Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu ảnh hưởng của các hàm lượng n, p đến khả năng chống chịu, tích lũy as...

Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của các hàm lượng n, p đến khả năng chống chịu, tích lũy asen của 2 loài dương

.PDF
81
81
117

Mô tả:

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM PHẠM THỊ QUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC THÁI NGUYÊN - 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM PHẠM THỊ QUYÊN Chuyên ngành: Sinh thái học Mã số: 60.42.01.20 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: TS. Lương Thị Thúy Vân THÁI NGUYÊN - 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Thái Nguyên, tháng 4 năm 2016 Tác giả luận văn Phạm Thị Quyên i LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Sinh thái học, khoa Sinh học Trường Đại học sư phạm – Đại học Thái Nguyên, tôi đã nhận được sự ủng hộ giúp đỡ của các thầy cô giáo, các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình. Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến TS. Lương Thị Thúy Vân – cô là người đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu để tôi có thể hoàn thành được luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các thầy cô giáo khoa Sinh học, trường Đại học sư phạm, phòng sau đại học – Trường Đại học sư phạm Thái Nguyên đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ tôi mọi điều kiện trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn ban quản lý phòng thí nghiệm của khoa Tài nguyên môi trường, trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện các thí nghiệm để tôi có thể hoàn thành trong quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể gia đình bạn bè và đồng nghiệp đã luôn cổ vũ, động viên tôi trong suốt thời gian qua. Thái Nguyên, tháng 4 năm 2016 Tác giả luận văn Phạm Thị Quyên ii MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn ............................................................................................................ i Lời cam đoan ....................................................................................................... ii Mục lục ............................................................................................................... iii Danh mục bảng ................................................................................................... iv Danh mục hình ..................................................................................................... v MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu của đề tài.................................................................................. 3 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................... 4 1.1. Nghiên cứu tổng quan về Asen (As) ...................................................... 4 1.1.1. Khái niệm chung về Asen (As) ........................................................... 4 1.1.2. Sự tồn tại và chuyển hóa của nguyên tố As trong đất và trong cây .... 6 1.1.3. Ảnh hưởng của As đối với cơ thể con người..................................... 10 1.2. Hiện trạng ô nhiễm As trong đất do khai thác khoáng sản trên thế giới và Việt Nam ................................................................................................. 12 1.2.1. Tình hình ô nhiễm As trên thế giới.................................................... 12 1.2.2. Tình hình ô nhiễm As ở Việt Nam .................................................... 13 1.3. Sử dụng thực vật xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng .............................. 15 1.3.1. Khái niệm chung ................................................................................ 15 1.3.2. Các biện pháp sử dụng thực vật xử lý kim loại nặng trong đất......... 17 1.3.3. Tiêu chuẩn loài thực vật sử dụng để xử lý kim loại nặng trong đất .. 