TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất sản xuất nông nghiệp
2.1.1 Trên thế giới Ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm đất nói riêng đã và đang thu hút được nhiều sự quan tâm của mọi quốc gia trên thế giới Không chỉ riêng Việt Nam mà tất cả các nước khác trong quá trình phát triển đều phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm đất ngày càng trầm trọng và một trong những nguyên nhân ô nhiễm đất được chú ý đó là kim loại nặng (KLN) Ô nhiễm trong đất ngày càng trở nên đáng lo ngại hơn không chỉ bởi nó là một trong những nhân tố gây ra tình trạng suy thoái đất ở một số nơi hiện nay, mà còn do khả năng gây ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng phát triển của cây trồng, làm suy giảm chất lượng nông sản phẩm cũng như gây ra những mối đe dọa nguy hiểm đối với sức khỏe của con người thông qua sự tích lũy qua chuỗi thức ăn. Đất có hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng cao trước hết là do các nguyên nhân tự nhiên như có sẵn trong đá mẹ, khoáng vật
Bảng 2.1: Hàm lƣợng kim loại nặng trong đất và một số loại đá mẹ Đơn vị: mg/kg
Trong đá trầm tích (**) Trong đá macma (**) Đá phiến sét Đá cát Đá vôi Bazơ Trung bình axit
Nguồn: (*): Lindsay (1979),(**): Kabata và cộng sự, (1992),trích theo Lê
Nghiên cứu của Lindsay (1979) và Kabata cùng cộng sự (1992) chỉ ra rằng hàm lượng các nguyên tố vi lượng trong đất thường biến động mạnh mẽ hơn so với trong đá mẹ, với sự chênh lệch có thể lên tới hàng trăm lần Cụ thể, hàm lượng kẽm (Zn) trong đất dao động từ 10.
Hàm lượng chì (Pb) trong hay dao động từ 2 đến 2000 mg/kg, với mức trung bình là 300 mg/kg Nghiên cứu cũng cho thấy rằng trong đá axit và đá vôi, hàm lượng các kim loại nặng (KLN) thường thấp hơn so với các loại đá khác như đá trầm tích và đá macma.
Nguồn phát thải các kim loại nặng vào đất chủ yếu đến từ hoạt động công nghiệp, khai thác khoáng sản và quy trình sản xuất nông nghiệp.
Nghiên cứu của Viện Quản lý Nước Quốc tế (IWMI) tại Thái Lan cho thấy 154 ruộng lúa ở khu vực lòng chảo Huay Mae Tao, huyện Mae Sot, tỉnh Tak bị nhiễm Cadmium (Cd) vượt mức an toàn quốc tế đến 94 lần Các sản phẩm nông nghiệp như gạo, tỏi và đậu nành tại đây cũng bị nhiễm Cd cao hơn mức tiêu chuẩn cho phép của châu Âu Cụ thể, trong 1kg gạo có từ 0,1 đến 44 mg Cd, vượt xa tiêu chuẩn an toàn là 0,043 mg/kg, trong khi tỏi và đậu nành bị nhiễm Cd cao hơn từ 16 đến 126 lần so với tiêu chuẩn.
Nghiên cứu của Kabata và Henryk (1985) tại Anh cho thấy hàm lượng Cadimi (Cd) ở lớp đất mặt xung quanh khu vực khai thác kẽm có thể lên tới 2 – 336 ppm Tại Mỹ, những khu vực gần các nhà máy chế biến kim loại ghi nhận hàm lượng Cd cao ngất ngưởng, đạt từ 26 – 1500 ppm.
Theo nghiên cứu của Theo Lim H.S và cộng sự (2004), khu vực mỏ vàng - bạc Soncheon ở Hàn Quốc đã bị bỏ hoang và hiện nay, đất và nước tại nhiều nơi vẫn còn ô nhiễm nặng nề bởi một số kim loại với nồng độ cao.
Bảng 2.2: Hàm lƣợng kim loại nặng trong một số loại đất ở khu mỏ hoang Songcheon Đơn vị: ppm
Nguyên tố Bãi thải quặng Đất vùng núi Đất trang trại Đát bình thường trên thế giới
(Nguồn: H.S Lim và cộng sự, 2004, trích theo Lương Thúy Vân, 2012)[19]
Hàm lượng các kim loại nặng (KLN) trong đất trang trại ở đây cao hơn nhiều so với mức trung bình toàn cầu, đặc biệt là đối với arsenic (As).
Hg Hàm lượng cao nhất của As và Hg trong đất trang trại tương ứng cao gấp
Bãi thải từ khu vực khai thác mỏ đã trở thành nguồn gây ô nhiễm kim loại cho đất xung quanh, với hàm lượng kim loại nặng cao gấp 104 lần và 82 lần so với mức bình thường trên thế giới Nhiều cây trồng trong các khu vực này đã bị nhiễm As và Zn ở mức độ nghiêm trọng.
La Oroya, Peru, được xếp hạng là một trong mười thành phố ô nhiễm nhất thế giới, với các chất ô nhiễm chủ yếu như chì, đồng, kẽm và sulfur dioxide Tại đây, 99% trẻ em có nồng độ chì trong máu vượt quá giới hạn cho phép, với mức nhiễm chì trung bình gấp ba lần giới hạn của WHO theo cuộc thăm dò năm 1999 Dù hoạt động nấu chảy kim loại đã giảm, đất trồng trọt vẫn tiếp tục bị ô nhiễm chì qua nhiều thế kỷ.
Kinh tế Trung Quốc đã phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, nhưng điều này cũng dẫn đến nhiều vấn đề môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong đất nông nghiệp Theo ông Đổng Tiềm Minh, chuyên gia từ Sở Nghiên cứu địa chất tỉnh Hồ Nam, tình hình ô nhiễm đất nông nghiệp tại Trung Quốc đang rất nghiêm trọng, với 1/5 diện tích đất canh tác bị ô nhiễm, trong đó 11 tỉnh và 25 vùng đất canh tác bị ô nhiễm cadmium (Cd) Các vùng như Hồ Nam, Giang Tây và phía nam Trường Giang đang gặp phải tình trạng này một cách trầm trọng Một nghiên cứu cho thấy gần 5.000 luận văn trong hơn 30 năm qua đã chỉ ra rằng đất xung quanh khu mỏ, nhà máy công nghiệp và đô thị đều bị ô nhiễm với mức độ khác nhau Cụ thể, theo điều tra năm 2009, 25% diện tích đất canh tác của tỉnh Hồ Nam bị ô nhiễm KLN Tại các tỉnh Quảng Tây và Quảng Đông, nhiều loại nguyên tố KLN vượt quá tiêu chuẩn cho phép Đặc biệt, lúa mỳ trồng ở Thiên Anh có hàm lượng chì cao gấp 24 lần tiêu chuẩn cho phép của Trung Quốc, cho thấy sự tích lũy nghiêm trọng của nguyên tố này trong đất sản xuất nông nghiệp.
