

Bảng 2.10. Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao 15

Bảng 2.11. Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý kim loại
nặng trong đất 16

Bảng 2.12: Kim loại nặng trong đất nông nghiệp ở một số vùng ở Việt Nam 17

Bảng 2.13 . Ưu điểm và hạn chế của công nghệ sử dụng thực vật xử lý KLN 20

Bảng 3.1: Bảng biến thiên đường chuẩn pH 25

Bảng 3.2: Đặc tính lý hóa và KLN trong đất dùng để thí nghiệm 27

Bảng 3.3: Phương pháp phân tích các chỉ tiêu trong phòng thí nghiệm 28

Bảng 4.1.Kết quả phân tích mẫu đất dung trong thí nghiệm 30

Bảng 4.2.Kết quả theo dõi số cây Linh Lăng trong môi trường đất có nồng độ pH khác
nhau 32

Bảng 4.3: Sự biến động về chiều cao cây Cỏ Linh Lăng 33

trong thời gian nghiên cứu 33

Bảng 4.4: Sự biến động về chiều dài rễ Cỏ Linh Lăng trong thời gian nghiên cứu 35

Bảng 4.5: Hàm lượng Zn tích lũy trong thân + lá và rễ của cây Cỏ Linh lăng 37

Bảng 4.6: Biến động hàm lượng Zn tổng số trong đất nghiên cứu sau 4 tháng 39

Bảng 4.7.Hàm lượng Zn trong thân, lá Linh Lăng sau thời gian nghiên cứu 41

Bảng.4.8: Hàm lượng Zn trong rễ Linh Lăng sau thời gian nghiên cứu 42


DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 3.1: Biến thiên đường chuẩn pH 25

Hình 4.1. Biểu đồ thể hiện sự biến động về số cây cây trong môi trường đất chứa Zn có
nồng độ pH khác nhau 32

Hình 4.2. Biểu đồ thể hiện sự biến động về chiều cao cây trong môi trường đất chứa Zn
có nồng độ pH khác nhau 34

Hình 4.3. Biểu đồ thể hiện sự biến động về chiều dài rễ cây trong môi trường đất chứa
Zn có nồng độ pH khác nhau 36

Hình 4.4. Hàm lượng Zn tích lũy ở thân + lá và rễ của cây Linh Lăng sau 2 tháng nghiên
cứu 38

Hình 4.5. Hàm lượng Zn tích lũy ở thân + lá và rễ của cây Linh Lăng sau 4 tháng nghiên
cứu 38

Hình 4.6. Hàm lượng kim loại nặng tổng số còn lại 40

trong đất sau 2 tháng và sau 4 tháng 40

Hình 4.7. Mối tương quan giữa pH trong đất và hàm lượng Zn trong thân, lá cây Linh
Lăng trong thời gian nghiên cứu. 41

Hình 4.8. Mối tương quan giữa pH trong đất và hàm lượng Zn trong rễ cây Linh Lăng
trong thời gian nghiên cứu. 43




MỤC LỤC
Trang
PHẦN 1: PHẦN MỞ ĐẦU 1

1.1.Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2. Mục đích đề tài 2

1.3. Mục tiêu đề tài 2

1.4.Yêu cầu của đề tài 3

1.5. Ý nghĩa nghiên cứu 3

1.5.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu 3

1.5.2. Ý nghĩa trong thực tiễn 3

PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1.Cơ sở khoa học 4

2.1.1.Cơ sở lý luận 4

2.1.1.1. Một số khái niệm liên quan 4

2.1.1.2. Một số văn bản pháp luật liên quan 5

2.1.2.Cơ sở thực tiễn 6

2.1.2.1. Nguồn gây ô nhiễm Zn trong đất 6

2.1.2.2. Các dạng tồn tại và độc tính của Zn trong đất 10

2.1.2.3. Các phương pháp xử lý đất bị ô nhiễm Zn 11

2.2. Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất 12

2.3. Tổng quan về công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật 14

2.3.1. Tình hình nghiên cứu 14

2.3.2. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng và cơ chế của công nghệ xử lý ô nhiễm KLN
trong đất 17

2.3.2.1. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới quá trình hấp thụ KLN của thực vật 17

2.3.2.2. Cơ chế sinh học của thực vật xử lý kim loại nặng trong đất 18

2.3.3. Ưu điểm và hạn chế của biện pháp sử dụng thực vật xử lý KLN trong đất 19

2.4. Giới thiệu về cây cỏ Linh lăng và ứng dụng cây cỏ Linh lăng trong xử lý môi trường.
20


2.4.1. Nguồn gốc cỏ Linh lăng 20

2.4.2.Đặc điểm của cỏ Linh lăng 21

2.4.3. Ứng dụng cây cỏ Linh lăng trong xử lý môi trường 21

PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

3.1. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 23

3.1.1. Đối tượng nghiên cứu 23

3.1.2. Phạm vi nghiên cứu 23

3.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 23

3.2.1. Địa điểm 23

3.2.2. Thời gian nghiên cứu 23

3.3. Nội dung nghiên cứu 23

3.4. phương pháp nghiên cứu 24

3.4.1. Phương pháp kế thừa 24

3.4.2.Phương pháp xây dựng đường chuẩn độ 24

3.4.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm 26

3.4.4. Phương pháp theo dõi thí nghiệm 27

3.4.5. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm 28

3.4.6. Phương pháp xử lý số liệu 28

3.5. Các chỉ tiêu theo dõi 28

PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 29

4.1. Đánh giá chất lượng mẫu đât dùng trong thí nghệm. 29

4.2. Đánh giá ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng của cỏ Linh lăng. 31