22 1.3.4. Phương pháp xử lý thực vật sau khi tích lũy chất ô nhiễm ............... 22 1.3.5. Ưu điểm và hạn chế của biện pháp sử dụng thực vật xử lý kim loại nặng trong đất .............................................................................................. 23 1.4. Một số kết quả nghiên cứu sử dụng thực vật xử lý đất ô nhiễm As trên thế giới và ở Việt Nam ................................................................................ 25 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .................................................... 25 1.4.2. Tình hình nghiên cứu As ở Việt Nam ............................................... 26 iii Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................................. 28 2.1. Đối tượng và địa điểm nghiên cứu ....................................................... 28 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................ 28 2.1.2. Địa điểm nghiên cứu.......................................................................... 30 2.2. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 30 2.3. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... 31 2.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm ngoài thực địa .................................. 31 2.3.2. Phương pháp đánh giá khả năng chống chịu và tích lũy As của cây 33 2.3.3. Phương pháp xử lý mẫu đất, mẫu cây ............................................... 34 2.3.4. Phương pháp phân tích đất trong phòng thí nghiệm ......................... 34 2.3.5. Phương pháp xác định hệ số BF ........................................................ 37 2.3.6. Phương pháp phân tích và xử lí số liệu ............................................. 38 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..................... 39 3.1. Tính chất đất ô nhiễm ở khu vực thí nghiệm........................................ 39 3.1.1. Tính chất lí học .................................................................................. 39 3.1.2. Tính chất hóa học .............................................................................. 40 3.1.3. Tính chất sinh học.............................................................................. 41 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của P lên khả năng chống chịu và tích lũy As của 2 loài dương xỉ ...................................................................................... 43 3.2.1. Ảnh hưởng của P đến khả năng ra lá ................................................. 43 3.2.2. Ảnh hưởng của P đến chiều cao trung bình của cây ......................... 44 3.2.3. Ảnh hưởng của P đến chiều dài rễ của cây........................................ 46 3.2.4. Ảnh hưởng của P đến sinh khối của cây ........................................... 47 3.2.5. Ảnh hưởng của P đến hàm lượng As tích lũy trong cây và hệ số BF 49 3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của N lên khả năng chống chịu và tích lũy As của 2 loài dương xỉ ...................................................................................... 53 3.3.1. Ảnh hưởng của N đến khả năng ra lá ................................................ 53 iv 3.3.2. Ảnh hưởng của N đến chiều cao trung bình của cây......................... 54 3.3.3. Ảnh hưởng của N đến chiều dài rễ của cây ....................................... 56 3.3.4. Ảnh hưởng của N đến sinh khối của cây ........................................... 57 3.3.5. Ảnh hưởng của N đến hàm lượng As tích lũy trong cây và hệ số BF................................................................................................................. 58 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ....................................................................... 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................... 