Ô nhiễm đất do các nguyên tố kim loại nặng ở Trung Quốc chủ yếu xuất phát từ chế độ canh tác nông nghiệp không hợp lý, với việc lạm dụng phân hóa học, thuốc sâu và thuốc diệt cỏ Những hóa chất này chứa hàm lượng kim loại nặng cao, đặc biệt là trong nông dược Trung Quốc tiêu thụ khoảng 1,3 triệu tấn nông dược, gấp 2,5 lần mức trung bình toàn cầu, nhưng chỉ khoảng 0,1% trong số đó có tác dụng thực sự trong việc phòng trừ sâu bệnh, trong khi 99,9% còn lại gây hại cho hệ sinh thái và ô nhiễm môi trường đất.
Lạm dụng lâu dài hóa chất nông nghiệp dẫn đến sự suy giảm vi khuẩn có ích trong đất, đặc biệt là những vi khuẩn có khả năng phân giải chất hữu cơ Điều này ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng đất và hệ sinh thái nông nghiệp.
Sự suy giảm chất lượng đất dẫn đến giảm sản lượng và chất lượng cây trồng, với thống kê của Bộ Môi trường cho thấy mỗi năm có tới 12 triệu tấn lương thực bị nhiễm kim loại nặng, gây tổn thất kinh tế lên đến 20 tỷ nhân dân tệ Việc sử dụng phân hóa học trong thời gian dài đã làm giảm độ pH của đất, tạo điều kiện cho kim loại nặng có sẵn trong đất được giải phóng và gia tăng hàm lượng kim loại nặng.
2.1.2 Tại Việt Nam Ô nhiễm kim loại nặng tại Việt Nam chủ yếu mang tính cục bộ, tập trung ở các điểm có nguy cơ cao về phát thải kim loại nặng, đặc biệt là mỏ kim loại và làng nghề cơ kim khí, tái chế kim loại Những vùng đất xung quanh các điểm này thường hứng chịu lượng lớn các chất thải từ hoạt động của các điểm nguồn và hậu quả là đất bị ô nhiễm khá nghiêm trọng [9]
Cơ sở khoa học của vi ệc xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất bằng thực vật
2.2.1 Cơ sở khoa học của biện pháp xử lý ô nhiễm bằng thực vật [11]
Công nghệ thực vật trong xử lý ô nhiễm môi trường, hay còn gọi là Phytoremediation, là phương pháp sử dụng thực vật cùng với hệ vi sinh vật và enzym mà chúng tiết ra để giảm thiểu hoặc loại bỏ các chất ô nhiễm và độc hại trong đất và nước.
Xử lý ô nhiễm đất bằng thực vật là phương pháp sử dụng cây xanh để loại bỏ, di chuyển, tinh lọc và khử các chất ô nhiễm trong đất và trầm tích Phương pháp này không chỉ giúp cải thiện chất lượng đất mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
Biện pháp xử lý ô nhiễm bằng thực vật tận dụng các chức năng tự nhiên của chúng như tích lũy, hấp thu và biến đổi chất hữu cơ Các cơ chế này bao gồm sự chuyển hóa enzym, khả năng lấy đi và phân bố các chất ô nhiễm, cùng với quá trình phân hủy, chuyển hóa và thoát hơi của thực vật.
Thực vật có khả năng hấp thụ và chuyển đổi các chất hữu cơ, sau đó phân phối chúng qua sản phẩm thu hoạch hoặc tái phân bổ trong các bộ phận khác nhau của cây Quá trình này bao gồm việc chuyển hóa trao đổi chất và thoát hơi, giúp cây duy trì sự sống và phát triển.
Sự chuyển hóa enzym trong thực vật cho thấy rằng các chất ô nhiễm từ môi trường được cây hấp thụ và tham gia vào quá trình trao đổi chất Những chất này có thể lắng đọng trong không bào và tế bào, ảnh hưởng đến sự phát triển và sức khỏe của thực vật.
Quá trình phân hủy và chuyển hóa của thực vật diễn ra khi thực vật xử lý các chất ô nhiễm thông qua trao đổi chất Quá trình này có thể được thực hiện bên trong cơ thể thực vật hoặc nhờ vào các enzym được tiết ra từ rễ.
Quá trình tinh lọc các chất trong thực vật cho phép chúng tập trung và tích lũy kim loại nặng từ môi trường vào rễ và lá Sau đó, các kim loại này được loại bỏ khỏi môi trường thông qua quá trình thu hoạch.
- Quá trình cố định các chất qua rễ thực vật rồi chuyển hóa tích lũy trong rễ hoặc trên bề mặt rễ hoặc vùng quyển của bề mặt rễ
Quá trình thoát hơi ở thực vật là quá trình mà thực vật lấy đi, vận chuyển và giải phóng các chất ô nhiễm hoặc dạng biến thể của chúng vào khí quyển thông qua sự thoát hơi nước.
2.2.2 Giả thuyết giải thích cơ chế của công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật [11][16]
Giả thuyết về sự hình thành phức hợp cho thấy rằng các loài thực vật có khả năng loại bỏ kim loại độc bằng cách tạo ra các phức hợp Những phức hợp này có thể là chất hòa tan, chất không độc hoặc phức hợp hữu cơ - kim loại, được chuyển đến các bộ phận của tế bào với hoạt động trao đổi chất thấp như thành tế bào và không bào Tại đây, chúng được tích lũy dưới dạng các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ bền vững.
Giả thuyết về sự lắng đọng cho rằng các loài thực vật có khả năng tách kim loại khỏi đất và tích lũy chúng trong các bộ phận của cây Quá trình này giúp loại bỏ chất độc qua lá khô và rửa trôi qua biểu bì, từ đó làm giảm độc tính trong cây và ngăn ngừa sự gây hại cho môi trường.
Giả thuyết hấp thụ thụ động cho rằng sự tích luỹ kim loại là kết quả phụ của cơ chế thích nghi với các điều kiện bất lợi trong đất, chẳng hạn như quá trình hấp thụ nickel (Ni) trong loại đất serpentin.