4.2.1. Đánh giá ảnh hưởng của pH đến số con cây của cỏ Linh lăng. 31

4.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của pH đến chiều cao cây của cỏ Linh lăng 33

4.2.3. Đánh giá ảnh hưởng của pH đến chiều dài rễ cây của cỏ Linh lăng 35

4.3. Khả năng hấp thu Zn của cây Linh lăng trong thân, lá và rễ. 37

4.4. Khả năng xử lý Zn tổng số trong đất của Cỏ Linh Lăng ở môi trường có độ pH khác
nhau 39

4.5. Sự tương quan giữa nồng độ pH trong đất và hàm lượng Zn cây hấp thụ 41


4.5.1. Sự tương quan giữa nồng độ pH trong đất và hàm lượng Zn trong thân , lá cỏ Linh
lăng. 41

4.5.2. Sự tương quan giữa nồng độ pH trong đất và hàm lượng Zn trong rễ cỏ Linh lăng
42

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44

5.1.Kết luận 44

5.2.Kiến nghị 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

I. Tài liệu Tiếng Việt 46

II. Tài liệu Tiếng Anh 47



1
PHẦN 1
PHẦN MỞ ĐẦU
1.1.Tính cấp thiết của đề tài
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.

Hiện nay, cùng với quá trình phát triển không ngừng của các nghành công
nghiệp khai thác thì quy mô và cường độ ô nhiễm KLN cũng ngày càng gia tăng.
Tại nhiều nơi chất thải được đổ thẳng ra môi trường mà không hề được xử lý. Ô
nhiễm đất làm ảnh hưởng rất lớn đến tính chất và thành phần của đất, làm giảm
năng suất cây trồng, ảnh hưởng đến các sinh vật trong đất và ảnh hưởng trực tiếp
đến sức khỏe của con người. Do đó, việc nghiên cứu, tìm kiếm các phương pháp
xử lý KLN trong đất, góp phần cải tạo ô nhiễm môi trường là hết sức cần thiêt.
Đến nay, đã có rất nhiều phương pháp hóa - lý khác nhau được sử dụng để
xử lý KLN trong đất như: 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 chuyển đi đến những nơi chôn lấp thích hợp, Hầu hết các phương pháp xử lý
này đều được ứng dụng với công nghệ hiên đại, phức tạp và có thời gian xử lý khá
nhanh nhưng lại chi phí cao, chỉ phù hợp với tiến hành quy mô nhỏ trong khi tình
trạng đất ô nhiễm lại diễn ra trên diện rộng, không những thế một số phương pháp
còn có thể làm phát sinh các chất ô nhiễm trong đất. Do đó, hiệu quả của việc áp
dụng các phương pháp trên là không cao. Vậy vấn đề cần đặt ra là cần phải tìm một
phương pháp xử lý KLN trong đất sao cho vừa hiệu quả, vừa dễ thực hiện, chi phí
thấp mà lại thân thiện với môi trường.
Trong những năm gần đây, phương pháp sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm
đã được giới thiệu như loại công nghệ thương mại. Công nghệ này được đánh giá có
nhiều ưu điểm nổi trội : dễ thực hiện, không đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao, chi phí xử
lý thấp và thân thiện với môi trường. Theo tài liệu nghiên cứu, thế giới có ít nhất
400 loài thuộc 45 họ thực vật có khả năng siêu tích lũy kim loại nặng. Các loài này

2
là thực vật thân thảo hoặc thân gỗ, có khả năng tích luỹ và không có biểu hiện về
mặt hình thái khi nồng độ kim loại trong thân cao hơn hàng trăm lần so với các loài
bình thường khác.
Được biết đến 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 đất khác nhau tới
sự hấp thụ kim loại nặng của loài cỏ 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 T.S Trần
Thị Phả, em tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả
năng sinh trưởng, hấp thụ Kẽm (Zn) của cỏ Linh lăng (Medicago Sativa)”.
1.2. Mục đích đề tài
- Xác định khả năng sinh trưởng, phát triển của cây Linh lăng trong môi
trường đất bị ô nhiễm Zn với nồng độ pH khác nhau.
- Xác định mức độ tích lũy Zn trong đất với nồng độ pH khác nhau của cây
Linh lăng.
- Đánh giá được mức độ sinh trưởng và hấp thụ Zn của cây Linh lăng trong
điều kiện môi trường đất có nồng độ pH khác nhau.
- Đánh giá hiệu suất xử lý của cây Linh Lăng trong xử lý ô nhiễm KLN trong đất.
1.3. Mục tiêu đề tài
- Xác định khả năng sinh trưởng, phát triển đất của cây Linh Lăng trong môi
trường đất bị ô nhiễm Zn với nồng độ pH khác nhau.
- Xác định khả năng hấp thụ Zn của cây Linh Lăng trong môi trường đất có
nồng độ pH khác nhau.
- Đánh giá hiệu suất xử lý của cây Linh Lăng trong xử lý ô nhiễm KLN trong đât.

