Bước đầu nghiên cứu và xác định khả năng hấp thụ Pb, Zn trong đất của một số loài thực vật bản địa (cỏ dại hệ sinh thái cạn) tại làng giấy Đống Cao, Phong Khê, Bắc Ninh

TRƢỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƢỜNG HÀ NỘI
KHOA MÔI TRƢỜNG

BÙI THỊ KIM LIÊN

BƢỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU VÀ XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG
HẤP THỤ Pb, Zn TRONG ĐẤT CỦA MỘT SỐ LOÀI THỰC
VẬT BẢN ĐỊA (CỎ DẠI HỆ SINH THÁI CẠN) TẠI LÀNG
GIẤY ĐỐNG CAO, PHONG KHÊ, BẮC NINH

HÀ NỘI - 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và chƣa hề đƣợc sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ
cho việc thực hiện luận văn này đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn
trong luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và đƣợc phép công bố.
Hà Nội, ngày tháng năm 2016
Sinh viên thực hiện

Bùi Thị Kim Liên


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến Ban giám hiệu trƣờng
Đại học Tài nguyên và Môi trƣờng Hà Nội, các thầy cô trong Khoa Môi
Trƣờng đã tạo điều kiện, giúp đỡ và chỉ bảo tận tình để em hoàn thành báo
cáo đồ án tốt nghiệp này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Môi trƣờng nông
nghiệp đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi để em thực hiện thực nghiệm tại

Viện Môi trƣờng nông nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn ThS. Đinh Tiến
Dũng và các anh chị trong phòng Phân tích và chuyển giao công nghệ môi
trƣờng - Viện Môi trƣờng Nông nghiệp đã tận tâm hƣớng dẫn, sửa chữa, góp
ý và bổ sung kiến thức để em có thể hoàn thiện bài báo cáo này. Một lần nữa,
em xin chân thành cảm ơn các thầy cô và các anh chị.
Báo cáo đồ án đƣợc thực hiện còn tồn tại nhiều hạn chế về kiến thức
cũng nhƣ thời gian và còn nhiều bỡ ngỡ trong việc báo cáo và làm đồ án, do
vậy không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận đƣợc những ý kiến
đóng góp quý báu của quý Thầy Cô trong Khoa Môi trƣờng – Trƣờng Đại học
Tài nguyên và Môi trƣờng Hà nội và Trung tâm phân tích và chuyển giao
công nghệ môi trƣờng- Viện Môi Trƣờng Nông Nghiệp để để bài báo cáo của
em đƣợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
CBD
Cd
CTR

Nghĩa các từ viết tắt
Hiệp định bảo vệ đa dạng sinh học
Chỉ số loài ƣu thế
Chất thải rắn

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

ĐBSH

Đồng bằng sông Hồng

ĐDSH

Đa dạng sinh học

H

Chỉ số đa dạng

KĐĐ

Không đếm đƣợc

KLN

Kim loại nặng

KV

Khu vực

MĐ

Mẫu đất

NC

Nghiên cứu

OTC

Ô tiêu chuẩn

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

UBND

Ủy ban nhân dân

WWF

Quỹ quốc tế về bảo vệ thiên nhiên


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1

1. Lý do lựa chọn đề tài................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................... 2
3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU................................................... 3
1.1.Cơ sở khoa học của việc xác định loài thực vật có khả năng hấp thu KLN3
1.1.1. Cơ chế hấp thụ KLN của thực vật và cách tiếp cận loài thực vật có khả
năng hấp thụ KLN. ............................................................................................ 3
1.1.2. Các chỉ số sinh học để nghiên cứu và xác định loài thực vật có khả năng
hấp thu KLN. ..................................................................................................... 7
1.1.3. Các tiêu chí chọn loài thực vật xử lý (Phytoremediation) .................... 12
1.2.Giới thiệu về làng giấy Đống Cao, Phong Khê, Bắc Ninh ....................... 15
1.3.Quy trình tái chế giấy và đặc điểm nguồn thải. ........................................ 17
1.3.1. Quy trình tái chế giấy. ........................................................................... 17
1.3.2. Đặc điểm nguồn thải. ............................................................................ 20
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THỰC NGHIỆM. ....... 24
2.1.Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu............................................................. 24
2.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu. .......................................................................... 24
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu............................................................................... 24
2.2.Phƣơng pháp nghiên cứu. ......................................................................... 24
2.2.1. Phƣơng pháp thu thập số liệu ................................................................ 24
2.2.2. Phƣơng pháp điều tra thảm thực vật ..................................................... 24
2.2.3. Phƣơng pháp lấy mẫu............................................................................ 25
2.2.4. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng Pb, Zn............................................. 28
2.2.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu .................................................................... 28
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. ................................................. 29


3.1. Kết quả phân tích hàm lƣợng Pb, Zn trong đất tại khu vực nghiên cứu......... 29
3.2.Mối quan hệ giữa hàm lƣợng Pb, Zn trong đất với sự xuất hiện của các
loài thực vật bản địa và với độ đa dạng, ƣu thế của chúng. ............................ 30

3.2.1. Mối quan hệ giữa hàm lƣợng Pb, Zn trong đất với sự xuất hiện của các
loài thực vật tại bản địa. .................................................................................. 30
3.2.2. Mối quan hệ giữa hàm lƣợng Pb, Zn trong đất với chỉ đa dạng và ƣu thế
của các loài thực tại vật bản địa. ..................................................................... 31
3.3.Xác định loài thực vật có khả năng hấp thu Pb, Zn trên địa bàn nghiên
cứu. 32
3.3.1. Danh mục các loài thực vật xuất hiện trên địa bàn nghiên cứu ............ 32
3.3.2. Xác định loài thực vật chiếm ƣu thế trên địa bàn nghiên cứu. ............. 35
3.3.3. Xác định loài thực vật có khả năng hấp thụ Pb, Zn trên địa bàn nghiên
cứu. 36
3.4.Kiểm chứng khả năng hấp thu Pb và Zn trong đất của các loài thực vật đã
đƣợc xác định. ................................................................................................. 38
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 43
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 47