Sự tích lũy kim loại đóng vai trò quan trọng trong việc chống lại các điều kiện stress vô sinh và hữu sinh Nghiên cứu đã chỉ ra rằng kim loại có hiệu lực trong việc chống lại các loài vi khuẩn, nấm ký sinh, và các sinh vật ăn lá.
Quá trình chuyển hóa ở vùng quyển rễ của cây diễn ra mạnh mẽ do mật độ vi sinh vật và hoạt tính sinh học cao hơn các vùng khác Điều này lý giải cho việc nhiều quá trình chuyển hóa chất xảy ra tại đây, đồng thời cũng là cơ sở cho việc sử dụng thực vật trong xử lý ô nhiễm.
2.2.3.1 Công nghệ cố định chất ô nhiễm bằng thực vật (Phytostabilation)
- Bản chất: các chất ô nhiễm được rễ hấp thụ, chuyển hóa và tích lũy bên trong rễ hoặc trên bề mặt rễ hoặc kết tủa trong vùng quyển rễ
Phương pháp này được áp dụng để xử lý các chất ô nhiễm trong đất, đặc biệt tại những khu vực có mức ô nhiễm thấp hoặc những vùng có hoạt động thải loại lớn Việc sử dụng phương pháp này giúp giảm đáng kể độ độc hại trong đất bị ô nhiễm bởi kim loại nặng, hợp chất hữu cơ kị nước và PCBs.
Thực vật ưa nước ngầm đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát nguồn nước, trong khi các loại cỏ có rễ sợi giúp kiểm soát xói mòn Ngoài ra, những thực vật có khả năng chịu đựng kim loại cao có thể xử lý đất, trầm tích và bùn thải ô nhiễm kim loại Một ví dụ điển hình là cây Festuca rubra, cùng với một số loại cỏ khác, góp phần cải thiện chất lượng môi trường.
2.2.3.2 Công nghệ chuyển dạng chất ô nhiễm (Phytotransformmation)
Hiệu quả của việc xử lý đất ô nhiễm đất bằng công nghệ sinh học
Công nghệ thực vật trong xử lý ô nhiễm môi trường đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới Khả năng làm sạch môi trường của thực vật đã được ghi nhận từ thế kỷ XVIII qua các thí nghiệm của Joseph Priestley, Antoine Lavoisier, Karl Scheele và Jan Ingenhousz Tuy nhiên, đến thập niên 90, phương pháp này mới được công nhận như một công nghệ mới trong xử lý ô nhiễm do kim loại, hợp chất hữu cơ, thuốc súng và chất phóng xạ Hiện nay, có ít nhất 400 loài thực vật "siêu hấp thụ kim loại" trên toàn cầu, những loài này có thể phát triển kém trong điều kiện bình thường nhưng lại trở thành ưu thế trong môi trường ô nhiễm kim loại Các nhà khoa học đã thành công trong việc thử nghiệm các phương pháp xử lý kim loại nặng trong đất bằng thực vật, mở ra hướng đi mới và thiết thực cho việc giải quyết ô nhiễm đất hiện nay.
Công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật có ưu điểm nổi bật trong việc xử lý kim loại nặng trong đất, đồng thời tạo ra màu xanh cho những vùng đất ô nhiễm mà cây cỏ thông thường không thể phát triển Hơn nữa, giá thành của công nghệ này thấp hơn nhiều so với các phương pháp khác, và tính chất đơn giản, dễ vận hành của nó càng làm tăng tính khả thi trong việc ứng dụng.
Trong những năm gần đây, số lượng nghiên cứu về công nghệ thực vật trong xử lý môi trường, đặc biệt là khả năng xử lý ô nhiễm kim loại nặng (KLN), đã tăng lên đáng kể Nhiều mô hình trình diễn đã được triển khai trên các vùng đất ô nhiễm KLN và đạt được kết quả khả quan Thực tế cho thấy, nhiều nhà khoa học, đặc biệt ở Mỹ và châu Âu, đã thực hiện nhiều đề tài nghiên cứu cơ bản và ứng dụng công nghệ này như một giải pháp thương mại tiềm năng.
Ý là một ví dụ điển hình trong công tác khắc phục hậu quả từ sự cố thuốc diệt cỏ chứa Dioxin Vào năm 1976, sự cố hóa chất tại Leveso đã dẫn đến việc khoảng 1.500 kg hỗn hợp hóa chất, trong đó có 30 kg Dioxin, tràn ra môi trường Mặc dù đây là lần đầu tiên Dioxin rò rỉ với khối lượng lớn trong không gian hẹp, gây ra hậu quả nghiêm trọng khi con người chưa hiểu rõ về Dioxin, nhưng việc xử lý ô nhiễm môi trường bằng thực vật đã đạt được kết quả tích cực (Lê Trần Chấn và cộng sự, 2013) [27].
Các nhà khoa học tại Đại học Purdue, West Lafayette (Mỹ) đã nghiên cứu các loài thực vật có khả năng hấp thụ và lưu giữ kim loại nặng (KLN) trong thân Họ đã khảo sát hơn 20 loài thực vật hoang dại có liên quan đến cây cải bắp, và từ đó chọn ra loài cải xoong (Thlaspi caerulescens) vì dễ trồng và phát triển trong phòng thí nghiệm Đặc biệt, cải xoong có khả năng hấp thụ các kim loại nặng như nikel, kẽm, chì và crôm Khả năng "ăn kim loại nặng" của cải xoong đã được phát hiện từ năm 1865, khi nông dân phát hiện ra lượng lớn kẽm trong thân cây khi khai hoang đất trồng trọt.
Có 21 loài cây hyperaccumulator được phát hiện và ứng dụng trong việc loại bỏ kim loại nặng khỏi đất Tuy nhiên, việc sử dụng chúng chủ yếu vẫn chỉ dừng lại ở mức chia sẻ kinh nghiệm Hiện tại, việc nghiên cứu sâu và lai tạo các giống cây này vẫn chưa được chú trọng đúng mức.
Cây Thlaspi caerulescens đã phát triển trong 391 ngày và có khả năng loại bỏ hơn 8 mg Cd/kg đất và 200 mg Zn/kg đất, tương ứng với 43% lượng Cd và 7% lượng Zn trong đất bị ô nhiễm (Lương Thị Thúy Vân, 2012).
Cỏ Vetiver đã được áp dụng thành công ở nhiều quốc gia để xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng và ngăn chặn xói mòn Loại cỏ này được sử dụng để phục hồi và cải tạo các khu vực mỏ, bao gồm mỏ vàng, bentonit và bôxit tại Australia; mỏ chì, kẽm và bôxit ở Trung Quốc; mỏ vàng, kim cương và platin tại Nam Phi; mỏ chì ở Thái Lan; mỏ đồng ở Chi Lê; và mỏ bôxit ở Venezuela.
Tại Quảng Đông, Trung Quốc, cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides) được sử dụng để phục hồi chất thải từ mỏ Pb/Zn Lechang, nơi đã thải ra chất thải trong suốt năm năm Việc phục hồi thảm thực vật tại đây là cần thiết để cố định bề mặt xói mòn và giảm thiểu tác động môi trường Chất thải chứa hàm lượng kim loại nặng (Pb, Zn, Cu, Cd) cao và các nguyên tố đa lượng thấp, không thuận lợi cho sự phát triển của thực vật Bốn loài thực vật được nghiên cứu bao gồm cỏ Vetiver, cây Paspalum notatum, cây Cynodon dactylon và cây cỏ tranh (Imperata cylindrica) Sau sáu tháng thí nghiệm, cỏ Vetiver được xác định là loài hiệu quả nhất trong việc cải tạo chất thải mỏ.
Cỏ Vetiver có khả năng chịu đựng kim loại nặng (KLN) cao hơn nhiều so với các loại thực vật khác Cụ thể, đối với nguyên tố arsen (As), ngưỡng chịu đựng của các loài cây cỏ khác chỉ dao động từ 1 – 10 mg/kg, trong khi cỏ Vetiver có thể chịu được mức từ 21 – 72 mg/kg Đối với nguyên tố cadmium (Cd), cỏ Vetiver cũng thể hiện khả năng chịu đựng vượt trội.
22 ngưỡng độc của cỏ Vetiver từ 45 – 48 mg/kg, các loài thực vật khác chỉ từ 5 –
Cỏ Vetiver có khả năng chịu đựng hàm lượng chì (Pb) trong đất lên đến 1500 mg/kg, đồng thời nồng độ kim loại này trong cây có thể vượt quá 78 mg/kg.
Bảng 2.7: So sánh ngƣỡng chịu KLN của cỏ Vetiver và các loài cỏ khác
Ngưỡng chống chịu trong đất
Ngưỡng chống chịu trong cây
Cỏ vetiver Cỏ khác Cỏ vetiver Cỏ khác
(Nguồn: Truong P.N.V, 2004 trích theo Lương Thị Thúy Vân, 2012)[19]
Nghiên cứu của Võ Văn Minh (2008) cho thấy cỏ Vetiver có khả năng tích lũy kẽm (Zn) và đồng (Cu) trong các môi trường đất khác nhau, bao gồm đất có thành phần cơ giới nặng và nhẹ, cũng như hàm lượng chất hữu cơ phong phú hoặc nghèo Kết quả chỉ ra rằng hàm lượng Zn và Cu trong cỏ tỷ lệ thuận với nồng độ Zn và Cu được bổ sung vào đất Khả năng hấp thụ Zn và Cu của cỏ Vetiver là đáng chú ý, cho thấy tiềm năng của loại cây này trong việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất.
Cu của cỏ Vetiver khá cao, trong đó khả năng hút Zn cao hơn Cu Hàm lượng
Zn tích lũy trong thân, lá và rễ đạt mức cao nhất lần lượt là 539,81 ppm và 852,24 ppm, trong khi Cu chỉ ghi nhận 46,54 ppm và 58,88 ppm Tỷ lệ hàm lượng giữa Zn và Cu cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong khả năng tích lũy của hai nguyên tố này.
Zn và Cu có hàm lượng tích lũy cao trong thân và lá so với rễ, với Zn dao động từ 37,57% đến 84,03% và Cu từ 24,03% đến 85,49%.
Nghiên cứu cho thấy cỏ Vetiver có khả năng xử lý đất ô nhiễm kẽm (Zn) và đồng (Cu) thông qua hai cơ chế chính: chiết rút bằng thực vật (Phytoextraction) và cố định bằng thực vật (Phytobilization).
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi không gian: thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên
Nội dung nghiên cứu tập trung vào việc khai thác mối quan hệ cộng sinh giữa loài dương xỉ bản địa và nấm rễ cộng sinh AMF (Arbuscular Mycorhizal Fungi) nhằm xử lý đất ô nhiễm chì (Pb) Việc này không chỉ giúp cải thiện chất lượng đất mà còn tạo ra giải pháp bền vững cho vấn đề ô nhiễm môi trường Sự tương tác giữa dương xỉ và AMF có thể tăng cường khả năng hấp thụ và chuyển hóa chì, góp phần phục hồi hệ sinh thái đất.
Nội dung nghiên cứu
Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của xã Chỉ Đạo
Nghiên cứu một số tính chất của đất tại xã Chỉ Đạo
Đánh giá chất lượng chế phẩm Mycoroot trước khi sử dụng
Nghiên cứu khả năng chống chịu, hấp thu chì (Pb) của loài dương xỉ bản địa cộng sinh với nấm rễ AMF
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp:
Thu thập thông tin từ Ủy Ban nhân dân xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên,
Thu thập thông tin từ các bài báo khoa học
Thu thập thông tin từ các đề tài tương tự
Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp
Khảo sát hiện trường: Quan sát, chụp ảnh, thu thập các thông tin ngoài hiện trường
Phương pháp lấy mẫu đất: Lấy mẫu đất theo hướng dẫn của các tiêu chuẩn
TCVN 4046 : 1985 - Đất trồng trọt - Phương pháp lấy mẫu
TCVN 5297: 1995 - Chất lượng đất - Lấy mẫu - yêu cầu chung
Thí nghiệm chậu vại được thực hiện tại khu thí nghiệm của Khoa Môi trường, Trường ĐHNN Hà Nội, với 4 công thức và 3 lần nhắc lại cho mỗi chậu Cây dương xỉ được trồng trong chậu nhựa chứa 3kg hỗn hợp đất và cát theo tỷ lệ 3:1, đã được khử trùng ở 121 độ C trong 2 giờ Mật độ trồng là 4 cây mỗi chậu, và trước khi trồng, chậu vại được khử trùng bằng dung dịch cồn 70 độ.
Thí nghiệm gồm 4 công thức:
Công thức 1: Trồng dương xỉ
Công thức 2: Trồng dương xỉ + Bón 20g chế phẩm Mycoroot/cây
Công thức 3: Trồng dương xỉ + Bón 40g chế phẩm Mycoroot/cây
Công thức 4: Trồng dương xỉ + Bón 80g chế phẩm Mycoroot/cây
Phương pháp phân tích số lượng nấm rễ có trong chế phẩm
Cân 1g chế phẩm vào cốc thủy tinh và thêm nước để hòa tan Sau đó, lọc qua rây và thu bào tử bằng bình tia vào hộp petri Cuối cùng, quan sát dưới kính hiển vi soi nổi để đếm số lượng bào tử.
Phương pháp xác định sự xâm nhiễm của nấm cộng sinh rễ (AMF) vào rễ cây dương xỉ bao gồm việc thu thập 1g rễ từ mỗi chậu thí nghiệm Sau đó, rễ được rửa sạch với dung dịch KOH 10% và nhuộm bằng xanh Trypan 0,05% trong lactophenol Cuối cùng, mẫu rễ được quan sát dưới kính hiển vi để đánh giá khả năng xâm nhiễm của nấm rễ vào rễ cây dương xỉ.
Phương pháp xử lý mẫu
Mẫu đất sau khi lấy về phơi khô không khí, sau đó tiến hành giã đất và sàng qua rây 2mm và bảo quản trong túi polyetylen
Cây dương xỉ được thu hoạch sau 40 ngày sinh trưởng, sau đó được rửa sạch đất và tách riêng phần thân lá và rễ Tiếp theo, khối lượng tươi của thân lá và rễ được cân Mẫu được sấy khô ở nhiệt độ 70°C cho đến khi khối lượng không thay đổi, từ đó xác định sinh khối khô Cuối cùng, mẫu được nghiền nhỏ và bảo quản trong túi polyetylen.
pH (KCl) được xác định bằng pH meter
Thành phần cơ giới được xác định theo phương pháp pipet (ống hút Robinson)
Dung tích trao đổi cation của đất (CEC) được xác định theo phương pháp dùng amoni axetat
Chất hữu cơ của đất (OM) được xác định theo phương pháp Walkley – Black
Hàm lượng chì (Pb) tổng số được xác định bằng cách công phá mẫu với dung dịch cường thủy, gồm hỗn hợp 2 dung dịch axit HCl và HNO3 theo tỷ lệ 3:1, sau đó đo lường bằng máy quang phổ hấp thụ nguyên tử.
Hàm lượng Pb linh động: Chiết mẫu bằng dung dịch HCl 0,1M sau đó đo trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử
Cân 0,5 g mẫu thực vật và cho vào chén sứ nung ở nhiệt độ 550°C trong 4 giờ Sau đó, lấy ra để nguội và hòa tan bằng 5 ml HCl 6N, đun sôi trong 15 phút để hòa tan cặn Để nguội, sau đó điều chỉnh thể tích lên 50 ml bằng nước cất và tiến hành đo trên máy quang phổ hấp thụ nguyên tử.
Phương pháp xác định tổng lượng chì mà cây trồng loại bỏ được
Dựa vào hàm lượng chì (Pb) tích lũy trong các bộ phận của cây và lượng sinh khối khô của từng phần, chúng ta có thể tính toán lượng Pb mà cây đã hấp thụ và loại bỏ khỏi đất.
Nếu hàm lượng Pb tích lũy trong cây là a (mgPb/kg SKK)
Lượng sinh khối khô trung bình của 1 chậu thí nghiệm là x (g SKK/chậu)
Thì lượng Pb cây lấy đi khỏi đất (mgPb/chậu) = ax/1000
Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu được phân tích, tổng hợp bằng phần mềm Excel, IRRISTAT
Phương pháp so sánh với Quy chuẩn môi trường: QCVN 03:2008/BTNMT: Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về giới hạn kim loại nặng trong đất
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Đặc điểm chung về đị a bàn nghiên cứu
4.1.1 Điề u ki ệ n t ự nhiên, kinh t ế xã h ộ i xã Ch ỉ Đạ o, huy ện Văn Lâm, tỉ nh Hưng Yên
4.1.1.1 Điều kiện tự nhiên của xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên
Xã Chỉ Đạo là xã nằm về phía Đông Bắc huyện Văn Lâm, cách trung tâm huyện 6 km, có tọa độ địa lý : Vĩ độ 20 0 48’45’’, kinh độ: 105 0 02’30’’
Xã có vị trí địa lý giáp ranh với các khu vực xung quanh, cụ thể: phía Bắc giáp tỉnh Bắc Ninh, phía Nam giáp xã Minh Hải, phía Đông giáp xã Đại Đồng và phía Tây giáp xã Lạc Đạo.
Đặc điểm địa hình, đất đai của xã Chỉ Đạo
Xã Chỉ Đạo có địa hình phức tạp, cao thấp không đều, thoải dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam với độ cao trung bình từ 3 – 4 m, điều này tạo điều kiện cho ô nhiễm lan tỏa rộng rãi Đất đai tại đây chủ yếu là đất phù sa do hệ thống sông Hồng bồi đắp hàng năm, với đặc tính chua và hàm lượng dinh dưỡng từ trung bình đến cao Tầng đất canh tác chủ yếu là đất thịt, đất thịt pha sét và đất thịt pha cát, có độ dày từ 15 – 20 cm Với điều kiện đất đai và địa hình như vậy, Chỉ Đạo rất phù hợp cho việc phát triển nông nghiệp, xây dựng hệ thống giao thông, thủy lợi và cơ sở hạ tầng.
4.1.1.2 Đặc điểm kinh tế xã hội của xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên
Chỉ Đạo là một xã chủ yếu thuần nông với diện tích tự nhiên 597,1 ha, trong đó đất canh tác chiếm 360,49 ha và dân số khoảng 8.473 người Nằm ở trung tâm huyện, xã cách thị trấn huyện lỵ Văn Lâm 6 km và có hệ thống giao thông đường bộ, đường sắt thuận lợi Tuy nhiên, đầu năm, thời tiết diễn biến phức tạp đã gây khó khăn cho sản xuất nông nghiệp, cùng với sự ảnh hưởng của suy thoái tài chính và giá cả nông sản thấp, khiến kinh tế địa phương phục hồi chậm.
37 loại giảm nhẹ như: thóc, gạo, thịt gia cầm đã tác động đáng kể đến phát triển kinh tế chung của xã
Năm 2013, giá trị tổng sản phẩm xã hội đạt khoảng 96.920 tỷ đồng, tăng khoảng 13,5% so với năm 2012 với giá trị 71.800 tỷ đồng Thu nhập bình quân đầu người vào năm này đạt xấp xỉ 11,4 triệu đồng.