3
- Xác định mối tương quan giữa nồng độ pH trong đất và hàm lượng Zn trong cây
của cỏ Linh lăng.
1.4.Yêu cầu của đề tài
- Các chỉ tiêu theo dõi về khả năng sinh trưởng của cây Linh Lăng trong đề
tài phải được định lượng rõ ràng.

- Số liệu phân tích, xử lý về hàm lượng Zn trong mẫu đất, mẫu cây trong quá
trình nghiên cứu phải có độ tin cậy cao.
1.5. Ý nghĩa nghiên cứu
1.5.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu
- Nâng cao kiến thức, kỹ năng và rút kinh nghiệm phục vụ công tác học tập
và nghiên cứu sau này.
- Đóng góp về mặt lý luận cho việc giải thích các mối tương quan giữa pH trong
đất và hàm lượng của chúng trong các bộ phận của cây Linh lăng.
- Xem xét khả năng sinh trưởng và hấp thụ Zn của cây Linh lăng trong điều
kiện thí nghệm.
- Vận dụng và phát huy được các kiến thức đã học tập và nghiên cứu.
1.5.2. Ý nghĩa trong thực tiễn
- Xác định khả năng sinh trưởng, phát triển của cây Linh lăng trong môi
trường pH khác nhau.
- Đánh giá được khả năng hấp thụ kim loại Zn trong thân, lá, rễ của cây Linh
lăng trong môi trường bị ô nhiễm với nồng độ pH khác nhau.
- Góp phần cung cấp cơ sở khoa học trong việc sử dụng thực vật xử lý ô
nhiễm Zn trong đât.
- Đưa ra hướng sử dụng cây Linh Lăng trong xử lý KLN trong đất.






4
PHẦN 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1.Cơ sở khoa học
2.1.1.Cơ sở lý luận

2.1.1.1. Một số khái niệm liên quan
* Khái niệm đất: Đất hay thổ nhưỡng là lớp ngoài cùng của thạch quyển bị
biến đổi tự nhiên dưới tác động tổng hợp của nhiều yếu tố.
* Các yếu tố hình thành đất:
+ Đá mẹ: Sự hình thành đất là một quá trình phức tạp, biến đổi bởi nhiều yếu tố.
Đá mẹ là nền móng của đất. Do bị phá hủy vỡ vụn trong quá trình phong hóa đá nên
thành phần khoáng của đất chiếm tới 95% trọng lượng khô. Nếu đá chứa nhiều cát thì đất
chứa nhiều cát, đá nhiều Kali thì đất giàu Kali,
+ Sinh vật: Chưa có sinh vật thì đá chưa tạo thành đất, trong đó có vai trò đặc
biệt quan trọng của sinh vật, phân hủy xác bã động thực vật tạo thành chất mùn hữu
cơ, tạo nên độ phì cho đất.
+ Khí hậu: Khí hậu có sự tác động đến sự hình thành đất vừa trực tiếp thông
qua nhiệt độ, lượng mưa, vừa gián tiếp thông qua vi sinh vật.
+ Địa hình: Địa hình đóng vai tròi tái phân phối lại những năng lượng mà
thiên nhiên cung cấp cho mặt đất. Cùng ở một nhiệt độ nghĩa là được hưởng một
lượng nhiệt mặt trời cho như nhau nhưng ở địa hình cao thì lạnh và ở địa hình gần
với mặt đất thì nóng.
+ Thời gian: Từ đá phá hủy để cuối cùng hình thành đất phải có thời gian nhất
định. Thời gian biểu hiện quá trình tích lũy sinh vật, thời gian càng dài thì quá trình tích
lũy sinh vật càng phong phú,sự phát triển của đất càng rõ.
+ Con người: Hoạt động sản xuất của con người ngày nay trở thành yếu tố
quyết định tới sự hình thành đất. Sự ảnh hưởng này phụ thuộc vào yếu tố xã hội và
trình độ sản xuất của con người.Con người tác động vào thiên nhiên và đất đai một
cách mạnh mẽ. Tác động này có thể là tích cực, phù hợp với quy luật tự nhiên, đem
lại lợi ích cho con người như tưới nước, thủy lợi, tiêu nước hay bón phân cải tạo

5
những vùng đất xấu và trồng rừng cho vùng đồi trọc. Hoặc tiêu cực như làm ô
nhiễm đất bởi các chất độc hóa học, phá rừng gây xói mòn đất.
*Khái niệm ô nhiễm đất

