Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Giáo dục - Đào tạo Cao đẳng - Đại học Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng ams1 biến tính và phân vi sinh biog...

Tài liệu Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng ams1 biến tính và phân vi sinh biogro đến một số chỉ tiêu sinh trưởng, sinh lý, hoá sinh và khả năng tích lũy cu trong cây cải xanh (brassica juncea l.)

.PDF
84
549
53

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THU HƢƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA LIỀU LƢỢNG AMS-1 BIẾN TÍNH VÀ PHÂN VI SINH BIOGRO ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU SINH TRƢỞNG, SINH LÝ, HÓA SINH VÀ KHẢ NĂNG TÍCH LŨY Cu TRONG CÂY CẢI XANH (Brassica juncea L.) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC SINH HỌC HÀ NỘI, 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THU HƢƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA LIỀU LƢỢNG AMS-1 BIẾN TÍNH VÀ PHÂN VI SINH BIOGRO ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU SINH TRƢỞNG, SINH LÝ, HÓA SINH VÀ KHẢ NĂNG TÍCH LŨY Cu TRONG CÂY CẢI XANH (Brassica juncea L.) Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 60.42.01.14 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. Trần Khánh Vân HÀ NỘI, 2017 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập, nghiên cứu khoa học và thực hiện luận văn tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực của bản thân tôi đã nhận được sự động viên giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể. Với tấm lòng biết ơn chân thành và sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn cô giáo – TS Trần Khánh Vân, người đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn. Đồng thời tôi cũng bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến cô giáo Nguyễn Phương Thảo, Phạm Thị Vân đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trong khoa Sinh học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, đặc biệt các thầy cô giáo trong bộ môn Sinh lý học Thực vật và Ứng dụng, các thầy cô trong bộ môn Hóa sinh – Tế bào, bộ môn Công nghệ Sinh học – Vi sinh, khoa Hóa học – trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn Quỹ Môi trường Thiên nhiên Nagao (Nagao Natural Enviromental Foundation – NEF) đã hỗ trợ tôi về mặt kinh phí để tôi thực hiện đề tài nghiên cứu. Nhân dịp này tôi cũng xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn ở bên ủng hộ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Hà Nội, ngày…… tháng…… năm Tác giả Nguyễn Thị Thu Hƣơng DANH MỤC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT AAS Atomic Absorption Spectrometer (phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử) ANOVA Analysis of Variance (phân tích phương sai) BTNMT Bộ tài nguyên môi trường BYT Bộ Y tế CT TN Công thức thí nghiệm CP Chế phẩm ĐC Đối chứng KLN Kim loại nặng VKC Vượt khuyến cáo KC Khuyến cáo ppm part per million (một phần triệu) PVS Phân vi sinh QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCCP Tiêu chuẩn cho phép TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU ........................................................................................................1 1.1. 1.1.1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................................1 Tính cấp thiết của đề tài .....................................................................................1 1.1.2. Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................................. 2 1.1.3. Nhiệm vụ và nội dung của đề tài ...........................................................................2 1.2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu ...............................................................................2 1.2.1. Tình hình ô nhiễm kim loại Cu trên thế giới .........................................................2 1.2.2. Tình hình ô nhiễm kim loại Cu ở Việt Nam ..........................................................4 1.2.3 Ảnh hưởng của kim loại Cu đến sức khỏe con người, sinh vật và môi trường ......8 1.2.4. 