65 PHỤ LỤC ................................................................................................... 70 v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Ô nhiễm As của đất bề mặt (ppm DW) .............................................. 7 Bảng 1.2. Hàm lượng As trong thực phẩm và cây trồng .................................... 9 Bảng 1.3. Hàm lượng As (mg/kg) trong đất của một số mỏ tại Anh ................ 13 Bảng 1.4. Giới hạn tối đa cho phép hàm lượng tổng số của As, Cd, Cu, Pb, Zn trong đất (mg/kg đất khô)................................................................. 14 Bảng 1.5. Tỷ lệ mẫu có hàm lượng As vượt QCVN 03 :2008 ở một số mỏ nghiên cứu ........................................................................................ 14 Bảng 1.6. Một số loài thực vật có khả năng siêu tích lũy As ............................ 26 Bảng 3.1. Tỷ trọng và thành phần cơ giới đất ô nhiễm ..................................... 40 Bảng 3.2. Thành phần hóa học đất ô nhiễm ...................................................... 41 Bảng 3.3. Các loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại nặng bắt gặp ở khu vực đất ô nhiễm do khai thác thiếc tại xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên.............................................................................. 42 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của P đến khả năng ra lá ................................................ 43 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của P đến chiều cao cây ................................................. 44 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của P đến chiều dài rễ .................................................... 46 Bảng 3.7. Ảnh hưởng của P đến sinh khối cây ................................................. 47 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của P đến hàm lượng As tích lũy trong cây .................. 49 Bảng 3.9. Ảnh hưởng của P đến hệ số tích lũy sinh học của cây ..................... 52 Bảng 3.10. Ảnh hưởng của N đến khả năng ra lá ............................................. 54 Bảng 3.11. Ảnh hưởng của N đến chiều cao cây .............................................. 54 Bảng 3.12. Ảnh hưởng của N đến chiều dài của rễ cây .................................... 57 Bảng 3.13. Ảnh hưởng của N đến hàm lượng As tích lũy trong cây ................ 59 Bảng 3.14. Ảnh hưởng của N đến hệ số tích lũy sinh học ................................ 61 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Tác hại của As đối với con người ..................................................... 11 Hình 1.2. Cơ chế tích lũy kim loại nặng trong tế bào thực vật ......................... 18 Hình 2.1.Pteris vittata L. ................................................................................... 28 Hình 2.2. Pityrogramma calomelanos L. .......................................................... 29 Hình 3.1.Ảnh hưởng của P đến chiều cao cây Pteris vittata ............................ 45 Hình 3.2. Ảnh hưởng của P đến chiều cao cây Pityrogramma calomelanos ... 45 Hình 3.3. Ảnh hưởng của P đến sinh khối của cây ........................................... 48 Hình 3.4. Ảnh hưởng của P đến hàm lượng As tích lũy trong cây ................... 50 Hình 3.5. Ảnh hưởng của P bổ sung lên chỉ số tích lũy sinh học của cây ........ 53 Hình 3.6. Ảnh hưởng của N đến chiều cao cây Pteris vittata........................... 56 Hình 3.7. Ảnh hưởng của N đến chiều cao cây Pityrogramma calomelanos ... 56 Hình 3.8. Ảnh hưởng của N đến sinh khối của cây .......................................... 58 Hình 3.9. Ảnh hưởng của N đến hàm lượng As tích lũy trong cây .................. 60 Hình 3.10. Ảnh hưởng của N bổ sung lên chỉ số tích lũy sinh học của cây ..... 