Ô nhiễm môi trường đất được xem là tất cả các hiện tượng làm nhiễm bẩn
môi trường đất bởi các chất ô nhiễm.
Ô nhiễm đất là quá trình làm biến đổi hoặc thải chất thải vào đất các chất ô
nhiễm làm thay đổi tính chất và cấu trúc của nó theo chiều hướng không có lợi, mất
khả năng đáp ứng cho các nhu cầu của con người.
*Khái niệm kim loại nặng
Có 2 quan điểm chính về KLN
- Quan điểm phân loại theo tỉ trọng: Cho rằng KLN là các loại kim loại có tỷ
trọng(d) lớn hơn 5, bao gồm Pb (d= 11,34), Cd (d= 8,6), As (d= 5,72), Zn (=
7,10), Trong số các nguyên tố này có một số nguyên tố cần cho sự sinh trưởng và
phát triển của cây trồng, ví dụ:Fe,Mn,Zn,Ca,.Các nguyên tố này cây trồng cần hàm
lượng nhỏ, gọi là nguyên tố vi lượng, nếu hàm lượng cao sẽ gây độc cho cây trồng.
- Quan điểm độc học: KLN là các kim loại có nguy cơ gây nên các vấn đề
môi trường, bao gồm: Cu, Zn, Cd, Hg, Cr, Co, Ti, Fe, Mn, As,Se. Có 4 nguyên tố
được quan tâm nhiều là Cd, As, Pb, Hg, 4 nguyên tố này hiện chưa biết được vai trò
sinh thái của chúng, tuy nhiên nếu dư thừa một lượng nhỏ 4 nguên tố này thì tác hại
của chúng là rất lớn.
* Khái niệm về ô nhiễm KLN trong đất
Ô nhiễm KLN trong đất: Có một số hợp chất KLN bị thụ động và đọng lại
trong đất, song có một số hợp chất có thể hòa tan dưới tác động của nhiều yếu tố
khác nhau, nhất là do độ chua của đất,của nước mưa.Điều này tạo điều kiện để các
KLN có thể phát tán rộng vào nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiemx môi
trường đất (Huỳnh Trường Giang) [3].
2.1.1.2. Một số văn bản pháp luật liên quan
- Luật bảo vệ môi trường năm 2005 được Quốc hội nước Cộng hòa xãn hội chủ
nghĩa Việt Nam khóa XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng 11 năm 2005.

6
- Nghị định số 80/2006/NĐ-CP ngày 09 tháng 0 8 năm 2006 của Chính phủ
quy định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật Bảo vệ môi trường 2005.

- Nghị định số 21/2008/NĐ-CP ngày 28 tháng 02 năm 2008 của Chính phủ
sửa đổi bổ sung một số điều của Nghị định số 80/2006/NĐ-CP ngày 09 tháng 08
năm 2006 của Chính phủ về việc quy định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số
điều của Luật bảo vệ môi trường 2005.
2.1.2.Cơ sở thực tiễn
2.1.2.1. Nguồn gây ô nhiễm Zn trong đất
a. Nguồn gây ô nhiễm Zn trong đất trên Thế giới
Hiện nay, ô nhiễm KLN nói chung và ô nhiễm Zn trong đất đang là một vấn
đề môi trường cấp bách toàn cầu. Ô nhiễm Zn trong đất ở trên Thế giới chủ yếu từ
các nguồn sau:
* Quá trình phong hóa đá
Bảng 2.1. Hàm lượng của các kim loại điển hình trong các loại đá
Đơn vị: (µg/g)
Nguyên
tố
Đá
macma
Siêu bazo

Bazo Granit
Đá trầm
tích
Đá vôi
Sa
thạch
Phiến sét
Cu 10-42 90-100 10-13 5,5-15 30 39-50
Zn 50-58 100 40-52 20-25 16-30 100-120
Cd 0,12 0,13-0,2 0,09-0,2 0,028-0,1 0,05 0,2
Pb 0,1-14 3-5 20-24 5,7-7 8-10 20-23

Nguồn: Levison, 1974 [24]
Trong tự nhiên các KLN trong đó có Zn được hình thành chủ yếu từ quá
trình phong hóa đá. Quá trình này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ, hàm lượng tạo ra
không lớn. Hàm lượng của Zn xuất hiện với hàm lượng cao trong hầu hết các loại
đá (bảng 2.1) (Levison, 1974) [23].


7
* Quá trình lắng đọng khí quyển
Trong khí quyển, các KLN tồn tại ở dạng sol khí có kích thước khác nhau,
trung bình trong khói thải ô tô từ 0,01- 100 µm, ở tro nguyên liệu, bụi luyện kim có
kích thước từ 1-100 µm (Lê Đức, 1979) [4], chúng được khuyếchtán theo các
hướng với nồng độ khác nhau nhiều hay ít phụ thuộc vào hướng gió.
Bảng 2.2: Hàm lượng kim loại nặng trong nước mưa ở một số nơi
Đơn vị: (µg/lít)
Địa điểm Một số kim loại nặng
Pb Cd Cu Zn
Đông bắc Scotlen 0,6-29 0,1-1,52 0,2-13 2,5-95
Miền nam New Jerey 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 Thụy Điển 7,9-8,5 0,13-0,16 1,3-1,5 25-37
Nguồn: Jack.E.Fergusson,1991 [23]
* Hoạt động sản xuất nông nghiệp
Việc sử dụng các loại phân bón (hữu cư, vô cơ), thuốc BVTV, bùn thải, nước
thải,… đều bổ xung KLN có thể tích lũy gây độc cho đất. Hàm lượng KLN trong
loại phân bón khá cao, (được thống kê trong bảng 2.3).
Bảng 2.3: Hàm lượng kim loại nặng trong sản xuất nông nghiệp
Đơn vị: ppm
Nguyên
tố

