Nghiên cứu sử dụng thực vật (dương xỉ) để xử
lý ô nhiêm Asen trong đất vùng khai thác
khoáng sản

Bùi Thị Kim Anh

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Luận án Tiến sĩ ngành: Môi trường đất và nước; Mã số: 62 85 02 05
Người hướng dẫn: GS.TS. Đặng Đình Kim, PGS.TS. Lê Đức
Năm bảo vệ: 2011

Abstract: Nghiên cứu tổng quan về Asen, hàm lượng Asen trong một số thành phần
của tự nhiên. Tìm hiểu tình hình ô nhiễm Asen trong đất; các phương pháp xử lý Asen
trong đất; công nghệ sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong đất
và biện pháp nâng cao khả năng xử lý ô nhiễm KLN của thực vật. Tuyển chọn được
các loài dương xỉ bản địa có khả năng siêu tích lũy Asen. Xác định được một số yếu tố
môi trường làm tăng khả năng xử lý Asen trong đất của những loài dương xỉ chọn lọc.
Đề xuất được quy trình công nghệ và xây dựng được mô hình trình diễn sử dụng
dương xỉ để xử lý ô nhiễm As trong đất vùng khai thác mỏ.

Keywords: Thực vật; Xử lý ô nhiễm; Khoáng sản; Ô nhiễm môi trường; Ô nhiễm
Asen

Content
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
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. Hàm lượng Asen (As) bị ô nhiễm ở
mức đáng lo ngại ở nhiều vùng khai thác khoáng sản trên thế giới và Việt Nam. 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. Nguồn gốc và sự xuất hiện các nguy hại với môi

hiện nay. Quy trình này có thể được chuyển giao cho các địa phương có hoạt động khai thác
và chế biến quặng).
- Các kết quả nghiên cứu thu được sẽ làm cơ sở khoa học cho việc phát triển hơn nữa
công nghệ sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm còn rất mới mẻ ở Việt Nam.
3. Mục tiêu của luận án
+ Tuyển chọn được các loài dương xỉ bản địa có khả năng siêu tích lũy As.
+ Xác định được một số yếu tố môi trường làm tăng khả năng xử lý As trong đất của
những loài dương xỉ chọn lọc.
+ Đề xuất được quy trình công nghệ và xây dựng được mô hình trình diễn sử dụng
dương xỉ để xử lý ô nhiễm As trong đất vùng khai thác mỏ.
4. Những đóng góp mới của đề tài

3
- Lần đầu tiên, khả năng xử lý ô nhiễm As trong đất của hai loài dương xỉ bản địa
P.vittata và P.calomelanos được nghiên cứu một cách đầy đủ. (Cụ thể là, nghiên cứu khả
năng chống chịu, tích lũy As và tác động của các yếu tố khác nhau lên hiệu quả xử lý As của
chúng như phân bón, P, N, pH, EDTA, vi sinh vật ).
- Lần đầu tiên xác định được gene mã hoá cho khả năng tích luỹ As của hai loài
dương xỉ tuyển chọn.
- Quy trình sử dụng dương xỉ để xử lý ô nhiễm As trong đất lần đầu tiên được xây
dựng và ứng dụng ở Việt Nam. (Đây cũng là lần đầu tiên dương xỉ được trồng trên vùng đất ô
nhiễm As do khai thác mỏ với mục đích xử lý ô nhiễm As trong đất. Các kết quả thu được đã
khẳng định được tính hiệu quả cao trong cải tạo đất ô nhiễm As của hai loài dương xỉ này).
5. Kết cấu luận án
Luận án gồm 3 chương được trình bầy trong 126 trang, 26 bảng, 36 hình, 146 tài liệu
tham khảo và 20 trang phụ lục.
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1. 1. Nghiên cứu tổng quan về Asen
As là á kim trong nhóm V-A có khối lượng phân tử 74,9. Tuy vậy, nó vẫn được xem
như là KLN vì các nhà độc tố học cho rằng, KLN là những kim loại và á kim có liên quan đến

hậu, đặc điểm của đất,

Hình 1.3. Quá trình hút thu kim loại nặng của thực vật
Trong những năm gần đây, người ta quan tâm rất nhiều về công nghệ sử dụng thực vật để
xử lý môi trường. Nhiều nhà khoa học, đặc biệt là ở Mỹ và châu Âu đã có rất nhiều đề tài
nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghệ này như một công nghệ mang tính chất thương
mại. Có 3 cách tiếp cận cơ bản nhất để xử lý ô nhiễm KLN trong đất là công nghệ cố định các
chất ô nhiễm, chiết bằng thực vật và bay hơi qua lá cây. Hiện nay, người ta đã phát hiện được
trên 450 loài “siêu hấp thụ kim loại” trên thế giới. Các loài thực vật ”siêu tích tụ” kim loại
trong điều kiện bình thường có thể phát triển kém hơn các loài khác, nhưng trong điều kiện ô
nhiễm kim loại chúng lại là loài “ưu thế”. Đây là phát hiện mang tính phương pháp luận quan
trọng. Các nhà nghiên cứu về thực vật chống chịu kim loại đã tập trung vào khu hệ thực vật ở
những địa bàn bị ô nhiễm kim loại. Đó là các khu mỏ, các khu khai khoáng và tuyển quặng
hoặc những nơi chịu ảnh hưởng lâu ngày của các hoạt động liên quan đến kim loại.
Chấ t ô
nhiễ m
Lớp ngă n cách