1.3. Phương pháp sinh học trong xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng ........................10 Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................13 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................13 1.3.2. Yếu tố thí nghiệm............................................................................................. 14 1.3.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ...................................................................15 1.3.4. Bố trí thí nghiệm .............................................................................................. 15 1.3.5. Phương pháp và thời gian lấy mẫu phân tích ...................................................16 1.4. 1.4.1. Phương pháp xác định các chỉ tiêu nghiên cứu ...................................................16 Các chỉ tiêu sinh trưởng ...................................................................................16 1.4.2. Các chỉ tiêu sinh lý hóa sinh ................................................................................17 PHẦN HAI: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN............................................................... 22 I. ẢNH HƯỞNG CỦA LIỀU LƯỢNG PHÂN VI SINH BIOGRO TƯỚI GỐC VÀ CHẾ PHẨM AMS-1 BIẾN TÍNH ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU SINH TRƯỞNG CỦA RAU CẢI XANH (Brassica juncea L.) TRỒNG TRÊN ĐẤT Ô NHIỄM Cu ..............22 1.1 Ảnh hưởng của liều lượng phân vi sinh (PVS) Biogro tưới gốc và chế phẩm (CP) AMS1 biến tính đến chiều cao cây cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu......................................22 1.2 Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến khối lượng tươi của rau cải xanh khi trồng trên đất ô nhiễm Cu ...........................................24 1.3 Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến khối lượng khô của rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu .................................................26 II- ẢNH HƯỞNG CỦA LIỀU LƯỢNG PHÂN VI SINH BIOGRO TƯỚI GỐC VÀ CHẾ PHẨM AMS-1 BIẾN TÍNH ĐẾN MỘT SỐ CHỈ TIÊU SINH LÝ- HÓA SINH CỦA RAU CẢI XANH (Brassica juncea L.) TRỒNG TRÊN ĐẤT Ô NHIỄM Cu .....................28 2.1. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến hàm lượng diệp lục của rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu ......................................... 28 2.1.1. Ảnh hưởng của PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến hàm lượng diệp lục a, b trong lá rau cải xanh trổng trên đất ô nhiễm Cu .......................................29 2.1.2. Ảnh hưởng của PVS Biogro tưới gốc và CP AMS1 biến tính đến hàm lượng diệp lục tổng số trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu .................................32 2.1.3. Ảnh hưởng của PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến hàm lượng diệp lục liên kết trong lá rau cải xanh trổng trên đất ô nhiễm Cu .................................35 2.2. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến hoạt tính enzim catalaza trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu .......................................36 2.3. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến hàm lượng vitamin C trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu.................................39 2.4. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến hàm lượng đường khử trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu ...................................41 2.5. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS1 biến tính đến hàm lượng chất xơ trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu .....................................43 2.6. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS1 biến tính đến hàm lượng nước liên kết trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu............................................44 2.7. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến hàm lượng sắt (Fe) trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu ....................................46 III- ẢNH HƯỞNG CỦA LIỀU LƯỢNG PHÂN VI SINH BIOGRO TƯỚI GỐC VÀ CHẾ PHẨM AMS-1 BIẾN TÍNH ĐẾN SỰ TÍCH LŨY KIM LOẠI Cu CỦA RAU CẢI XANH (Brassica juncea L.) TRỒNG TRÊN ĐẤT Ô NHIỄM Cu ....................................................... 