Bùn thải
Phân
Compost
Phân xanh

Phân
photphat
Phân
Nitorat
Mn 60-40.600 - 30-969 40-2.000 -
Zn 91-49.000 82-5.894 15-566 50-1.450 1-42
Cd 1-3.410 0,01-100 0,1-0,8 0,1-190 0,05-8,5
Pb 2-7.000 1,3-2.240 0,4-27 4-1.000 2-120
Nguồn: Alloway (1990) (Dẫn theo Vũ Hữu Yêm) [20]
* Hoạt động sản xuất công nghiệp
Các nguyên tố KLN nói chung như: Cu, Pb, Cd,… và Zn nói riêng thường
chứa trong phế thải của ngành luyện kim màu, sản xuất ô tô, máy bay. Khi nước
thải chứa 13 mg Cu /l,10 mg Pb/ l,1mg Zn / l đã gây ô nhiễm rất nghiêm trọng. Tính

8
di động gây độc của các KLN còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Sự thay đổi điện
thế oxi hóa khử, pH, số lượng muối và các chất phức tạp khác, có khả năng hòa tan
những KLN đó trong đất.
b. Nguồn gây ô nhiễm Zn trong đất ở Việt Nam
Cùng với tình hình ô nhiễm Zn chung của Thế giới, thì ô nhiễm Zn ở Việt Nam
cũng do 2 nguyên nhân chính là do tự nhiên và nhân tạo. Nguyên nhân chính gây ô nhiễm
Zn ở Việt Nam chính là do sử dụng không hợp lý phân bón và HCBVTV,các chất độc hại
trong chăn nuôi, các chất thải không qua xử lý ở các vùng dan cư, đô thị, khu công nghiệp,
khu khai khoáng và các chất độc do chiến tranh để lại. Sau đây là một số nguồn gây ô
nhiễm Zn chính ở Việt Nam:

* Hoạt động sản xuất công nghiệp
Theo kết quả nghiên cứu của tác giả Lê Văn khoa và cộng sự (1999) [5] ở
khu vực công ty Pin Văn Điển và Công ty Orion- Hanel (bảng 2.4) cho thấy nước
thải của 2 khu vực trên đều có chứa các KLN đặc thù trong quá trình sản xuất với
hàm lượng vượt quá TCVN 5945:1994 đối với nước mặt loại B. Đất gần Công ty
Pin Văn Điển có hàm lượng Zn cao hơn hàm lượng tối đa gây độc cho thực vật ở
đất nông nghiệptheo tiêu chuẩn Anh từ 1,33-1,79 lần.
Bảng 2.4: Hàm lượng kim loại nặng trong đất tại khu vực Công ty Pin Văn
Điển và Công ty Orion- Hanel
Độ khu Vực Văn Điển Khu Vực Hanel
Cu Pb Zn Cd Hg Cu Pb Zn Cd Hg
0-20 31,42

32,63

268,25 0,98 0,12 21,34

27,34

44,55

0,32 0,07

20-40 25,54

25,28

256,08 0,09 0,09 18,22

21,46

39,35

0,27 0,03

Nguồn: Lê Văn khoa và cộng sự (1999) [5]

* Hoạt động nông nghiệp
Một số loại kim loại nặng được đưa vào đất do hoạt động sản xuất nông
nghiệp được đưa ra ở bảng 2.5

9
Bảng 2.5: Hàm lượng KLN trong một số nguồn sản xuất nông nghiệp
Đơn vị:ppm
Nguyên tố Bùn thải
Phân
Compost
Phân
xanh
Phân
phốt
phát
Phân
Nitorat
Vôi
Thuốc
BVTV
Nước tưới
Cr 8-40600 1,8-410 1,1-55 66-245 3,2-19 10-15 - -
Mn 60-3900 - 30-969 40-2000

- 40-1200 - -
Co 1-260 - 0,3-24 1-12 5,4-12 0,4-3 - -
Ni 6-5300 0,9-279 2,1-30 7-38 7-34 10-20 - -
Cu 50-80000 13-3580 2-172 1-300 - 2-125 - -
Zn 91-49000 82-5894 15-566 50-1450

1-42 10-240 - -
Cd <1-3410 0,01-100 0,1-0,8 0,1-190 0,05-8,5 0,04-0,1 - <0,05
Hg 0,1-55 0,09-21 0,01-0,36 0,01-2,0

0,3-2,9 0,05 0,6-6 -
Pb 2-7000 1,3-2240 0,4-27 4-1000 2-120 20-1250 11-26 <20

(Nguồn: Alloway(1990) và Ferusson (1990) (Dẫn theo Vũ Hữu Yêm [20])

