Dự thảo tóm tắt Luận án - Nghiên cứu hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất vùng chuyên canh rau Đông Nam bộ và biện pháp xử lý bằng thực vật

ện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên vào hồi giờ ngày tháng năm 20... Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam; - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nhu cầu về rau quả ngày càng cao trong nước và quốc tế, đã thúc đẩy ngành sản xuất rau quả của Việt Nam phát triển mạnh với tốc độ nhanh. Chỉ trong 10 năm gần đây, cả nước diện tích rau tăng từ 635,1 nghìn ha lên 900 nghìn ha, sản lượng tăng lên tương ứng 15 triệu tấn. Vùng Đông Nam Bộ là vùng rau lớn của nước ta, đây là nơi cung cấp rau quả chính cho các thành phố lớn của khu kinh tế trọng điểm phía Nam năm 2014 diện tích rau là 60,7 nghìn ha, sản lượng 1.021,3 nghìn tấn. Cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp, dịch vụ, nông nghiệp thì quy mô và cường độ ô nhiễm KLN cũng ngày càng gia tăng. Do đó, việc nghiên cứu, tìm kiếm các phương pháp xử lý kim loại nặng trong đất, góp phần cải tạo ô nhiễm môi trường đất là hết sức cần thiết nhất là khi xu thế tài nguyên đất trên thế giới đang bị suy giảm nhanh chóng về diện tích và chất lượng, đe doạ đến an toàn lương thực và sự phát triển bền vững. Hiện nay trên thế giới và Việt Nam đã áp dụng nhiều các phương pháp khác nhau nhằm xử lý KLN trong đất, tuy nhiên, các phương pháp này đều có chi phí cao, chỉ phù hợp tiến hành với quy mô nhỏ trong khi tình trạng ô nhiễm đất lại xảy ra trên diện rộng, không những thế một số phương pháp còn có thể làm phát sinh các chất ô nhiễm mới trong đất. Do đó, hiệu quả của việc áp dụng các phương pháp trên là chưa hiệu quả. Vì vậy, việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, đánh giá thực trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất vùng chuyên canh rau Đông Nam Bộ và biện pháp xử lý bằng thực vật” là hết sức cần thiết nhằm góp phần xác định cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc phát triển và ứng dụng cơ chế của công nghệ thực vật và VSV xử lý ô nhiễm KLN trong đất – công nghệ được đánh giá rất cao ở các nước phát triển, nhưng đang còn khá mới mẻ ở Việt Nam. 2. Mục tiêu của đề tài 2.1. Mục tiêu chung - Góp phần xây dựng được cơ sở khoa học áp dụng các biện pháp sinh học xử lý ô nhiễm KLN (As, Cd, Pb, Hg) trong đất; 2 - Nâng cao chất lượng sản phẩm rau, bảo vệ sức khoẻ người tiêu dùng và người trồng rau ở vùng chuyên canh rau ĐNB. 2.2. Mục tiêu cụ thể - Xác định được loài thực vật có khả năng tích lũy, chuyển hóa KLN (As, Cd, Pb, Hg), giảm thiểu ô nhiễm KLN trong đất; - Xây dựng quy trình ứng dụng biện pháp thực vật giảm thiểu ô nhiễm KLN cho đất trồng rau tại một số vùng chuyên canh ở ĐNB; - Xây dựng được mô hình ứng dụng thực vật (biện pháp sinh học) giảm thiểu ô nhiễm KLN cho đất trồng rau tại một số vùng chuyên canh ở ĐNB. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học - Đã bổ sung và góp phần bổ sung, hoàn thiện danh mục các loài thực vật có khả năng hấp thụ KLN cao; - Đã góp phần xây dựng được cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sinh học xử lý ô nhiễm KLN trong đất, nước vùng chuyên canh rau ở ĐNB bằng biện pháp xử lý thực vật. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Luận án đã đánh giá được thực trạng ô nhiễm KLN trong đất vùng chuyên canh rau ĐNB, và đưa ra được giải pháp kỹ thuật sinh học xử lý ô nhiễm KLN bằng biện pháp xử lý bằng thực vật. 4. Những đóng góp mới của đề tài - Tuyển chọn được một số thực vật đa mục đích có khả năng hút thu, tích lũy KLN cao, từ đó chọn được chọn 2 loài thực vật trên cạn là Đậu bắp và Dọc mùng; 1 loài thực vật sống dưới nước là Kèo nèo có khả năng hút thu KLN cao vừa có giá trị làm thực phẩm. Đã đưa ra quy trình công nghệ sinh học (sử dụng thực vật, kết hợp thực với VSV) giảm thiểu ô nhiễm KLN trong đất trồng rau, hướng tới sản xuất ra an toàn. - Đã tính toán được khả năng hồi phục của đất trở về như môi trường nền ban đầu, khi áp dụng các cây trồng đa mục đích hấp thu KLN thì thời gian phục hồi nhanh nhất từ 4-6 năm, chậm nhất từ 41-50 năm tùy thuộc từng đối tượng nghiên cứu. CHƢƠNG I. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.4. Các kết quả nghiên cứu ở nƣớc ngoài 1.4.1. Các phương pháp xử lý ô nhiễm đất bằng biện pháp sinh học 3 *Phƣơng pháp ủ thành đống: Phương pháp này thường sử dụng để xử lý đất ô nhiễm chất hữu cơ. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp là phân hủy chất ô nhiễm bằng cách ủ đống nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân giải hảo khí tự nhiên. Có các kiểu ủ đống như sau: - Ủ thành phân (composting): Đất đào lên được rải thành luống hay đánh đống đều đặn với chu vi mỗi đống ủ vài mét, cao khoảng 1 m. Để thúc đẩy quá trình phân hủy thường trộn thêm vào đất chất hữu cơ thô nhằm giúp cung cấp thêm chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật. (Jennifer Goetz, 2002). - Làm đất như có canh tác (land farming): Đất ô nhiễm được rải đều trên một mặt phẳng lớn thành lớp dày khoảng vài chục cm, để tránh nguy cơ ô nhiễm cho khu vực xử lý công việc này thường được tiến hành trên bề mặt không thấm nước. Rải chất dinh dưỡng đều khắp bề mặt và trộn đều vào đất. Tiến hành đảo khối đất định kỳ nhằm đảm bảo tính thoáng khí. (Jennifer Goetz, 2002). - Phương pháp gò sinh học (biopile): Đất ô nhiễm được đào lên và trải trên một bề mặt không thấm, hơi dốc. Đống vật liệu được ủ cao vài mét được đắp kiểu sườn dốc. Quanh đống có hệ thống rãnh thu hồi chất lỏng chảy ra từ đống ủ và chảy tràn trên mặt. Toàn bộ khu ủ được phủ lớp chất dẻo để cách ly với bên ngoài. (Jennifer Goetz, 2002). * Xử lý tại chỗ trên quy mô hẹp "in situ": Xử lý sinh học trong quy mô hẹp thường được ứng dụng cho việc xử lý chất ô nhiễm dưới các vật kiến trúc, ô nhiễm ở các tầng sâu hàng chục mét, ô nhiễm cácbua hydro đã mở rộng theo chiều ngang... (Jennifer Goetz, 2002). * Quạt sinh học (bioventing) và tạo bọt sinh học (bioparging) Kỹ thuật quạt sinh học là thực hiện hiếu khí cưỡng bức trong đất không bão hòa phía trên mực nước ngầm. Trong kỹ thuật tạo bọt sinh học người ta bơm trực tiếp không khí vào lớp nước ngầm. (Jennifer Goetz, 2002). * Rào chắn sinh học và bình phong sinh học: Kỹ thuật này được sử dụng để xử lý nước ngầm trên quy mô hẹp "in situ". Người ta tạo ra ở phía hạ lưu trên đường đi của nước ngầm một vùng nhiều vi sinh vật phù hợp với chất ô nhiễm cần xử lý. 4 1.3.3. Xử lý ô nhiễm bằng thực vật (phytoremediation): Làm sạch đất ô nhiễm là một quá trình đòi hỏi công nghệ phức tạp và vốn đầu tư cao. 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. (Barceló J. và Poschenrieder C., 2003). Có các kiểu xử lý ô nhiễm bằng thực vật sau: - Lọc bằng rễ thực vật (rhizofiltration): Người ta dùng rễ cây để tập trung kim loại nặng. Việc lấy kim loại được thực hiện bằng cách nhổ bỏ cây trồng khỏi khu vực cần xử lý, sau đó trồng mới; - Tích lũy chất ô nhiễm bằng thực vật (Phytoaccumulation): là quá trình rút và tích lũy chất ô nhiễm trong mô rễ hay các cơ quan trên mặt đất của cây trồng. Người ta dùng cây để "bơm" kim loại nặng rồi chuyển chúng ra khỏi đất. - Cố định chất ô nhiễm bằng thực vật (Phytostabilisation): Người ta dùng cây trồng