61 v MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường đất, trong đó có ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản đang diễn ra ở nhiều nơi trên thế giới trong đó có Việt Nam. Môi trường bị ô nhiễm do các hoạt động khai khoáng và tuyển quặng đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu là do ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường đất, nước, sức khỏe con người và cây trồng. Đất bị ô nhiễm kim loại nặng là do con người sử dụng các hóa chất trong nông nghiệp và thải vào môi trường đất các chất thải đa dạng khác nhau. Các hoạt động khai thác khoáng sản gồm: than đá, quặng thiếc, quặng chì…đã làm cho môi trường đất, môi trường nước bị ô nhiễm trầm trọng bới các chất độc hại như: As, Pb, Cd, Zn…và xu hướng ô nhiễm ngày càng tăng lên nếu chúng ta không có biện pháp xử lí kịp thời và triệt để. Trong đó, hàm lượng Asen (As) bị ô nhiễm ở mức đáng lo ngại ở nhiều vùng khai thác khoáng sản. Các tác giả đã chỉ ra những rủi ro có thể xảy ra đối với con người cũng như mức độ tích tụ As trong các sản phẩm nông nghiệp quan trọng như lúa, gạo, rau… [1]. Nguồn gốc và sự xuất hiện các nguy hại với môi trường sống do khai thác mỏ gây ra rất phức tạp và kinh phí cho sự phục hồi là rất đắt. Vì vậy, giải quyết vấn đề này hiện nay còn gặp nhiều khó khăn. Các phương pháp công nghệ xử lí truyền thống đã được áp dụng bao gồm: bê tông hóa, ổn định, rửa đất, sử dụng các phản ứng ôxy hóa – khử, phản ứng hấp thụ ở nhiệt độ thấp, chôn lấp, đốt,….Hiện nay, trên thế giới công nghệ được sử dụng nhiều nhất dùng để xử lý đất bị ô nhiễm kim loại nặng vẫn là chôn lấp tại chỗ. Công nghệ này đòi hỏi chi phí cao, cần có diện tích lớn và hạn chế nhất là đất không được tái sử dụng. Các nhà khoa học đã đã tìm ra các công nghệ mới thay thế, trong đó công nghệ “xanh” tức là công nghệ sử dụng thực vật trong xử lý ô nhiễm được đánh giá là có hiệu quả ứng dụng cao do giá thành thấp, vận hành đơn giản và thân thiện với môi 1 trường. Hiện tại, công nghệ sử dụng thực vật được đánh giá là thích hợp nhất cho xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất [11]. Do As tồn tại trong hầu hết các quặng kim loại và mức độ ô nhiễm As trong đất là rất lớn ở các vùng đã và đang khai thác khoáng sản nên việc xử lý As là rất cần thiết [4]. Đất đai bị ô nhiễm ngày càng nhiều, đang đòi hỏi phải tìm ra biện pháp hiệu quả và rẻ nhất để cải tạo. Biện pháp sử dụng thực vật để cải tạo môi trường đất ô nhiễm kim loại nặng đã và đang được các nhà khoa học quan tâm. Trong quá trình nghiên cứu kỹ thuật xử lý ô nhiễm bằng thực vật các nhà khoa học đã khám phá ra rất nhiều loài thực vật có khả năng hút As từ đất. Trong các loài thực vật siêu tích lũy As, nhiều nhà khoa học đã đặc biệt chú ý đến dương xỉ bởi nhiều nghiên cứu cho thấy loại thực vật này có khả năng chống chịu và tích lũy As cao đặc biệt là loài Pteris vittata L. Theo Chen Tongbin [30] Pteris vittata L. có thể phát triển bình thường trên đất có chứa 50 ÷ 4030 mg As/kg, thậm chí nó có thể sống được trên phần quặng đuôi có chứa hàm lượng As lên đến 23.400 mg/kg. Loài này có thể hút 10% As từ đất trong vòng một năm và hàm lượng As trong lá lên tới 8‰. Ngoài ra, một vài loài dương xỉ khác cũng được chú ý là Pteris nervosa, Pteris cretica, P. longifolia L., P.umbrosa L.[28]. Hiện nay, tại xã Hà Thượng huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên nhiều diện tích đất trồng trọt bị bỏ hoang, nguồn nước bị ô nhiễm kim loại năng trầm trọng, gây ảnh hưởng không nhỏ đến cuộc sống của nhân dân đặc biệt là những người dân nghèo sống gần khu vực mỏ khai thác. Có rất nhiều phương pháp khác nhau để xử lý kim loại nặng trong đất. Tuy nhiên, gần đây phương pháp sử dụng thực vật để xử lý kim loại nặng trong đất được các nhà khoa học quan tâm đặc biệt bởi chi phí đầu tư thấp, an toàn và thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, một