49 3.1. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính đến sự tích lũy Cu trong rễ, thân, lá của rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu ..................................49 3.2. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính đến khả năng chuyển hóa Cu trong đất lên sinh khối của cây cải xanh ..............................................55 3.3. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính đến mật độ VSV hiếu khí tổng số trong đất trồng sau thu hoạch.............................................................. 56 PHẦN III- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................59 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 60 DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Quy chuẩn quốc gia về giới hạn hàm lượng tổng số của một số KLN trong đất (QCVN 03: 2008/BTNMT) Bảng 2. Mật độ VSV trong PVS Biogro tưới gốc Bảng 3. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến chiều cao cây cải xanh – thí nghiệm vụ đông năm 2016 và vụ xuân năm 2017 Bảng 4. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến khối lượng tươi của rau cải xanh Bảng 5. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến khối lượng khô của rau cải xanh Bảng 6. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính đến hàm lượng diệp lục a, b trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu vụ đông 2016 Bảng 7. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính đến hàm lượng diệp lục a, b trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu vụ xuân 2017 Bảng 8. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến hàm lượng diệp lục tổng số trong lá rau cải xanh Bảng 9. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến hoạt tính enzim catalaza trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu Bảng 10. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến hàm lượng vitamin C trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu Bảng 11. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính đến hàm lượng đường khử trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu Bảng 12. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính đến hàm lượng nước liên kết trong lá rau cải xanh – vụ đông 2017 Bảng 13. Hàm lượng Fe trong thân và lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu dưới ảnh hưởng của PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính – vụ đông 2016 Bảng 14. Hàm lượng Fe trong thân và lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu dưới ảnh hưởng của PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính – vụ xuân 2017 Bảng 15. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính đến sự tích lũy Cu trong rễ, thân, lá rau cải xanh – vụ đông 2016 Bảng 16. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính đến sự tích lũy Cu trong rễ, thân, lá rau cải xanh – vụ xuân 2017 Bảng 17. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính đến mật độ VSV hiếu khí tổng số trong đất trồng sau thu hoạch – vụ xuân 2017 DANH MỤC HÌNH Hình 1. Cây rau cải xanh Hình 2. Khối lượng rau cải xanh dưới ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính – thí nghiệm vụ đông 2016 Hình 3. Khối lượng rau cải xanh dưới ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính – thí nghiệm vụ xuân 2017 Hình 4. Hàm lượng diệp lục tổng số trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu dưới ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính vụ đông 2016 và vụ xuân 2017 Hình 5. Hàm lượng diệp lục liên kết trong lá cây cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu có bổ sung PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính Hình 6. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến hoạt tính enzim catalaza trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu – vụ đông 2016 Hình 7. Ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro tưới gốc và CP AMS-1 biến tính đến hoạt tính enzim catalaza trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu – vụ xuân 2017 Hình 8. Hàm lượng đường khử trong lá rau cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Cu dưới ảnh hưởng của PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính Hình 9. Hàm lượng chất xơ trong lá cây cải xanh dưới ảnh hưởng của PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính - vụ xuân 2017 Hình 10. Hàm lượng Cu tích lũy trong rễ, thân, lá rau cải xanh dưới ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính – vụ đông 2016 Hình 11. Hàm lượng Cu tích lũy trong rễ, thân, lá rau cải xanh dưới ảnh hưởng của liều lượng PVS Biogro và CP AMS-1 biến tính – vụ xuân 2017 Hình 12. Tích lũy Cu trong đất và các bộ phận của rau cải xanh sau khi thu hoạch – vụ đông 2016 Hình 13. Tích lũy Cu trong đất và các bộ phận của rau cải xanh sau khi thu hoạch – vụ xuân 2017 PHẦN I: MỞ ĐẦU 1.1. Lý do chọn đề tài 1.1.1. Tính cấp thiết của đề tài Ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm môi trường đất nói riêng đã và đang là vấn đề hết sức cấp bách của Việt Nam và các nước trên thế giới. Trong đó ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong đất ngày càng được quan tâm, đặc biệt là những vùng đất đã và đang bị ô nhiễm KLN này được sử dụng với mục đích trồng lúa và rau màu. Đây chính là nguyên nhân làm tích lũy cao KLN trong các sản phẩm nông nghiệp, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến môi trường đất bị ô nhiễm chất thải công nghiệp, giao thông, chất thải sinh hoạt và việc sử dụng phân bón hóa học, hóa chất bảo vệ thực vật, chất kích thích sinh trưởng, hoạt động của các làng nghề thủ công, tái chế…. Ô nhiễm KLN trong môi trường đất còn ảnh hưởng xấu đến nền sản xuất nông nghiệp và chất lượng nông sản và có thể sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và động vật [6] do độc tính cao và khả năng tích lũy lâu trong cơ thể sống. Đồng là nguyên tố cần thiết cho con người, tuy nhiên ở nồng độ cao nó lại gây độc, kích thích dạ dày làm tổn thương đường tiêu hóa, gan thận và niêm mạc, tăng nguy cơ xơ gan…[22]. Làm sạch đất ô nhiễm KLN 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 hóa, chống chịu và loại bỏ KLN của một số loài thực vật, các nhà khoa học đã bắt đầu chú ý đến khả năng sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm môi trường đất. Một số loài thực vật không những có khả năng sống trong môi trường bị ô nhiễm bởi các kim loại độc hại mà còn có khả năng hấp thụ và tích lũy các kim loại này trong các bộ phận khác nhau của chúng [10]. Đây là một trong những biện pháp xử lý ô nhiễm KLN trong đất, nước có hiệu quả kinh tế cao, giá thành xử lý thấp và tiến hành đơn giản, dễ áp dụng…Ngoài ra một số loài thực vật còn được sử dụng làm thực phẩm, làm cảnh, làm thuốc chữa bệnh…[4]. 1 Hướng nghiên cứu sử dụng các chất bón vào đất có nguồn gốc sinh học như phân vi sinh (PVS), chế phẩm sinh học…nhằm cải tạo đất ô nhiễm và giảm thiểu sự tích lũy KLN trong nông phẩm được xem là giải pháp tích cực tiến đến nền nông nghiệp phát triển bền vững. Trên thế giới cũng đã có một số nghiên cứu sử dụng các loại phân bón hoặc các chất tạo phức bền với KLN để giảm thiểu sự hút thu chúng bởi cây trồng cho kết quả tốt (Skinner, 1987; Ruby et al, 1994; Chen at al, 1997) [54]. Cây cải xanh là một loài thực vật cung cấp lượng dinh dưỡng cần thiết cho con người vừa có khả năng hấp thụ một số KLN [9] [23]. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của liều lượng AMS-1 biến tính và phân vi sinh Biogro đến một số chỉ tiêu sinh trưởng, sinh lý, hóa sinh và khả năng tích lũy Cu trong cây cải xanh (Brassica juncea.L)”. 1.1.2. Mục tiêu nghiên cứu Đánh giá được ảnh hưởng của liều lượng chế phẩm (CP) AMS-n1 biến tính và phân vi sinh (PVS) Biogro đến một số chỉ tiêu sinh lý, hóa sinh và làm giảm sự hấp thu Cu vào thân và lá của cây khi trồng trên đất ô nhiễm Cu. 1.1.3. Nhiệm vụ và nội dung của đề tài Để thực hiện mục tiêu nghiên cứu trên chúng tôi tiến hành xác định các chỉ tiêu sau: - Chỉ tiêu sinh trưởng: chiều cao cây, khối lượng tươi, khô của lá, rễ. - Chỉ tiêu sinh lý: hàm lượng diệp lục tổng số và diệp lục liên kết, hàm lượng nước liên kết trong lá, hoạt tính enzim catalaza trong lá, hàm lượng vitamin C trong lá, hàm lượng đường khử trong lá, hàm lượng chất xơ trong lá, hàm lượng nguyên tố Fe trong thân và lá. - Sự tích lũy kim loại Cu trong các bộ phận rễ, thân, lá của cây cải xanh. - Mật độ VSV hiếu khí tổng số trong PVS Biogro và trong đất sau vụ trồng. 