10

Theo tác giả Hồ Kim Lam Trà và Nguyễn Hữu Thành (2003) khi nghiên cứu
hàm lượng Zn (tổng số và di động) trong đất nông nghiệp của huyện Văn Lâm, tỉnh
Hưng Yên cũng cho thấy hàm lượng tổng số của Zn dao động từ 59,45 -188,65
mg/kg [7].
Theo các tài liệu thu thập được, tác gải Phạm Quang Hà và cộng sự (2000)
đã nghiên cứu về đất nông nghiệp ở làng nghề đúc nhôm, chì Văn Môn đã có kết
luận hàm lượng Zn là 11,3 mg/kg. Kết quả quan trắc môi trường cho thấy, một số
vùng đất nông nghiệp có hàm lượng Zn đều xấp xỉ hoặc vượt ngưỡng cho phép [8].
*Hoạt động khai thác khoáng sản
Theo số liệu của nhiều nhà nghiên cứu, nhiều vùng mỏ chì, kẽm có hàm
lượng KLN trong đất vượt nhiều lần ngưỡng cho phép. Tại mỏ kẽm, chì làng Hích
có hàm lượng Zn là 9,863ppm vượt 49 lần TCVN.

2.1.2.2. Các dạng tồn tại và độc tính của Zn trong đất
a. Các dạng tồn tại của Zn trong đất
Trong đất, kẽm tồn tại dưới các dạng: khoáng feromangan, augite,biotit, , muối
ZnS,ZnCO3, ZnO(ZnSiO3), hấp phụ trong các phức chất trao đổi, các hợp chất hữu cơ(tan
và không tan)và dạng hòa tan trong dung dịch đất cation Zn
2+
. Dạng tồn tại của Zn trong
đất phụ thuộc vào pH đất (pH càng thấp, Zn linh động càng cao), chất hữu cơ (tỷ lệ thuận ),
thành phần cơ giới đất (đât có thành phần cơ giới càng nhẹ thì Zn càng giảm), hàm lượng P
(P dễ tiêu càng lớn thì lượng Zn càng giảm), nhiệt độ (tỷ lệ thuận)… Trinh Quang Huy,
2006) [14].
b. Độc tính của Zn
- Đối với cây trồng: Sự dư thừa Zn gây độc đối với cây trồng khi Zn tích tụ trong
đất quá cao. Dư thừa Zn cũng gây ra bệnh mất diệp lục. Sự tích Zn trong cây quá nhiều
gây một số quan hệ đến mức dư lượng Zn trong cơ thể người và phát triển them sự tích tụ
Zn trong môi trường mà đặc biệt là môi trường đất.
- Đối với con người: Zn là dinh dưỡng thiết yếu và nó sẽ gây ra các chứng
bệnh nếu thiếu hụt cũng như dư thừa. Trong cơ thể con người, Zn thường tích tụ
chủ yếu trong gan, là bộ phận chính của các nguyên tố vi lượng trong cơ thể,

11

khoảng 2g Zn được thận lọc mỗi ngày. Zn còn có khả năng gây ung thư đột biến,
gây ngộ độc thần kinh, sự nhạy cảm, sự sinh sản, gây độc đến hệ miễn nhiễm. Sự
thiếu hụt Zn trong cơ thể gây ra các triệu chứng như bệnh liệt dương, teo tuần hoàn, mù
màu, viêm da, bệnh về gan và một số triệu chứng khác (Trịnh Thị Thanh, 2006) [15].
Theo Ivor E Dreosti, 1996 hấp thụ nhiều kẽm có thể gây nôn, tổn hại thận,
lách, làm giảm khả năng hấp thụ đồng và gây bệnh thiếu máu lien quan đến sự thiếu
hụt đồng. (Ivor E Dreosti, 1996) [22].
2.1.2.3. Các phương pháp xử lý đất bị ô nhiễm Zn

a. Phương pháp xử lý đất bằng nhiệt
Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là làm bay hơi ở nhiệt độ cao
(>800
0
C) các kim loại nặng.Các kim loại nặng hầu hết tồn tại ở oha rắn, ít di chuyển
và hòa tan trong dung dịch đất do cơ chế hóa học và vật lý.
b. Phương pháp xử lý đất bằng điện
Là phương pháp làm sạch dựa trên quá trình xảy ra khi có dòng điện một
chiều phát ra giữa catot và anot được đặt ở một vị trí thích hợp trong đất. Sự di
chuyển của các ion và các phần tử mang điện tích về các cực khác nhau được hình thành.
c. Phương pháp chiết tách hơi tại chỗ
Việc tách chất ô nhiễm trong đất bằng phương pháp làm bay hơi dựa trên khả
năng bay hơi của các chất ô nhiễm.Phương pháp này thích hợp cho việc xử lý tại
chỗ đất ô nhiễm các hợp chất bay hơi như:Tricloroetylen, toluen,benzen, và nhiều
dung môi hữu cơ khác.
d. Phương pháp phân hủy sinh học các chất ô nhiễm
Sự phân hủy sinh học đất ô nhiễm chủ yếu dựa vào việc sử dụng vi sinh vật
để chuyển hóa các chất ô nhiễm, nhất là chất ô nhiễm hữu cơ thành các chất không
ô nhiễm.Trong đó các điều kiện được quan tâm là nhiệt độ, độ ẩm đất, pH, thế oxi
hóa- khử, nồng độ các chất ô nhiễm, dạng của các chất nhận electron, sự có mặt của
các vi sinh vật mong muốn và khả năng dễ tiêu sinh học của các chất ô nhiễm đối
với vi sinh vật.