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Hàm lƣợng kim loại nặng trong đất nông nghiệp ở một số vùng của
Việt Nam ........................................................................................................... 4
Bảng 1.2. Hàm lƣợng KLN trong đất tại khu vực công ty Pin văn Điển và
Orion Hanel. ...................................................................................................... 5
Bảng 1.3. Các nghiên cứu về thực vật có khả năng hấp thu chì và kẽm của
thực vật ............................................................................................................ 14
Bảng 3.1. Hàm lƣợng Pb, Zn trong đất tại các khu vực nghiên cứu. .............. 29
Bảng 3.2. Danh mục các loài thực vật xuất hiện trên địa bàn nghiên cứu...... 34
Bảng 3.3. Các loại thực vật đƣợc chọn để đƣa vào nghiên cứu. ..................... 38
Bảng 3.4. Hàm lƣợng Pb, Zn trong đất và trong thực vật. .............................. 39

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ quy trình tái chế giấy cơ bản................................................. 18
Hình 1.2.Bãi rác chứa chất thải từ làng nghề. ................................................. 22
Hình 2.1 . Bản đồ vị trí các khu vực nghiên cứu. ........................................... 26
Hình 3.1. Biểu đồ mối quan hệ giữa hàm lƣợng Pb, Zn trong đất với thành
phần loài và số lƣợng cá thể loài tại khu vực nghiên cứu. .............................. 30
Hình 3.2. Mối quan hệ giữa hàm lƣợng Pb, Zn trong đất với độ đa dạng và ƣu
thế của các loài thực vật tại khu vực nghiên cứu. ........................................... 31
Hình 3.3. Biểu hiện hình thái của thực vật tại địa bàn nghiên cứu. ................ 33
Hình 3.4. Biểu đồ thể hiện các loại thực vật chiếm ƣu thế cao trên địa bàn
nghiên cứu. ...................................................................................................... 35
Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện giá trị phần trăm ƣu thế của các loài thực vật tại
KV1 ................................................................................................................. 37


MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp cùng với quá trình
đô thị hóa đã và đang tạo ra rất nhiều áp lực cho môi trƣờng. Hoạt động của
các nhà máy, khu dân cƣ đô thị, sử dụng hóa chất bảo vệ trong nông nghiệp,
hoạt động của các làng nghề, hoạt động giao thông vận tải…đã làm cho môi
trƣờng bị ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm KLN và môi
trƣờng đất là nơi chứa đựng tất cả các chất ô nhiễm đƣợc thải trực tiếp vào
môi trƣờng đất và các chất đƣợc thải gián tiếp từ môi trƣờng nƣớc và không
khí.
Làng nghề là một trong những đặc thù của nông thôn Việt Nam, với sự
giúp đỡ của các ban ngành làng nghề đã ngày một phát triển. Tuy nhiên, bên
cạnh những kết quả đạt đƣợc thì một trong những thách thức lớn đang đặt ra
đối với các làng nghề là vấn đề môi trƣờng với sức khỏe cộng đồng dân cƣ và
môi trƣờng với hệ thực vật tự nhiên. Cũng nhƣ các làng nghề khác, làng nghề

tái chế giấy Phong Khê –Bắc Ninh một làng nghề điển hình trong loại làng
nghề tái chế giấy về quy mô sản xuất , trình độ công nghệ, trang thiết bị và
tiềm lực lao động cũng đang đứng trƣớc ô nhiễm môi trƣờng trầm trọng.
Hầu hết các loài thực vật rất nhạy cảm với sự có mặt của các ion kim
loại, thậm chí ở nồng độ rất thấp. Tuy nhiên, vẫn có một số loài thực vật
không chỉ có khả năng sống đƣợc trong môi trƣờng bị ô nhiễm bởi các kim
loại độc hại mà còn có khả năng hấp thụ và tích các kim loại này trong các bộ
phận khác nhau của chúng.
Trong những năm gần đây, ngƣời ta quan tâm rất nhiều về công nghệ
sử dụng thực vật để xử lý môi trƣờng.
Thực vật có nhiều cách phản ứng khác nhau đối với sự có mặt của các
ion kim loại trong môi trƣờng. Có nhiều giả thuyết đã đƣợc đƣa ra để giải
thích cơ chế vận chuyển, hấp thụ và loại bỏ kim loại nặng trong thực vật,

1


ch ng hạn chúng hình thành một phức hợp tách kim loại ra khỏi đất, tích luỹ
trong các bộ phận của cây, sau đó đƣợc loại bỏ qua lá khô, rửa trôi qua biểu
bì, bị đốt cháy hoặc đơn thuần là phản ứng tự nhiên của cơ thể thực vật.
Để phục vụ công tác quản lý, góp phần hạn chế sự ô nhiễm môi trƣờng,
sử dụng bền vững hệ thực vật, tôi quyết định chọn nghiên cứu đề tài: “Bước
đầu nghiên cứu và xác định khả năng hấp thụ Pb, Zn trong đất của một số
loài thực vật bản địa (cỏ dại hệ sinh thái cạn) tại làng giấy Đống Cao,
Phong Khê, Bắc Ninh” làm đề tài tốt nghiệp của mình.

2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định đƣợc khả năng hấp thụ Pb, Zn trong đất của một số loài thực vật bản
địa (cỏ dại hệ sinh thái cạn) tại làng giấy Đống Cao, Phong Khê, Bắc Ninh.