để ngăn chặn kim loại nặng chuyển xuống các lớp đất dưới (hay nước ngầm) bằng cách giữ nó trong rễ khiến nó trở nên không linh động; - Chuyển hóa qua thực vật (phytotransformation): Dùng thực vật phân hủy các chất hữu cơ thành chất đơn giản hơn rồi hút vào cơ thể thực vật. Phương pháp này thường kết hợp với việc làm phân ủ và chỉ vận dụng với chất hữu cơ dễ phân giải; - Kích thích bằng thực vật (phytostimulation): Các chất tiết ra từ rễ cây trồng hay các chất men do rễ cây tiết ra ở các vùng quanh rễ kích thích vi sinh vật hoạt động chuyển hóa chất hữu cơ ô nhiễm. Có nhiều thực vật tích lũy lượng lớn kim loại nặng. 1.3.4. Tiêu chuẩn loài thực vật được sử dụng để xử lý kim loại nặng trong đất Theo Chaney và cộng sự, 1997, để đạt hiệu quả cao trong xử lý ô nhiễm KLN trong đất, các loài thực vật được chọn phải có những tính năng sau: - Có khả năng chống chịu đối với hàm lượng KLN cao; - Có khả năng hấp thụ nhanh các KLN từ môi trường đất và nước; - Có khả năng tích lũy KLN cao kể cả hàm lượng các ion này thấp trong đất; - Có khả năng chuyển vận KLN từ rễ lên thân và lá; 5 - Có thể chịu đựng được điều kiện môi trường dinh dưỡng kém; - Có khả năng sinh trưởng nhanh và cho sinh khối lớn. 1.3.5. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến 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, CEC và hàm lượng KLN trong đất. Thông thường pH thấp, thành phần cơ giới nhẹ, độ mùn thấp, thực vật hút KLN mạnh. Tương tác qua lại giữa các KLN với tính chất đất là vấn đề cốt lõi của công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm. Nói chung, sự hấp phụ vào các hạt đất sẽ làm giảm hoạt tính của kim loại. Vì vậy, khả năng trao đổi cation (CEC) trong đất cao, sự hấp thụ và cố định kim loại càng lớn. Trong đất chua, H+ tham gia đẩy các kim loại nặng khỏi liên kết với các hạt keo sét của đất, đưa chúng vào dung dịch đất. Vì vậy, pH đất không chỉ ảnh hưởng đến khả năng tiếp xúc sinh học của kim loại mà còn ảnh hưởng gián tiếp đến quá trình hút kim loại vào trong rễ. Phương pháp kết hợp thực vật và vi sinh vật Sử dụng các loài vi sinh vật (VSV) kết hợp với thực vật có khả năng tích lũy KLN để xử lý đất bị ô nhiễm đang là một xu hướng phổ biến được ứng dụng nhiều trên thế giới. Phương pháp này còn giúp cho việc tăng cường sự hoạt động cũng như sự đa dạng của các VSV đất, giữ cho hệ sinh thái “khỏe” (Zueng, 2007). Sự kết hợp cộng sinh giữa thực vật - VSV trong đất bị ô nhiễm KLN có thể bị ảnh hưởng từ 2 chiều: cả chiều từ VSV lẫn chiều từ thực vật ký chủ. Mối quan hệ cộng sinh giữa VSV vùng rễ và thực vật là hỗ trợ nhau, cùng tồn tại và phát triển, giảm thiểu mức thấp nhất tác động có hại của các KLN trong đất bị ô nhiễm (Gilis và cộng sự, 1998). 1.4. Tình hình nghiên cứu xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng bằng phƣơng pháp sinh học ở Việt Nam 1.4.1. Tình hình sử dụng thực vật Năm 2007, Đặng Đình Kim và cộng sự đã đánh giá mức độ ô nhiễm của đất khu vực các vùng mỏ đồng thời tuyển chọn các thực vật bản địa phục vụ cho đề tài. Qua chọn lọc được 33 loài cây có thể sống được trên nền đất ô nhiễm cao. 6 Năm 2008, Nguyễn Hữu Thành đã lựa chọn được một số loại thực vật bản địa có khả năng hấp thụ Pb, Zn, Cu cao có thể sử dụng các thực vật này để xử lý đất bị ô nhiễm KLN, đặc biệt ô nhiễm Pb bao gồm đơn buốt, dừa nước, mương đứng và cây rau muống. Hàm lượng kim loại nặng tích lũy trong thân lá và rễ của các thực vật này rất cao, sinh khối lớn cho thấy tiềm năng sử dụng trong xử lý đất ô nhiễm KLN bằng thực vật tại Việt Nam rất khả quan bởi chúng là những thực vật bản địa, dễ trồng, dễ nhân giống và thu hoạch. Đồng Thị Minh Hậu và cộng sự (2008) nghiên cứu một số thực vật có khả năng hấp thu Cu, Cr, Zn trong bùn nạo vét kênh Tân Hóa-Lò Gốm tại thành phố Hồ Chí Minh đã cho thấy 5 loài thực vật gồm cây ngô, cỏ nến, cây sậy, cây so đũa và cỏ voi có khả năng tích lũy kim loại nặng khác nhau. Lê Đức và cộng sự đã nghiên cứu khả năng hấp thụ và tích lũy Pb trong đất của cây rau muống, bèo tây và cải. Diệp Thị Mỹ Hạnh và cộng sự, 2007 nghiên cứu thấy khả năng chống chịu và hấp thu Pb của cây thơm ổi trong đất ô nhiễm Pb rất cao. Võ Văn Minh, đã chứng minh khả năng loại bỏ một số kim loại nặng của cỏ Vetiver khỏi đất tại một số loại bãi thải ở Đà Nẵng là rất khả quan. 1.4.2. Một số loài thực vật có khả năng tích tụ kim loại nặng cao phân bố tại vùng Đông Nam Bộ Cỏ vetiver (vetiveria zizanioides L.): là một loại cây tiên phong trong cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng, Cây thơm ổi (Cosmos bipinnuatus): có thể hấp thu lượng chì cao gấp 500 - 1.000 lần so với các loài cây bình thường mà không bị ảnh hưởng. Cây cải (Brassicaceae oleracea): Điển hình là khả năng hấp thu Cd và Pb của cải xanh và cải xoong. Cây đơn buốt (Biden pilosa L): đơn buốt có khả năng sinh trưởng và phát triển bình thường trong điều kiện hàm lượng As trong đất đến 1.500 mg/kg đất và hàm lượng Pb trong đất đến 3.000 mg/kg đất. Cây Sậy: Sậy có khả năng hấp thụ một lượng lớn các kim loại nặng trong đất thông qua lượng sinh khối của chúng. Cây sậy được coi là loài thực vật có triển vọng trong việc xử lý kim loại nặng trong đất. 1.4.3. Tình hình sử dụng vi sinh vật Việc dùng Aspergillus.sp phân lập từ đất để chiết Pb, Zn và Cr 7 khỏi đất có hiệu quả trung bình sau 21 ngày là 37%; 15,9%; 30,14% theo thứ tự. Bên cạnh đó, việc dùng nấm Penicillium.sp để chiết rút Pb từ đất theo hệ thống chiết rút như trên đã đạt hiệu quả từ 30 đến 36% so với hàm lượng Pb tổng số. 1.4.4. Phương pháp kết hợp thực vật với vi sinh vật Nghiên cứu sử dụng thực vật xử lý kim loại nặng ở vùng khai thác khoáng, năm 2010, Đặng Đình Kim và cộng sự tiến hành đã xác định được 2 loài dương xỉ Pteris vittata và Pittyrogramma calomelano khi kết hợp với nấm rễ AMF có khả năng hấp thu mạnh As, Pb từ đất sau khai thác mỏ. Lê Như Kiểu và cộng sự (năm 2013) thực hiện đã xác định được một số loài thực vật: dương xỉ, khoai nước, dừa nước, ráy, ngổ dại... có khả năng tích lũy Pb, Cu và Zn. Đề tài cũng tuyển chọn được một số chủng VSV có khả năng tích lũy Pb. CHƢƠNG II. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG, CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu môi trường đất là loại đất xám (Acrisols) chuyên trồng rau tại xã Vĩnh Lộc B, Bình Chánh, thành phố Hồ Chí Minh. Ở đây các loại rau quả được trồng phổ biến trong vùng. Đất chuyên canh rau quả có những tính chất cơ bản có thể đại diện chung cho vùng chuyên canh rau ở Đông Nam Bộ. Sơ đồ khu vực thí nghiệm: 8 Khu vực bố trí thí nghiệm được đặt tại xã Vĩnh Lộc B, huyện Bình Chánh - Đối tượng nghiên cứu thực vật là một số loại rau chính tại khu vực trồng rau chuyên canh ở ĐNB và các thực vật bản địa có khả năng tích luỹ, chuyển hoá As, Cd, Pb, Hg trong đất và nước bao gồm: đậu rồng, đậu bắp, rau ngót, dọc mùng, kèo nèo,... 2.2. Nội dung nghiên cứu - Điều tra, đánh giá thực trạng ô nhiễm As, Cd, Pb, Hg trong đất, nước và rau tại các vùng chuyên canh rau ở ĐNB; - Nghiên cứu tuyển chọn thực vật có khả năng xử lý ô nhiễm As, Cd, Pb, Hg trong đất; - Đánh giá khả năng xử lý ô nhiễm As, Cd, Pb, Hg trong đất ngoài đồng ruộng bằng thực vật; - Xây dựng và thử nghiệm mô hình ứng dụng thực vật để xử lý ô nhiễm KLN trong đất. 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.4.1. Phương pháp thu thập và xử lý dữ liệu Đề tài tiến hành phân tích, tổng hợp các công trình nghiên cứu có liên quan về các biện pháp sinh học để xử lý ô nhiễm KLN trong đất và nước. Trên cơ sở đó, rút ra một số vấn đề có tính lý luận và thực tiễn liên quan đến nội dung nghiên cứu. 2.4.2. Phương pháp lấy mẫu  Phương pháp lấy mẫu đất - Lấy mẫu đất phân tích các chỉ tiêu KLN theo TCVN 5297:1995: + Mẫu đất: lấy 196 mẫu ở độ sâu 0 - 30 cm tại vùng chuyên canh rau của 4 tỉnh để phân tích các chỉ tiêu kết hợp với lấy mẫu phân lập VSV. + Mẫu bùn: được lấy ở ruộng trồng rau nước với tổng số 70 mẫu. - Phân lập VSV theo phương pháp của Wollum.  Phương pháp lấy mẫu nước Mẫu nước lấy theo TCVN 6663-1:2011: lấy ở ruộng trồng rau, mương tưới, tiêu nước ruộng trồng rau, giếng khoan trong vùng trồng rau. với tổng số 70 mẫu.  Phương pháp lấy mẫu thực vật: Mẫu rau được lấy theo TCVN9016:2011. 2.4.3. Phương pháp tuyển chọn thực vật và vi sinh vật 9  Tuyển chọn thực vật Điều tra khảo sát thực địa, lấy mẫu về phân tích hàm lượng các KLN trong các bộ phận của cây, để lựa chon những cây có khả năng hút thu tích lũy KLN cao làm vật liệu nghiên cứu.  Tuyển chọn vi sinh vật Khảo sát, lấy mẫu đất, bùn tại vùng nghiên cứu, phân lập các loài/chủng VSV, phân tích khả năng tích lũy KLN trong sinh khối, và khả năng chuyển hóa KLN của các VSV, từ đó chọn những VSV có khả năng tích lũy KLN cao, sinh khối lớn và khả năng chuyển hoá KLN cao làm vật liệu nghiên cứu. 2.4.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm 2.4.4.1. Bố trí thí nghiệm trong phòng, trong nhà lưới a. Thí nghiệm 1-4: Thử nghiệm đánh giá hiệu quả tích lũy Pb, Cd, As, Hg của chế phẩm dạng 1 trong đất b. Thí nghiệm 5: thử nghiệm đánh giá hiệu quả tích lũy, chuyển hóa Pb, Cd, As, Hg của chế phẩm dạng 2 trong bùn. 2.4.4.2. bố trí thí nghiệm đồng ruộng. Thí nghiệm ứng dụng biện pháp sinh học xử lý ô nhiễm KLN trong đất trên đồng ruộng (TN 6). Thí nghiệm ứng dụng biện pháp sinh học xử lý ô nhiễm KLN trong bùn (TN7). Thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý đất bị ô nhiễm KLN của thực vật và VSV(TN 8, 9, 10). Hệ số vận chuyển TC (Transfer Coeffient) được tính bằng tỷ lệ giữa hàm lượng tổng số KLN tích lũy ở trong mô của cây với nồng độ KLN trong đất (Kiekens & Camerlych, 1982). Hệ số giảm thiểu RC (Remediation factor) là tỷ số giữa hàm lượng KLN được tích lũy ở phần trên mặt đất của cây so với hàm lượng tổng số KLN trong lớp đất mặt (Vyslouzilova, 2003). Xác định thực trạng mức độ ô nhiễm KLN của đất, nước và rau Chỉ số Nemerow: Pimax: Chỉ số ô nhiễm đơn lẻ cực đại Giá trị trung bình của các chỉ số ô nhiễm riêng lẻ Chất lượng môi trường đất được phân thành 5 hạng theo chỉ số Pi (PI n): PI <0.7, miền an toàn; 0.7≤ PI Nemerow <1.0, miền đề phòng; 10 1.0 ≤ PI Nemerow < 2.0, miền ô nhiễm nhẹ; 2.0≤ PI < 3.0, miền ô nhiễm vừa; và PI > 3.0, miền bị ô nhiễm nghiêm trọng (Cheng et al. (2007) Chỉ số ô nhiễm đơn lẻ: Pi < 1: Ô nhiễm thấp; 1 – < 3: Ô nhiễm vừa phải: 3 - < 6: Ô nhiễm đáng kể; Từ 6 trở đi là ô nhiễm rất cao. Chỉ số ô nhiễm trung bình: Nếu > 1 chỉ ra chất lượng của đất bị ô nhiễm thấp Tính toán thời gian khả năng phục hồi đất sau khi áp dụng các cây trồng đa mục đích hấp thu KLN : Xử dụng hàm FORECAST để dự báo thời gian phục hồi đất trở về trạng thái ban đầu: Hàm FORECAST: y=a+bx, với: 2.5. Xây dựng mô hình ứng dụng biện pháp sinh học để xử lý ô nhiễm KLN trong đất 2.5.1. Mô hình ứng dụng biện pháp sinh học để xử lý ô nhiễm KLN trong đất (MH1) a. Địa điểm: Ấp 3, xã Vĩnh Lộc B, huyện Bình Chánh, Tp.HCM để đánh giá khả năng xử lý ô nhiễm KLN trong đất trồng rau bằng quy trình kết hợp thực vật (cây đậu bắp, cây dọc mùng) và VSV. Quy mô 0,5 ha/mô hình. b. Đối tượng thử nghiệm: - Đất: Đất xám chuyên canh rau. Mô hình gồm 2 công thức - Chỉ tiêu theo dõi: sinh khối thực vật và hàm lượng KLN được tích luỹ. 2.5.2. Mô hình ứng dụng biện pháp sinh học để xử lý ô nhiễm KLN trong bùn (MH2) a. Địa điểm: Phường Thới An, Quận 12, TP.HCM để đánh giá khả năng xử lý ô nhiễm KLN trong ruộng nước, trồng rau bằng quy trình kết hợp thực vật (kèo nèo) và VSV. Quy mô 0,5ha/mô hình. b. Đối tượng thử nghiệm: - Ruộng nước: Canh tác rau - Chỉ tiêu theo dõi: sinh khối thực vật và hàm lượng KLN được tích luỹ. 2.6. Phƣơng pháp phân tích 11 - Xác định hàm lượng KLN linh động trong đất: theo phương pháp Double Acid (Mehlich I), đo trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử. - Đánh giá mức độ ô nhiễm Pb, Cd, As trong đất theo QCVN 03- MT: 2015/BTNMT. Đánh giá mức độ ô nhiễm Hg trong đất theo tiêu chuẩn Châu Âu. - Đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong nước theo QCVN 39:2011/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước dùng cho tưới tiêu. - Đánh giá mức độ ô nhiễm KLN trong rau theo QCVN 8-2:2011/BYT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia đối với ô nhiễm KLN trong thực phẩm. CHƢƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thực trạng sản xuất rau ở vùng ĐNB Theo số liệu thống kê năm 2014, tổng diện tích trồng rau vùng ĐNB có 59,8 nghìn ha, sản lượng 1.021,3 nghìn tấn (chiếm 6,8% về diện tích và 6,6% sản lượng rau của cả nước). Nhiều vùng rau an toàn (RAT) đã được hình thành đem lại thu nhập cao đang được chú trọng đầu tư xây dựng mới và mở rộng. Trong 4 tỉnh nghiên cứu ở vùng Đông Nam bộ, Đồng Nai là tỉnh có diện tích rau lớn nhất 14,7 nghìn ha, sản lượng 208,6 nghìn tấn; thành phố Hồ Chí Minh có diện tích rau 10 nghìn ha, sản lượng 253,7 nghìn tấn; Bà Rịa - Vũng Tàu có diện tích rau 7,3 nghìn ha, sản lượng 139,5 nghìn tấn/năm và diện tích rau của Bình Dương là 5,3 nghìn ha, sản lượng đạt 77,5 nghìn tấn/năm. Các nhóm rau được trồng trên địa bàn nghiên cứu gồm 4 nhóm chính: Nhóm rau ăn lá; Nhóm rau ăn củ quả ngắn ngày; Nhóm rau ăn bông; Nhóm rau gia vị. 3.2. Thực trạng ô nhiễm KLN trong đất, nƣớc và rau ở vùng chuyên canh rau ĐNB 3.2.1. Thực trạng ô nhiễm KLN trong đất ở vùng chuyên canh rau ĐNB 12 Bảng 3.2. Tổng hợp kết quả phân tích KLN trong đất trồng rau ở ĐNB Tổng Số mẫu đạt Số mẫu vượt Ghi chú Tỉnh/ Thành TT số tiêu chuẩn giới hạn phố mẫu Mẫu % Mẫu % Ớt, đậu đũa, bí, mướp 1 TP. HCM 90 84 93,3 6 6,7 đắng, rau cải, mồng tơi, xà lách 2 Bà Rịa- VT 20 20 100 Rau cải Hành, mướp đắng, dưa 3 Bình Dương 20 20 100 chuột, đậu xanh, mồng tơi, cà pháo Rau cải, rau muống, 4 Đồng Nai 25 25 100 rau cần Cộng 155 149 93,3 6 6,7 Vùng chuyên canh rau với đặc điểm nổi bật là sản xuất rau quy mô lớn, người dân có trình độ thâm canh cao nên đã hạn chế được ảnh hưởng của phân bón, hóa chất BVTV, nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt đến môi trường đất. Chính vì vậy, đất trồng rau ở đây rất ít bị ô nhiễm do quá trình tác. Trong tổng số 155 mẫu đất trên 4 tỉnh ở ĐNB, chỉ có 6 mẫu (6,7%) vượt ngưỡng giới hạn an toàn Trong 155 mẫu khảo sát, có 150 mẫu có chỉ số ô nhiễm riêng lẻ Pi < 1, thuộc nhóm ô nhiễm thấp và 5 mẫu có Pi ≥1, thuộc nhóm ô nhiễm vừa phải; Chỉ số ô nhiễm trung bình đạt 0,76, cho thấy nhìn chung chất lượng của đất toàn miền vẫn còn tốt do đa số không bị ô nhiễm kim loại nặng; Chất lượng môi trường của đất thuộc miền đề phòng do chỉ số Nemerow đạt 0,769. Kim loại nặng trong bùn Trong 50 mẫu khảo sát, có 48 mẫu có chỉ số ô nhiễm riêng lẻ Pi < 1, thuộc nhóm ô nhiễm thấp và 2 mẫu có Pi ≥ 1, thuộc nhóm ô nhiễm vừa phải; Chỉ số ô nhiễm trung bình của 50 mẫu này đạt 0,442, cho thấy nhìn chung chất lượng của bùn toàn miền vẫn còn tốt do đa số không bị ô nhiễm kim loại nặng; Chất lượng môi trường của bùn thuộc miền đề phòng do chỉ số Nemerow đạt 0,812 (0.7≤ PI Nemerow < 1.0) 3.2.2. Thực trạng ô nhiễm KLN trong nước ở vùng chuyên canh rau ĐNB 13 Kết quả phân tích hàm lượng KLN trong 70 mẫu nước tưới (40 mẫu nước mặt và 30 mẫu nước ngầm) cho thấy: có 01 mẫu nước tại Phường Thới An, Quận 12, TPHCM trước kia trồng kèo nèo nay bỏ hoang có hàm lượng KLN vượt ngưỡng cho phép (các mẫu nước dùng để tưới cho rau đều có hàm lượng KLN nằm trong giới hạn cho phép, không có mẫu nào vượt ngưỡng tiêu chuẩn cho phép. Các chỉ tiêu Hg, Pb, As, Cd đều thấp hơn nhiều so với mức giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn cho sản xuất rau. 3.2.3. Thực trạng ô nhiễm KLN trong một số loại rau vùng chuyên canh rau ĐNB Kết quả phân tích 77 mẫu rau cho thấy: 100% số mẫu rau có hàm lượng KLN dưới ngưỡng cho phép, có nghĩa là các vùng chuyên canh rau an toàn về chỉ tiêu KLN. 3.3. Kết quả tuyển chọn một số loài thực vật và vi sinh vật có khả năng tích lũy As, Cd, Pb, Hg trong đất ở vùng chuyên canh rau ở ĐNB. 3.3.1. Kết quả tuyển chọn một số loài thực vật Trên cơ sở phân tích các kết quả nghiên cứu trước đây và mục tiêu của đề tài đã chọn được 10 loài thực vật sinh trưởng ưu thế tại các vùng chuyên canh rau: Ô rô, kèo nèo, bình bát, rau nhút, rau ngót, đậu bắp, đậu rồng, dọc mùng, sen và cà rốt. 1. Cây Ô rô: mọc hoang chủ yếu thành từng đám lớn bên bờ các kênh rạch và trên đất lầy thụt. 2. Cây Kèo nèo: đây là loại cây hoang dại mọc nhiều ở khu vực Đông Nam Á. Kèo nèo có hình dáng hơi giống với cây lục bình, kèo nèo sống bám cố định vào bùn đất, cành ngọn vươn lên mặt nước. 3. Cây Rau rút: là loài thực vật có hoa trong họ Đậu. Loài rau mọc nổi ngang mặt nước, quanh thân có phao xốp màu trắng, cọng dùng làm rau ăn. 4. Cây Bình bát: là một loài thực vật thuộc chi Na (Annona), có nguồn gốc từ khu vực nhiệt đới của Tân Thế giới. 5. Cây Đậu bắp: là một loài thực vật có hoa có giá trị vì quả non ăn được. Loài này là cây một năm hoặc nhiều năm, cao tới 2,5 m. 6. Cây Đậu rồng: xuất phát từ châu Phi, Ấn Độ, New Guinea và được trồng tại những vùng Đông Nam Á, Tân Guinée, Philippines và Ghana 14 7. Cây Dọc mùng: là một loại thực vật thuộc họ Ráy bản địa bao gồm vùng nhiệt đới châu Á và lan rộng đến miền đông bắc Úc. 8. Cây Sen: Có nhiều giống sen được trồng, với màu hoa dao động từ màu trắng như tuyết tới màu vàng hay hồng nhạt. 9. Cây Cà rốt: là một loại cây có củ, thường có màu vàng cam, đỏ, vàng, trắng hay tía. Phần ăn được của cà rốt là củ, thực chất là rễ cái của nó, chứa nhiều tiền tố của vitamin A tốt cho mắt. 10. Cây Rau ngót: là một loài cây bụi mọc hoang ở vùng nhiệt đới Á châu nhưng cũng được trồng làm một loại rau ăn ở một số nước, như ở Việt Nam. - Ô rô, bình bát: tích lũy Pb, Cd, As, Hg nhiều nhất trong thân, rễ, quả và hoa. - Kèo nèo: KLN tập trung cao ở những bộ phận không được sử dụng làm rau là thân, lá và đặc biệt là rễ - củ. Rễ - củ của kèo nèo có hàm lượng KLN gấp 20 lần so với hoa. - Rau rút: phân bố KLN tương đối đồng đều ở cả rễ, thân, lánên không thể sử dụng là loại cây đa mục đích. - Rau ngót: KLN tập trung nhiều ở rễ, thânvà ít ở lá. Đây lại là loại cây ăn lá vì vậy có thể sử dụng như loại cây đa mục đích. - Đậu bắp, đậu rồng: xu hướng tích lũy KLN tập trung chủ yếu ở ở rễ, thân, ở lá và ít nhất ở quả. - Dọc mùng: KLN tập trung nhiều ở củ, lá và ít nhất ở thân. - Cà rốt, sen: là 2 loại cây ăn củ mà KLN lại có xu thế tập trung nhiều ở rễ - củ. Hệ số tích lũy sinh học BCF (Bioconcentration Factor) được tính bằng tỷ lệ của chất ô nhiễm trong bộ phận có tác dụng thương phẩm của cây và phần còn lại. Tỷ lệ này càng nhỏ thì giá trị để lựa chọn làm thực vật đa mục đích càng cao. 15 đồ thị 1: Hệ số tích lũy sinh học của một số cây trồng tuyển chọn 25 20 15 Pb Cd 10 As 5 Hg 0 Kèo Rau Rau Đậu Đậu Dọc Sen Cà nèo rút ngót bắp rồng mùng rốt Qua kết quả tính hệ số tích lũy sinh học của một số cây trồng tuyển chọn, đã lựa chọn 5 loại thực vật là: đậu rồng, đậu bắp, dọc mùng, rau ngót và kèo nèo có khả năng hút thu và tích lũy lớn nhất KLN ở những bộ phận phi thương phẩm nên được lựa chọn loài thực vật hút thu KLN ưu thế trong khu vực đất và nước bị ô nhiễm. 3.3.2. Phân lập VSV và xác định khả năng tích lũy, chuyển hóa As, Cd, Pb, Hg Lựa chọn 70 mẫu (50 mẫu đất, 20 mẫu bùn) có hàm lượng KLN cao, tiến hành làm giàu và phân lập trên môi trường chuyên biệt đã phân lập được các chủng VSV có khả năng chống chịu với hàm lượng KLN cao. Sau phân lập đã tiến hành đánh giá khả năng chống chịu với KLN trong môi trường ở nồng độ tương đương nồng độ ô nhiễm KLN trong đất ở ngưỡng cảnh báo) và hiệu quả đa chống chịu, kết quả chỉ còn 10 chủng VSV. Trong đó có 4 chủng vi khuẩn, 3 chủng vi nấm và 3 chủng nấm rễ cộng sinh mycorrhiza có khả năng tích lũy và chuyển hóa KLN Đánh giá tổng hợp khả năng chống chịu của 10 chủng VSV với cả 4 KLN được xác định khả năng tích lũy (Cd, Pb) hoặc chuyển hóa (As, Hg) ở 4 mức (4 nồng độ khác nhau) trong điều kiện phòng thí nghiệm. Kết quả cho thấy có 3 chủng: BHCM7 -VK2; BHCM15-VN1; ĐHCM20 - AMF4 đạt các tiêu chuẩn tuyển chọn đặt ra. 3.3.2. Tuyển chọn chủng VSV có khả năng tích lũy, chuyển hóa As, Cd, Pb, Hg 16 Để tuyển chọn được các chủng VSV có khả năng tích lũy, chuyển hóa As, Cd, Pb, Hg từ đất tiến hành đánh giá khả năng tích lũy, chuyển hóa của 3 chủng VSV phân lập được với 2 chủng có sẵn là B.subtilis, Glomus australe là chủng có khả năng tích lũy, chuyển hóa KLN, được sử dụng để làm đối tượng so sánh trong phòng thí nghiệm và ngoài nhà lưới.Từ các chủng đã tuyển chọn được, tiến hành sản xuất 2 loại chế phẩm VSV có khả năng chuyển hóa, tích lũy kim loại nặng cho 2 loại đất. 3.5. Khả năng chịu đựng ô nhiễm và hấp thụ kim loại nặng của thực vật Khả năng sinh trưởng của đậu bắp, đậu rồng, rau ngót và dọc mùng trong đất ở các nồng độ KLN khác nhau và chế phẩm dạng 1 ở bảng 20 cho thấy: Đối với Pb, khi tăng nồng độ Pb trong đất, khả năng sinh trưởng của cả 4 cây trồng bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Tổng sinh khối khô của cây giảm mạnh so với đối chứng. Trong đó, tổng sinh khối khô cao nhất ở công thức 3 của cây dọc mùng là 36,08 g/cây và thấp nhất ở công thức 4 của cây đậu rồng 13,80g/cây. Đối với Cd, khi tăng nồng độ Cd trong đất, khả năng sinh trưởng của cả 4 cây trồng bị ảnh hưởng. Tổng sinh khối khô của cây giảm mạnh so với đối chứng. Trong đó, tổng sinh khối khô cao nhất ở công thức 2 của cây dọc mùng là 33,43 g/cây và thấp nhất ở công thức 4 của cây đậu rồng 11,9g/cây. Đối với As, khi tăng nồng độ As trong đất, khả năng sinh trưởng của cả 4 cây trồng thuận lợi hơn. Tổng sinh khối khô của cây tăng so với đối chứng. Trong đó, tổng sinh khối khô cao nhất ở công thức 4 của cây dọc mùng là 36,21g/cây và thấp nhất ở công thức 1 của cây đậu rồng 14,57g/cây. Đối với Hg, khi tăng nồng độ Hg trong đất, khả năng sinh trưởng của cả 4 cây trồng thuận lợi hơn. Tổng sinh khối khô của cây t