12

e. Phương pháp xử lý đất ô nhiễm bằng thực vật
Phương pháp này sử dụng một số loại cây trồng có khả năng hút thu nhiều
kim loại nặng để loại bỏ chúng ra khỏi đất. Đây là phưng pháp đơn giản, rẻ tiền và
có khả năng áp dụng rộng rãi.Tuy nhiên thời gian xử lý kéo dài và trong trường hợp
ô nhiễm nặng sẽ ít có loài cây nào thích ứng được.(Nguyễn Xuân Cự, Trần Thị

Tuyết Thu,2003) [6].
2.2. Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong đất
Tùy theo từng mục đích sử dụng đất, từng điều kiện kinh tế xã hội, các quốc
gia khác nhau đưa ra các tiêu chuẩn để xác định mức đọ ô nhiễm KLN trong đất
khác nhau
Ở Hà Lan, chính phủ đã xây dựng hệ thống gồm 3 mức: giá trị chấp nhận
được hay giá trị nền, giá trị chứng tỏ quá trình nhiễm bẩn đang xảy ra và giá trị cần
thiết phải làm sạch.
Bảng 2.6. Đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại trong đất ở Hà Lan
Nguyên tố
Hàm lượng kim loại nặng trong đất (ppm)
Đất không
nhiễm bẩn
Đất bị nhiễm bẩn Đất cần làm sạch
Cr 100 250 800
Ni 50 100 500
Cu 50 100 500
Zn 200 500 3000
As 20 30 50
Cd 1 5 20
Sn 20 50 300
Hg 0,5 2 10
Pb 50 150 600
(Nguồn: Lê Văn Khoa, 2008)
Ở Úc và New Zealand, giới hạn cho phép KLN trong đất được quy định ở
bảng 2.7 dưới đây:

13

Bảng 2.7. Giới hạn ô nhiễm đất ở Úc và New Zealand

Nguyên tố Ngưỡng mg/kg
As 20
Cd 3
Pb 300
Zn 200
(Nguồn: ANZ, 1992, VVM)
Một số nước còn đưa ra quy định giới hạn KLN đối với đất dùng cho mục
đích nông nghiệp để bảo vệ tính năng sản xuất của đất, môi trường và sức khỏe con
người.(bảng 2.8)
Bảng 2.8. Hàm lượng KLN tối đa cho phép đối với đất nông nghiệp
ở các nước phát triển (ppm)
Nguyên
tố
Áo Canada Balan Nhật bản

Anh Đức
Cu 100 100 100 125 100 50(200)
Zn 300 400 300 250 300 300
Pb 100 200 100 400 20(100) 500
Cd 5 8 3 - 1 2
Hg 5 0,3 5 - 2 10
(Nguồn: Kataba, 1992. VVM)
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 2.9)

14

Bảng 2.9. Giới hạn hàm lượng tổng số của một số KLN trong đất
(Đơn vị tính: mg/kg đất khô)
Thông

số
Đất sử
dụng cho
MĐ lâm
nghiệp
Đất sử dụng
cho MĐ dân
sinh vui chơi

Đất sử dụng
cho MĐ
Thương mại
và dịch vụ
Đất sử dụng
cho MĐ
nông nghiệp

Đất sử
dụng cho
MĐ công
nghiệp
As 12 12 12 12 12
Cd 2 5 5 2 10
Cu 70 70 100 50 100
Pb 100 120 200 70 300
Zn 200 200 300 200 300
(Nguồn: QCVN:03-2008/BTNMT)
2.3. Tổng quan về công nghệ xử lý ô nhiễm KLN trong đất bằng thực vật
2.3.1. Tình hình nghiên cứu
Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm bằng thực vật (phytoremediation) là

phương pháp sử dụng thực vật để hấp thụ, chuyển hóa, cố định hoặc phân giải chất
ô nhiễm trong đất,nước.
Quá trình tách hút KLN nhờ thực vật (phytoextraction) hay còn gọi là quá
trình tích lũy nhờ thực vật (phytoacumulation) là quá trình hấp thụ và chuyển hóa
các KLN trong đất thông qua rễ vào các cơ quan sinh khí của thực vật. Các loài thực
vật này được gọi là loài thực vật siêu tích tụ (hyperacumulator), chúng có khả năng
hấp thụ một lượng lớn các KLN một cách không bình thường so với các loài thực
vật khác.
a.Trên Thế giới
Xử lý KLNbằng thực vật có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác
nhau phụ thuộc vào từng cơ chế loại bỏ KLN như:
- Phương pháp làm giảm nồng độ kim loại trong đất bằng cách trồng các loài thực
vật có khả năng tích lũy kim loại cao trong thân.Các thực vật này kết hợp được 2 yếu tố
là có thể tích lũy kim loại trong thân và cho sinh khối cao.