trong những vấn đề quan trọng khi dùng thực vật để xử lý ô nhiễm môi trường là lựa chọn loài thực vật vừa phù hợp với khu vực đất ô nhiễm nhẹ vừa có giá trị về kinh tế,biện pháp xử lý 2 sinh khối thực vật để kim loại nặng đã được hấp thu trong cây không quay ngược trở lại gây ô nhiễm môi trường [11]. Xuất phát từ những yêu cầu trên của địa phương và nguyện vọng của bản thân cùng với sự nhất trí của khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên, chúng tôi tiến hành đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu ảnh hưởng của các hàm lượng N, P đến khả năng chống chịu, tích lũy Asen của 2 loài dương xỉ (Pteris vittata L. và Pityrogramma calomelanos L.) trong môi trường đất ô nhiễm do khai thác khoáng sản tại xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên” . 1.2. Mục tiêu của đề tài 1.2.1. Mục tiêu chung Nghiên cứu ảnh hưởng của các hàm lượng P, N đến khả năng chống chịu và tích lũy As của hai loài dương xỉ Pteris vittata L. và Pityrogramma calomelanosL. trồng trên khu vực đất ô nhiễm do khai thác khoáng sản tại xã Hà Thượng, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên. 1.2.2. Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu tính chất đất bị ô nhiễm As do khai thác khoáng sản: tính chất lý học, hóa học, sinh học. -Nghiên cứu ảnh hưởng của các hàm lượng P, N đến khả năng sinh trưởng, phát triển và tích lũy As của 2 loài dương xỉ (Pteris vittata L. và Pityrogramma calomelanosL.). 3 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Nghiên cứu tổng quan về Asen (As) 1.1.1. Khái niệm chung về Asen (As) Asen (As) là á kim trong nhóm V-A có khối lượng phân tử 74,929. Khi kết hợp với các nguyên tố khác As có thể có hóa trị khác nhau +5, +3, 0 và -3. As tham gia liên kết cộng hóa trị với nhiều kim loại và nhiều hợp chất hữu cơ ổn định. Tuy vậy, As vẫn được xem như là kim loại nặng (KLN) vì các nhà độc tố học cho rằng, KLN là những kim loại và á kim có liên quan đến vấn đề ô nhiễm môi trường và có độc tính cao đối với cơ thể sống như Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb, Zn, As...[11]. As có đặc tính là khi bị đốt nóng đến 615,5oC thì thăng hoa mà không trải qua thời kì nóng chảy. Tuy nhiên, nó lại nóng chảy ở nhiệt độ 817-866oC dưới áp suất rất cao là 35,8 atm. Trong không khí As dễ bị ôxy hóa tạo thành oxit aseno theo phương trình: 4As + 3O2 = 2As2O3 (As trắng) As trắng là một chất bột màu trắng, mịn và có mùi tỏi đặc trưng, rất độc đối với sự sống. Khi tồn tại ở dạng hợp chất axit asenic (H3AsO4) thì nó có thể được dùng trong y tế với một liều lượng nhất định như một loại thuốc trị bệnh; còn khi tồn tại ở dạng hydro asenit AsH3 (asin) thì nó lại ở dưới dạng một chất khí không màu, không mùi không vị nhưng rất độc cho sự sống. Asenit và asenat canxi là chất bột màu trắng hay xám chứa 40-62% As2O3 chúng gần như không tan trong nước và cũng là một chất độc rất mạnh. Chúng được dùng làm thuốc diệt côn trùng. Asenit chì dùng làm thuốc bảo vệ thực vật (cây ăn quả). Asen được biết đến là nguyên tố độc hại tùy thuộc vào dạng tồn tại của nó. Các hợp chất khác nhau thì tính độc của As cũng khác nhau và trong đất không phải dạng tồn tại của As nào cũng độc [11]. Những nghiên mới đây về vòng tuần hoàn As cho thấy As có nguồn gốc tự nhiên được đưa vào khí quyển mỗi năm là 45000 tấn trong khi các nguồn nhân tạo chỉ thêm vào bầu khí quyển khoảng 28000 tấn/năm. Trong tự nhiên, As tồn 4 tại dưới dạng hợp chất. Hiện nay người ta đã tìm thấy hơn 1500 hợp chất có chứa As, trong đó có gần 400 hợp chất khá bền vững trong tự nhiên. Trong nước ngầm thường gặp As có hóa trị +3 và hóa trị +5 mà điển hình là các ion HAsO4-2, HAsO3-2. Hàm lượng của các ion đó phụ thuộc vào điều kiện nhiệt động và tính chất hóa lí của môi trường [33]. As trong môi trường được tạo ra từ hai nguồn chủ yếu là nguồn tự