3. Nội dung nghiên cứu
- Xác định mối quan hệ giữa hàm lƣợng Pb, Zn trong đất với độ đa dạng
và ƣu thế của khu vực nghiên cứu.
- Xác định loài thực vật có khả năng hấp thu Pb , Zn trong đƣa vào
nghiên cứu.
- Kiểm chứng khả năng hấp thu Pb và Zn của các loài thực vật đã đƣợc
xác định

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

1.1.

Cơ sở khoa học của việc xác định loài thực vật có khả năng hấp thu

KLN
1.1.1. Cơ chế hấp thụ KLN của thực vật và cách tiếp cận loài thực vật có
khả năng hấp thụ KLN.
a. Ô nhiễm KLN trong đất tại Việt Nam.
Hiện nay ở nƣớc ta các nhà khoa học cũng rất quan tâm tới vấn đề ô
nhiễm KLN đặc biệt là trong môi trƣờng đất. Nghiên cứu bƣớc đầu đã chỉ ra
rằng hàm lƣợng các nguyên tố KLN trong đất phụ thuộc rất nhiều vào nguồn
đất mẹ và mẫu chất hình thành nên các loài chất đó. Ngoài ra KLN còn đƣợc
đƣa vào môi trƣờng thông qua các hoạt động của con ngƣời chiếm tỷ lệ lớn
đặc biệt là từ các làng nghề truyền thống.
Các nhà nghiên cứu Trần công tấu và Trần công khanh (1998) khi
nghiên cứu về KLN dạng tổng số và di động ở tầng đất mặt 0 – 20cm trên một
số loại đất ddax chỉ ra đƣợc 7 loại độc tố Co, Cr, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn tập trung

chủ yếu ở tại loại đất phù sa thuộc ĐBSH và ĐBSCL[14].
Kết quả nghiên cứu của tác giả Lê Đức (1998) đã chỉ ra rằng hàm
lƣợng KLN trong các loại đất khác nhau có giá trị thành phần nguyên tố khác
nhau và phụ thuộc vào nguồn đá mẹ. Trong đất Ferasol phát triển trên đá vôi
hàm lƣợng các nguyên tố Cu, Mn, Mo tƣơng ứng đạt 52+- 3 mg/kg, 827 +_
18mg/kg, 2,51 +_ 0,09 mg/kg. Trên đất Ferasol có nguồn gốc từ đá Gnai thì
hàm lƣợng Cu và Mn có xu hƣớng ít hơn tƣơng ứng hàm lƣợng các nguyên tố
này trong đất là 28+_ 1mg/kg và 758 _+ 11mg/kg [3].
Kết luận của Hồ Thị Lam Trà và Kazuhiko Egashira (2001) đƣa ra khi
nghiên cứu hàm lƣợng các nguyên tố KLN của nhiều loại đất khác nhau (
bảng 1.1)[33]. Trong đá vôi có hàm lƣợng Cu và Zn khá cao nhƣng lại thấp ở
đá cát, hàm lƣợng Pb ở mức trung bình trong các loài đá và đất trên còn Cd lại
có hàm lƣợng khá thấp
3


Bảng 1.1. Hàm lƣợng kim loại nặng trong đất nông nghiệp ở một số vùng
của Việt Nam (Đơn vị: mg/kg)
STT

1

Địa

Loại

Cây

điểm

đất

trồng

Hải

Phù sa

Phù sa

Cu

Pb

Zn

Cd

Lúa

24

33

89

0,09

Lúa,

22

24

195

0,09

Phòng
2

Hà Nội

rau
3

Hà

Phù sa

Lúa

24

21

57

0,05

Đất cát

Cây ăn 16

19

32

0,07

27

144

0,04

giang
4

Bắc
Giang
Sơn La

5

quả
Đá vôi

Cây ăn 58
quả

6

Ninh

Đá vôi

Mía

106

33

153

0,02

Cao su

83

11

105

0,08

Cá phê

49

11

80

0,08

Bình
Gia Lai Đá

7

Bazan
8

Lâm

Đá

Đồng

Bazan

Khu vực xung quanh các nhà máy và các khu công nghiệp có hàm
lƣợng KLN rất cao do việc xả thải trực tiếp từ quá trình sản xuất ra môi
trƣờng.
Kết quả nghiên cứu của Lê Văn Khoa và cộng sự (1999) ở khu vực
Công ty pin Văn Điển và Công ty Orion Hanel (bảng 1.2) cho thấy đất gần
khu vực công ty Pin có hàm lƣợng Zn cao hơn hàm lƣợng tối đa gây độc cho
thực vật ở đất nông nghiệp theo tiêu chuẩn của Anh từ 1,33 – 1,79 lần [6].

4


Bảng 1.2. Hàm lƣợng KLN trong đất tại khu vực công ty Pin văn Điển và
Orion Hanel. ( Đơn vị: mg/kg)
Độ sâu