15

- 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.Qúa trình này làm giảm khả năng linh
động của kim loại, ngăn chặn ô nhiễm nước ngầm và làm giảm lượng kim loại
khuyếch tán vào trong các chuỗi thức ăn.
Bảng 2.10. Một số loài thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng cao
Tên loài
Nồng độ kim loại
tích luỹ trong thân
(
µ
g/g trọng lượng
khô)
Tác giả và năm công bố

Arabidopsis halleri
(Cardaminopsis halleri)
13.600 Zn Ernst, 1968
Thlaspi caerulescens 10.300 Zn Ernst, 1982
Thlaspi caerulescens 12.000 Cd Mádico et al, 1992
Thlaspi rotundifolium 8.200 Pb Reeves & Brooks, 1983
Minuartia verna 11.000 Pb Ernst, 1974
Thlaspi geosingense 12.000 Ni Reeves & Brooks, 1983
Alyssum bertholonii 13.400 Ni Brooks & Radford, 1978
Alyssum pintodasilvae 9.000 Ni Brooks & Radford, 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
malabathricum
10.000 Al Watanabe et al., 1998
Nguồn:Barcelo’ J,anh Poschenrieder C, 2003 [21]
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 ô 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 còn rất ít, nhưng ngày nay, nhiều nhà khoa học đặc biệt là ở Mỹ và

16

châu Âu đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghệ này như một
công nghệmang 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 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.
Bảng 2.11. Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý
kim loại nặng trong đất
Tên loài Khả năng xử lý Tác giả và năm công bố
Salix KLN trong đất, nước Greger và Landberg, 1999
Populus
Ni trong đất, nước và nước
ngầm
Punshon và Adriano, 2003
Brassica napus, B.
Juncea, B. nigra
Chất phóng xạ, KLN, Se
trong đất
Brown, 1996 và Banuelos et
al, 1997
Cannabis sativa Chất phóng xạ, Cd trong đất Ostwald, 2000
Helianthus Pb, Cd trong đất
EPA, 2000 và Elkatib et al.,
2001
Typha sp.
Mn, Cu, Se trong nước thải
mỏ khoáng sản
Horne, 2000
Phragmites australis
KLN trong chất thải mỏ
khoáng sản

Massacci et al., 2001
Glyceria fluitans
KLN trong chất thải mỏ
khoáng sản
MacCabe và Otte, 2000
Lemna minor KLN trong nước Zayed et al., 1998
Nguồn: Barcelo’ J, and Poschenrieder C, 2003[21]

17

b.Tại Việt Nam
Hiện nay,Việt Nam đang đẩy mạnh phát triển kinh tế- xã hội, nhiều khu công
đô thị, khu công nghiệp được mở dẫn tới tình trạng ô nhiễm môi trường đât do hoạt
động của con người ngày càng trở nên nghiêm trọng.
Bảng 2.12: Kim loại nặng trong đất nông nghiệp ở một số vùng ở Việt Nam
(Đơn vị: mg/kg)
Địa điểm
Đá mẹ và
mẫu chất
Cây trồng Cu Pb Zn Cd
Hải Phòng Phù Sa Lúa 24 33 89 0,09
Hà Nội Phù Sa Lúa-rau 22 24 159 0,09
Hà Giang Phù Sa Lúa 24 21 57 0,05
Bắc Giang Đá Vôi Cây ăn quả 16 19 32 0,07
Sơn La Đá Vôi Cây ăn quả 58 27 144 0,04
Ninh Bình Đá Vôi Mía 106 33 153 0,02
Nghệ An Đá Bazan Cao su 47 24 159 0,02
Đak Lăk Đá Bazan Lúa 90 10 124 0,08
Gia Lai Đá Bazan Cao su 83 11 105 -
Lâm Đồng Đá Bazan Cà phê 49 11 80 -

Nguồn: Hồ Thị Lam Trà và Kazuhiko Egashira, 2001 [25].
Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Nông (2007) [13] cho thấy rằng hàm
lượng các nguyên tố Cd, Pb, As trong đất Bắc Kạn và Thái Nguyên ngày càng lớn đối
với vùng đô thị, khu công nghiệp và khu dân cư tập trung.Tuy hàm lượng các nguyên tố
chưa vượt quá TCCP nhưng hàm lượng Cd, Pb, As khá cao trong vài loại đất ở vùng TP
Thái Nguyên là sự cảnh báo về môi trường.
2.3.2. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng và cơ chế của công nghệ xử lý ô nhiễm
KLN trong đất
2.3.2.1. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới quá trình hấp thụ KLN của thực vật
Khả năng linh động và tiếp xúc sinh học của KLN chịu ảnh hưởng lớn bởi
các đặc tính lý hóa của môi trường đất như: pH, hàm lượng khoáng sét, chất hữu cơ,