5
Để có thể khai thác triệt để công nghệ sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm KLN, các nhà khoa
học đã vận dụng một số giải pháp để nâng cao hiệu quả xử lý như áp dụng một số kĩ thuật
nông học, tạo độ pH phù hợp, tăng tính linh động của kim loại bằng cách bổ sung EDTA, kích
thích khả năng phân giải ô nhiễm của vi sinh vật vùng rễ, áp dụng kỹ thuật sinh học phân tử
cải tạo giống
Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Hai loài dương xỉ P.calomelanos L. - loài bản địa mọc tại xã Hà Thượng (Đại Từ, Thái
Nguyên) và loài dương xỉ P.vittata L. mọc tại khu mỏ chì - kẽm làng Hích xã Tân Long
(Đồng Hỷ, Thái Nguyên) là những loài siêu tích lũy As


- Chất hữu cơ của đất được xác định theo phương pháp Walkley - Black
- Phương pháp xác định dạng As linh động trong đất dùng CH
3
COONa 1M
Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN
3.1. Điều tra, khảo sát tình trạng ô nhiễm As trong môi trƣờng đất và đánh giá khả năng
tích luỹ As của thực vật ở bốn vùng khai thác mỏ của Thái Nguyên
Địa danh của các điểm khảo sát được mô tả trên hình 3.1. Hàm lượng As trong đất ở
bốn vùng mỏ nghiên cứu đã được phân tích đánh giá cho thấy có hiện tượng ô nhiễm As ở
hầu hết các mỏ. Trong tất cả các mẫu thu thập được ở các mỏ nghiên cứu thì chỉ có ba điểm
mẫu thu được (chiếm 13% tổng số mẫu) không bị ô nhiễm As, còn lại tất cả các điểm khảo sát
khác đều có hiện tượng ô nhiễm As. Lượng As cao hơn QCCP từ 2,1 – 1262 lần.
THÁI
NGUYÊN
Hà Thượng, Đạ i
Từ
Trạ i Cau, Đồ ng
Hỷ
Tân Long, Đồ ng Hỷ
Yên Lãng, Đạ i Từ
V I E T N A M
Hà Thượng: mỏ Ti – Sn (N: 21
o
39’18’’; E: 105
o
41’42’’)
Trạ i Cau: mỏ Fe (N: 21


Hình 3.3. ADN genome của 7 mẫu dương xỉ
Nhân gen arsC bằng kỹ thuật PCR

Hình 3.4. Điện đi đồ sản phẩm PCR mồi KL7
Qua ảnh điện di đồ ta thấy, sản phẩm PCR thu được có một băng rất đặc hiệu. Tuy nhiên,
ở giếng thứ 4 (ứng với mẫu DX3: Thelyteris faciloba), kết quả thu được không có băng nào
nên có thể kết luận là mẫu này không chứa gen arsC. Kích thước phân tử của đoạn nhân lên 
339 bp phù hợp với tính toán lý thuyết cũng như kết quả nghiên cứu của một số tác giả nước
1 - CT1: Pityrogramma calomelanos, 2 - CT2:
Pteris vittata, 3 - CT3: Thelyteris faciloba, 4 -
CT4: Pteris vittata, 5 - CT5: Pityrogramma
calomelanos, 6 - CT6: Pteris vittata, 7 - CT7:
Pteris vittata
M – marker, 2 - CT1: Pityrogramma
calomelanos, 3 - CT2: Pteris vittata, 4 - CT3:
Thelyteris faciloba, 5 - CT4: Pteris vittata, 6 -
CT5: Pityrogramma calomelanos, 7 - CT6:
Pteris vittata, 8 - CT7: Pteris vittata

8
ngoài đã công bố. Như vậy, hai loài dương xỉ thu được tại vùng nghiên cứu có khả năng tích
lũy As cao hơn các thực vật thông thường khác bởi chúng có gene mã hóa cho khả năng này.
3.3. Nghiên cứu khả năng tích lũy và chống chịu As trong đất của hai loài dƣơng xỉ chọn
lọc
3.3.1. Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích luỹ As của hai loài dương xỉ chọn lọc Sau 4 tháng thí nghiệm, P.vittata có khả năng chống chịu với đất có bổ sung As từ 0
đến 1500 mg/kg còn P.calomelanos từ 0 đến 900 mg/kg. Kết quả về khả năng chống chịu As

ĐC 300 600 900
Hàm lượng As bổ sung vào thí nghiệm
(mg/kg)
Lượng As tích lũy trong cây (mg/kg)
Hàm lượng As trong thân
Hàm lượng As trong rễ