1.2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.2.1. Tình hình ô nhiễm kim loại Cu trên thế giới Các khu vực khai thác mỏ, khoáng sản, khu công nghiệp và các thành phố lớn 2 là những nguồn phát thải một lượng lớn KLN. Điều đáng quan tâm nhất là KLN có tính bền vững, khó phân hủy trong điều kiện bình thường và có khả năng xâm nhập, tích tụ đến mức gây độc cho con người và hệ sinh thái. Trong số “10 điểm đen ô nhiễm nhất thế giới” năm 2013 do Viện nghiên cứu Blacksmith (Mỹ) và Tổ chức Chữ thập Xanh (Thụy Sĩ) thông báo thì có đến 8 điểm ô nhiễm liên quan đến KLN là Kabwe (Zambia), Chernobyl (Ukraine), Norilsk (Nga), Kalimantan (Indonesia), Sông Citarum (Indonesia), bãi rác Agbogbloshie (Ghana), GhanaHazaribagh (Bangladesh) và sông Matanza - Riachuelo (Argentina). Trong đó, 4 khu vực: Chernobyl, Dzershinsk, Kabwe và Norilsk đã có trong danh sách những khu vực bị ô nhiễm nhất thế giới mà Viện Blacksmith và Tổ chức Chữ thập Xanh công bố 2 lần trước vào các năm 2006 và 2007. Đơn cử như Norils (Nga) là khu vực tập trung những lò nấu chảy KLN lớn nhất thế giới. Tại đây, có hơn 4 triệu tấn Cd, Cu, Pb, Ni, As, Se và Zn phát thải ra không khí mỗi năm. Các mẫu thử không khí khi nghiên cứu ở vùng này đều có mức nhiễm Cu, Ni vượt quá chuẩn tối đa cho phép, số người tử vong vì các bệnh hô hấp ở mức cao. Còn tại Argentina ước tính có khoảng 15.000 nhà máy công nghiệp chủ động xả nước thải vào lưu vực sông Matanza - Riachuelo, chạy qua thủ đô Buenos Aires [69]. Một nghiên cứu năm 2008 cho thấy đất ở hai bên bờ sông chứa hàm lượng Zn, Pb, Cu, Ni, Cr đều cao hơn so với tiêu chuẩn được Argentina đề nghị và có khoảng 12.000 người cư trú gần lưu vực sông đang sống có nguy cơ bị bệnh tiêu chảy, bệnh đường hô hấp và ung thư khá cao [69]. Theo Lim và cộng sự (2004) tại vùng mỏ vàng _ bạc Soncheon đã bỏ hoang ở Hàn Quốc, đất và nước nhiều khu vực ở đây vẫn còn bị ô nhiễm một số loại kim loại ở mức cao. Hàm lượng Cu trong đất ở bãi thải quặng là 30 – 749 mg/kg, đất vùng núi là 36 - 89 mg/kg, đất trang trại là 13 - 673 mg/kg trong khi đất bình thường trên thế giới là 30 mg/kg [62]. Các chất thải từ các hoạt động công nghiệp, khai khoáng không những làm ô nhiễm môi trường đất mà còn ảnh hưởng đến chất lượng nước các ao, hồ, sông, suối…. Theo Tan và cs (1971), Wild (1993) thì trong bùn cống rãnh thành phố có 3 chứa một lượng lớn Cu. Cụ thể, hàm lượng Cu trong bùn của nhà máy dệt là 394 mg/kg, nhà máy rượu là 81 mg/kg, nhà máy chế biến gỗ là 53 mg/kg [46]. Một nghiên cứu của Zhu Hui – Na và cs (2013) tại cảng Xiawan ở Trung Quốc cho thấy hàm lượng KLN Cd, Cu, Zn, Pb vượt TCCP nhiều lần, đặc biệt là Cd [9]. Trong nghiên cứu của Zoinab Banu và cs (2013) về đánh giá rủi ro sinh thái các KLN trong trầm tích tại cửa sông Turag, Bangladesh cho thấy hàm lượng kim loại Cu, Cd, Zn vượt TCCP nhiều lần. Đặc biệt hàm lượng Cu vượt 565 lần TCCP gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và con người [9]. Bên cạnh việc khai thác khoáng sản, hoạt động của các khu công nghiệp thì việc sử dụng phân bón quá mức trong nông nghiệp cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường. Đánh giá hàm lượng Cu, Zn, Pb, Cd trong các loại phân bón hóa học và ước tính khối lượng KLN bón vào đất trồng lúa ở Valencia (Tây Ban Nha) cho thấy phân photphat là loại phân hóa học chứa hàm lượng KLN lớn nhất trong đó hàm lượng các kim loại Cu: 1 _ 3000 mg/kg, Zn: 50 - 1400 mg/kg, Pb: 7 _ 225 mg/kg, Cd: 0,1 _ 170 mg/kg [12]. 1.2.2. Tình hình ô nhiễm kim loại Cu ở Việt Nam Ở nước ta, ô nhiễm KLN đã và đang được quan tâm nghiên cứu. Có nhiều nguyên nhân gây ra ô nhiễm KLN ở nước ta: do tự nhiên, do công nghiệp và đô thị, hoạt động của các làng nghề, hoạt động sản xuất nông nghiệp,… Nghiên cứu KLN trong một số loại đất Việt Nam, tác giả Phạm Quang Hà đã chỉ ra hàm lượng Cu tổng số trong đất phù sa Việt Nam là 22,98 mg/kg, trong đất đỏ là 58,31 mg/kg [14]. Hàm lượng KLN trong các mẫu đất khác được Hồ Thị Lam Trà và Kazuhiko Egashira nghiên cứu và kết quả cho thấy hàm lượng Cu trong đá vôi là 106 mg/kg khá cao so với đá cát là 16 mg/kg [64]. Như vậy, trong đất tự nhiên luôn tồn tại sẵn hàm lượng KLN nhất định. [50]. 