Khu vực công ty Pin văn Điển
Cu

Pb

Zn

Khu vực công ty Orion Hanel

Cd

Hg

Cu

Pb

Zn

0 – 20

31,42 32,63 268,25 0,985 0,122 21,34 27,93 44,5

20 – 40

25,54 25,28 256,08 0,91

Cd

Hg

0,312 0,078

0,096 18,22 21,46 39,25 0,275 0,034

Tác giả Phạm Quang hà cùng cộng sự (2001) cảnh báo ô nhiễm đất do
tích lũy KLN tại KCN huyện Thanh Trì, Hà Nội nhƣ sau:
Đất đã có xu hƣớng tích lũy Cu, Pb, Zn và Cd hàm lƣợng các kim loại
này trong đất tƣơng ứng đạt sấp xỉ 40, 30 – 43, 108 – 137 và 0,93 – 2,31
mg/kg. Càng gần các khu công nghiệp hoặc địa hình càng trũng đất có xu
hƣớng tích lũy kim loại nặng càng cao.
Khi nghiên cứu đất ở làng nghề đúc nhôm, đồng tại Văn Môn, Yên
Phong, Bắc Ninh, tác giả Phạm Quang Hà cùng cộng sự (2000) đã nhận thấy
hàm lƣợng KLN trong đất nông nghiệp của làng nghề này khá cao trung bình
hàm lƣợng Cu là 41,4 mg/kg dao động từ 20 – 216,7 mg/kg và Pb là 39,7
mg/kg dao động từ 20,1 – 143,1 mg/kg và Zn là 100,3 mg/kg dao động từ
33,7 – 887,4 mg/kg [11].
Các tác giả Hồ Thị Lam Trà và Kazuhiko Egashira (2000) khi nghiên
cứu hàm lƣợng KLn tròn đất nông nghiệp ở các huyện thuộc địa phần Từ
Liêm, Thanh Trì Hà Nội cho thấy hàm lƣợng KLN dao động trong khoảng
0,16 – 0,26 mg/kg Cd, 140,1 – 73,2 mg/kg Cu, 3,19 – 5 mg/kg Pb, 98,2 –
137,2 mg/kg Zn. Nói chung đất nông nghiệp của 2 huyện này chƣa bị ô hiễm

KLN theo TCVN 1995 trừ Cu tại vùng đất trồng rau Tây Tựu – Từ Liêm [34].
Tác giả Hồ Thị Lam Trà và Nguyễn Hữu Thành (2003) khi nghiên cứu
về hàm lƣợng Cu, Ni, Zn tổng số và di động trong đất nông nghiệp của huyện
Văn Lâm Hƣng Yên cũng cho thấy hàm lƣợng tổng số Cu dao động từ 21,85
– 149,34 mg/kg , Zn từ 59,45 – 188,65 mg/kg và Ni từ 27,38 – 55,71 mg/kg.

5


trong 15 mẫu đất nghiên cứu có hai ô mẫu nhiễm Cu, cảnh báo về nguy cơ
nhiễm Zn và chƣa tìm thấy sự thích lũy của Ni[2].
…
b. Cơ chế hấp thụ KLN của thực vật.
Có nhiều giả thuyết đã đƣợc đƣa ra để giải thích cơ chế vận chuyển,
hấp thụ và loại bỏ kim loại nặng trong thực vật, ch ng hạn chúng hình thành
một phức hợp tách kim loại ra khỏi đất, tích luỹ trong các bộ phận của cây,
sau đó đƣợc loại bỏ qua lá khô, rửa trôi qua biểu bì, bị đốt cháy hoặc đơn
thuần là phản ứng tự nhiên của cơ thể thực vật.
c. Cách tiếp cận loài thực vật có khả năng hấp thụ KLN.
Việc lựa chọn ra loài thực vật bản địa có khả năng xử lý KLN dựa trên
nguyên tắc chung đó là phải xác định đƣợc các khu vực, các vùng ô nhiễm.
Hiện nay có hai cách tiếp cận có thể sử dụng trong tuyển chọn loài thực
vật có khả năng hấp thu KLN.
Cách tiếp cận thứ nhất:
Dựa hoàn toàn trên kết quả phân tích hàm lƣợng KLN trong thực vật.
Các loài thực vật sẽ đƣợc thu thập từ các điểm và vùng đã đƣợc xác định là ô
nhiễm, sau đó tiến hành phân tích hàm lƣợng KLN trong từng bộ phận của
cây và kết hợp với tiêu chí chọn loài thực vật phù hợp với mục đích ban đầu
đề ra, sau đó để thử nghiệm khả năng xử lý của thực vật thì phải tối ƣu hóa
các điều kiện sống để cho thực vật có khả năng hấp thu đƣợc KLN tốt nhất.

Đây là một phƣơng pháp tuyển chọn loài thực vật có khả năng hấp thu KLN
có độ chính xác cao nhƣng sẽ tốn chi phí cho việc phân tích hóa học, phƣơng
pháp này chỉ áp dụng đối với các dự án khoa học có kinh phí lớn, còn đối với
những nghiên cứu cơ bản hiện nay thì phƣơng pháp này lại có phần bị hạn
chế.
Cách tiếp cận thứ hai:
Dựa trên sự chống chịu của thực vật trƣớc tác động của các chất ô
nhiễm. Cơ sở của phƣơng pháp này là phải xác định đƣợc các điểm, các vùng
6


ô nhiễm và thông tin về độ đa dạng và ƣu thế của khu vực nghiên cứu. Trên
cơ sở đó để đánh giá trƣớc và sau khi chịu ảnh hƣởng của nguồn thải thì độ đa
dạng và ƣu thế của thực vật ở đó nhƣ thế nào, loài nào là loài chiếm ƣu thế.
Từ đó có thể kh ng định rằng với điều kiện môi trƣờng bị ô nhiễm mà loài
thực vật vẫn có khả năng sống đƣợc, vẫn thích nghi và lại là loài thực vật
chiếm ƣu thế nhất chứng tỏ khả năng chống chịu của nó với chất ô nhiễm là
rất cao, để kh ng định thêm về khả năng hút KLN của thực vật thì ta phân
tích hàm lƣợng KLN mà thực vật tích lũy đƣợc trong cây. Đây là một phƣơng
pháp cho hiệu quả cao và tốn ít chi phí, không cần phải tiến hành phân tích
hóa học nhiều mà vẫn có thể tuyển chọn ra loài thực vật có khả năng hấp thu
kim loại nặng để tiến đến đề xuất làm loài xử lý KLN. Khác với cách tiếp cận
trên thì cách tiếp cận này phù hợp với những nghiên cứu cơ bản hiện nay về
tuyển chọn loài thực vật có khả năng hấp thu KLN bởi ƣu điểm tốn ít chi phí
của nó, hơn nữa phƣơng pháp này có thể đánh giá đƣợc độ đa dạng, mức độ
chiếm ƣu thế của loài, biểu hiện hình thái của loài tại nơi ô nhiễm và không ô
nhiễm để từ đó có thể kh ng định thêm về mức độ ảnh hƣởng của các KLN
trong đất tới hình thái và sự đa dạng loài của thực vật. Điều này có thể ứng
dụng trong các nghiên cứu về loài thực vật chỉ thị cho môi trƣờng đất bị ô
nhiễm KLN.