Hình 3.10. Hà m lượng As hấ p
thu trong rễ và thân củ a P.
calomelanos
Hình 3.9. Hà m lượng
As hấ p thu trong rễ và thân
củ a P. vittata

Hình 3.5. P. vittata sau 4 tháng đ ược
trồ ng ở đất bổ sung 11 nồ ng độ
As khác nhau

Hình 3.7. P. calomelanos sau 4 tháng
đ ược trồ ng trong đất có bổ sung
As khác nhau
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
ĐC 300 600 900 1200 1500

Thời gian thí nghiệm (tháng)
Sinh khối khô của thân cây (g)
Pteris vittata
Pityrogramma calomelanos

9 Khả năng sinh trưởng và tích luỹ As của hai loài dương xỉ nghiên cứu tăng tỷ lệ thuận
với thời gian thí nghiệm. Sinh khối loài dương xỉ P. calomelanos tăng dần đến tháng thứ 3
nhưng đến tháng thứ 4 thì sinh khối cây lại giảm.
Bảng 3.8. Lượng As được dương xỉ tách ra khỏi đất
Thời
gian
Pteris vittata
Pityrogramma calomelanos
Skk thân, lá
(g)
Lượng As tích
lũy trong
thân, lá
(mg/kg)
Lượng
As tách
ra khỏi
đất (mg)
Skk
thân, lá
(g)
Lượng As tích

4,8 ± 0,6
3151,6±116,2
15,1
3,1±0,7
3756,6±157,5
11,7
Kết quả thu được từ bảng 3.8 cho thấy, nếu trồng đồng thời hai loài dương xỉ này
trong quá trình xử lý thì nên thu hoạch trong khoảng từ tháng thứ 3 đến tháng thứ 4. Do từ
tháng thứ 3, cả hai loại cây đã loại bỏ được một lượng As lớn hơn rất nhiều so với tháng thứ
2. Ở tháng thứ 3 và thứ 4, cây P.vittata đã loại bỏ được lượng As ra khỏi đất tương ứng là 9,8
và 15,1 mg, còn cây P.calomelanos loại bỏ được tương ứng là 12,5 và 11,7 mg As ra khỏi đất.
3.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố dinh dƣỡng N, P đến hiệu quả hấp thu và
sinh trƣởng của dƣơng xỉ.
Số liệu trong bảng 3.9 là kết quả tính toán lượng As được tách ra khỏi đất thông qua
các kết quả về khả năng tích lũy trong thân cây và skk của thân sau 4 tháng thu hoạch dương
xỉ. Kết quả trên bảng 3.2 cho thấy, ở công thức thí nghiệm bổ sung 800 mg P/kg đất, cây
dương xỉ P.vittata có khả năng tăng trưởng tốt nhất (đạt 4,9±0,8 g sinh khối khô), sau đó đến
công thức có nồng độ P bổ sung là 600, 400 và 200 mg/kg. Với loài dương xỉ P.calomelanos,
bổ sung P cũng có tác động tích cực lên khả năng sinh trưởng của cây. Tổng lượng tích lũy As
ở công thức bổ sung 400mg P/kg là có tăng so với các công thức khác nhưng không cao bằng
ở hàm lượng P bổ sung 600 mg/kg. Tuy nhiên, lượng sinh khối tại công thức bổ sung
400mgP/kg lại đạt cao nhất, sinh khối khô của cây là 5,6±0,6 g, cao gấp 2,33 lần so với công
thức Đ/C.
Bảng 3.9. Lượng As được tách ra khỏi đất nhờ dương xỉ ở các công thức bổ sung P khác nhau
Hình 3.11. Khả nă ng tích
luỹ As theo thời gian củ a hai
loà i dương xỉ
Hình 3.12. Sinh khố i khô
củ a cây sau thu hoạ ch


2,6±0,4
1034±60
2,7
2,4±0,5
2390,6±80,8
5,7
200
2,7±0,6
1073,9±55,2
2,9
4±0,7
2638±72,6
10,6
400
2,9±0,6
1133,2±71,5
3,3
5,6±0,5
2696,8±76,9
15,1
600
3,6±0,5
1479±57,6
5,3
3,6±0,5
2905,4±125,7
10,5
800
4,9±0,8
1549,2±67,1

(mg)
Skk thân
(g)
Lượng As
tích lũy
trong thân
(mg/kg)
Lượng
As tách
ra khỏi
đất
(mg)
0
4,4±0,9
977,4±29,7
4,3
2,6±0,4
2181,4±47,4
5,7
100
4,6±0,7
1694,3±79,8
7,8
2,8±0,4
2302,4±75,7
6,4
200
5,5±1
1196,7±56,9
6,6

loại bỏ As còn thấp hơn cả cây Đ/C.
Hiệu quả loại bỏ As của cây dương xỉ P.vittata cao nhất là khi bổ sung từ 100 – 200 mg
N /kg đất; với P.calomelanos hiệu quả loại bỏ As tốt nhất đạt 13,9 mg khi bổ sung 300mg N
/kg đất. Như vậy, hàm lượng N phù hợp với từng loại cây là rất quan trọng, khi thiếu hoặc
thừa N đều làm giảm năng suất của cây trồng.
3.5. Một số nghiên cứu nhằm nâng cao khả năng xử lý ô nhiễm As trong đất của hai loài
dƣơng xỉ chọn lọc
3.5.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các dạng phân bón vô cơ và hữu cơ lên sinh
trưởng và tích lũy As của hai loài dương xỉ chọn lọc
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Đ/C CT1 CT2 CT3 CT4
Công thức bón phân khác nhau
Lượng As tích lũy trong cây (mg/kg)
Thân Pteris vittata
Rễ Pteris vittata
Thân Pityrogramma
calomelanos
Rễ Pityrogramma calomelanos
0
1
2
3
4
5

nhất đạt 10,9 mg sau 4 tháng thí nghiệm và điều này lại trái ngược với cây P.vittata chỉ sống
được ở nồng độ pH này sau 1 tháng trồng.
Bảng 3.12. Hiệu quả loại bỏ As ra khỏi đất nhờ dương xỉ trong thí nghiệm ảnh hưởng của pH Chỉ số
pH đất
Pteris vittata
Pityrogramma calomelanos
Skk
thân, lá
(g)
Lượng As tích
lũy trong thân,
lá (mg/kg)
Lượng As
tách ra
khỏi đất
(mg)
Skk
thân, lá
(g)
Lượng As
tích lũy trong
thân, lá
(mg/kg)
Lượng As
tách ra
khỏi đất
(mg)

250
300
pH5
(As
tổng)
pH5
(As linh
động)
pH7
(As
tổng)
pH7
(As linh
động)
pH9
(As
tổng)
pH9
(As linh
động)
Chỉ số pH đất
Hàm lượng As còn lại trong đất sau thí
nghiệm (mg/kg)
Pteris vittata
Pityrogramma calomelanos

Cây ở công thức có khả năng loại bỏ As cao hơn thì hàm lượng As còn lại trong đất
thấp hơn so với các công thức khác. Kết quả thu được về hàm lượng As linh động trên hình
3.23 cho thấy, ảnh hưởng của pH không có sự chênh lệch đáng kể so với hàm lượng As tổng
số thu được. Như vậy, với hàm lượng As ở dạng hòa tan ban đầu được bổ sung vào đất sau Hình 3.27. Ảnh hưởng của hàm lượng EDTA bổ sung lên lượng As linh động trong đất trước
và sau thí nghiệm
Kết quả về hàm lượng As linh động trước và sau thí nghiệm ảnh hưởng của EDTA
được thể hiện trên hình 3.27. Các kết quả thu được là một trong những thông số quan trọng để
tìm hiểu về khả năng chuyển hóa của As trong đất dưới ảnh hưởng của EDTA. Từ một lượng
As linh động ban đầu là gần như nhau nhưng sau thí nghiệm thì ở các công thức khác nhau có
sự khác nhau rõ rệt. EDTA bổ sung từ 1-3 mmol/kg cũng là công thức tốt nhất để làm tăng
khả năng hòa tan As trong đất và lượng này cũng rất phù hợp cho cây hấp thu cao Cd, Pb và
Zn.
0
200
400
600
800
1000
1200
0 1 2 3 4 5
Lượng EDTA bổ sung vào thí nghiệm (mmol/kg)
Hàm lượng As linh động trong đất (mg/kg)
Pteris vittata ban đầu
Pteris vittata sau thí nghiệm
Pityrogramma calomelanos
ban đầu
Pityrogramma calomelanos
sau thí nghiệm
Hình 3.24. Khả nă ng tích luỹ As

0 1 2 3 4 5
Lượng EDTA bổ sung vào thí nghiệm (mmol/kg)
Hàm lượng kim loại nặng tích lũy
trong cây (mg/kg)
Pb thân Pteris vittata
Cd thân Pteris vittata
Zn thân Pteris vittata

14
3.5.4. Nghiên cứu ứng dụng một số chủng nấm cộng sinh mycorrhiza để làm tăng hiệu quả
xử lý ô nhiễm As trong đất của hai loài dương xỉ chọn lọc
Sự xâm nhiễm của nấm AMF vào trong bộ rễ của các cây dương xỉ được đánh giá
thông qua mật độ của nấm trong các mẫu rễ cây ở 8 công thức khác nhau. Sau 1 tháng thí
nghiệm, mỗi một công thức lấy tổng số 35 mẩu rễ để quan sát dưới kính hiển vi. Kết quả cho
thấy, mật độ nấm AMF ở các công thức bổ sung chế phẩm AMF (CT2 và CT4) là rất cao,
chiếm khoảng 15 đến 20 mẫu có sự xuất hiện của nấm AMF trong tổng số 35 mẫu quan sát. Ở
những công thức không bổ sung chế phẩm (CT1 và CT3) thì chỉ có 2 mẫu quan sát trong tổng
35 mẫu là có nấm AMF. Như vậy, chế phẩm AMF bổ sung vào đất ô nhiễm As đã xâm nhập
được vào hệ rễ của cây dương xỉ.
Bảng 3.13. Khả năng sinh trưởng của 2 loài dương xỉ nghiên cứu
Loài cây
Công thức thí nghiệm
Khối lượng khô
(g/cây/chậu)

Pteris vittata
CT1 (Đ3 + PV)
31,9 ± 3,7
CT2 (Đ3 + PV + AMF)
41,7 ± 3,5

lá
(mg)
% As loại
bỏ tăng so
với công
thức không
nhiễm
AMF
(%)
P. vittata
CT1
500
3102 ± 85,3
31,9 ± 3,7
98,8
-
CT2
500
5178 ± 99,6
41,7 ± 3,5
215,9
118,5

15
P.calomelanos
CT5
500
2388 ± 61,6
16,9 ± 2,4
40,5

3 tháng
6 tháng

Hình 3.28. Khả năng tích lũy As theo thời gian thu hoạch
Kết quả thu được sau thí nghiệm thể hiện trên hình 3.28 cho thấy, khả năng tích lũy As
ở phần trên mặt đất của dương xỉ P. calomelanos cao hơn so với cây P.vittata. Hàm lượng As
tích lũy ở phần trên mặt đất của cây P.vittata sau 3 tháng và sau 6 tháng lần lượt là 3108,4
±78,2 và 3609,6±84,4 mg/kg còn P.calomelanos lần lượt là 4121,4 ± 75,9 và 5233,6 ± 59
mg/kg. Hàm lượng As tích lũy trong hai cây có sự tăng dần theo thời gian thí nghiệm.
0.95
1
1.05
1.1
1.15
1.2
1.25
1.3
CT1 (o cây) CT2 (P.vittata) CT3 (Pity.calomelanos)
Các công thức thí nghiệm
Sinh khối khô của cây (kg)
3 tháng
6 tháng

Hình 3.29. Sinh khối cây ở các đợt thu hoạch khác nhau

16
Cứ sau ba tháng một lần, sinh khối ở phần trên mặt đất của hai loại dương xỉ được thu
hoạch và phân tích. Kết quả về sinh khối của cây thu được thể hiện trên hình 3.29. Sinh khối
của cây P.vittata cao hơn sinh khối cây P. calomelanos ở cùng điều kiện. Ở lần thu hoạch thứ
nhất, sinh khối khô của cây P.vittata và P. calomelanos tương ứng là 1,12 kg/ m

đất trồng P.vittata, P.calomelanos và đối chứng đạt tương ứng là 18 %, 17,6% và 7,4 %.
Hàm lượng As trong đất có thể giảm đi theo cách tự làm sạch của tự nhiên nhưng thời
gian rất lâu, mặt khác với đất ô nhiễm không thể trồng cây được thì sẽ tăng khả năng xói mòn
và rửa trôi đất sẽ gây ô nhiễm As sang các vùng đất lân cận.
3.6.2. Mô hình xử lý đất ô nhiễm As ở mỏ thiếc Núi Pháo, Hà Thượng

Hình 14 (Phụ lụ c). Ảnh
chụ p toà n bộ mô hình xử
lý
Hình 14a. P.
calomelanos tạ i
mô hình trình
diễ n
Hình 14b. P.
vittata tạ i mô
hình trình
diễ n

17
Trong một năm đầu, các bước cải tạo đất được tiến hành nhằm mục đích tạo điều kiện tốt
nhất để hai loài dương xỉ có thể phát triển đạt hiệu quả xử lý ô nhiễm As cao. Phân NPK,
phân hữu cơ vi sinh và vôi bột được bón vào đất thí nghiệm với mục đích làm tăng hàm lượng
dinh dưỡng và cải tạo pH của đất. Trồng cây mồi cải tạo đất là cây điền thanh và cốt khí. Một
số tính chất cơ bản của đất sau khi cải tạo được xác định, kết quả thu được thể hiện trên bảng
3.16.
Bảng 3.16. Một số tính chất đất trước và sau khi cải tạo để trồng dương xỉ
Kết quả cho thấy, đất sau khi cải tạo thì hàm lượng As đã giảm đi đáng kể được 1755,4


Hàm lượng As linh động trong đất là một thông số rất đáng chú ý khi nghiên cứu
phương pháp sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm, bởi vì chính lượng As này thực vật mới
có thể sử dụng được trong quá trình hút thu lên cây. Từ một hàm lượng As linh động ban
đầu chỉ bằng 24,9% lượng As tổng, sau các đợt lấy mẫu thì hàm lượng này đã tăng lên
Ký hiệu đất
As
(mg/kg)
pH
(KCl)
CHC
(%)
CEC
(mgđl/
100gđ)
Tổng N
(mg/kg)
Tổng P
(mg/kg)
TPCG
đất
Đất ban đầu
4521±122,4
3,4
3,29
16,5
170
230
Thịt TB
Đất sau cải tạo

18

P. vittata
441
461,4
525
494,4
458,4
469,8
P. calomelanos
388,8
427,8
453,6
427,2
416,4
394,2
Như vậy, với 1,5 năm thí nghiệm trồng dương xỉ, số lần thu hoạch cây là 06 lần
phần sinh khối bên trên mặt đất của cây. Bảng 3.18 thể hiện kết quả về sinh khối khô của
hai loại cây dương xỉ nghiên cứu sau các lần thu hoạch. Kết quả thu được cho thấy, sinh
khối khô ở phần trên mặt đất của cây sau 3 tháng thí nghiệm đạt khá cao và sinh khối khô
của cây P.vittata cao hơn của cây P.calomelanos ở các đợt thu hoạch thí nghiệm. Sinh
khối cây P.vittata dao động trong khoảng từ 441 kg - 525 kg và sinh khối cây
P.calomelanos dao động trong khoảng từ 388,8 kg-453,6 kg. Nếu tính trung bình sinh khối
khô của các cây sau các lần thu hoạch thì cây P.vittata là 475,2 kg và P.calomelanos là
418,2 kg.
Sau các đợt thu hoạch phần thân dương xỉ, chúng tôi đã phân tích hàm lượng As
để đánh giá khả năng tích lũy ngoài thực nghiệm. Các kết quả thu được thể hiện trên bảng
3.19.
Bảng 3.19. Hàm lượng As tích lũy ở phần thân lá của dương xỉ sau các tháng thu hoạch
Tháng thu hoạch


19
chứng tỏ là vai trò của cây dương xỉ bản địa tại Hà Thượng P.calomelanos đã phát huy tác
dụng tốt hơn so với cây thu thập từ vùng khác. Cây P.vittata tích lũy As ở phần trên mặt đất
dao động trong khoảng từ 3215±46 đến 4356±102,2 mg/kg và cây P.calomelanos tích lũy As
ở phần trên mặt đất là từ 4356±54,7 đến 5734±81,4 mg/kg. Nếu tính trung bình qua các lần
thu hoạch thí nghiệm thì cây P.vittata và P.calomelanos hấp thu As ở phần trên mặt đất tương
ứng là 3828 mg/ kg skk và 4779 mg/kg skk. Đây là số liệu hấp thu cao As, thể hiện được khả
năng xử lý As ngoài thực địa ở Hà Thượng là rất tốt.
Theo các số liệu thu thập được về khả năng hấp thu As ở phần bên trên mặt đất và
khối lượng khô của cây thu được, lượng As cây hấp thu trong một năm xử lý (M) được tính
như sau:
M = [(3,83g As/kg×475,2 kg) + (4,78gAs/kg ×418,2kg)]×4
= 15.276 g As = 15,28 kg As
Như vậy, trồng hai loại dương xỉ ở 700 m
2
trong 1 năm có thể hút thu 15,28 kg As.
Nếu trồng hai loại dương xỉ trên ở 1 ha (10000 m
2
) đất thì hàm lượng As có thể tách chiết ra
khỏi đất trong vòng 1 năm là 218,3 kg As/ ha. Đây là một lượng As đáng kể được tách ra khỏi
đất. Tuy nhiên, trong thực tế đất được làm sạch không chỉ do mỗi khả năng tách chiết As ra
khỏi đất bằng dương xỉ mà còn thông qua nhiều con đường khác nhau như khả năng bay hơi
qua khí khổng, hiệu quả làm sạch của vi sinh vật đất trong tự nhiên, hiệu quả của các loại vi
sinh vật sống cộng sinh trong rễ cây và khả năng rửa trôi tự nhiên.
3.7. Đề xuất quy trình
Sau các bước nghiên cứu trên, chúng tôi đề xuất quy trình xử lý As bằng dương xỉ như hình
3.31.
chì-kẽm làng Hích và mỏ thiếc núi Pháo) đã được đề tài nghiên cứu và đánh giá. Hàm lượng
As trong đất ở Hà Thượng là cao nhất, nhiều mẫu vượt QCVN 03:2008/BTNMT đối với đất
dân sinh nhiều lần. Hai loài dương xỉ Pteris vitatta và Pityrogramma calomelanos được tìm
thấy tại các vùng nghiên cứu này có khả năng tích lũy As cao ở phần trên mặt đất của cây
(tương ứng là 5876,5± 99,6 ppm và 2426,3±104,5 ppm).
2. Đã xác định được gene arsC có mặt trong 6 mẫu dương xỉ thuộc 2 loài
Pityrogramma calomelanos và Pteris vittata.
3. Hai loài dương xỉ Pteris vittata và Pityrogramma calomelanos có khả năng chống
chịu khá tốt trong đất có hàm lượng As linh động tương ứng lên tới 1500 mg/kg và 900
mg/kg. Chúng còn có thể sống được trong đất thải của quặng có chứa 15.146 ppm As tổng số.
Ngoài khả năng siêu tích lũy As, hai loài dương xỉ nghiên cứu có thể sử dụng cho xử lý Cd,
Pb và Zn nếu cùng tồn tại ở hàm lượng thấp trong đất. Thời điểm 3-4 tháng là thích hợp cho
thu sinh khối cây nếu áp dụng vào xử lý ngoài thực tế.
4. Với nồng độ P bổ sung là 800 mg/kg và N bổ sung là từ 100 – 200 mg/kg thì hiệu
quả loại bỏ As của Pteris vittata là tốt nhất. Đối với Pityrogramma calomelanos thì nồng độ P
và N phù hợp nhất tương ứng là 600 mgP/kg và từ 200 – 300 mgN/kg.
5. Hai loài dương xỉ nêu trên sinh trưởng và tích luỹ As tốt nhất ở công thức bón hỗn
hợp cả phân bón vô cơ và phân hữu cơ (0,2g phân bón vô cơ NPK/ kg + 0,4 g phân bón hữu
cơ Sông Gianh/kg).
- Giá trị pH 7 từ trung tính đến kiềm là phù hợp cho cả hai loài cây này để xử lý ô
nhiễm As trong đất tại hiện trường. Hàm lượng EDTA khác nhau đã ảnh hưởng đến sinh
trưởng cũng như tích luỹ KLN. Cả hai loài cây P. vittata và P.calomelanos có khả năng xử lý
ô nhiễm As cao nhất ở hàm lượng EDTA bổ sung lần lượt từ 1 – 3 và 1 – 2 mmol/kg.

21
- Nấm rễ cộng sinh (Arbuscular Mycorrhizae Fungi) bổ sung vào đất trồng P. vittata
và P.calomelanos làm cả hai loài cây phát triển tốt, tăng sinh khối từ 30,7 – 40,2% và tăng
lượng As tích lũy từ 115,5 – 118,5% so với cây trồng trên đất không bổ sung nấm.
6. Ở thí nghiệm quy mô 1 m
2

4. Nguyễn Anh (2005), “Sự ô nhiễm đất ở vùng khai khoáng của Việt Nam”, Hội thảo quốc tế
về quản lý và xử lý đất nông nghiệp bị ô nhiễm, Hà nội ngày 12-13/12/2005.

22
5. Trần Tuấn Anh (2011), “Nghiên cứu thành phần đi kèm trong các tụ khoáng kim loại cơ
bản và kim loại quý hiếm có triển vọng ở miền bắc Việt Nam nhằm nâng cao hiệu quả khai
thác chế biến khoáng sản và bảo vệ môi trường”, Hội nghị tổng kết chương trình khoa học
công nghệ phục vụ phòng tránh thiên tai, bảo vệ môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên
thiên nhiên, Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, tr. 229-240.
6. Đặng Thị Mai Anh, Tống Kim Thuần, Nguyễn Kiều Băng Tâm (2007), “Nghiên cứu quy
trình bảo quản chế phẩm vi sinh giữ ẩm đất Lipomycin M”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa
học Công nghệ môi trường – nghiên cứu và ứng dụng, Viện Khoa học và Công nghệ môi
trường, tr.319-323.
7. Bùi Thị Kim Anh, Đặng Đình Kim, Nguyễn Đức Thọ (2007), “Năng lượng sinh học: cơ hội
và thách thức”, Tuyển tập báo cáo hội nghị khoa học toàn quốc về năng lượng Việt Nam -
tiềm năng công nghệ và chính sách, tr. 74-82.
8. Lê Huy Bá (2002), Độc học môi trường, Nxb. ĐHQG TP. Hồ Chí Minh
9. Đặng Văn Bát và cs, (2005), “Môi trường khai thác khoáng sản ở Việt Nam”. Báo cáo tại
Hội nghị Môi trường toàn quốc. Hà Nội
10. Nguyễn Tiến Bân (2003-2005), Danh lục các loài thực vật Việt Nam, Tập II, III. Nhà xuất
bản Nông nghiệp, Hà Nội.
11. Nguyễn Văn Bình, Nguyễn Đức Quý, Vũ Minh Quân, Lê Quang Thành (2000), “Sự phân
bố và phát tán kim loại nặng trong đất và nước khu vực mỏ thiếc Sơn Dương”, Tạp chí các
khoa học về trái đất, 22(2), tr. 134-139.
12. Cục Môi trường, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Đề án phát triển và ứng dụng Công nghệ
sinh học trong công tác Bảo vệ môi trường. 12/2005
13. Công ty khoáng sản Tiberon (2004), Báo cáo ĐTM Dự án Núi Pháo, Đại Từ, Thái
Nguyên
14. Lê Xuân Cảnh (2005), Điều tra đánh giá hiện trạng tài nguyên sinh vật, đề xuất quy
hoạch và biện pháp quản lý hữu hiệu tài nguyên sinh vật phục vụ phát triển kinh tế xã hội tỉnh

29. Nguyễn Quốc Thông, Đặng Đình Kim, Vũ Đức Lợi, Lê Lan Anh, Trần Dụ Chi, Vũ Văn
Vụ (2003) “Hấp thụ kim loại nặng Cr và Ni từ nước thải mạ điện của cây cải soong
(Nasturtium officinale)”, Hội nghị CNSH toàn quốc tháng 12-2003, Hà Nội
30. Phạm Tích Xuân (2011), “Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các bãi thải khai thác và
chế biến khoáng sản kim loại đến môi trường và sức khỏe con người, đề xuất giải pháp giảm
thiểu”, Hội nghị tổng kết chương trình khoa học công nghệ phục vụ phòng tránh thiên tai, bảo
vệ môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên thiên nhiên, Nhà xuất bản Khoa học Tự nhiên và
Công nghệ, tr. 265-274.
31. Paul Trương, Trần Tân Văn, Elise pinners (2006), Cỏ Vetiver - hàng rào giảm nhẹ thiên
tai, bảo vệ môi trường (bản dịch).
32. Trần Văn Tựa (2006), Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu sử dụng các loài thực vật thuỷ
sinh điển hình cho xử lý nước thải công nghiệp chứa kim loại nặng và nước thải công nghiệp
chế biến thực phẩm, Đề tài cấp Viện KHCN Việt Nam.

24
33. UBND tỉnh Thái Nguyên (2004), Đề án tăng cường quản lý Nhà nước về tài nguyên
khoáng sản tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2005-2010.
34. Viện Thổ nhưỡng nông hóa (1998), Sổ tay phân tích đất, nước, phân bón, cây trồng. Nhà
xuất bản nông nghiệp, Hà Nội.
TIẾNG ANH
35. Abandoned mine site characterization and cleanup handbook August 2000 EPA 910-B-
00-001.
36. Abou-Shanab, R.A., Delorme, T.A., Angle, J.S., Chaney, R.L., Ghanem, K., Moawad, H.,
Ghozlan, H.A. (2003), “Phenotypic characterization of microbes in the rhizosphere of
Alyssum murale”, International Journal of Phytoremediation, 5, pp.367–379.
37. Akins, M.B., Lewis, R.J. (1976), “Chemical distribution and gaseous evolution of arsenic-
74 added to soils as DSMA-74As”, Soil Sci. Am. J. 40, pp. 655-658.
38. Alloway B. and D. Ayres (1993), Chemical Principles of Environmental pollution,
Blackie Academy and Profesional
39. Alloway B. (1995), Heavy metal in soil, The university of reading U.K, 262p.

Geochem, 30, pp. 1479–1493.
50. Brooks R R, Dunn C E and Hall G E M (1995), Biological Systems in Mineral Exploration and
Processing, Ellis Horwood, Hemel Hempstead.
51. Butterworth J. et al (1972), Environmental Pollution 3, 72 pages.
52. Burd, Dixon DG, Glick BR (2000), “Plant growth-promoting bacteria that decrease heavy
metal toxicity in plants”, Can J Microbiol, 46 (3), pp.237–245.
53. Cezary Kabala and Bal Ram Singh (2001), “Fractionation and Mobility of Copper, Lead,
and Zinc in Soil Profiles in the Vicinity of a Copper Smelter” J.Environ.Qual.,Vol.30, March-
April 2001, pp.485 - 491.
54. Chao-Yang Wei, Tong-Bin Chen (2006), “Arsenic accumulation by two brake ferns
growing on an arsenic mine and their potential in phytoremediation”. Chemosphere, 63, pp.
1048–1053.
55. Chae Y.B., et al. (2004), “Recycling and decontamination of metal mine tailings”, ASEM
workshop on Clean Technology, Hanoi, Vietnam, 11/2004, pp. 33- 44.
56. Charles Plummer (1996), “Interest Increases in Using Plants for Environmental
Remediation”, Economic Research Service, USDA, pp. 32-36.
57. Channey R. et al (1997), “Phytoremediation of soil metals”, Current Opinion in
Biotechnology, 8, pp. 279–284.
58. Chaney, RL., et al. (2000), “An improved understanding of soil Cd risk to humans and
low cost methods to remediate soil Cd risks”. Bio Metal, 17, pp. 549 – 553.
59. CHEN Tongbin et al. (2002), “Arsenic hyperaccumulator Pteris vittata L. and its arsenic
accumulation”, Chinese Science Bulletin, 47, No. 11, pp. 902-905.
60. CHEN Tongbin et al. (2003), “Cellular distribution of arsenic and other elements in
hyperaccumulator Pteris nervosa and their relations to arsenic accumulation”, Chinese
Science Bulletin, Vol. 48, No. 15, pp. 1586-1591.
61. Chen Tongbin, Liao Xiao-Young, Huang Zechun, Lei Mei, Li Wen-Xue, Mo Liang-yu,
An Zhi-Zhuang, Wei Chao-Yang, Xiao Xi-Yuan and Xie Hua (2006), “Phytoremediation of
Arsenic-Contaminated soils in China”, Methods in Biotechnology, 23, pp. 391-400.