Dự thảo tóm tắt Luận án - Nghiên cứu thực trạng và đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm một số kim loại nặng (Cd, Pb, As) trong đất vùng trồng rau thành phố Thái nguyên và phụ cận bằng thực vật

hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. NGUYỄN MẠNH KHẢI 2. GS.TS. ĐẶNG THỊ KIM CHI Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án Tiến sĩ cấp Đại học Quốc gia tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội. Vào hồi giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Ô nhiễm môi trường và vệ sinh an toàn thực phẩm đang trở thành vấn đề thời sự, mối quan tâm của toàn xã hội. Tại một số vùng chuyên canh rau, mức độ không an toàn về sản phẩm rau xanh và ô nhiễm môi trường canh tác rất cao do việc sử dụng phân bón và hóa chất bảo vệ thực vật không phù hợp, cùng với sự thiếu hiểu biết của người canh tác đã gây ra những tác động xấu đến môi trường, làm cho sản phẩm rau xanh cũng như môi trường canh tác bị ô nhiễm độc chất, đặc biệt là các kim loại nặng (KLN). Vì vậy đề tài luận án: “ c u t ực trạ và đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm một số KLN (Cd, Pb, As) tro đất vùng trồng rau thành phố Thái Nguyên và phụ cận bằng thực vật” được đặt ra nhằm góp phần xác định cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xử lý ô nhiễm KLN (As, Cd, Pb) trong đất bằng phương pháp thực vật. 2. Mục đích nghiên cứu của luận án Đánh giá được mức độ ô nhiễm của KLN (As, Cd, Pb) trong đất, nước tưới và rau tại một số vùng trồng rau chuyên canh của thành phố Thái Nguyên và phụ cận; trên cơ sở đó đánh giá được khả năng hấp thu (As, Cd, Pb) của 2 loại thực vật bản địa gồm cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.) nhằm đề xuất quy trình xử lý một số KLN tích lũy trong đất trồng rau bằng thực vật cho địa bàn nghiên cứu. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Bổ sung cơ sở dữ liệu về sự tích lũy hàm lượng KLN trong đất, nước tưới và trong rau ở vùng trồng rau thuộc thành phố Thái Nguyên và phụ cận, cũng như khả năng xử lý KLN (As, Cd, Pb) trong đất của cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.). - Đề tài đã xây dựng được quy trình và có thể được ứng dụng trong thực tiễn nhằm xử lý một số KLN (Cd, Pb, As) trong đất trồng rau bằng việc chọn 2 loại thực vật bản địa trên địa bàn nghiên cứu 4. Những đóng góp mới của luận án Kết quả của luận án đã đánh giá được 1 cách toàn diện về thực trạng tích lũy KLN (As, Cd, Pb) trong đất, nước tưới và trong rau ở vùng trồng rau thuộc thành phố Thái Nguyên và phụ cận; Đã xác định được ngưỡng ô nhiễm giới hạn về KLN (As, Cd, Pb) và ảnh hưởng của độ chua, phân hữu cơ vi sinh và phức chất hữu cơ EDTA đến sự phát triển của cây cỏ mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.); Đã xác định được tiềm năng sinh khối và thời gian thu hoạch hợp lý để sử dụng 2 loại thực vật bản địa trong xử lý đất trồng rau bị ô nhiễm As, Cd, Pb. 1 5. Bố cục của luận án Luận án hoàn chỉnh gồm 116 trang (không kể phần phụ lục). Trong đó phần mở đầu 2 trang; Chương 1. Tổng quan tài liệu 28 trang; Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu 14 trang; Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 60 trang; Kết luận 2 trang; Danh mục công trình công bố 1 trang; Tài liệu tham khảo 6 trang gồm 59 tài liệu trong đó có 38 tài liệu tiếng Việt và 21 tài liệu tiếng Anh. Luận án có 64 bảng, 29 hình. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Hàm lƣợng kim loại nặng trong đất 1.1.1. Khái niệm kim loại nặng Thuật ngữ “KLN” được từ điển hóa học định nghĩa là các kim loại có tỷ trọng lớn hơn 4,5 g/cm3. Trong tự nhiên có hơn 70 nguyên tố KLN. 1.1.2. Sự tồn tại và chuyển hóa KLN tro đất Sự chuyển hóa KLN trong đất phụ thuộc rất nhiều vào các dạng hóa học và sự đặc hiệu của kim loại. 1.2. Tình hình ô nhiễm KLN trong đất trên thế giới và Việt Nam 1.2.1. Tình hình ô nhiễm KLN tro đất trên thế giới Đất ô nhiễm KLN (KLN) là một mối quan tâm ở hầu hết các quốc gia. Phục hồi sinh thái đất bị ô nhiễm do các hoạt động của con người đang là một thách thức lớn trong những thập kỷ gần đây. Khoảng 1/6 tổng diện tích đất nông nghiệp ở Trung Quốc bị ô nhiễm KLN, hàm lượng KLN trong đất canh tác nông nghiệp vượt tiêu chuẩn chiếm 16,1%. Khoảng 3,5 triệu địa điểm ở Châu Âu được ước tính có khả năng bị ô nhiễm với 0,5 triệu địa điểm bị ô nhiễm cao và cần được khắc phục. Có 400.000 điểm ô nhiễm đất ở các nước châu Âu. Tại Mỹ, khoảng 600.000 ha các địa điểm đất đã bị ô nhiễm bằng KLN. Trên 43.000 vùng công nghiệp ở Mỹ trong tình trạng ô nhiễm, trong đó trên 40% là ô nhiễm KLN như Pb, Cd, Cr, As. Ở Phần Lan, hầu hết ô nhiễm KLN trong đất là do nước thải từ chế biến thực vật, nhà máy cưa, chế biến gỗ, khu vực săn bắn, gara ô tô và kho phế liệu. Trong năm 2001, 20.000 vùng đất đã bị nhiễm bẩn KLN, 38% những khu vực này bị đóng cửa để xử lý, trong đó nhiễm bẩn KLN là mối quan tâm lớn nhất. 1.2.2. Tình hình ô nhiễm KLN tro đất ở Việt Nam Ở Việt Nam, môi trường đất đang có dấu hiệu ô nhiễm. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng: Hàm lượng kim loại (Cu, Pb, Zn) trong các mẫu đất sử dụng nước tưới của sông Nhuệ có sự khác nhau giữa các khu vực nghiên cứu và giữa các mùa nghiên cứu. Hàm lượng đồng (Cu) và kẽm (Zn) đo được tại một số điểm lấy mẫu đất đã vượt quá tiêu chuẩn cho phép - QCVN 03:2008/BTNMT. Đất ở khu bãi thải mới của làng Hích, Thái Nguyên có hàm lượng chì và cadimi có hàm lượng chì và cadimi cao hơn tiêu chuẩn; đất ở làng nghề đúc nhôm, đồng tại Văn Môn - Yên Phong - Bắc Ninh hàm lượng KLN trong đất nông nghiệp của làng nghề này khá cao: trung bình hàm lượng Cd là 1 mg/kg; Cu là 41,4 mg/kg; Pb là 39,7 mg/kg và Zn là 100,3 mg/kg. Đất nông nghiệp của huyện Văn Lâm - Hưng Yên được cảnh báo nguy cơ ô nhiễm đồng, kẽm. 2 1.3. Xử lý KLN trong đất bằng thực vật 1.3.1. Biện pháp xử lý ô nhiễm KLN bằng thực vật Cho đến nay, việc sử dụng thực vật để xử lý các chất ô nhiễm đã được ứng dụng ở nhiều nơi và áp dụng cho nhiều loại chất ô nhiễm. Giải pháp công nghệ này bao gồm các quá trình cơ bản như sau: - Chuyển hoá chất ô nhiễm (Phyto-transformation) - Xử lý bằng vùng rễ (Rhizosphere remediation) - Công nghệ cố định các chất ô nhiễm (Phytostabilization) - Công nghệ chiết xuất bằng thực vật (Phytoextraction) - Công nghệ lọc bằng rễ (Rhizo-filtration) - Công nghệ bay hơi qua lá cây (Phyto-volatilization) 1.3.2. Các loài thực vật có khả ă xử lý đất ô nhiễm KLN Hiện nay có trên 450 loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại cao đã được công bố. Các họ thực vật chiếm ưu thế về số loài được xác định là “Siêu hấp thụ” là Asteraceae, Brassicaceae, Caryopyllaceae, Cyperaceae, Conouniaceae, Fabaceae, Flacuortiaceae, Lamiaceae, Poaceae, Violaceae and Euphobiaceae. 1.3.3. Các yếu tố ả ưở đến quá trình hấp thụ KLN của thực vật Tính linh động của các KLN chịu ảnh hưởng lớn bởi đặc tính lý hóa của môi trường đất như: hàm lượng các chất hữu cơ có trong đất, pH đất, thành phần cơ giới, CEC,....Thông thường pH thấp, thành phần cơ giới nhẹ, độ mùn thấp thì hút thu KLN của thực vật tăng. 1.3.4. Tình hình xử lý KLN bằng thực vật trên thế giới và ở Việt Nam Ở các phát triển Âu-Mỹ, hệ thực vật đã được khảo sát khá đầy đủ về khả năng chống chịu và hấp thu kim loại, hướng nghiên cứu này vẫn được duy trì và phát triển về cả lý luận và thực tiễn. Nhiều loại hình công nghệ xử lý ô nhiễm kim loại bằng thực vật đã được hình thành, phát triển và áp dụng thành công trong thực tiễn. Trong khoảng 10 năm trở lại đây các nhà khoa học tập trung nhiều nghiên cứu vào nhóm thực vật này bởi tầm quan trọng đối với cả khoa học và thực tiễn của chúng. Đối chiếu với các tài liệu đã công bố về hệ thực vật Việt Nam, trong danh sách các loài “siêu tích tụ” kim loại đã được công bố trên thế giới có 450 loài thì ở Việt Nam chỉ bắt gặp 27 loài. Trong số này, 4 loài là thực vật thủy sinh và 23 loài là thực vật trên cạn. Ở Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu khả năng xử lý KLN của các loài thực vật như sử dụng cây Sậy (Phragmites australis), cỏ vetiver, một số loài thực vật thuỷ sinh như bèo tây, bèo cái, rau muống, bèo tấm, ngổ, sậy,... 1.3.5. Đặc đ ểm sinh thái học của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực Cỏ mần trầu ( Eleusine indica L. Gaertn ), ngành Ngọc lan Magnoliophyta. Là cây thảo sống hằng năm, cao 15÷90cm, có rễ mọc khỏe. Lá mọc so le, hình dải nhọn; phiến lá nhẵn, mềm; bẹ lá có lông. Thân bò dài ở gốc, phân nhánh, sau mọc thẳng đứng thành bụi. Cây ra hoa thàng 3-11, mọc phổ biến ở nhiều nơi, thường gặp ở bờ ruộng, ven đường, bãi hoang. Cây lu lu đực (Solanum nigrum L) thuộc chi Solanum L. là một chi lớn nhất trong họ Cà Solanaceae. Cỏ hàng năm, cao 30-100 cm, nhẵn hoặc có lông tơ. Lá đơn mọc cách, mỏng như giấy, hình trứng, cỡ 3-11 x 1,5-6,5 cm, chóp nhọn, gốc hình nêm thót dần tới cuống. Mùa hoa quả tháng 6-11. Mọc rải rác trên các bãi hoang, ruộng hoang, ven đường, ở mọi độ cao đến 2500 m. 3 CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng và địa điểm nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Thực vật được sử dụng trong nghiên cứu: Hai loài thực vật có khả năng hấp thu KLN: cỏ mần trầu (Eleusine indica L.), cây lu lu đực (Solanum nigrum L.). - Cây trồng sử dụng trong thí nghiệm là cây gieo từ hạt, cây khoảng 4 – lá non và có chiều cao đồng đều nhau, cây được trồng trên đất sạch không bị ô nhiễm KLN. - KLN nghiên cứu As, Cd, Pb được bổ sung dưới dạng các muối Na2HAsO4.7H2O, Pb(NO3)2, Cd(NO3)2.4 H2O ở các hàm lượng khác nhau tùy theo mục đích từng thí nghiệm. Địa đ ểm nghiên c u: Khu vực trồng rau ở thành phố Thái Nguyên và vùng phụ cận 2.2. Nội dung nghiên cứu 1) Nghiên cứu thực trạng ô nhiễm As, Cd, Pb trong đất, nước và rau tại một số vùng chuyên canh rau ở thành phố Thái Nguyên và phụ cận. 2) Nghiên cứu khả năng ứng dụng cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.) để xử lý As, Cd, Pb trong đất ở điều kiện nhà lưới. 3) Nghiên cứu ảnh hưởng của độ chua, phân hữu cơ vi sinh và phức chất hữu cơ EDTA đến khả năng tích lũy As, Cd, Pb của cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.) trong đất trồng rau ở điều kiện nhà lưới. 4) Nghiên cứu ứng dụng 2 loại thực vật gồm cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.) để xử lý ô nhiễm As, Pb, Cd trong đất trồng rau 5) Nghiên cứu đề xuất quy trình xử lý đất ô nhiễm As, Cd, Pb ở vùng trồng rau 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1. P ươ p áp đ ều tra thực địa và thu thập thông tin th cấp 2.3.2. P ươ p áp lấy mẫu nghiên c u Mẫu nước: Lấy 25 mẫu theo TCVN 5996:1995. Mẫu đất: Lấy 39 mẫu ở độ sâu 0 - 20 cm, theo TCVN 367:1999. Mẫu rau: Lấy 39 mẫu, lấy mẫu phần ăn được (lá hoặc quả). Mẫu nước, đất và rau được tiến hành làm 2 đợt (5/2012; 12/2013). 2.3.3. Vật liệu và p ươ p áp bố trí thí nghiệm 2.3.3.1. Vật liệu thí nghiệm - Cây sử dụng trong thí nghiệm là cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực được gieo từ hạt, cây được 4 - 5 lá non và có chiều cao đồng đều nhau. - Các KLN (As, Cd, Pb) được bổ sung trong thí nghiệm dưới dạng các muối Na2HAsO4.7H2O, Pb(NO3)2, Cd(NO3)2.4 H2O là các hóa chất của Merk. 2.3.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm trong nhà lưới Bố trí 4 thí nghiệm, mỗi thí nghiệm có 3 công thức trong đó mỗi công thức lặp lại 6 lần. Thí nghiệm nhà lưới được tiến hành trong chậu nhựa hình trụ tròn (cao 30 cm, đường kính đáy 20 cm, đường kính trên 25 cm, có bổ sung các vật liệu thí nghiệm theo các tỷ lệ khác nhau đối với từng nội dung nghiên cứu. Đất dùng trong thí nghiệm nhà lưới là đất được lấy ở độ sâu 0-20 cm từ vùng trồng rau. Các đặc tính cơ bản của đất thí nghiệm trong chậu được mô tả trong bảng 1. 4 Bảng 1. Thành phần và tính chất của đất trƣớc thí nghiệm nhà lƣới pHKCl OM CEC N Dung P2O5 K2O Thành As Pb Cd (%) (meq/100gđ) (%) trọng (%) (%) phần cơ tổng số tổng số tổng số 3 (g/cm ) giới đất (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) 4,8 1,62 9,62 0,141 1,26 0,105 0,76 Thịt nhẹ 5,13 145 2,58 Đất sau khi lấy về, phơi khô không khí, nhặt sạch rễ cây, bổ sung phân bón nền NPK Lượng phân bón nền (NPK) được bổ sung một lần duy nhất vào thời điểm bắt đầu thí nghiệm, mỗi chậu thí nghiệm được bón 0,26 gam đạm urê + 0,22 gam lân supe +0,08 gam phân kali clorua/chậu chứa 1 kg đất. Tương ứng với 300 kg N + 100 kg P2O5 + 100 kg K2O/ha. Các loại phân khoáng sử dụng bao gồm: Phân đạm urê Hà Bắc (46% N), phân KCl (60% K2O), phân lân supe Lâm Thao (20% P2O5). Thí nghiệm 1: Nghiên cứu khả năng hấp thu một số KLN (Cd, Pb, As) của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực. Thí nghiệm nhà lưới 1.1: Lượng Cd bổ sung vào các chậu thí nghiệm ở các mức 0, 2+ 25, 50, 100, 200 mg Cd /kg dưới dạng Cd(NO3)2.4 H2O. Thí nghiệm nhà lưới 1.2: Lượng Pb bổ sung vào các chậu thí nghiệm ở các mức là 0, 2+ 500, 1000, 1500, 2000, 3000 mg Pb /kg dưới dạng Pb(NO3)2. Thí nghiệm nhà lưới 1.3: Lượng As bổ sung vào các chậu thí nghiệm ở các mức 0, 5+ 25,50, 100, 200 mg As /kg dưới dạng Na2 HAsO4.7H2O. Sau 3 tháng tiến hành thu hoạch để đánh giá khả năng tích lũy KLN của các cây thí nghiệm. Thí nghiệm 2: Nghiên cứu thời điểm thu hái đến khả năng hút thu KLN của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực. Thí nghiệm nhà lưới 2.1: Lượng Cd bổ sung vào các chậu thí nghiệm là 50 mg 2+ Cd /kg dưới dạng Cd(NO3)2.4 H2O. Thí nghiệm nhà lưới 2.2: Lượng Pb bổ sung vào các chậu thí nghiệm ở các mức là 2+ 1500 mg Pb /kg dưới dạng Pb(NO3)2. Thí nghiệm nhà lưới 2.3: Lượng As bổ sung vào các chậu thí nghiệm ở các mức 100 5+ mg As /kg dưới dạng Na2 HAsO4.7H2O. Thời điểm thu mẫu sau 1, 2, 3 và 4 tháng thí nghiệm. Thí nghiệm 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hút thu KLN của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực. Thí nghiệm với các giá trị pH là 4,0; 5,0 và 7,0. Thí nghiệm được tiến hành trong 3 tháng. Thí nghiệm nhà lưới 3.1: Lượng Cd bổ sung vào các chậu thí nghiệm là 50 mg 2+ Cd /kg dưới dạng Cd(NO3)2.4 H2O. Thí nghiệm nhà lưới 3.2: Lượng Pb bổ sung vào các chậu thí nghiệm ở các mức là 2+ 1500 mg Pb /kg dưới dạng Pb(NO3)2. Thí nghiệm nhà lưới 3.3: Lượng As bổ sung vào các chậu thí nghiệm ở các mức 100 5+ mg As /kg dưới dạng Na2 HAsO4.7H2O. Thí nghiệm nhà lưới 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón lên sinh trưởng và tích luỹ KLN của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực. Thí nghiệm được tiến hành trong 3 tháng. Thí nghiệm với các công thức phân bón khác nhau: 5 Bảng 2. Thí nghiệm khả năng hấp thu KLN ở chế độ phân bón khác nhau Thí nghiệm Thí nghiệm Thí nghiệm Phân bón TT nhà lƣới 4.1 nhà lƣới 4.1 nhà lƣới 4.1 50mgCd2+/kg 1500 mgPb2+/kg 100 mgAs5+/kg HCVS NPK 1 PBCd-1 PBPb-1 PBAs-1 Không Không 2 PBCd-2 PBPb-2 PBAs -2 100% (4,0 g) Không 3 PBCd-3 PBPb-3 PBAs -3 75% (3,0 g) 25% (0,5 g) 4 PBCd-4 PBPb-4 PBAs -4 50% (2,0 g) 50% (1,0 g) 5 PBCd-5 PBPb-5 PBAs -5 25% (1,0 g) 75% (1,5 g) Thí nghiệm nhà lưới 5. Mục đích nghiên cứu ảnh hưởng của EDTA lên khả năng sinh trưởng và tích lũy Cd , Pb, As của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực. Bảng 2.15. Thí nghiệm về khả năng hấp thu Cd ở các mức EDTA khác nhau EDTA TT Công thức Lƣợng KLN bổ sung (mmol/kg) 1 EDTACd-1 1000 mg/kg Pb2+ + 25 mg/kg Cd2+ + 50 mg/kg As5+ 0 2+ 2+ 5+ 2 EDTACd-2 1000 mg/kg Pb + 25 mg/kg Cd + 50 mg/kg As 1 3 EDTACd-3 1000 mg/kg Pb2+ + 25 mg/kg Cd2+ + 50 mg/kg As5+ 2 4 EDTACd-4 1000 mg/kg Pb2+ + 25 mg/kg Cd2+ + 50 mg/kg As5+ 3 5 EDTACd-5 1000 mg/kg Pb2+ + 25 mg/kg Cd2+ + 50 mg/kg As5+ 4 2+ 2+ 5+ 6 EDTACd-6 1000 kg Pb + 25 mg/kg Cd + 50 mg/kg As 5 Nghiên cứu thử nghiệm mô hình ứng dụng biện pháp sinh học xử lý ô nhiễm một số kim loại nặng (Pb, Cd, As) trong đất trồng rau Mô hình được triển khai tại vùng trồng rau phường Túc Duyên, thành phố Thái Nguyên với diện tích 200 m2/mô hình x 2 mô hình, nhằm đánh giá hiệu quả xử lý ô nhiễm KLN trong đất trồng rau của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực. 2.3.4. P ươ p áp nghiên c u trong phòng thí nghiệm Phân tích các thông số lý và hóa học trong đất theo TCVN hiện hành, bao gồm các chỉ tiêu như: thành phần cơ giới, dung trọng, độ ẩm đất, CEC, Chất hữu cơ (OM), pHKCl, Nts, Ndt, P2O5ts, P2O5dt, K2Ots, K2Odt, Asts, Cdts, Pbdt; phân tích nước ( pH, As, Cd, Pb); rau (As, Cd, Pb tổng số). 2.3.5. P ươ p áp xử lý số liệu Các số liệu nghiên cứu được xử lý thống kê toán học trên các phần mềm Excel và SAS 9.1. 6 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Thực trạng sản xuất rau và hàm lƣợng KLN trong đất trồng rau ở thành phố Thái Nguyên và vùng phụ cận - Môi trường đất: Hàm lượng Pb dao động 22,12-145,05 mg/kg, hàm lượng Cd dao động 0,32-3,23 mg/kg, hàm lượng As dao động 4,27-8,39 mg/kg - Môi trường nước: Hàm lượng Pb trong khoảng 0,015 - 0,135 mg/l, hàm lượng Cd trong khoảng 0,002 - 0,032 mg/l, hàm lượng As trong khoảng 0,015 - 0,094 mg/l. 3.2. Kết quả nghiên cứu lựa chọn cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực để xử lý KLN trong đất trồng rau 3.2.1. Kết quả nghiên c u khả ă c ống chịu và tíc lũy Cd của 2 loài thực vật Khi tăng lượng Cd2+ bổ sung và các công thứ thí nghiệm (CTTN) thì sinh khối cỏ mần trầu giảm dần so với mẫu đối chứng. Cụ thể ở công thức BSCd-2 sinh khối cây giảm còn 86,75%, BSCd-3 sinh khối giảm còn 84,03% so với BSCd-1. Khi hàm lượng Cd cao thì sinh khối của cây giảm rõ rệt, cụ thể: ở BSCd-4 sinh khối còn 62,96%, ở BSCd-5 sinh khối còn 44,22% (Hình 3.1). Từ hình 3.1 có thể thấy khả năng tích lũy Cd trong cây cỏ mần trầu tăng khi hàm lượng Cd trong đất tăng. 800 1400 700 Thân lá Rễ 677.29 1200 Thân lá 600 1000 533.17 500 482.08 800 440.7 426.05 400 365.09 600 300 274.13 250.08 400 200 195.21 Lƣợng Cd tích lũy (mg/kg) lũy tích Cd Lƣợng 200 10098.87 107.12 Lƣợng Cd tích lũy (mg/kg) 108.8 75.61 24.05 0 0 9.93 BSCd-1 BSCd-2 BSCd-3 BSCd-4 BSCd-5 BSCd-1 BSCd-2 BSCd-3 BSCd-4 BSCd-5 Công thức thí nghiệm Công thức thí nghiệm Hình 3.1. Ảnh hưởng của Cd đến tích lũy Hình 3.2. Ảnh hưởng của Cd đến tích Cd trong thân và rễ cây cỏ mần trầu lũy Cd trong thân và rễ cây lu lu đực Cây lu lu đực (Solanum nigrum L.) Cũng giống cỏ mần trầu, khi bổ sung thêm Cd sinh khối cây lu lu đực giảm dần so với mẫu đối chứng BSCd-1, cụ thể ở công thức BSCd-2 sinh khối giảm còn 98,99%, ở công thức BSCd-3 giảm còn 83,36%, ở công thức BSCd-4 giảm còn 55,78%, ở công thức BSCd- 5 còn 38,43% so với đối chứng. Khi bổ sung hàm lượng Cd tăng lên thì khả năng tích lũy Cd trong cây lu lu đực tăng lên thể hiện ở cả thân và rễ cỏ. Ở công thức BSCd-2 hàm lượng Cd tích lũy trong thân tăng 3,4 lần so với ở công thức đối chứng BSCd-1 thì ở công thức BSCd-3 là 7,2 lần, công thức BSCd-4 là 11,4 lần và công thức BSCd-5 là 15,3 lần. Tương tự đối với rễ cỏ khả năng hấp thu và tích lũy Cd ở các công thức BSCd-2, BSCd-3, BSCd-4 và BSCd- 5 tăng tương ứng so với công thức đối chứng BSCd-1 tương ứng là 3,5; 6,8; 8,2 và 8,9 lần. Tuy nhiên, khả năng loại bỏ Cd ra khỏi đất lại tốt nhất với công thức đối chứng BSCd-4 (bổ sung 100 mg Cd/kg đất), loại bỏ được 5,210 mg Cd ra khỏi đất. Điều này có thể lí giải vì ở công thức đối chứng BSCd-4 sinh khối của cây lu lu đực là khá cao (22,3 mg) nên tuy khả năng tích lũy Cd trong thân và rễ không phải là cao nhất so với 7 các công thức khác nhưng khả năng loại bỏ Cd ra khỏi đất là cao nhất. Do vậy nếu đất ô nhiễm Cd thì nên dùng cây lu lu đực và cây cỏ mần trầu để xử lý vì khả năng sinh trưởng và phát triển cũng hấp tích lũy Cd của cây tương đối cao. 3.2.1.2. Kết quả nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy Pb của 2 loài thực vật Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của Pb đến sinh khối và tích lũy Pb của cây cỏ mần trầu. Sinh khối (g) Tích lũy (mg/kg) Tổng CTTN Thân lá Rễ Tổng Thân lá Rễ (mgPb/cây) BSPb-1 17,29±2,78a 6,25±1,12a 23,54±3,12a 58,7±3,11a 435,31±5,24a 3,735 BSPb-2 18,78±2,81ba 6,45±1,01b 25,23±4,23ba 64,78±5,13b 505,84±9,14b 4,479 BSPb-3 24,23±2,83bc 10,20±1,45bc 34,38±5,22bc 115,72±7,12c 567,27±11,13c 8,590 BSPb-4 23,18±2,34cd 7,94±1,32c 31,12±4,27c 149,25±7,23d 1332,65±13,16d 14,040 BSPb-5 19,87±2,16d 6,68±1,23c 26,55±3,16c 172,95±8,17e 1582,92±14,13e 14,010 BSPb-6 12,53±1,53e 4,35±0,87d 16,88±1,17d 189,6±8,19e 2754,6±15,34f 14,358 LSD0,05 3,05 1,06 4,47 7,98 12,67 CV (%) 3,2 2,7 4,2 5,35 2,89 3500 Kết quả bảng 3.11 và hình 3.3 cho thấy, Thân lá Rễ Tổng 3000 cỏ mần trầu sống được ở tất cả các CTTN, khối lượng thân ở các CTTN cao 2500 hơn ở rễ, khả năng sinh trưởng và hấp 2000 thu Pb có khác nhau. Khi Pb là 500 mg 1500 Pb/kg đất (BSPb-2) sinh khối 25,23±4,23 g, tăng 7,18% so với đối chứng BSPb-1. 1000 Khi tăng hàm lượng Pb lên thì sinh khối Lƣợng Pb tích lũy (mg/kg) tích Lƣợng Pb 500 cây cũng có xu hướng tăng, cụ thể ở 0 BSPb- Pb bổ sung vào là 1000 mg Pb/kg BSPb - BSPb - BSPb - BSPb - BSPb - BSPb - 1 2 3 4 5 6 đất thì sinh khối đạt 34,38±5,22g, tăng 46,05% so đối chứng. Công thức thí nghiệm Hình 3.3. Ảnh hưởng của Pb đến tích lũy Pb trong thân lá, rễ cây cỏ mần trầu Khi tăng tiếp lượng Pb vào đất, sinh trưởng của cỏ mần trầu bắt đầu giảm, cụ thể ở BSPb -4 (1500 mg Pb/kg đất) thì sinh khối là 31,12±4,27 g thấp hơn ở BSPb-3, tuy nhiên vẫn tăng hơn 32,20% so với đối chứng BSPb-1. Còn khi tăng lên 3000 mg Pb/kg đất (ở công thức BSPb – 6) thì sinh khối giảm còn 16,88±1,17 g, giảm 28,29% so với đối chứng. Kết quả tương tự với nghiên cứu của Đặng Đình Kim (2007) bổ sung 500 mg Pb/kg đất thì sinh khối cây đạt 21,09 g; khi bổ sung 1000 mg Pb/kg sinh khối đạt 37,3 g; khi tăng hàm lượng Pb lên 3000 mg/kg thì sinh khối giảm xuống. Lượng Pb cây hấp thu chủ yếu là ở phần rễ. Khả năng hấp thu của cây ở cả phần thân lá và phần rễ đều tỷ lệ với lượng Pb trong đất. Cũng theo Đặng Đình Kim và cộng sự (2007), khi bổ sung 500 và 2000 mg Pb/kg đất thì ượng Pb cây hấp thu tăng 7,676 lần và 53,238 lần so với đối chứng. Bảng 3.12. Ảnh hƣởng của Pb đến sinh khối và tích lũy Pb của cây lu lu đực CTTN Sinh khối (g) Tích lũy (mg/kg) Tổng 8 Thân lá Rễ Tổng Thân lá Rễ (mgPb/cây) BSPb-1 25,16±3,11a 3,43±0,54a 28,59±3,13a 98,9±2,11a 324,82±3,16a 3,603 BSPb-2 25,72±3,15ab 3,75±0,58ba 29,47±3,15bc 125,82±3,16b 401,15±6,26b 4,740 BSPb-3 28,04±3,27b 4,15±0,65ba 32,19±3,19b 165,19±5,24c 539,72±7,21c 6,870 BSPb-4 25,91±2,67b 3,82±0,60bc 29,73±3,15b 278,54±6,14d 1255,37±7,36d 12,012 BSPb-5 21,32±2,53c 3,41±0,51bc 24,73±2,17c 293,95±6,12e 1304,15±7,89e 10,714 BSPb-6 16,13±2,11d 3,01±0,43c 19,14±2,11d 311,27±5,56f 1902,73±10,35f 10,748 LSD0,05 2,16 0,59 2,5 5,61 56,41 CV(%) 7,13 3,79 7,63 2,23 2,65 Kết quả ở bảng 3.12 cho thấy sinh khối của cây lu lu đực tập trung chủ yếu ở phần trên mặt đất, sinh khối phần rễ ít hơn so với cây cỏ mần trầu, ở công thức BSPb-3 cây cho sinh khối lớn nhất (32,19±3,19 g), tăng 12,59% so với đối chứng công thức BSPb-1. So với đối chứng BSPb-1, lượng Pb mà cây hấp thu được trong 2500 Thân lá Rễ Tổng thân và rễ tăng lên rất nhiều (Hình 2000 3.4). Nếu như công thức BSPb-2 Pb tích lũy trong thân tăng 1,27 lần thì ở 1500 BSPb-3 là 1,67 lần, BSPb-4 là 2,82 lần, BSPb-5 là 2,97 lần và BSPb-6 là 1000 3,14 lần. Tương tự đối với rễ cỏ khả Lƣợng Pb tích lũy (mg/kg) lũy tích Pb Lƣợng 500 năng hấp thu và tích lũy Pb ở các CT BSPb-2, BSPb-3, BSPb-4, BSPb-5 và 0 BSPb - 1 BSPb - 2 BSPb - 3 BSPb - 4 BSPb - 5 BSPb - 6 BSPb-6 tăng so với đối chứng BSPb-1 Công thức thí nghiệm tương ứng là 1,23; 1,66; 3,86; 4,01 và 5,86 lần. Vì vậy, ở BSPb-4 hiệu quả Hình 3.4. Ảnh hưởng của Pb đến tích lũy Pb hấp thu Pb là cao nhất, khả năng loại trong thân lá, rễ cây lu lu đực bỏ Pb ra khỏi đất là 12,012 mg/cây. Kết quả ở bảng 3.13 và hình 3.5 cho thấy cỏ mần trầu sống được ở tất cả các CTTN nhưng khả năng sinh trưởng và hấp thu As có khác nhau. Khi bổ sung As, so với đối chứng thì sinh khối cỏ mần trầu giảm dần, cụ thể: ở BSAs-2 đạt 28,12±2,60 g giảm còn 88,15%; Ở BSAs-3 đạt 24,76±2,59 g, giảm còn 77,61%; Ở BSAs-4 đạt 23,54±2,57 g, giảm còn 73,79% và BSAs-5 sinh giảm còn 64,48% . Khả năng hấp thu As ở phần rễ cũng cao hơn phần thân lá, lượng As được tích lũy ở phần thân lá và phần rễ cao nhất ở công thức BSAs- 5, tương ứng là 76,68±2,14 mg/kg và 85,94±7,17 mg/kg, lượng As tách ra là 1,627 mg/kg đất. Bảng 3.13. Ảnh hƣởng của As đến sinh khối và tích lũy As của cây cỏ mần trầu Sinh khối (g) Tích lũy (mg/kg) Tổng CTTN Thân lá Rễ Tổng Thân lá Rễ (mgAs/cây) BSAs-1 23,25±2,57a 8,65±0,57a 31,90±2,65a 1,02±0,13a 1,37±0,16a 0,035 BSAs-2 20,18±2,55ba 7,94±0,55b 28,12±2,60b 2,45±0,15b 5,56±1,13b 0,093 BSAs-3 18,01±2,54bc 6,75±0,44c 24,76±2,59cb 8,51±0,18c 11,68±2,16c 0,232 BSAs-4 17,29±2,43dc 6,25±0,45c 23,54±2,57cb 15,15±1,11d 42,38±4,16d 0,526 BSAs-5 15,15±2,14d 5,42±0,34d 20,57±2,45d 76,68±2,14e 85,94±7,17d 1,627 LSD0,05 3,12 0,57 3,04 1,15 4,61 9 CV (%) 3,8 6,75 9,67 4,6 3,07 Kết ở bảng 3.14 hình 3.6 cho thấy lu lu đực sống được ở tất cả các CTTN, tuy nhiên khả năng sinh trưởng và hấp thu As ở từng công thức cũng khác nhau. Nhìn chung khi hàm lượng As tăng thì sinh khối của cây giảm so với công thức đối chứng BSAs- 1, cụ thể sinh khối thu được ở BSAs-1 là 28,59g, BSAs-2 là 21,79 g; BSAs-3 là: 22,19 g; BSAs-4 là: 23,79 g và BSA-5 là: 20,03g. Bảng 3.14. Ảnh hƣởng của As đến sinh khối và tích lũy As của cây lu lu đực CTTN Sinh khối (g) Tích lũy (mg/kg) Tổng (mgAs/cây) Thân lá Rễ Tổng Thân lá Rễ BSAs-1 25,16±3,15a 3,43±0,18a 28,59±3,17a 15,7±0,17a 42,15±0,45a 0,539 BSAs-2 19,36±2,16b 2,43±0,18b 21,79±2,53b 60,67±0,35b 95,56±2,65b 1,406 BSAs-3 19,72±2,23cb 2,47±0,21c 22,19±2,54cb 98,52±0,58c 131,98±4,16c 2,268 BSAs-4 21,04±2,54cb 2,75±0,23c 23,79±2,54cb 148,28±1,17d 299,15±6,18d 3,942 BSAs-5 17,91±2,10c 2,12±0,15d 20,03±2,18c 185,54±2,34e 338,82±8,21e 4,041 LSD0,05 2,68 0,22 3,18 5,32 2,43 CV (%) 10,6 6,83 11,26 2,08 5,3 Khả năng tích lũy As trong cây tăng khi hàm lượng As trong đất tăng, ở phần rễ tăng hơn phần thân lá. Khả năng loại bỏ As ra khỏi đất của cây lu lu đực cao hơn cây cỏ mần trầu. So với đối chứng BSAs-1, hàm lượng As tích lũy trong thân ở công thức BSAs-2 tăng 3,86 lần; BSAs-3 là 6,28 lần; BSAs-4 là 9,44 lần; BSAs-5 là 11,8 lần. Tương tự đối với rễ cỏ khả năng hấp thu và tích lũy As ở các công thức BSAs – 2, BSAs-3, BSAs-4 và BSAs-5 tăng tương ứng so với đối chứng 2,27; 3,13; 7,09 và 8,04 lần. Hàm lượng As tích lũy đạt cao nhất trong thân và rễ của cây lu lu đực tương ứng là 185,54±2,34 mg/kg và 338,82±8,21 mg/kg ở đất có bổ sung 100 mg/kg As. Như vậy với đất ô nhiễm As thấp thì ta có thể sử dụng cây lu lu đực để xử lý. Có thể kết luận rằng cỏ mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.) có khả năng hấp thu Pb ở hàm lượng cao và nó phát triển tốt trên đất bị nhiễm Pb, điều này cũng phù hợp với nghiên cứu của Đặng Đình Kim và cộng sự khi nghiên cứu cải tạo đất ô nhiễm ở vùng khai thác khoáng sản. 3.3. Kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến hấp thu KLN của thực vật 3.3.1. Kết quả nghiên c u khả ă tíc lũy KL t eo t ời gian Khả năng tích lũy Cd Bảng 3.16. Khả năng tích lũy Cd của cây theo thời gian Loại cây Công Sinh khối khô Lƣợng Cd tích lũy Lƣợng Cd tích lũy thứcTN của cây (g) trong thân lá (mg/kg) trong rễ (mg/kg) TGCd-1 4,84±0,5a 23,41±1,75a 80,97±3,02a TGCd-2 16,85±1,1a 40,44±2,94b 214,91±14,18b Cỏ mần TGCd-3 25,52±2,0b 72,41±3,58c 343,8±29,07c trầu TGCd-4 26,26±3,1c 65,57±3,83d 340,44±29,75d LSD0,05 1,53 1,59 24,24 CV (%) 6,77 2,57 8,04 Lu lu đực TGCd-1 3,01±0,6a 28,72±2,31a 156,4±11,6a 10 TGCd-2 17,89±0,9a 65,82±5,22a 402,51±22,4b TGCd-3 26,75±2,1b 153,26±10,51b 745,08±32,5c TGCd-4 26,58±1.8c 156,34±12,62c 781,26±34,6d LSD0,05 1,4 7,62 23,39 CV (%) 6,12 6,13 3,65 Đối với cây cỏ mần trầu, sau 1 tháng trồng cây thì hàm lượng Cd tích lũy trong phần thân lá là 23,41±1,75 mg/kg, nhưng sau 2 tháng hàm lượng Cd tích lũy trong thân của cây đã tăng lên 40,44±2,94 mg/kg cao hơn gấp 1,7 lần và sau 3 tháng là 72,41±3,58 mg/kg, gấp 3,1 lần so với cây trồng sau 1 tháng; Sau 4 tháng thì khả năng tích lũy có phần giảm xuống so với cây trồng sau 3 tháng, khả năng tích lũy Cd trong phần thân lá còn 65,57±3,83 mg/kg. Tương tự với hàm lượng Cd tích lũy trong rễ của cây. Ở tháng thứ nhất, Cd tích lũy trong rễ là 80,97±3,02 mg/kg, nhưng sau 2 tháng đã tăng lên 214,91±14,18 mg/kg cao hơn gấp 2,6 lần, sau 3 tháng và 4 tháng thì hàm lượng Cd tích lũy trong rễ cây đã tăng lên tương ứng là 343,8±29,07 mg/kg, 340,44±29,75 mg/kg cao hơn gấp 4,1 và 3,9 lần so với tháng thứ nhất. Như vậy sau 3 tháng trồng ta nên thu hoạch cây dể xử lý sinh khối. Đối với cây lu lu đực, khả năng tích Cd tăng dần theo thời gian. Ở tháng thứ nhất, hàm lượng Cd tích lũy trong thân của cây lu lu đực là 28,72±2,31 mg/kg, nhưng sau 2 tháng Cd tích lũy trong thân của cây đã tăng lên 65,82±5,22 mg/kg, gấp hơn 2 lần, sau 3 tháng và 4 tháng trồng thì Cd tích lũy trong thân cây đã tăng lên tương ứng là 153,26 ± 10,51 mg/kg và 156,34±12,62 mg/kg, tăng hơn gấp 5 lần so với cây trồng sau 1 tháng. So với cây trồng sau 3 tháng thì khả năng tích lũy Cd trong thân lá của cây lu lu đực sau 4 tháng là không đáng kể. Khả năng tích lũy Cd của cây sau 3 tháng và 4 tháng trồng là không nhiều, do đó ta cũng nên thu cây sau 3 tháng trồng để xử lý Cd. Khả năng tích lũy Pb Kết quả thu được cho thấy, khả năng tích lũy KLN của cây cỏ mần trầu (Eleusine indica L.) tăng dần theo thời gian, hàm lượng Pb tích lũy trong thân lá ở tháng thứ nhất là 38,56±1,33 mg/kg (TGPb-1), nhưng đến tháng thứ 2 (TGPb-2) đã tăng lên 65,59±4,26 mg/kg cao hơn gấp 1,7 lần và tháng thứ 3 (TGPb-3), thứ 4 (TGPb-4) thì đã tăng lên tương ứng là 139,20±6,10 mg/kg và 143,98±6,20 mg/kg cao hơn gấp 3,6 và 3,7 lần so với tháng thứ nhất. Bảng 3.18. Khả