nhiên (các hoạt động của núi lửa, lắng đọng từ khí quyển, sự phong hoá của đá mẹ và khoáng vật) và nguồn nhân tạo (hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, khai khoáng, giao thông...). Hàng năm, sự phát thải toàn cầu của As là 808.107 g, trong đó có 28.107 g là do tự nhiên ra và 780.107 g là do nguồn nhân tạo. Như vậy, con người là nguyên nhân chủ yếu làm tăng lượng As trong môi trường. Khoảng 70% sản lượng As tạo ra trên thế giới được dùng trong ngành xử lý gỗ, đó là các hợp chất asenat của crôm và đồng, 22% dùng trong nông nghiệp, còn lại trong công nghiệp thủy tinh và dược phẩm. Từ vài trăm năm trước đây, As đã được sử dụng rộng rãi trong ngành thuộc da, là thành phần quan trọng của nhiều chất tạo màu, thuốc bảo quản gỗ, chất kích thích sinh trưởng cho gia súc, gia cầm, thuốc trừ côn trùng (các muối asenat của chì, natri, canxi, kẽm) và thuốc trừ cỏ cho công nghiệp trồng bông (mononatrimethylasonat, axit dimethylasinic). Trong dược phẩm, dung dịch 1% kaliasenat (thuốc Fowler) đã được dùng để chữa bệnh bạch cầu, bệnh vảy nến, thấp khớp, hen, giang mai….Tuy nhiên, các sản phẩm trên đã bị hạn chế sử dụng từ những năm 1974 trên toàn thế giới, khi các hóa chất nông nghiệp chứa clo ra đời và trong y học người ta đã thay thế bằng nhiều thuốc kháng sinh mới. Với độc tính rất cao nên As đã được dùng khá phổ biến làm thuốc độc giết người từ thời Trung cổ cho đến giữa thế kỷ 19 mới bị hạn chế do con người lúc đó đã có cách để phát hiện As. Hoạt động khai thác khoáng sản và luyện kim (các kim loại mầu) cũng như việc tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch là những hoạt động công nghiệp chủ chốt gây ra sự ô nhiễm As trong không khí, nước và đất. As được tạo ra nhờ quá trình khử 5 oxit asen (As2O3) với than hoạt tính, oxit As là sản phẩm phụ của quá trình luyện kim và thường có trong bụi khói của quá trình nung quặng, nhất là luyện đồng. Mặc dù các khoáng As và hợp chất của nó dễ dàng hòa tan, nhưng sự di chuyển của As là có giới hạn vì bị hút thu trên bề mặt của sét, hydroxit, và các chất hữu cơ. As có trong thành phần của hơn 200 loại quặng và thường có hàm lượng cao trong một số loại quặng asenua của Cu, Pb, Ag hoặc tồn tại cùng với các sunfua. Than đá cũng chứa một lượng đáng kể As và quá trình đốt than đã phát tán tới 20% lượng chất này có trong khí quyển. Tàn than là nguồn As đáng kể thẩm thấu vào đất và nước. Tích tụ As trong đất là một trong các nguồn chính làm tăng nguy cơ ô nhiễm nước mặt và nước ngầm, sự hấp thu do thực vật là sự hấp thu trực tiếp hay gián tiếp đối với con người. 1.1.2. Sự tồn tại và chuyển hóa của nguyên tố As trong đất và trong cây a) Sự tồn tại và chuyển hóa của nguyên tố As trong đất As phân bố không đồng đều trong các dạng của các loại đá chính và hàm lượng của As trong đá dao động từ 0,5 đến 2,5 ppm. Chỉ duy nhất trong trầm tích sét là có As với hàm lượng trung bình khoảng 13 ppm. As tồn tại trong đất dưới dạng các hợp chất chủ yếu như acsenat (AsO43-) trong điều kiện ôxy hóa. Chúng bị hấp thu mạnh bởi các khoáng sét, sắt, mangan oxyt hoặc hydroxyt và các chất hữu cơ. Trong đất axit, As có nhiều ở dạng asenat với sắt và nhôm (AlAsO4, FeAsO4), trong khi ở các đất kiềm và đất cacbonat lại có nhiều ở dạng Ca3(AsO4)2. Khả năng linh động của As trong đất tăng khi đất ở dạng khử vì nó tạo thành các asenit As (III) có khả năng hòa tan lớn gấp 5 - 10 lần các asenat. Tuy nhiên asenit As (III) cũng có tính độc hại cao hơn so với dạng asenat As (V). Khi bón vôi cho đất cũng làm tăng khả năng linh động của As do chuyển từ Fe, Al - asenat sang dạng Ca-asenat linh động hơn (Lê Văn Khoa và cs) [13]. Khi được giải phóng, As tồn tại dưới dạng As2O3 và phần lớn bị hấp thụ vào các vật liệu dạng hạt khác. Những vật liệu này theo gió bị phát tán rộng và trở lại mặt đất dưới dạng lắng đọng kết tủa khô hoặc