1.1.2. Các chỉ số sinh học để nghiên cứu và xác định loài thực vật có khả
năng hấp thu KLN.
a. Giới thiệu chung về Đa dạng sinh học
* Khái niệm chung về đa dạng sinh học
Theo hiệp định về đa dạng sinh học (CBD) “ Đa dạng sinh học bao
gồm sự phong phú đa dạng và khả năng biến đổi trong thế giới sinh vật sống
và cả phức hệ sinh thái mà trong đó chúng đang tồn tại, điều này có thể xảy ra
trong cùng loài, giữa các loài, bên trong một hệ sinh thái hoặc giữa các hệ
sinh thái với nhau” (CBD 1992)

7


Theo quỹ quốc tế về bảo vệ thiên nhiên (WWF) năm 1989 đã đƣa ra
định nghĩa: “Đa dạng sinh học là thuật ngữ chỉ tính phong phú của sự sống
trên trái đất, là hàng triệu loài thực vật, động vật và vi sinh vật, là các gen
chứa đựng trong các loài và những hệ sinh thái vô cùng phức tạp cùng tồn tại
trong môi trƣờng”
* Các dạng đa dạng sinh học Alpha, beta, và gamma
Whittaker (1975) và Sharma (2003) phân biệt ba loại đa dạng sinh học loài
khác nhau đó là α, β và γ
+ Đa dạng sinh học alpha liên quan đến thông tin thành phần số lƣợng
loài của một khu vực, hiện trƣờng nghiên cứu cụ thể, ch ng hạn nhƣ một ô
tiêu chuẩn là 20m × 50m (quadrat).Đa dạng này là tính đa dạng xuất hiện
trong một sinh cảnh hoặc trong một quần xã.
+ Đa dạng sinh học beta mô tả cho biết sự khác nhau về thành phần loài
giữa hai hiện trƣờng nghiên cứu gần kề dọc theo một lát cắt, chỉ số beta thấp
khi thành phần loài của hai hiện trƣờng nghiên cứu có tính tƣơng đồng cao và
ngƣợc lại. Giá trị này đạt tối đa khi giữa hai hiện trƣờng nghiên cứu không hề
có chung một loài xuất hiện (tƣơng đồng là zero). Đa dạng này là đa dạng tồn

tại trong vùng giáp ranh giữa các sinh cảnh hoặc quần xã.
+ Đa dạng sinh học gamma đƣợc định nghĩa là mức độ gặp một số loài bổ
sung khi thay đổi vị trí địa lý trong các khu vực khác nhau của một kiểu cƣ
trú. Đa dạng này cho biết sự khác nhau về thành phần loài và các chỉ số sinh
học của hai khu hệ sinh sống/cƣ trú lớn cách xa/ gần kề nhau. Đa dạng này là
sự đa dạng tồn tại trong một quy mô địa lý.
Vai trò của Đa dạng sinh học trong tuyển chọn loài thực vật xử lý
(phytoremedation)
Có nhiều cách để xác định loài thực vật xử lý, nhƣng có một cách đơn
giản vừa phù hợp về mặt kinh phí vừa đồng thời đánh giá đƣợc độ đa dạng và
sự biến động thành phần loài của khu vực nghiên cứu đó là cách tiếp cận dựa
8


trên khả năng chống chịu của thực vật và cơ sở của cách tiếp cận này là dựa
trên sự biến đổi về độ đa dạng, ƣu thế của khu vực nghiên cứu trƣớc và sau
khi chịu tác động của nguồn thải bằng việc sử dụng các chỉ số sinh học, đặc
biệt là chỉ số đa dạng và chỉ số loài ƣu thế. Nhƣ chúng ta đã biết rằng trong
một quần xã không phải các loài đều giữ vai trò nhƣ nhau mà chỉ có một hoặc
một số loài hay một nhóm loài có ảnh hƣởng quyết định đến các đặc điểm và
tính chất của quần xã. Những loài có vai trò quyết định nhƣ vậy đƣợc gọi là
loài ƣu thế sinh thái. Những loài này tham gia vào sự điều chỉnh vào quá trình
trao đổi vật chất và năng lƣợng giữa quần xã với môi trƣờng xung quanh. Kết
quả là những loài này có ảnh hƣởng rất mạnh đến môi sinh, từ đó mà ảnh
hƣởng đến các loài khác trong quần xã. Nhƣ vậy có thể thấy cùng một điều
kiện môi trƣờng của quần xã nhƣ nhau nhƣng loài chiếm ƣu thế thể hiện đƣợc
sự thích nghi cao nhất của chúng từ đó chúng có thể cho năng suất cao nhất,
điều này đƣợc coi là cơ sở trong tuyển chọn loài thực vật xử lý. Khi cùng một
điều kiện môi trƣờng bị ô nhiễm mà xuất hiện loài chiếm ƣu thế so với các
loài khác điều đó chứng tỏ loài chiếm ƣu thế đó có khả năng thích nghi cao

hơn các loài khác đối với môi trƣờng khu vực nghiên cứu, hơn nữa nếu loài
này lại có khả năng hấp thu KLN cao thì hoàn toàn có thể ứng dụng loài này
trở thành loài thực vật xử lý KLN.

9


b. Các chỉ tiêu dùng trong điều tra đa dạng sinh học
* Mật độ (m2-)
Mật độ cho biết số lƣợng cá thể trung bình của loài nghiên cứu trên mỗi
ô tiêu chuẩn (quadrat), đƣợc tính toán theo công thức sau đây (Oosting 1958,
Rastogi 1999, Sharma 2003)
Tổng số cá thể của loài nghiên cứu xuất hiện ở tất cả các ô NC
Mật độ =
Tổng số các ô mẫu nghiên cứu (quadrat)

*Tần xuất (%)
Tần suất xuất hiện (Frequency) cho biết số lƣợng các ô mẫu nghiên cứu
mà trong đó có loài nghiên cứu xuất hiện, tính theo giá trị phần trăm
(Raunkiaer 1934, Rastogi 1999, Sharma 2003)
Số lƣợng các ô mẫu có loài xuất hiện
Tần suất (%) =

× 100
Tổng số các ô mẫu nghiên cứu

* Độ phong phú (Anbudance) (m2-)
Độ phong phú đƣợc tính theo công thức của Curtis và Mclntosh 1950
Tổng số cá thể xuất hiện trên tất cả các ô nghiên cứu
Độ phong phú =

Số lƣợng các ô mẫu có loài nghiên cứu xuất hiện
Tỷ lệ (A/F) giữa độ phong phú (Anbudance) và tần xuất (Frequency) của mỗi
loài đƣợc sử dụng để xác định các dạng phân bố không gian của loài đó trong
quần xã thực vật nghiên cứu. Loài có dạng phân bố liên tục (regular pattern)
nếu A/F nhỏ hơn 0,025, thƣờng gặp ở những hiện trƣờng mà trong đó sự cạnh
tranh giữa các loài xảy ra gay gắt. Loài có dạng phân bố ngẫu nhiên nếu A/F
trong khoảng từ 0,025 – 0,05, thƣờng gặp ở những hiện trƣờng chịu tác động
của điều kiện môi trƣờng sống không ổn định . Loài có giá trị A/F lớn hơn
10


0,05 thì có dạng phân bố Contagious. Dạng phân bố này phổ biến nhất trong
tự nhiên và nó thƣờng gặp ở những hiện trƣờng ổn định (Odum 1971, Verma
2000).
c. Các chỉ số sinh học sử dụng trong điều tra đa dạng sinh học
Chỉ số sinh học là một dạng của chỉ số môi trƣờng dùng để đánh giá
sinh thái của một khu vực nghiên cứu cụ thể bao gồm các chỉ số đa dạng
(Diversity indices), chỉ số tƣơng đồng (Similarity indices), chỉ số loài ƣu thế,
chỉ số hình thái và mô (Morphological and Histological indicators)…Từ các
chỉ số sinh học có thể xác định tính đa dạng của các khu vực này sau đó là xác
định đƣợc loài ƣu thế cho khu vực đang nghiên cứu.
 Chỉ số đa dạng sinh học loài H ( Shannon & Weiner’ s Index)
Theo quan điểm đo đếm định lƣợng chỉ số đa dạng sinh học thì tính đa
dạng là một phép thống kê có sự tổ hợp của cả hai yếu tố là thành phần số
lƣợng loài và tính đồng đều phân bố (equitability) hay khả năng xuất hiện của
các cá thể trong mỗi loài. Có nghĩa là chỉ số H không phải chỉ phụ thuộc vào
thành phần số lƣợng loài mà cả số lƣợng cá thể và xác suất xuất hiện của các
cá thể trong mỗi loài.
Có rất nhiều phƣơng pháp đã đề xuất cho nghiên cứu định lƣợng chỉ số
đa dạng sinh học, trong đó thành công và đƣợc áp dụng phổ biến là phƣơng

pháp Shannon & Weiner’ s Index có phƣơng trình tính toán nhƣ sau:
H = - ∑(

ni
ni
) log2 ( )
N
N

Trong đó:
- H = Chỉ số đa dạng sinh học hay chỉ số Shannon Wiener,
- ni: Số cá thể của loài thứ i
- N: Tổng số cá thể của tất cả các loài
Trong một số trƣờng hợp khác, chỉ số này còn đƣợc tính dựa trên sinh
khối (W) thay vì số lƣợng cá thể

11


H = - ∑ 

Wi 
Wi
 log2  
W 
W 

Trong đó:

+ Wi: Sinh khối loài thứ i

+ W: Tổng sinh khối của tất cả các loài thu đƣợc trên hiện
trƣờng
 Chỉ số ưu thế (Simpson’ Index)
D=1-∑

Ni ( Ni  1)
N ( N  1)

Trong đó:
+ Ni: Số cá thể của loài i trong mẫu thu
+ N: Số cá thể của tất cả các loài trong mẫu thu
+ Pi: Tỷ lệ các cá thể trong loài thứ i
Chỉ số này còn đƣợc tính theo công thức
ni
Cd =   
i 1  N 
S

2

+ ni: Số cá thể của loài thứ i
+ N: Tổng số cá thể của tất cả các loài
Chỉ số này cho phép xác định loài nào là ƣu thế trong quần thể đang
nghiên cứu. So sánh sự ƣu thế của cùng một loài tại hai quần thể khác nhau,
và so sánh độ ƣu thế của các quần thể với nhau.
1.1.3. Các tiêu chí chọn loài thực vật xử lý (Phytoremediation)
Để lựa chọn ra loài thực vật có khả năng xử lý KLN trong môi trƣờng cần
phải có những tiêu chí cụ thể để lựa chọn sao cho phù hợp với mục đích
nghiên cứu và phù hợp với địa điểm nghiên cứu. Hiện nay các nhà khoa học
lựa chọn loài thực vật phytoremediation dựa vào một số tiêu chí sau.

- Dựa vào mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu khác nhau thì có các
cách lựa chọn loài thực vật khác nhau và nó sẽ kéo theo các tiêu chí khác để
chọn ra loài phù hợp. Nếu mục đích nghiên cứu là chọn loài phytoextraction
thì ta quan tâm tới loài thực vật có sinh khối lớn để khả năng hấp thu KLN

12


của nó lớn, nhƣng nếu mục đích của ta là chọn loài thực vật phytostabilization
thì ƣu tiên chọn loài thực vật có bộ rễ sâu và sinh khối rễ lớn để cố định lƣợng
độc tố lớn hơn.
- Dựa vào loại chất thải: Tùy thuộc vào loại chất thải có trong đất mà lựa
chọn loài thực vật phù hợp bởi vì đặc tính ƣa hút mỗi loại chất thải của mỗi
loại cây trồng lại khác nhau, có thể với loài thực vật này ƣa hút các hợp chất
hữu cơ độc hại hơn là các KLN, nhƣng cũng có loài chỉ ƣa hút các KLN mà
không hút các chất hữu cơ độc hại, hay có loài thực vật ƣa hút KLN này mà
không hút loại KLN khác…do đó việc xem xét cụ thể các loại chất thải chủ
yếu trong đất mà ta muốn xử lý là gì thì sẽ quyết định chọn loại thực vật nào
cho hợp lý.
- Loại thực vật: Sự khác nhau giữa các loài thực vật sẽ quyết định đến việc
chọn lựa loài thực vật cho phù hợp với mục đích nghiên cứu. Trong quá trình
chọn lựa loài ta phải xem xét loài thực vật là ngập nƣớc, cạn hay bán ngập
nƣớc điều này sẽ quyết định tính thích nghi của loài thực vật xử lý mà ta định
chọn xem loài đó có phù hợp với môi trƣờng mà ta định trồng nó làm loài xử
lý hay không. Hay xem xét đến loài đó là loài thực vật hàng năm hay lâu năm
để phù hợp với thời gian nghiên cứu
- Đặc điểm của loài thực vật: Đây là một tiêu chí rất quan trọng trong lựa
chọn loài thực vật phytoremedation, nó quyết định đến các tiêu chí ở trên. Khi
thực vật có bộ rễ phát triển sâu, sinh khối lớn thì hiệu quả xử lý sẽ cao, tƣơng
tự nhƣ vậy loài thực vật mà có sinh khối càng lớn thì hiệu quả xử lý càng cao.

Tính chống chịu của loài là yếu tố quyết định bởi vì chỉ khi nào loài có khả
năng chống chịu đƣợc với môi trƣờng ô nhiễm thì nó mới có khả năng xử lý
đƣợc ô nhiễm. Bên cạnh đó thì khả năng tích lũy đƣợc chất ô nhiễm là một
yếu tố quyết định đến hiệu quả của xử lý, hiệu quả cao khi nó có khả năng
tích lũy cao, và một yếu tố cần xem xét nữa là loài thực vật đó có phải là loài
ngoại lai hay không, các nhà khoa học khuyến cáo không nên dùng thực vật

13


ngoại lai làm thực vật xử lý vì đặc tính sinh sản nhanh của những loài này sẽ
có thể gây hại cho hệ sinh thái tự nhiên.
1.1.4.Tổng hợp các kết quả nghiên cứu về thực vật có khả năng hấp thu
chì và kẽm của thực vật.
Hiện nay có rất nhiều các nghiên cứu đi theo hƣớng nghiên cứu về khả năng
hấp thu Pb, Zn của các loài thực vật. Một số nghiên cứu đã đƣa ra đƣợc các
hàm lƣợng Pb, Zn đƣợc hấp thu trong các loài thực vật cụ thể. Trên đây là
bảng tổng hợp một số các nghiên cứu về khả năng hấp thu Pb , Zn của thực
vật đã đƣợc công bố.
Bảng 1.3. Các nghiên cứu về thực vật có khả năng hấp thu chì và kẽm
của thực vật
STT

Tên tiếng
việt

Tên La Tinh

1

Cải bẹ xanh

Brassica
juncea

2

Thuốc lá

Nicotiana
tabacum L

Hƣớng dƣơng

Helianthus
anuus L

3

4

5

6
7
8
12

Hàm lƣợng
Pb tích lũy

(mg/kg)
92000 –
114000 (rễ)
[27]

Hàm lƣợng
Zn tích lũy
(mg/kg)

24 [28]

1620 [33]

2668 (rễ)
843 (thân)
3611 (lá) [22]
179,3 (thân,
lá)
243,1(rễ) [4]
357,1(thân,
lá)
661,1(rễ) [4]

500 [24]

1364,4
(shoot) [36]

148,7
Rau muống

(thân, lá)
66,7(rễ) [4]
128,4
Ludwigia
Mƣơng Đứng
(thân,lá)
hyssopifolia
83,3 (rễ) [4]
144,6
Ludwidgia
67,4 (thân, lá)
Dừa nƣớc
(thân,lá)
adscendens
1061,1(rễ) [4]
87,7(rễ) [4]
950,6(thân,lá) 119,2(thân,lá)
Đơn buốt
Bidens pilosa.L
244,5(rễ) [4] 163,2(rễ) [4]
Hordeum
Lúa mạch
225[16]
1600[16]
vulgare L
Eleusine
113,3 (thân)
Mần trầu
indica (L.)
370,7 (rễ)[1]

Ipomoea
aquatica

14


23

Cúc tần

24

Sài đất

25

Rau cần tây

26

Khoai môn
nƣớc

1.2.

Gaertn
Pluchea indica
L
Wedelia
calendulacea

Less
Arium
graveolens
Colocasia
esculenta

9,2

28,3 [4]

10

66,4 [4]

49

50,2 [4]

22,9

61,5 [4]

Giới thiệu về làng giấy Đống Cao, Phong Khê, Bắc Ninh
Bắc Ninh là một tỉnh thuộc đồng bằng Bắc Bộ, nằm gọn trong vùng

châu thổ sông Hồng có diện tích tự nhiên không lớn đƣợc xếp là tỉnh có diện
tích tự nhiên nhỏ nhất nƣớc ta: 822,71 km2
Trên địa bàn tỉnh có 62 làng nghề trong đó có 30 làng nghề truyền
thống và 32 làng nghề mới với nhiều nhóm làng nghề khác nhau.
Làng giấy Đống Cao, Phong Khê, bắc Ninh với cốt lõi là làng Dƣơng Ổ

là một trong những làng nghề tiểu thủ công nghiệp đƣợc phát triển với quy
mô lớn với tốc độ cao trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh.
Làng có vị trí nằm dọc theo quốc lộ 1A cách Hà Nội 32 km về phía
Đông Bắc và cách thành phố Bắc Ninh 2 km về phía Tây Nam. Có con sông
Ngũ Huyện Khê chảy qua.
Là 1 vị trí thuận lợi trong việc giao lƣu và phát triển kinh tế.
Làng nghề giấy Phong Khê với dân số 7500 ngƣời tƣơng đƣơng với
mật độ 3500 ngƣời /km2. Làng nghề có lịch sử lâu đời, đƣợc bắt đầu hình
thành từ năm 1450. Trƣớc kia, làng nghề chuyên sản xuất giấy dó theo
phƣơng thức hoàn toàn thủ công với kỹ thuật mang tính gia truyền.Sản phẩm
giấy dó đƣợc sử dụng làm giấy viết, vẽ tranh lụa, làm vàng mã, pháo ..và
đƣợc lƣu hành khắp vùng .
Thu nhập từ nghề phụ đã làm thay đổi cuộc sống của ngƣời dân trong
làng nghề .Cùng với quá trình phát triển của ngành công nghiệp giấy , thị

15


trƣờng giấy đó bị thu hẹp do giảm nhu cầu sử dụng. Đứng trƣớc tình hình đó.
Làng nghề đã tìm ra hƣớng phát triển mới. Dựa trên kinh nghiệm sẵn có và
nhu cầu của xã hội về các loại giấy cũng nhƣ quyết tâm cải tạo cuộc sống,
ngƣời dân Phong Khê đã học hỏi kinh nghiệm, đầu tƣ trang thiết bị nhằm sản
xuất với quy mô bán công nghiệp từ nguyên liệu là các loại giấy thải. Hiện
nay, làng nghề đã có nhiều xƣởng sản xuất tạo ra nhiều loại sản phẩm nhƣ:
giấy vệ sinh, giấy ăn, giấy vàng mã, bìa cáttông, bìa duplex…đi từ nguyên
liệu là các gấy loại, bìa thải đƣợc thu mua từ nhiều nơi, đặc biệt là từ Hà Nội.
Tính chất sản xuất đã từng bƣớc đi vào cơ giớ hoá, máy móc đã đƣợc sử dụng
để thay thế cho lao động thủ công và cho năng xuất cao. Quy mô sản xuất
không chỉ bó hẹp trong phạm vi gia đình mà đã mở rộng thành các doanh
nghiệp cổ phần hoặc các xƣởng sản xuất có thuê nhiều nhân công, lao động.

Lao động nhàn dỗi ở trong làng co thêm việc làm nhƣ: chuyên chở, bóc lề, thu
mua và phân loại giấy.
Các sản phẩm của Phong Khê đã đáp ứng đƣợc nhu cầu của thị trƣờng
đặc biệt là sản phẩm giấy vệ sinh đã chiếm hầu hết thị phần giấy vệ sinh toàn
miền Bắc, do đó mức sống của các hộ gia đình trong làng cũng đƣợc nâng cao
mhờ nghề giấy. Đƣờng làng trong xã đƣợc quy hoạch lát gạch và bê tông hoá
90%. Trƣờng học, trụ sở Uỷ ban xã, bệnh viện đƣợc xây dựng khang trang, tất
cả đều nhờ từ nguồn thui từ giấy. Trong tƣơng lai thi trƣờng giấy sẽ mở rộng
hơn nữa do hạn chế nhập khẩu và tích cực sử dụng nguồn giấy sẵn có trong
nƣớc. Do vậy hƣớng tiếp tục mở rộng sản xuất sẽ là hƣớng phát triển của làng
nghề trong thời gian tới. Ngoài việc rộng sản xuất các chủ xƣởng sản xuất sẽ
đầu tƣ mua công nghệ mới nhƣ: một số hộ đã lắp cầu lối, cải tiến thiết bị để
cho năng xuất cao hơn.
Sự chuyển hƣớng của làng nghề giấy Phong Khê đã mang lại nhiều lợi
ích cho xã hội. Nó đã giải quyết đƣợc vấn đề việc làm không chỉ cho ngƣời
dân trong vùng mà còn cho cả các vùng lân cận. Nó mang lại một nguồn thu
nhập để nâng cao mức sống ngƣời dân, xây dựng cơ sở hạ tầng trong xã. Sản
16


xuất với nguyên liệu là giấy thải sẽ làm giảm lƣợng rác cần xử lý qua đó làm
giảm chi phí xử lý rác. Mặt khác, tái chế giấy còn làm tiết kiệm hoá chất,
năng lƣợng, nguyên liệu nguyên khai cho sản xuất giấy. Ngoài ra, khi lƣợng
giấy nhập khẩu bị thay thế bằng nguồn giấy trong nƣớc sẽ tiết kiệm đƣợc
ngoại tệ nhập khẩu giấy.
1.3.

Quy trình tái chế giấy và đặc điểm nguồn thải.

1.3.1. Quy trình tái chế giấy.

Trong công nghiệp tái chế giấy thì quy trình tái chế giấy và phát thải của nó là
rất quan trọng với môi trƣờng, sơ đồ quy trình tái chế giấy và phát thải đƣợc
thể hiện ở hình 1.1 bên dƣới.

17