4 Bảng 1. Quy chuẩn quốc gia về giới hạn hàm lượng tổng số của một số KLN trong đất Đất nông Đất lâm Đất dân Đất thương Đất công nghiệp nghiệp sinh mại nghiệp 12 12 12 12 12 2 2 5 5 10 Đồng (Cu) 50 70 70 100 100 Chì (Pb) 70 100 120 200 300 Kẽm (Zn) 200 200 200 300 300 Thông số Asen (As) Cadimi (Cd) (trích: QCVN 03: 2008/BTNMT) Tuy nhiên, nguyên nhân chủ yếu làm ô nhiễm KLN trong môi trường lại do hoạt động của con người. Nghiên cứu của Phạm Quang Hà và cs (2000) ở làng nghề cô đúc nhôm, đồng ở Văn Môn _ Yên Phong _ Bắc Ninh cho thấy hàm lượng Cu ở đây khá cao 41,1 mg/kg (dao động từ 20,0 _ 216,7 mg/kg) [15]. Theo Lê Đức và Lê Văn Khoa (2001), một số mẫu đất ở làng nghề tái chế chì ở Chỉ Đạo _ Văn Lâm _ Hưng Yên có hàm lượng Cu 43,68 _ 69,68 mg/kg, đã ảnh hưởng trực tiếp năng suất cây trồng và đặc biệt là đến sức khỏe người dân trong xã [11]. Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Trí Tiến (2003) ở làng nghề đúc đồng, chạm bạc, gia công kim loại ở Nam Trực _ Nam Định cho thấy hàm lượng Cu trong đất là 340 ppm vượt quá giá trị cho phép đối với đất nông nghiệp là 6,8 lần. Nghiên cứu cũng chỉ ra phần lớn các KLN tích lũy ở tầng mặt với hệ số tích lũy tầng mặt của Cu là 90% [46]. Nghiên cứu của Vũ Đình Tuấn, Phạm Quang Hà (2004) về hàm lượng KLN trong đất trồng rau tại Thanh Trì và Từ Liêm đã chỉ ra hàm lượng Cu ở đây đã gần đạt ngưỡng và có những mẫu đã vượt ngưỡng cho phép về QCVN đối với đất sử dụng với mục đích nông nghiệp, dao động từ 21,88 _ 53,88 ppm [47]. 5 Nguyễn Thị Lan Hương (2006) nghiên cứu về hàm lượng KLN trong đất ở khu công nghiệp ngoại thành thu được kết quả hàm lượng Cu trong đất là 11,87 _ 59,66mg/kg, vượt ngưỡng TCCP của BTNMT [24]. Phan Quốc Hưng và cs đã cho thấy các mẫu đất thu được ở xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, Hưng Yên đều có hàm lượng Cu vượt quá TCCP từ 1,5 – 2,7 lần, đặc biệt hàm lượng Cu dễ tiêu – dạng linh động của Cu rất cao dao động từ 39,62 – 83,57 mg/kg [25]. Theo nghiên cứu của Đặng Đình Kim và cs nghiên cứu tại huyện Đại Từ, Thái Nguyên cho thấy các hoạt động khai thác thủ công tại địa phương đã tạo ra một lượng đáng kể các chất thải quặng đuôi và đá thải. Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng KLN trong đất rất cao Cu 1260 mg/kg, Pb 105 mg/kg, Cd 0,5 mg/kg vượt TCCP nhiều lần [34]. Theo nghiên cứu của Nguyễn Ngọc Quỳnh và cs (2002), ở thành phố Hồ Chí Minh, có hơn 28000 cơ sở sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp thải trực tiếp nước thải chưa qua xử lý vào các mương tưới phục vụ cho nông nghiệp dẫn đến hàm lượng Cu trong lúa tăng 9,3 - 55,4 mg/kg (giới hạn tối đa của Cu trong rau ăn lá theo Bộ Y tế là 30 mg/kg) [52]. Đoạn Chí Cường, Võ Văn Minh, Trần Ngọc Sơn (2014) cho thấy hàm lượng các KLN Cu, Pb, Cd, Zn trong trầm tích mặt ở hạ lưu sông Cu Đê, Đà Nẵng vượt TCCP, có dấu hiệu bị ô nhiễm, trong đó hàm lượng Cu dao động trong khoảng 849,6 – 1217,8 mg/kg [9]. Một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm KLN đó là do hoạt động nông nghiệp. Trong quá trình sản xuất nông nghiệp, con người đã làm tăng đáng kể các KLN trong đất [31] khi sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật thường chứa các KLN như: As, Pb, Hg. Các loại phân bón hóa học và đặc biệt là phân photpho thường chứa nhiều: As, Cd, Pb. Hồ Thị Lam Trà và Kazuhiko Egashira (1999) đã nghiên cứu hàm lượng KLN trong đất nông nghiệp của các huyện Từ Liêm, Thanh Trì ở Hà Nội. Kết quả thu được như sau: hàm lượng Cu trong đất dao động trong khoảng 40,1 _ 73,2 mg/kg. 6 Như vậy vùng đất này đã có dấu hiệu ô nhiễm KLN. Trong đó, vùng đất trồng rau Tây Tựu _ Từ Liêm _ Hà Nội có hàm lượng Cu cao hơn các đất khác từ 30 _ 40 mg/kg. Nguyên nhân là do sử dụng nhiều phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật chứa nhiều hàm lượng Cu trong quá trình trồng rau [64]. Các nhà nghiên cứu Nguyễn Minh Trí, Nguyễn Hạnh Trinh, Nguyễn Thị Hoàng Phương đã tiến hành khảo sát về dư lượng nitrat và KLN (Cu, Pb, Zn) trong rau xà lách trồng ở phường Hương Long, thành phố Huế. Kết quả nghiên cứu cho thấy: đất trồng rau xà lách tại phường Hương Long, thành phố Huế đạt tiêu chuẩn về hàm lượng KLN(Pb, Zn) theo QCVN 03:2008/BTNMT, nhưng hàm lượng Cu và nitrat là khá cao. Rau xà lách thành phẩm có dư lượng nitrat cao hơn 1,21% so với quy định và các KLN(Pb, Zn, Cu) tồn dư trong rau lại ở mức cao và vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe của người sử dụng [44]. Nguyễn Hữu Thành và Hồ Thị Lam Trà (2003), khi nghiên cứu hàm lượng kim loại (tổng số và di động) trong đất nông nghiệp ở huyện Văn Lâm, Hưng Yên cho thấy hàm lượng Cu tổng số dao động từ 21,85 - 149,34 ppm, ô nhiễm Cu ở mức báo động vượt TCCP 3 lần [40]. Ảnh hưởng của Cu, Pb, Zn trong nước tưới đến sự hấp thu tích lũy các kim loại này trong rau xà lách đã được Lê Ngọc Chung và cs nghiên cứu (2014) thu được kết qủa hàm lượng Cu, Zn tích lũy trong rau tăng dần theo hàm lượng nguyên tố này trong nước [6]. Cuối năm 2014, Viện Sức khỏe nghề nghiệp và Môi trường đã xét nghiệm mẫu đất, nước, không khí, thực phẩm nuôi trồng trên đất tại thôn Đông Mai, Văn Lâm, Hưng Yên, kết quả cho thấy nơi đây bị nhiễm kim loại Pb, Cu, Zn… đặc biệt nước trên bề mặt kênh, rạch có nồng độ Pb cao gấp nhiều lần [11]. Phùng Thái Dương và Huỳnh Thị Kiều Trâm (2015) khi nghiên cứu và đánh giá hàm lượng một số kim loại nặng trong trầm tích đáy vùng cửa sông Mê Kông cho thấy hàm lượng KLN như Zn, Cu, Cd, As, Hg đều sấp xỉ bằng quy chuẩn Việt Nam và có xu hướng tăng lên, đặc biệt một số KLN Cu, Cd vượt quá cao so với các quốc gia khác như Hoa Kì, Canada do đó đã và đang ảnh hưởng đến hệ sinh thái và môi trường sống tại vùng nghiên cứu [9]. 7 Theo kết quả chúng tôi đã tiến hành khảo sát tại vùng trồng rau ở thôn Phúc Lý, xã Minh Khai, Từ Liêm, Hà Nội, hàm lượng Cu trong đất nông nghiệp là 96,2 ppm, vượt TCCP 1,93 lần. Hoạt động của con người đã và đang làm gia tăng đáng kể lượng KLN tích lũy trong đất, nước gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe chúng ta cũng như các sinh vật. 1.2.3 Ảnh hƣởng của kim loại Cu đến sức khỏe con ngƣời, sinh vật và môi trƣờng 1.2.3.1 Đặc tính của Cu Đồng (Cu) là kim loại màu ánh kim đỏ cam có tính dẻo, độ dẫn nhiệt và dẫn điện cao. Đồng tạo nhiều hợp chất khác nhau với trạng thái oxy hóa +1 và + 2. Nó không phản ứng được với nước, nhưng phản ứng chậm với oxy trong không khí tạo thành đồng oxit màu nâu đen. Đồng tồn tại trong tự nhiên ở các dạng khoáng chất: cacbonat azurit (2CuCO3Cu(OH)2) và malachit (CuCO3Cu(OH)2) là các nguồn sản xuất đồng, các sunfua như chalcopyrit (CuFeS2), bornit (Cu5FeS4), covellit (CuS), chalcocit (Cu2S), các oxit như cuprit (Cu2O) và trong nhiều hợp chất hữu cơ. 1.2.3.2. Độc tính của Cu Tổng hàm lượng Cu trong cơ thể người khoảng 100 _ 150 mg. Đồng là một thành phần cần thiết cho cơ thể với lượng do thức ăn đưa vào hàng ngày từ 0,033 _ 0,05 mg/kg thể trọng. Liều lượng Cu chấp nhận hàng ngày cho người là 0,05 mg/kg thể trọng. Đồng là thành phần của nhiều enzim oxi hóa như xitocrom oxidaza, amin oxidaza, tyroxinaza… Trong máu, Cu tham gia vào phản ứng oxi hóa Fe2+ thành Fe3+. Đây là một phản ứng rất quan trọng trong cơ thể vì chỉ có Fe3+ mới được vận chuyển đến nơi dự trữ sắt ở gan. Thiếu Cu dẫn đến thiếu máu, da tái nhợt, trí tuệ chậm phát triển, còi xương và phát sinh các rối loạn về tóc, bên cạnh đó Cu cần cho sự phát triển của xương nếu thiếu sẽ sinh chứng xốp xương, còi xương, tứ chi có thể biến dạng. Nhưng nồng độ Cu trong máu cao thì nguy cơ tử vong do bất cứ nguyên nhân nào sẽ tăng lên 50% và do ung thư là 40% [3]. 