ướt. Những hợp chất Ashình thành 6 dưới tác dụng của vi sinh vật hay bị kết tủa dưới tác dụng của quá trình ôxi hóa trong không khí sẽ bị đọng lại trên mặt đất. Các dạng không hòa tan trong nước của As có thể kể đến như asenat, asenit, metyl asenic axit (MMA), dimetyl asenic axit (DMA). Trong môi trường nước chảy (có nhiều oxi), As có xu hướng tồn tại ở dạng hợp chất Ashóa trị V. Một số dạng asenit và asenat có thể tự thay đổi trạng thái ôxi hóa – khử tùy thuộc vào điều kiện pH, thế ôxi hóa khử và một số quá trình sinh học môi trường. Một số hợp chất của As có ái lực mạnh với khoáng sét hay hợp chất hữu cơ trong đất. Đặc điểm này giúp As có nhiều động thái khác nhau trong môi trường. Rất nhiều As có xư hướng bị hấp phụ vào đất và hầu như ít bị rửa trôi. Bảng 1.1. Ô nhiễm As của đất bề mặt (ppm DW) Vị trí và nguồn ô nhiễm Khoảng hàm lượng lớn nhất Nước 727 Anh 90 – 900 Anh 130 Czechoslovakaia 33 – 2000 Canada 2500 Anh 38 – 2470 Nhật Bản 10 – 380 Mỹ 10 – 2000 Hungary 892 Anh 38 – 118 Hà Lan 10 – 290 Canada 21 – 82 Anh 38 – 400 Nhật Bản Đá gốc khoáng Mỏ kim loại màu Công nghiệp chế biến kim loại Những sản phẩm hóa học Đất vườn và đất trồng cây ăn quả Việc sử dụng thuốc trừ sâu có As Nguồn Alina Kabata – Pendias và nnk (2001) [20] 7 Gốc arsenic kết hợp với Ca, Al, Fe tạo thành những hợp chất không tan như Ca3(AsO4)2, AlAsO4, FeAsO4. Tích số hòa tan của chất đầu là 6,8.10-19, của hai chất sau là 5,7.10-21, do đó chất đầu độc hại hơn hai chất sau. Bởi vậy, nếu ta bón các muối sunphat sắt nhôm (phèn chua) vào đất bị ô nhiễm As thì As có thể được giải độc dần dần do nguyên nhân nói trên (Lê Thanh Bồn, 2006) [7]. b) Sự tồn tại và chuyển hóa của nguyên tố As trong cây As có trong hầu hết các loài thực vật, nhưng vai trò sinh học của nó lại rất ít được biết đến. Một vài loại thực vật có khả năng hấp thu As nhiều hơn đáng kể so với những thực vật khác. Hiện nay, trên thế giới đã có một số nghiên cứu về các loại thực vật có khả năng hấp thu một lượng lớn As. Trong đó một số loài dương xỉ (P. vittata L. và Pteris cretica L.)đã nhận được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Khả năng siêu hấp thu As đã được chứng minh rõ ràng trong một số thí nghiệm, với hàm lượng As trong lá lên tới hơn 3000 mg//kg DW, hàm lượng As trong cành cây luôn lớn hơn trong rễ. Nghiên cứu quá trình di chuyển của As trong lá P. vittata L., kết quả cho thấy rằng As có khả năng di chuyển rất linh động trong các ống xilem và từ xilem tới các tế bào lá [29]. Một vài loài thực vật có khả năng chịu được hàm lượng cao của As trong mô. Độc As thường được tìm thấy trong những loài thực vật đang phát triển trên chất thải mỏ, trên những đất được xử lý với thuốc diệt cỏ có chứa As và trên những đất có As đưa vào do quá trình xử lý bùn thải. Những triệu chứng ngộ độc As được miêu tả là lá héo, nhuộm màu tím (do tăng hàm lượng anthocyanin), rễ cây bị bạc màu, co nguyên sinh tế bào. Tuy nhiên, triệu chứng chung nhất là giảm sự tăng trưởng. Nghiên cứu quá trình di chuyển của As trong lá dương xỉ Pteris vittata L. kết quả cho thấy rằng As có khả năng di chuyển rất linh động trong các ống xilem và từ xilem tới các tế bào lá. Sự di chuyển của As tương tự với K, một trong những nguyên tố linh động nhất trong thực vật. 8 Bảng 1.2. Hàm lượng As trong thực phẩm và cây trồng (Đơn vị: ppb) Thực vật Mẫu mô FW DW Đại mạch Hạt - 3 - 18 Yến mạch Hạt - 10 Lúa mì Hạt - 50,3 - 10 Gạo nâu Hạt - 110 - 200 Ngô ngọt Hạt 25 30 - 400, 30 Đậu đỗ Quả 0,74 - < 6,7 7 - 100 Cải bắp Lá 1,2 - < 16,0 20 - 50 Rau bina Lá - 200 - 1500 Rau diếp Lá < 5,3 20 - 250 Cà rốt Rễ 4,8 - < 13,0 40 - 80 Hành Củ 4,5 50 - 200 Thân - 30 - 200 Khoai tây FW - Khối lượng tươi (Fresh weight) DW - Khối lượng khô (Dry weight) Nguồn: Alina Kabata - Pendias và cs (2001) [20] Khả năng chống chịu As của thực vật khoảng 2 ppm DW. Tuy nhiên, giá trị giới hạn trong lúa ở mức cao, khoảng 100 ppm DW ở đỉnh sinh trưởng và 1000 ppm DW ở rễ. Davis và cộng sự đưa ra giá trị giới hạn 20 ppm DW đối với lúa mạch. Macnicol và Beckett đưa ra nhận xét là khi hàm lượng As trong các loài thực vật khác nhau dao động từ 1 - 20 ppm DW thì năng suất có thể suy giảm hơn 10%. Mặc dù có nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng kích thích của As lên sự hoạt động của vi sinh vật đất, nhưng As được biết đến như là một chất ức chế sự 9 trao đổi chất. Vì vậy, sản lượng rau suy giảm khi rau được trồng trên đất có hàm lượng As di động cao. As ít độc hơn khi thực vật được bổ sung đầy đủ photpho (theo Alina Kabata - Pendias và cs) [20]. Phụ thuộc vào vị trí và nguồn gây ô nhiễm, thực vật có thể tích lũy một lượng rất lớn As, khoảng trên 6000 ppm DW và trên 8000 ppm AW. Mặc dù việc As gây độc từ thực vật đến động vật là ít gặp, nhưng người ta vẫn chưa ngăn chặn được những ảnh hưởng không tốt lên sức khỏe do hàm lượng As cao trong thực vật và trong cây trồng khi chúng được dùng làm thức ăn. 1.1.3. Ảnh hưởng của As đối với cơ thể con người As có thể gây độc với mức độ từ vài µm đến mg/l tùy thuộc vào từng loài và mức độ tác động. Khi tác động, As có thể gây chết, ức chế sinh trưởng. Đối với thực vật, As ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, ra hoa, kết quả,…Ở những khu vực bị nhiễm độc As thường có rất ít sinh vật có thể sống được. Vì vậy, có thể sử dụng những sinh vật này như những sinh vật chỉ thị [11]. As thường xâm nhập vào cơ thể con người qua chuỗi thức ăn. Đối với những người không chịu tác động trực tiếp của As thì thức ăn là tác nhân chính gây ra sự tích tụ As trong cơ thể, tuy nhiên đây là quá trình thâm nhiễm dần dần. Ở một số vùng, nước uống bị ô nhiễm As lại là nguồn thâm nhiễm chủ yếu vào cơ thể người. Tại các vùng mỏ kim loại thì As xâm nhiễm vào cơ thể con người chủ yếu bắt nguồn từ các hoạt động khai khoáng. Lượng As tích tụ vào cơ thể từ thức ăn và nước uống dao động khoảng từ 30-300 µg/ngày.Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ, khoảng 25% lượng As đi vào cơ thể là từ thức ăn là As vô cơ, tuy nhiên tỷ lệ này có thể dao động tùy thuộc vào dạng thức ăn con người tiêu thụ. Các loại thức ăn chứa nhiều As vô cơ là thịt gia súc, gia cầm, các sản phẩm bơ, sữa và ngũ cốc. Hàm lượng tích tụ As trong cơ thể người thông qua hô hấp là 10 µg/ngày đối với người hút thuốc lá và 1 µg/ngày đối với người không hút thuốc lá. Tuy 10 nhiên, hàm lượng này có thể tăng lên ở những vùng ô nhiễm. Hàm lượng As vô cơ trong nước tiểu phản ánh mức độ hấp thụ As ở mỗi người. Thông thường, hàm lượng này dao động khoảng từ 5 – 20 µg As/l, tuy nhiên trong một số trường hợp có thể lên đến 1000 µg/l [33]. As vô cơ hòa tan là dạng hết sức độc hại. Khi sinh vật hay con người tiêu hóa thức ăn chứa một lượng lớn As dạng này có thể dẫn đến các bệnh về dạ dày, rối loạn tim mạch và hệ thống thần kinh, thậm chí có thể gây chết. Những người tiếp xúc nhiều với As có thể bị mắc nhiều bệnh như rối loạn tủy xương, ho ra máu, ung thư gan, bệnh sắc tố, các bệnh thần kinh và não [33]. Hình 1.1. Tác hại của As đối với con người Dạng As gây độc lớn là dạng As dễ tiêu sinh học, dạng này phát huy tác dụng khi đi vào cơ thể con người. Đến nay, có thể kết luận chắc chắn về các bệnh do nhiễm As như sừng hóa da, hắc tố da và mất sắc tố da, bệnh bowen, bệnh đen và rụng móng chân. Bệnh sừng hóa da thường xuất hiện ở tay, chân, lòng bàn tay, gan bàn chân – phần cơ thể cọ xát nhiều hoặc tiếp xúc ánh sáng nhiều lâu ngày sẽ tạo thành các đinh cứng màu trắng gây loang rộng và đau đớn. Bệnh hắc tố da và mất sắc tố da bị đen sạm, da bị lốm đốm trắng dẫn đến tế bào bị phá hủy và làm hỏng da. Biểu hiện đầu tiên của bệnh bowen là một phần cơ thể bị đỏ ửng, 11
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan