Nghiên cứu mối tương quan giữa hàm lượng kim loại nặng trong trầm tích với kích thước hạt trầm tích biển ven bờ đồng bằng sông Cửu Long - Lê Ngọc Anh

104 NGHIÊN CỨU MỐI TƢƠNG QUAN GIỮA HÀM LƢỢNG KIM LOẠI NẶNG TRONG TRẦM TÍCH VỚI KÍCH THƢỚC HẠT TRẦM TÍCH BIỂN VEN BỜ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG Đến tòa soạn - 2016 Lê Ngọc Anh Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội SUMMARY STUDY ON THE CORRELATION BETWEEN THE CONTENTS OF HEAVY METALS WITH COASTAL SEDIMENT PARTICLE SIZE IN THE MEKONG DELTA Four heavy metals including As, Cd, Cr, and Pb were determined in 72 marine sediment samples in the Mekong Delta by Atomic Absorption Spectrophotometric method (AAS). Analysis results showed that contents of heavy metals were not exceed permissible limits. Sediment particle size be determined by the Robinson’s straw method. Based on the average particle size (Md), the sample of marine sediments can be divided into three groups: clay (Md = 1 - 10µm); silt (Md = 10 - 100µm); sand (Md = 100 - 1000µm). Their correlations with sediment particle size has been studied. The research results indicated that, size of Md and Mean closely correlated with contents of heavy metals. For powder particles, correlation was negative, generally when the particle size increases, the contents of heavy metals decreases. For clay particles, correlation was positive, when the particle size increases, the contents of heavy metal increases. 1. MỞ ĐẦU Những năm gần đ y, kim lo i n ng (KLN) trong trầm tích v ng cửa s ng, ven iển v rừng ngập m n đ đƣợc nghiên cứu nhiều trên thế gi i [2,3,4,5,8,9,10 Ở Việt Nam, cho đến nay nghiên cứu về KLN chủ yếu đƣợc thực hiện ở các v ng đ thị v đất nhiễm phèn [6,7 , trong khi v ng đất v trầm tích ven iển c n chƣa đƣợc quan t m nhiều Trầm tích iển ven ờ s ng Cửu Long (SCL), đ c iệt án đảo C Mau l trầm tích rừng ngập m n, rất gi u sunfua v các chất hữu cơ, thích hợp cho việc lắng Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học - Tập 21, Số 4/2016 105 đọng v lƣu giữ các chất nhiễm có nguồn gốc từ đất liền, nhất l các KLN [10 Trong i áo n y, ch ng t i trình y những kết quả nghiên cứu mối tƣơng quan giữa h m lƣợng các kim lo i As, C , Cr v P v i kích thƣ c h t trong trầm tích iển ven ờ SCL 2 THỰC NGHIỆM 2.1. Địa điểm nghiên cứu Khu vực nghiên cứu có thể đƣợc chia l m a khu vực nhỏ nhƣ sau: khu vực 1 từ cửa Tranh Đề đến G nh H o, khu vực 2 xung quanh mũi C Mau v khu vực 3 phía T y án đảo C Mau Vị trí 72 mẫu trầm tích ề m t thu thập đƣợc từ các chuyến khảo sát Việt - Đức các năm từ 2006 đến 2008 đƣợc trình y trong hình 1 Hình 1. Sơ đồ khu vực lấy mẫu nghiên cứu 2.1. Thiết bị, dụng cụ, hóa chất - Thiết ị quang phổ hấp thụ nguyên tử Analyst 800 của h ng Perkin Elmer sử ụng kỹ thuật nguyên tử hóa ằng ngọn lửa, l graphit v hiđrua hóa (HVG-AAS). - L vi sóng của h ng Milestone (Start D); micropipette Eppen orf C n ph n tích AB204-S (± 0,1mg, Thụy Sĩ) Máy cất nƣ c hai lần Aquatron (Anh) - Ống nghiệm thủy tinh chịu nhiệt 30 ml có nắp xoáy; cốc thủy tinh chịu nhiệt, thể tích 100ml, 250 ml, 1000ml; ình định mức thủy tinh, thể tích 25ml, 50ml,100 ml, 1000ml. - Tất cả hóa chất sử ụng đều có đ tinh khiết ph n tích của Merck Dung ịch chuẩn của các kim lo i nghiên cứu đƣợc chuẩn ị từ ung ịch gốc 1000 ppm của Merck. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kích thƣớc hạt trầm tích biển Th nh phần đ h t trầm tích đƣợc xác định theo phƣơng pháp r y v ống h t Ro inson Từ kết quả xác định th nh phần cấp h t ta tính toán đƣợc giá trị kích thƣ c h t me ian (M ) của các mẫu trầm tích [1 Từ giá trị M ta có thể chia các mẫu trầm 106 tích th nh 3 nhóm chính: nhóm sét (M = 1 ÷ 10 µm), nhóm t (M = 10 ÷ 100 µm), nhóm cát (Md = 100 ÷ 1000 µm). 3.2. Hàm lƣợng kim loại nặng trong trầm tích biển Kết quả ph n tích h m lƣợng các KLN trong mẫu trầm tích iển cho thấy: - H m lƣợng Asen trong các mẫu trầm tích trong nhóm sét ao đ ng trong khoảng 9,08 – 47,11 mg/kg, trung ình 23,96 mg/kg Trong các mẫu trầm tích có kích thƣ c h t trung ình thu c nhóm t, h m lƣợng Asen ao đ ng trong khoảng từ 14,46 mg/kg đến 37,24 mg/kg, trung ình 25,01 mg/kg Trong nhóm t, h m lƣợng trung ình của Asen cao hơn trong các mẫu trầm tích ở nhóm sét So v i QCVN 43:2012/BTNMT , thì hàm lƣợng Asen trong hầu hết các mẫu đều chƣa vƣợt quá giá trị gi i h n cho phép, chỉ có m t v i mẫu đ vƣợt quá gi i h n (41,6 mg/kg) Điều n y cho thấy h m lƣợng Asen trong mẫu trầm tích nghiên cứu chƣa ảnh hƣởng ất lợi đến đ ng vật thủy sinh - V i nhóm sét, tổng h m lƣợng của Crom iến đổi từ 46,47 – 101,02 mg/kg, trung ình đ t 72,46 mg/kg C n trong nhóm t, h m lƣợng Crom iến đổi từ 29,81 mg/kg đến 101,69 mg/kg H m lƣợng Crom trung ình trong các mẫu nghiên cứu l 70,19 mg/kg So v i các mẫu trầm tích nhóm sét, h m lƣợng Crom trung ình ở nhóm t có xu hƣ ng cao hơn So v i QCVN 43:2012/BTNMT , thì h m lƣợng Crom trong các mẫu trầm tích nghiên cứu đều chƣa vƣợt quá gi i h n cho phép (160 mg/kg) Điều n y cho thấy kim lo i Cr m chƣa g y ảnh hƣởng đến đời sống thủy sinh - Các mẫu trầm tích thu c nhóm sét có h m lƣợng P iến đổi từ 12,5 đến 47,6 mg/kg Trong nhóm t, h m lƣợng P ao đ ng trong khoảng từ 17,25 mg/kg đến 47,66 mg/kg, trung ình 28,33 mg/kg So v i các mẫu trầm tích nhóm sét, h m lƣợng P trung ình ở nhóm t cao hơn So v i tiêu chuẩn chất lƣợng trầm tích QCVN 43:2012/BTNMT đối v i trầm tích iển ven ờ, thì trong hầu hết các mẫu trầm tích nghiên cứu, h m lƣợng P đều chƣa vƣợt quá giá trị gi i h n cho phép (112 mg/kg) Điều n y chứng tỏ, trầm tích iển ven ờ ĐBSCL chƣa ị nhiễm P - So v i các kim lo i nghiên cứu khác, Ca imi có h m lƣợng thấp nhất Trong các mẫu trầm tích thu c nhóm sét, h m lƣợng của Ca imi thay đổi trong ph m vi từ 0,07 đến 2,16 mg/kg, song chủ yếu tập trung trong khoảng 0,07 – 0,89 mg/kg H m lƣợng trung ình của Ca imi l 0,37 mg/kg C n ở nhóm t, h m lƣợng Ca imi iến thiên trong khoảng 0,13 mg/kg đến 0,96 mg/kg, trung ình 0,34 mg/kg Theo QCVN 43:2012/BTNMT, thì chƣa có mẫu n o h m lƣợng Ca imi vƣợt quá gi i h n cho phép (4,2 mg/kg) Điều n y cho thấy h m lƣợng Ca imi trong mẫu trầm tích nghiên cứu chƣa g y ảnh hƣởng đến đời sống thủy sinh 3.3. Mối tƣơng quan giữa hàm lƣợng KLN với kích thƣớc hạt trầm tích biển Có hai kiểu tƣơng quan giữa h m lƣợng KLN v kích thƣ c h t trầm tích đƣợc nghiên cứu l tƣơng quan ƣơng (hệ số tƣơng quan R > 0) v tƣơng quan m (hệ số tƣơng quan R < 0) Hệ số tƣơng quan R c ng gần 1 thì mối tƣơng quan giữa h m lƣợng KLN v i kích thƣ c h t trầm tích c ng ch t chẽ 107 3.3.1. Mối tương quan trong nhóm sét Nhóm sét gồm các mẫu trầm tích có kích thƣ c h t M nằm trong khoảng từ 5,18 µm – 9,67 µm v kích thƣ c h t Mean từ 4,62 µm – 9,38 µm Trong tổng số 72 mẫu nghiên cứu có 30 mẫu l sét, chiếm 41,67% Những kết quả xác định kích thƣ c h t cho thấy: kích thƣ c h t M v Mean của các mẫu trầm tích xấp xỉ nhau Do đó ph n phối của các giá trị M v Mean trong nhóm sét l ph n phối chuẩn Thêm v o đó hệ số tƣơng quan R giữa M v Mean l 0,91, thể hiện mối tƣơng quan ch t chẽ giữa h m lƣợng KLN v i kích thƣ c h t của các mẫu trầm tích trong khu vực nghiên cứu Các đ c trƣng thống kê về h m lƣợng KLN trong nhóm mẫu n y đƣợc trình y trong ảng 1 Ph n tích mối quan hệ giữa h m lƣợng Asen v i kích thƣ c h t M v Mean trong mẫu trầm tích cho thấy ch ng có mối tƣơng quan ƣơng Hệ số tƣơng quan R giữa h m lƣợng Asen v i kích thƣ c h t M v Mean lần lƣợt l 0,448 v 0,439 Điều n y có nghĩa h m lƣợng Asen c ng cao khi kích thƣ c h t sét c ng l n Tƣơng tự nhƣ Asen, h m lƣợng Ca imi cũng có mối tƣơng quan ƣơng v i kích thƣ c h t trong mẫu trầm tích sét Hệ số tƣơng quan R = 0,28 v R = 0,26 giữa h m lƣợng Ca imi đối v i kích thƣ c h t M v Mean thể hiện rõ điều n y Tuy nhiên, v i hệ số tƣơng quan thấp, h m lƣợng Ca imi thể hiện mối tƣơng quan kh ng ch t chẽ v rõ r ng v i giá trị kích thƣ c h t M và Mean. V i đ nhọn ằng -1,45 v hệ số ất đối xứng ằng 0,18, h m lƣợng Crom trong các mẫu trầm tích nghiên cứu thu c nhóm sét đƣợc coi l ph n phối chuẩn Điều n y giải thích t i sao hệ số tƣơng quan của h m lƣợng Crom v i kích thƣ c h t Mean v M của trầm tích l i ằng nhau H m lƣợng Crom có mối tƣơng quan ƣơng, ch t chẽ v i kích thƣ c h t trong các mẫu trầm tích, v i hệ số tƣơng quan R = 0,55 Trong c ng m t mẫu trầm tích, Crom thể hiện mối quan hệ giữa h m lƣợng v giá trị kích thƣ c M v Mean rõ r ng hơn so v i các KLN khác nhƣ Asen v Ca imi (hình 2). Hình 2. Tương quan giữa hàm lượng Crom với kích thước Md và Mean Chì (P ) l kim lo i thể hiện sự tƣơng quan h m lƣợng v i các kích thƣ c M v Mean rõ r ng nhất trong số các kim lo i n ng nghiên cứu Đ nhọn ằng -1,46 v hệ số ất đối xứng ằng -0,08 phản ánh sự ph n ố xấp xỉ ph n phối chuẩn của h m lƣợng P trong các mẫu trầm tích Vì vậy, sự tƣơng quan giữa các kích thƣ c M v Mean v i 108 h m lƣợng kim lo i n ng n y l ằng nhau V i hệ số tƣơng quan R = 0,63 cho thấy mối tƣơng quan thuận chiều v ch t chẽ giữa h m lƣợng của P v i kích thƣ c h t M và Mean (hình 3). Hình 3. Tương quan giữa hàm lượng Pb với kích thước Md và Mean 3.3.2. Mối tương quan trong nhóm bột Nhóm t gồm các mẫu trầm tích có kích thƣ c h t M nằm trong khoảng 10,19 µm – 99,18µm v Mean có giá trị từ 10,12µm – 95,70µm Số lƣợng mẫu trong nhóm n y chiếm 54,17 % tổng số mẫu nghiên cứu V i hệ số tƣơng quan R = 0,86 nên giá trị M v Mean có mối tƣơng quan ch t chẽ v i nhau Tuy nhiên tƣơng quan n y kh ng ch t chẽ ằng mối tƣơng quan giữa kích thƣ c M v Mean của các mẫu trong nhóm sét Các đ c trƣng thống kê về h m lƣợng KLN trong nhóm n y đƣợc trình y ở ảng 2. Trong các mẫu trầm tích thu c cấp h t t, v i đ nhọn -0,38 v hệ số ất đối xứng l 0,38 cho thấy h m lƣợng Asen trong cấp h t n y l ph n phối chuẩn Trong mối tƣơng quan v i M , Asen thể hiện sự tƣơng quan kh ng rõ r ng v i hệ số tƣơng quan R = 0,03 Trong khi đó, trong mối tƣơng quan v i kích thƣ c Mean, h m lƣợng Asen thể hiện mối tƣơng quan m v i hệ số tƣơng quan R = - 0,01 So sánh hệ số tƣơng quan giữa h m lƣợng Asen v kích thƣ c h t M v Mean từ cấp h t sét đến cấp h t t cho thấy hệ số tƣơng quan giữa kích thƣ c h t M v Mean giảm m nh Điều n y cho thấy, ở cấp h t kích thƣ c c ng l n thì h m lƣợng Asen có xu hƣ ng giảm Bảng 1. Đặc trưng thống kê hàm lượng kim loại nặng trong nhóm sét Đ c trƣng thống kê Các kim lo i n ng As Cd Cr Pb Giá trị trung ình 23,96 0,37 72,46 27,12 Trung vị (M ) 24,13 0,29 69,75 28,49 Đ lệch chuẩn 9,48 0,40 18,36 8,01 Đ nhọn 0,30 15,00 -1,45 -1,46 Hệ số ất đối xứng 0,71 3,53 0,18 -0,08 Giá trị cực tiểu 9,08 0,07 46,47 15,19 Giá trị cực đ i 47,11 2,16 101,02 40,74 Phƣơng sai 0,40 1,08 0,25 0,30 109 Bảng 2. Đặc trưng thống kê hàm lượng kim loại nặng trong nhóm bột Đ c trƣng thống kê Các kim lo i n ng As Cd Cr Pb Giá trị trung ình 25,01 0,34 70,19 28,83 Trung vị (Md) 23,72 0,32 69,04 29,04 Đ lệch chuẩn 5,86 0,18 17,91 6,47 Đ nhọn -0,38 1,80 -0,64 0,70 Hệ số ất đối xứng 0,38 1,30 -0,08 0,59 Giá trị cực tiểu 14,46 0,13 29,81 17,25 Giá trị cực đ i 37,24 0,92 101,69 47,66 Phƣơng sai 0,23 0,54 0,26 0,22 Cadimi l kim lo i có h m lƣợng thấp nhất trong số các kim lo i n ng đƣợc nghiên cứu Khác v i nhóm sét, trong nhóm t h m lƣợng Ca imi thể hiện sự ph n ố xấp xỉ ph n phối chuẩn Trong mối quan hệ v i kích thƣ c M v Mean, h m lƣợng Ca imi thể hiện mối tƣơng quan m Hệ số tƣơng quan R = - 0,1 đối v i cả kích thƣ c h t M v Mean cho thấy mối tƣơng quan n y chƣa thực sự rõ r ng Trong nhóm t, tƣơng tự Asen khi kích thƣ c h t c ng l n, thì h m lƣợng Ca imi có xu hƣ ng giảm Tƣơng tự trong nhóm sét, h m lƣợng Crom trong nhóm t cũng l ph n phối chuẩn Giá trị M v Mean xấp xỉ nhau, đ nhọn -0,64 v hệ số ất đối xứng l -0,08 đ chứng minh điều n y H m lƣợng Crom có mối tƣơng quan m v i kích thƣ c M v Mean Tuy hệ số tƣơng quan R kh ng thực sự cao (- 0,42 và - 0,52) nhƣng Crom đ thể hiện mối tƣơng quan rõ r ng nhất trong số các kim lo i n ng khác đƣợc nghiên cứu (hình 4) Hình 4. Tương quan giữa hàm lượng Crom với kích thước Md và Mean Đối v i nguyên tố P , đ nhọn v hệ số ất đối xứng thấp, phản ánh quy luật ph n phối chuẩn của h m lƣợng kim lo i n y So v i các mẫu trầm tích nhóm sét, h m lƣợng P trung ình cao hơn v ph n phối gần v i ph n phối chuẩn hơn Tuy nhiên, trong nhóm n y P l i kh ng thể hiện sự tƣơng quan ch t chẽ v i hệ số tƣơng quan nổi ật nhƣ nhóm sét Trong nhóm t, P thể hiện sự tƣơng quan h m lƣợng v i kích thƣ c M v Mean rõ r ng hơn các kim lo i Asen, Ca imi nhƣng l i kém hơn so v i kim lo i Crom Hệ số tƣơng quan R giữa h m lƣợng P v i kích thƣ c h t M v Mean lần lƣợt 110 là - 0,2 và - 0,28 đ thể hiện mối tƣơng quan m H m lƣợng kim lo i n y giảm khi kích thƣ c h t của mẫu trầm tích tăng 4 KẾT LUẬN Từ kết quả khảo sát mối tƣơng quan giữa h m lƣợng kim lo i n ng v i kích thƣ c h t trầm tích iển ven ờ ĐBSCL có thể đi đến kết luận sau: Đối v i cấp h t sét, kích thƣ c h t M v Mean có mối tƣơng quan ƣơng v ch t chẽ v i h m lƣợng các kim lo i n ng Điều n y có nghĩa l khi kích thƣ c h t trầm tích c ng l n thì h m lƣợng kim lo i n ng trong mẫu trầm tích c ng cao Ngƣợc l i, đối v i cấp h t t, kích thƣ c h t M v Mean có mối tƣơng quan m v i h m lƣợng kim lo i n ng Điều đó có nghĩa l h m lƣợng kim lo i n ng có xu hƣ ng chung giảm khi kích thƣ c cấp h t t tăng Kết quả nghiên cứu n y l những ữ liệu quan trọng đóng góp v o việc nghiên cứu, đánh giá tác đ ng m i trƣờng về sự tích tụ kim lo i n ng trong trầm tích v ng cửa s ng, ven iển đồng ằng s ng Cửu Long nói riêng v trong các mẫu trầm tích nói chung. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trần Nghi (2003), Giáo trình trầm tích học, NXB Đ i học Quốc gia H N i 2. Balachandran K. K, C. M Lalu Raj, M Nair, TJoseph, P. Sheepa, P. Venugopal (2005). Heavy metal accumulation in a flow restricted,tropical estuary, Estuarine, Coastal and Shelf Science 65, pp. 361-370. 3. Bryan G. W, Langstone W.J., (1992). Bioavailability, accumulation and effects of heavy metals in sediments with special reference to United Kingdomestuaries: a review, Environmental Pollution 76, pp. 89-131. 4. Defew L. H, Mair J. M, Guzman H. M, (2005). An assessment of metal contamination in mangrove sediments and leaves from Punta Mala Bay, Pacific Panama, Marine Pollution Bulletin 50, pp. 547-552. 5. Hoa Nguyen My, Tran Kim Tinh, Mats Astromand Huynh Tri Cuong, (2004). Pollution of SomeToxic Metals in Canal Water Leached Out FromAcid Sulphate Soils in the Mekong Delta, Vietnam, The Second International Symposiumon Southeast Asian Water Environment /December 1-3. 6. Phuong P. K, C. P. N. Son, J. J. Sauvain, J. Tarradellas, (1998). Contamination by PCB’S, DDT’ San Heavy Metals in Se iments of Ho Chi Minh City’s Canals, Viet Nam, Bull. Environ. Cotam.Toxicol 60, pp. 347-354. 7. Rashida Q, Sardar A.S, Naureen A.Q, (2005). A comparative study of heavy metal concentrations in surbficial sediments from coastal areas of Karachi, Pakistan, Marine Pollution Bulletin 50, 583-608. 8. Sabine D., Lyn C. N., Lorenzo G., Susan B. Marriott, Hans-Joachim S., David J. Bird, (2006). Evidence for diclining levels of heavy-metals in the Severn Estuary/Bristol Channel, U.K. and their spatial distribution in semidents, Environmental Pollution 143, pp. 187-196. 9. Saifullah S. M, Sarwat I., Khan S. H, Saleem M, (2004). Land Use – Iron Pollution in Mangrove Habitat of Karachi, Indus Delta, Earth Interaction, Vol 8, No 17. 10. Zheng W J, Cheng X Y, Lin P., (1997). Accumulation and biological cycling of heavy metal elements in Rhizophora stylosamangroves in Yingluo Bay, China, Marine Ecology Progress Series 159, pp. 293-301.