8 Đối với con người, Cu được xem là một trong những nguyên tố cần thiết nhưng với hàm lượng cao lại có thể gây độc cho cơ thể, nếu ăn phải một lượng lớn muối Cu gây nên ngộ độc cấp tính, kích ứng nặng niêm mạc, gan và tổn thương thận, dây thần kinh trung ương, kích thích thần kinh trung ương dẫn đến trầm cảm. Theo các chuyên gia, lượng Cu trong máu cao có thể ảnh hưởng tới sự phát triển những đột biến ở gen BRAF, gây ra các khối u ác tính, ung thư tuyến giáp hay ung thư da.... [59]. Theo Cuming (1948) bệnh Wilson là sự sai sót bẩm sinh do sự trao đổi chất bị khiếm khuyết di truyền trong sự kết hợp của Cu2+ vào Apocerplasmin để tạo thành Ceruloplasmin và khả năng bài tiết Cu của gan dẫn vào mật dẫn đến Cu tích lũy trong các mô gan, thận, não và giác mạc dẫn đến tổn thương các cơ quan [59]. Đối với thực vật, Cu tồn tại trong cây chủ yếu dưới dạng liên kết với các chất hữu cơ trong chất nguyên sinh. Đồng là thành phần của các enzim oxi hóa khử: poliphenoloxidaza, ascocbinoxidaza, trực tiếp tham gia các phản ứng quan trọng của quá trình hô hấp. Nó cũng thúc đầy tiến trình các phản ứng phức tạp tổng hợp diệp lục, tăng cường mối liên kết của diệp lục với protein do đó ngăn ngừa hoặc hạn chế sự phân giải của các sắc tố khi cây sống trong điều kiện bất lợi. Đồng còn là thành phần của plastoxiamin có vai trò quan trọng trong các dây chuyền điện tử của hai hệ quang hóa trong quang hợp. Do vậy, Cu ảnh hưởng đến cường độ quang hợp và các thành phần sản phẩm tạo ra trong quang hợp [29]. Đồng cùng với một số nguyên tố khác như Mo, Zn, Mg… làm giảm hoạt tính enzim ribonucleaza và dezoxiribonucleaza, giúp ngăn ngừa khả năng phân giải ARN và ADN. Đồng ảnh hưởng lớn đến sự sinh tổng hợp các enzim có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình sinh trưởng, phân hóa của tế bào và cơ thể. Số lượng, nồng độ và hoạt độ điện di của các enzim peroxidaza, catalaza, BTP_ aza của hạt nảy mầm được gia tăng rõ rệt dưới tác động của Cu, B và nhiều nguyên tố khác. Đồng cũng làm gia tăng hàm lượng vitamin nhóm B trong cây, Cu cùng với Mn có tác dụng thúc đẩy sự hình thành phức hợp của heteroauxin (axit ß _ indolilaxetic) với dezoxiribonucleoproteit và của heteroauxin với protein là các dạng auxin có hoạt tính sinh học cao so với auxin tự do. Như vậy, Cu đóng vai trò quan trọng 9 trong các quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật: trao đổi nito, quang hợp [29] [42]. Đồng là tác nhân xúc tác cho các quá trình hình thành vitamin A, protein và trao đổi cacbohidrat trong cây. Thiếu Cu, diệp lục sớm bị phân hủy, cây lùn, còi cọc, lá vàng hoặc trắng, khô ngọn lá, không hoặc ra hoa ít, hạt lép…. Tuy nhiên, các loài ngũ cốc, đỗ đậu, rau, cây ăn quả… có độ mẫn cảm cao với việc bón bổ sung Cu [42]. 1.2.4. Phƣơng pháp sinh học trong xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng Từ những năm 70 của thế kỉ XX, các nhà khoa học trên thế giới đã bắt đầu nghiên cứu việc sử dụng thực vật có khả năng siêu hấp thu kim loại (hyperaccumulator) để xử lý những vùng đất, nước bị ô nhiễm, đặc biệt là những vùng khai thác khoáng với việc loại bỏ một lượng lớn KLN ra khỏi môi trường. Kết hợp với một số loài VSV thực vật sử dụng kim loại như là thành phần vi lượng trong quá trình phát triển sinh khối tự nhiên của chúng. Vì vậy xử lý đất chứa KLN bằng biện pháp sinh học là hướng đi đầy triển vọng. Đến nay, các nghiên cứu cho thấy có khoảng 400 loài thực vật có khả năng hấp thu KLN thuộc các họ: họ Cúc (Asteraceae), họ Cải (Brassicaceae), họ Cẩm chướng (Caryophyllaceae), họ Cói (Cyperaceae), họ Đậu (Fabaceae), họ Hoa Môi (Lamiaceae), họ Hòa thảo (Poaceae), họ Hoa tím (Violaceae) và họ Thầu dầu (Euphobicacea). Trong đó, họ Cải (Brassicaceae) có số lượng lớn nhất gồm 11 loài và 87 giống. Các loài thuộc chi Thlaspi thường hấp thụ nhiều hơn một KLN. Ví dụ như: T. caerlescence hấp thu Cd, Ni, Pb, Zn [53]. Baker (Đại học Shefied, Anh) và Brooks (Đại học Massey, New Zealand, 2002) khi nghiên cứu về khả năng siêu hấp thụ KLN của một số loài thực vật như Thlaspi, Alpine penmycres cho thấy các loài này có thể sống và tích lũy kim loại như Zn, Mn với hàm lượng đến 1000 mg/g và Pb, Cr, Cu đến 100 mg/g [58]. Hiện nay, việc sử dụng thực vật hấp thụ KLN được nghiên cứu nhiều ở các quốc gia Châu Á như Trung Quốc, Thái Lan, Nhật Bản. Các nhà khoa học đã phát hiện ra nhiều loài dương xỉ có thể tích tụ kim loại ở mức cao như loài Pteris cretica (Wei et al, 2002, Zhao et al, 2002), P. longifolia (Zhao et al, 2002), P. vunbrosa 10
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan