Tiến Sĩ Nghiên cứu sử dụng cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides (L.) Nash) để cải tạo đất bị ô nhiễm Pb, As sau

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC
NĂM 2011

MỤC LỤC
Lời cam đoan . i
Lời cảm ơn . ii
Mục lục . iii
Danh mục ký hiệu các chữ viết tắt vii
Danh mục bảng . viii
Danh mục hình viii
MỞ ĐẦU . 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài . 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu . 3
3.1. Đối tượng nghiên cứu 3
3.2. Phạm vi nghiên cứu . 3
4. Ý nghĩa của đề tài . 3
4.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài . 3
4.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài . 3
5. Những đóng góp mới của đề tài 4

Chương 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU . 5

1.1. Ô nhiễm đất do kim loại nặng 5
1.1.1. Khái niệm về kim loại nặng . 5
1.1.2. Sự tồn tại, chuyển hóa của nguyên tố Pb, As ở trong đất và
trong cây . 5
1.1.3. Đất ô nhiễm kim loại nặng do các hoạt động khai thác khoáng sản 10
1.1.4. Tiêu chuẩn đánh giá mức độ ô nhiễm đất do kim loại nặng 12
1.2. Biện pháp sử dụng thực vật xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng 15
1.2.1. Khái niệm chung 15
1.2.2. Cơ sở khoa học của biện pháp sử dụng thực vật xử lý kim
loại nặng trong đất 16
1.2.3. Tiêu chuẩn loài thực vật sử dụng để xử lý kim loại nặng
trong đất . 19
1.2.4. Phương pháp xử lý thực vật sau khi tích lũy chất ô nhiễm . 19
1.2.5. Ưu điểm và hạn chế của biện pháp sử dụng thực vật xử lý
kim loại nặng trong đất . 20
1.2.6. Một số kết quả nghiên cứu sử dụng thực vật để xử lý đất ô
nhiễm kim loại nặng trên thế giới và Việt Nam . 22
1.3. Một số đặc điểm cơ bản của cỏ Vetiver và tình hình nghiên
cứu sử dụng cỏ Vetiver cải tạo đất ô nhiễm 24
1.3.1. Một số đặc điểm cơ bản của cỏ Vetiver 24
1.3.2. Tình hình nghiên cứu, sử dụng cỏ Veitver cải tạo đất ô
nhiễm trên thế giới và Việt Nam . 26

Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU 32

2.1. Đối tượng nghiên cứu . 32
2.2. Nội dung nghiên cứu 32
2.3. Phương pháp nghiên cứu 32
2.3.1. Phương pháp đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng
trong đất . 32
2.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm . 34
2.3.3. Phương pháp thu mẫu và xác định các chỉ tiêu sinh trưởng
của cây 38
2.3.4. Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 38

Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN . 40

3.1. Tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất do quá trình khai thác khoáng sản tại khu vực khai thác thiếc (xã Hà Thượng, Đại Từ) và khu vực khai thác chì - kẽm (xã Tân Long,
Đồng Hỷ) tỉnh Thái Nguyên . 40
3.1.1. Khu vực khai thác thiếc xã Hà Thượng - Đại Từ - tỉnh
Thái Nguyên . 41
3.1.2. Khu vực khai thác quặng Pb - Zn làng Hích, Đồng Hỷ,
Thái Nguyên 43
3.2. Nghiên cứu khả năng sinh trưởng và tích lũy Pb, As của cỏ
Vetiver trồng trên đất ô nhiễm do quá trình khai thác khoáng sản 45
3.2.1. Nghiên cứu khả năng sinh trưởng và tích lũy Pb của cỏ
Vetiver trồng trên đất ô nhiễm 46
3.2.2. Nghiên cứu khả năng sinh trưởng và tích lũy As của cỏ
Vetiver trồng trên đất ô nhiễm 54
3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón đến khả năng sinh trưởng
và khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm . 62
3.3.1. Ảnh hưởng của phân bón đến khả năng phân nhánh của cỏ
Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As . 63
3.3.2. Ảnh hưởng của phân bón đến chiều cao thân lá và chiều dài
rễ của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As 65
3.3.3. Ảnh hưởng của phân bón đến sinh khối của cỏ Vetiver
trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As 69
3.3.4. Ảnh hưởng của phân bón đến khả năng tích lũy Pb, As của
cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm . 73
3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ trồng đến sinh trưởng, phát
triển và tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver 77
3.4.1. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến khả năng đẻ nhánh của
cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As 77
3.4.2. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến chiều cao thân lá và chiều
dài rễ của cỏ Vetiver trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As . 79
3.4.3. Ảnh hưởng của mật độ trồng đến sinh khối của cỏ Vetiver
trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As 82
3.4.4. Ảnh hưởng của mật độ đến khả năng tích lũy Pb, As của
cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm . 87
3.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của chu kỳ thu hoạch đến sinh khối và
khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm 88
3.5.1. Ảnh hưởng của chu kỳ thu hoạch đến sinh khối của cỏ
Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As . 88
3.5.2. Ảnh hưởng của chu kỳ thu hoạch đến khả năng tích lũy
Pb, As của cỏ Vetiver . 90
3.6. So sánh tính chất của đất ô nhiễm Pb, As trước và sau khi
trồng cỏ Vetiver . 92
3.7. Đề xuất biện pháp kỹ thuật trồng cỏ Vetiver cải tạo đất ô
nhiễm kim loại nặng do quá trình khai thác khoáng sản 93

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ . 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO 96
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA
TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN . 106
PHỤ LỤC 107

1. Tính cấp thiết của đề tài
MỞ ĐẦU
Thái Nguyên là một tỉnh giàu tài nguyên khoáng sản và có nhiều ngành công nghiệp khai khoáng, luyện kim. Mặc dù đem lại nhiều lợi ích kinh tế nhưng do công nghệ lạc hậu, không có hệ thống xử lý hoặc chỉ xử lý sơ bộ nên việc khai thác mỏ thường gây nên hiện tượng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Hoạt động của các mỏ khai thác than, quặng, phi quặng và vật liệu xây dựng như tiến hành xây dựng mỏ, khai thác thu hồi khoáng sản, đổ thải, thoát nước mỏ, đã phá vỡ cân bằng điều kiện sinh thái hình thành từ hàng chục triệu năm. Các chất thải từ các hoạt động khai thác khoáng sản có chứa kim loại nặng như: Pb, Zn, Cd, As, Ni, Cu, thường được thải trực tiếp ra môi trường mà không qua xử lý gây ô nhiễm nặng nề môi trường đất và nước.

Sau thời gian hoạt động của các mỏ khai thác và chế biến khoáng sản, thường phải mất nhiều năm chúng ta mới khắc phục được những hậu quả của nó. Sau khai thác, tầng đất mặt bị xáo trộn, trơ sỏi đá, các hiện tượng trượt lở, bồi lấp và tích tụ các chất rắn khiến cho chất lượng nước và đất ở các vùng khai thác khoáng sản bị ảnh hưởng. Một số khu vực đất đá thải còn có tiềm năng hình thành dòng axit mỏ, có khả năng hòa tan các kim loại nặng độc hại là nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng đối với nước mặt và nước ngầm của khu vực. Quá trình ô nhiễm đất và nước dẫn đến làm giảm năng suất cây trồng, làm nghèo thảm thực vật, suy giảm sự đa dạng sinh học. Đồng thời chúng có tác động ngược lại làm cho quá trình xói mòn, rửa trôi thoái hóa đất diễn ra nhanh hơn. Nhiều diện tích đất canh tác nông nghiệp phải bỏ hoang, diện tích đất trống đồi trọc tăng lên. Sự tích tụ cao các chất độc hại, các kim loại nặng 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 (Lưu Thế Anh, 2007) [6].

Việc xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng rất phức tạp và thường không triệt để do tính chất của đất bị thay đổi khi liên kết với kim loại nặng. Nhiều phương pháp hóa - lý đã được lựa chọn để xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng như: rửa đất, bê tông hóa, đào đất bị ô nhiễm chuyển đến nơi chôn lấp thích hợp, kết tủa hóa học, oxy hóa khử, phản hấp phụ ở nhiệt độ thấp, xử lý nhiệt, trao đổi ion, . Vấn đề hạn chế của những phương pháp này là chi phí quá cao so với điều kiện kinh tế ở các nước đang phát triển, mặt khác môi trường đất sau khi xử lý không thể tái sử dụng được (Lê Văn Khoa và cs, 2007) [30]. Do vậy, ngoài những phương pháp xử lý đất ô nhiễm truyền thống trước đây thì phương pháp sử dụng thực vật đang là hướng nghiên cứu có triển vọng, thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới bởi tính hiệu quả về kinh tế, đơn giản và thân thiện với môi trường. Phương pháp này tuy mới mẻ ở Việt Nam nhưng đã được thực hiện như một công nghệ thương mại trên thế giới từ những năm 1990 của thế kỷ trước. Đó là một quá trình, trong đó dùng thực vật để thải loại, di chuyển, tinh lọc và trừ khử các chất ô nhiễm trong đất thông qua nhiều cơ chế thuộc phạm trù chức năng thực vật. Những thực vật này sau đó được thu hoạch và xử lý như những chất thải nguy hại.

Ở Việt Nam hiện nay, cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides (L.) Nash) đã được trồng tại nhiều tỉnh thành trong cả nước với các mục đích khác nhau như: chống xói mòn, sạt lở, ứng dụng xử lý nước thải từ các trại chăn nuôi, phòng chống và giảm thiểu thiên tai ở miền Trung, xử lý chất độc hóa học điôxin ở A Lưới (Thừa Thiên Huế) . (Paul Truong, Trần Tân Văn và cs,
2006) [51]. Với những tính năng vượt trội, cỏ Vetiver còn được sử dụng để
xử lý đất ô nhiễm, trong đó có đất ô nhiễm kim loại nặng. Một số nghiên cứu của Võ Văn Minh (2008) và Truong P. N. V. (2006) cũng đã chứng minh hiệu quả cải tạo đất của loài cỏ này [35], [103]. Tuy nhiên, sử dụng cỏ Vetiver để cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng do quá trình khai thác khoáng sản chưa thực sự được quan tâm. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu sử dụng cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides (L.) Nash) để cải tạo đất bị ô nhiễm Pb, As sau khai thác khoáng sản ở tỉnh Thái Nguyên” vừa là một minh chứng cho khả năng cải tạo đất của cỏ Vetiver, đồng thời đưa ra những biện pháp kỹ thuật phù hợp với điều kiện canh tác ở địa phương nhằm cải tạo, phục hồi diện tích đất bị thoái hóa và ô nhiễm sau khai thác khoáng sản nhằm tăng diện tích đất có chất lượng tốt sử dụng cho sản xuất nông, lâm nghiệp. Qua đó giải quyết khó khăn về quỹ đất, tăng sản lượng nông nghiệp góp phần cải thiện đời sống của người nông dân đặc biệt là dân nghèo tại những vùng bị ảnh hưởng của hoạt động khai thác khoáng sản.

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Đánh giá hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đất tại khu vực khai thác thiếc (xã Hà Thượng, Đại Từ) và khu vực khai thác chì - kẽm (xã Tân Long, Đồng Hỷ) của tỉnh Thái Nguyên.

- Đánh giá khả năng chống chịu và khả năng tích lũy Pb, As của cỏ Vetiver trồng trên đất ô nhiễm Pb và ô nhiễm As.