Sản xuất nông nghiệp đóng góp 50,5% vào giá trị sản xuất với gần 49 tỷ đồng Diện tích gieo cấy lúa trung bình hai vụ chiêm và mùa toàn xã đạt 350,8 ha/vụ Các giống lúa chủ yếu được trồng là lúa chất lượng cao như nếp và Bắc thơm số 7, chiếm từ 55 – 60% Bên cạnh đó, lúa năng suất cao như các giống lúa lai hai dòng như TH3 – 3, Bio 404, SYN 6 cũng được gieo cấy, chiếm khoảng 15 – 20% Phần còn lại là giống Khang dân 18 và một số giống khác Năng suất lúa bình quân năm 2013 đạt mức cao.
180 – 200 kg/sào (đạt 110 tạ/ ha giảm 10 tạ/ ha so với 2012) trong đó năng suất lúa bình quân vụ chiêm xuân đạt 230 kg/sào (6,38 tấn/ha), nhiều hộ đạt
Năng suất cây trồng trong vụ mùa thường đạt khoảng 240 – 250 kg/sào Tuy nhiên, do ảnh hưởng của thời tiết nắng nóng và tình trạng thiếu nước, năng suất trong cuối vụ giảm mạnh, chỉ còn 150 – 160 kg/sào do hiện tượng bạc lá và cháy lá.
40 – 50 kg/sào so với vụ mùa năm 2012)
Tính đến tháng 12/2013, tổng đàn lợn trong xã đạt 1.934 con, trong khi đàn gia súc gia cầm có 15.000 con và đàn trâu bò chỉ có 62 con Mặc dù giá thức ăn chăn nuôi tăng cao đã ảnh hưởng đến sự phát triển của đàn gia súc gia cầm, nhưng tổng đàn vẫn duy trì ổn định so với năm trước.
Năm 2013, ngành thủ công nghiệp và dịch vụ đã vượt qua khó khăn, duy trì sự phát triển ổn định Tiểu thủ công nghiệp chiếm 32,5% với giá trị sản xuất khoảng 31,5 tỷ đồng, trong khi dịch vụ thương mại chiếm 17% với giá trị thu gần 16,5 tỷ đồng Toàn xã có khoảng 185 hộ hoạt động trong lĩnh vực tái chế kim loại màu, tái chế nhựa, dịch vụ cơ khí, ăn uống, giải khát và tạp hóa Bình quân mỗi hộ đều đóng góp vào sự phát triển chung của địa phương.
38 làm nghề thu từ 5 – 6 triệu đồng/tháng Cá biệt có một số hộ thu nhập bình quân đạt trên 10 triệu đồng/ tháng
4.1.2 Hi ệ n tr ạ ng làng ngh ề
Theo số liệu của Sở Công nghiệp Hưng Yên, trên địa bàn huyện có trên
Trong số 30 làng nghề, có 17 làng nghề thủ công mỹ nghệ, 4 làng nghề sản xuất vật liệu xây dựng, 5 làng nghề tái chế kim loại và da, cùng với 8 làng nghề chế biến nông sản, dược phẩm và dược liệu Tuy nhiên, hầu hết các làng nghề này đều sử dụng thiết bị công nghệ lạc hậu và chắp vá.
Đông Mai đã nổi tiếng là một trong những làng nghề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nhất tỉnh trong suốt hàng chục năm qua Theo các chuyên gia, hàm lượng chì trong nước ở Đông Mai đạt mức trung bình 0,77mg/l, vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 7,7 đến 15 lần Đặc biệt, tại các ao hồ nơi diễn ra hoạt động đãi và đổ xỉ, hàm lượng chì lên tới 3,278mg/l, vượt quá tiêu chuẩn cho phép từ 32 lần.
65 lần Còn trong đất, hàm lượng chì trung bình là 398,72 mg/kg Trong không khí, từ 26,332 mg/m 3 - 46,414 mg/m 3 , gấp 4.600 lần so với tiêu chuẩn cho phép [28]
Theo Quyết định 64-2003/QĐ - TTg, thôn Đông Mai phải hoàn thành việc xử lý ô nhiễm môi trường và di dời các lò tái chế chì ra khỏi khu dân cư trước cuối năm 2007 Đến đầu năm 2011, tỉnh Hưng Yên đã phê duyệt dự án xây dựng cụm công nghiệp Đông Mai, nhằm tập trung các hộ tái chế kim loại độc hại với mô hình sản xuất hiện đại khép kín, giảm thiểu ô nhiễm chì trong khói và nước thải Dự án có quy mô 21 ha, cách xa khu dân cư hơn 1 km Tuy nhiên, tính đến cuối năm 2013, vẫn còn khoảng 27 hộ tham gia tái chế chì trong khu dân cư.
Quy trình sản xuất chì tại thôn Đông Mai chủ yếu diễn ra theo phương pháp thủ công, bao gồm các bước từ việc thu gom nguyên liệu, vận chuyển cho đến nấu chảy chì trong lò tái chế Nguyên liệu chính để nấu chì là phế thải từ bình ắc quy hỏng, được thu mua từ nhiều nguồn khác nhau.
Làng Đông Mai đang thu hút sự chú ý khi 39 người dân tập trung tại đây để tham gia vào quá trình tái chế chì từ bình ắc quy Sau khi phá dỡ bình, lõi chì được thu gom và nấu chảy trong lò để tạo ra chì thành phẩm Trong giai đoạn tinh chế, bản cực chì phế liệu chứa nhiều hợp chất như chì kim loại, oxit chì và chì sunfat Để tách chì ra khỏi hỗn hợp này, than cốc trong lò hỏa luyện đóng vai trò là tác nhân khử, chuyển đổi oxit chì và chì sunfat thành chì kim loại Tuy nhiên, do áp dụng các phương pháp tái chế truyền thống và lạc hậu, quá trình này đã gây ra nhiều chất ô nhiễm, ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường.
Hình 4.1: Quá trình phá dỡ bình ắc quy rất thủ công
(Nguồn: http://nld.com.vn/) [30]
Hình 4.2: Axít từ những bình ắc quy hỏng đƣợc xả thẳng ra môi trường
Trong quá trình tháo dỡ bình ắc quy, việc phát sinh hơi axit và bụi chì là điều không thể tránh khỏi Dung dịch axit trong bình ắc quy có thể bị đổ ra ngoài, gây ô nhiễm môi trường và tiềm ẩn nguy cơ cho sức khỏe con người.
Trong quá trình tinh chế chì, axit dư thải ra từ bản cực chì và bụi chì phát tán vào không khí, gây ô nhiễm môi trường khi rơi xuống đất và ao hồ Các chất thải này tích lũy trong đất và kênh mương, nơi cung cấp nước tưới cho sản xuất nông nghiệp, dẫn đến ô nhiễm kim loại tại các khu vực đất nông nghiệp Hơn nữa, ô nhiễm còn thấm sâu vào các tầng đất, làm ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm và nước mặt trong khu vực.
Một số tính chất đất của khu vực nghiên cứu
Để xác định các tính chất lý hóa của đất, cần phân tích một số chỉ tiêu quan trọng như pH KCl, hàm lượng chất hữu cơ (OM), dung tích hấp thụ trao đổi cation (CEC), thành phần cơ giới, và hàm lượng chì (Pb) tổng số cũng như dễ tiêu Kết quả phân tích sẽ được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 4.1: Một số tính chất lí hóa học của đất nghiên cứu
STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị
Thành phần cơ giới của đất phản ánh nguồn gốc hình thành và tính chất lý hóa học của nó, ảnh hưởng trực tiếp đến độ phì nhiêu Đất nặng có khả năng giữ dưỡng chất tốt hơn, nhưng cũng dễ giữ lại các chất ô nhiễm.
Mẫu đất tại thôn Đông Mai có hàm lượng sét 12,7%, limon 45,1% và cát 42,2%, được phân loại theo sơ đồ USDA là đất thịt Đất thịt có tỷ lệ hạt và đặc tính lý hóa nằm giữa đất cát và đất sét, nên rất thích hợp cho nhiều loại cây trồng Đặc điểm của đất thịt giúp dễ làm đất, chăm bón và đạt năng suất cao.
pH là yếu tố quan trọng trong đánh giá trạng thái của đất, ảnh hưởng đến các quá trình lý, hóa và sinh học trong đất Nó có vai trò lớn trong việc đánh giá độ phì và chuyển hóa chất ô nhiễm Kết quả phân tích mẫu đất tại cánh đồng Hè, thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên cho thấy giá trị pHKCl là 4,3, cho thấy đất ở khu vực này thuộc loại rất chua theo thang đánh giá trong cuốn Sổ tay phân tích đất – nước – cây trồng của Viện Thổ nhưỡng – Nông hóa.
Hiện tượng đất chua trong khu vực nghiên cứu chủ yếu do việc tiếp nhận lượng lớn nước thải axit từ quá trình phá dỡ bình ắc quy Thêm vào đó, việc sử dụng quá nhiều phân bón hóa học trong canh tác cũng góp phần làm tăng độ chua của đất Các gốc axit trong phân hóa học không được cây hấp thụ hoặc chỉ được hấp thụ rất ít, tích tụ trong đất và kết hợp với nước tạo thành axit, dẫn đến hiện tượng đất chua.
Giá trị pH thấp trong đất có thể dẫn đến nguy cơ ô nhiễm cao hơn, vì nó làm tăng tính linh động của các cation, đặc biệt là các kim loại nặng.
Chất hữu cơ của đất (OM (%))
Chất hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng đất, là yếu tố chính phân biệt đất với đá mẹ Sự hiện diện, số lượng và tính chất của chất hữu cơ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng sinh trưởng của cây trồng và sự phát triển của hệ sinh thái đất.
Chất hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành đất, ảnh hưởng đến nhiều tính chất lý, hóa, sinh học và độ phì nhiêu của đất Nó bao gồm tàn tích hữu cơ chưa phân giải như rễ, thân, lá cây và xác động vật, cùng với các chất hữu cơ đã phân giải, trong đó có hợp chất ngoài mùn và nhóm hợp chất mùn Chất hữu cơ được coi là phần quý giá nhất của đất, không chỉ cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng mà còn điều tiết nhiều tính chất của đất theo hướng tích cực, tăng cường lượng và chất của CEC, cũng như cải thiện kết cấu đất.
Kết quả phân tích cho thấy đất nghiên cứu có mức độ chất hữu cơ thuộc nhóm trung bình, dựa trên thang đánh giá của W Siderius trong giáo trình thổ nhưỡng học.
Dung tích hấp thụ trao đổi cation (CEC)
Dung tích trao đổi cation (CEC) là tổng số cation mà đất có thể giữ ở trạng thái trao đổi trong điều kiện tiêu chuẩn, cho phép chúng tương tác và trao đổi với các cation trong dung dịch.
Mẫu đất nghiên cứu có giá trị CEC là 13,2 lđl/100g, cho thấy nó thuộc nhóm đất có dung tích trao đổi cation trung bình So sánh với CEC của một số loại đất tại Việt Nam, giá trị này hoàn toàn phù hợp với CEC của đất phù xa sông Hồng.
Bảng 4.2: Hàm lƣợng chì tổng số và chì dễ tiêu trong đất nghiên cứu Đơn vị: mg/kg đất khô
Chỉ tiêu Pb tổng số Pb dễ tiêu
Hàm lượng chì (Pb) trong mẫu đất nghiên cứu đạt mức rất cao, với tổng số Pb là 2622,14 mgPb/kg đất khô, vượt quá 37 lần giới hạn cho phép trong đất nông nghiệp Mặc dù hàm lượng Pb dễ tiêu chỉ chiếm một phần nhỏ so với tổng số, nhưng vẫn cao hơn 5,4 lần so với quy chuẩn quy định trong QCVN 03:2008/BTNMT, cho thấy mẫu đất này đã bị ô nhiễm chì nghiêm trọng Tình trạng ô nhiễm này rất nguy hiểm, đặc biệt là tại khu vực lấy mẫu đất, một cánh đồng ruộng.
Hè thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên, hiện vẫn được người dân canh tác lúa, dẫn đến nguy cơ cao về sự tích tụ chì trong nông sản Điều này đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe của những người tiêu dùng sản phẩm này.
Đánh giá chất lượng chế phẩm Mycoroot trước khi sử dụng
Chế phẩm nấm rễ Mycoroot do công ty TNHH Thời Đại Xanh sản xuất và cung cấp, có dạng bột màu đen xám Sản phẩm này được hình thành từ các bào tử nấm rễ của nhiều loài, bao gồm Glomus mosseae và G clarum.
G caledonium, G intraradices, G etunicatum , cùng với chất mang là cát và than bùn phối trộn đều
Trước khi sử dụng chế phẩm nấm rễ Mycoroot, cần phân tích để đánh giá chất lượng bằng cách xác định số lượng bào tử nấm rễ có trong sản phẩm Sau khi hòa 1g chế phẩm vào nước và lọc qua rây, bào tử nấm rễ được thu thập trên bề mặt rây và quan sát dưới kính hiển vi soi nổi để đếm số lượng Kết quả cho thấy, trong 1g chế phẩm Mycoroot có một số lượng bào tử nhất định.
25 bào tử nấm rễ, tương đương với 250 bào tử/10g chế phẩm
Mặc dù chưa có tiêu chuẩn chính thức về chất lượng chế phẩm nấm rễ, nhưng kết quả quan sát cho thấy sản phẩm hoàn toàn đáp ứng thông tin mà nhà sản xuất đã cung cấp, với 250 – 300 bào tử trong mỗi 10 gram chế phẩm.
Hình 4.3: Bào tử nấm rễ quan sát trên kính hiển vi soi nổi
Nghiên cứu khả năng chống chị u, hấp thu Pb của cây dương xỉ cộng sinh với nẫm rễ (AMF)
4.4.1 Kh ả năng xâm nhiễ m c ủ a n ấ m r ễ vào r ễ cây dương xỉ
Sự cộng sinh nấm rễ bắt đầu khi bào tử nấm rễ nảy mầm trong đất, sau đó sợi nấm phát triển hướng về rễ cây, thiết lập tiếp xúc và phát triển dọc theo bề mặt rễ Một hoặc nhiều sợi nấm sẽ hình thành khối u gọi là giác bám, bám giữa các tế bào biểu bì Quá trình xâm nhập diễn ra khi sợi nấm từ giác bám đâm thủng biểu bì hoặc vỏ tế bào rễ, cho phép sợi nấm xâm nhập vào rễ Sau khi xâm nhập, sợi nấm sinh trưởng nhanh chóng giữa các tế bào và hình thành Arbuscules, có hình dạng giống như bụi cây nhỏ, nhờ vào sự phân nhánh lặp đi lặp lại và giảm chiều rộng của sợi nấm.
Sợi nấm không chỉ xâm nhập vào bên trong mà còn phát triển ra ngoài, bám dọc theo bề mặt rễ và tạo ra nhiều điểm xâm nhập vào rễ.
45 hơn Mạng lưới sợi nấm này có thể phát triển vài cm từ bề mặt rễ cây giúp rễ hấp thu những ion khoáng kém linh động trong đất
Sau khi thu thập mẫu rễ để đánh giá khả năng xâm nhiễm của nấm rễ vào rễ cây dương xỉ, chúng tôi nhận thấy rằng nấm rễ trong các công thức có bổ sung chế phẩm đều có khả năng xâm nhiễm Tuy nhiên, mức độ xâm nhiễm của nấm rễ ở các công thức này lại khác nhau.
Hình 4.4: Khả năng xâm nhiễm của nấm rễ vào rễ cây dương xỉ
Theo đồ thị trong hình 4.6, hai công thức bón chế phẩm với liều lượng lớn (40 – 80 g chế phẩm/cây) cho thấy khả năng xâm nhiễm của nấm rễ mạnh mẽ, chiếm trên 20% chiều dài rễ Điều này cho thấy rằng nấm rễ trong hai công thức CT3 và CT4 có khả năng hỗ trợ đáng kể cho cây dương xỉ trong quá trình sinh trưởng, phát triển và giúp cây chống chịu tốt với các điều kiện môi trường bất lợi.
Mặc dù công thức đối chứng (CT1) không sử dụng chế phẩm nấm rễ Mycoroot, khả năng xâm nhiễm của nấm rễ vào rễ cây dương xỉ vẫn cho thấy sự xâm nhiễm yếu Nguyên nhân có thể là do rễ cây dương xỉ đã có sẵn những mảnh rễ chứa nấm rễ cộng sinh, tuy nhiên, mức độ cộng sinh này chỉ khoảng 2%, không đáng kể.
4.4.2 Sinh trưở ng phát tri ể n c ủ a cây tr ồ ng thí nghi ệ m
Khi áp dụng công nghệ thực vật để xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng, tốc độ sinh trưởng và phát triển của cây trồng là yếu tố quan trọng cần xem xét Sinh khối cao giúp tăng khả năng loại bỏ chất ô nhiễm, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý.
Cây Dương xỉ sau 40 ngày trồng (từ 10/3 – 21/4/2014) được thu hoạch, rửa sạch, để ráo, và tách thành hai phần: phần thân lá và phần rễ Sau đó, cây được cân để xác định sinh khối tươi, trong khi sinh khối khô được xác định bằng cách sấy các thành phần ở nhiệt độ 70°C cho đến khi khô hoàn toàn Kết quả được trình bày trong bảng sau.
Bảng 4.3: Sinh khối tươi của cây trồng sau 40 ngày thí nghiệm
Thân lá Rễ Tổng % tăng so với đối chứng
Theo bảng số liệu, có sự khác biệt về sinh khối giữa các công thức thí nghiệm Các công thức sử dụng chế phẩm nấm rễ Mycoroot với liều lượng khác nhau đều cho sinh khối cao hơn so với công thức đối chứng (CT1), với mức tăng từ 1,1 đến 1,6 lần (tương ứng với 9,42% - 55,64%) Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Bùi Thị Kim Anh (2011) về việc sử dụng chế phẩm nấm rễ trong xử lý Asen ở cây dương xỉ tại khu vực khai thác khoáng sản.
Nghiên cứu cho thấy, cả rễ và thân lá dương xỉ đều tăng sinh khối khi lượng chế phẩm bổ sung vào đất tăng lên, với tổng sinh khối tươi đạt 67,94g, 80,47g và 96,64g tương ứng với các mức bón 20, 40 và 80 g chế phẩm Mycoroot/cây Công thức 4 cho kết quả sinh khối lớn nhất, với 55,98 g thân lá và 40,66 g rễ mỗi chậu, trong khi công thức đối chứng (công thức 1) ghi nhận sinh khối thấp nhất là 37,66 g thân lá và 24,43 g rễ mỗi chậu.
Bảng 4.4: Sinh khối khô của cây trồng sau 40 ngày thí nghiệm
Thân lá Rễ Tổng % tăng so với đối chứng
Tương tự như vậy, lượng sinh khối khô của cây dương xỉ trong công thức 4 (CT4) đạt mức lớn nhất, theo sau là công thức 3 (CT3) và công thức 2
Trong nghiên cứu, công thức thí nghiệm CT2 cho thấy mức sinh khối khô thấp nhất so với công thức đối chứng CT1 Các công thức thí nghiệm khác có mức sinh khối khô cao hơn lần lượt là 6,98 %, 32,29 % và 49,83 % Khi so sánh khối lượng sinh khối khô với lượng sinh khối tươi, trung bình khối sinh khối khô chiếm 16,2 % đối với thân lá và 21 % đối với rễ so với sinh khối tươi.
Kết quả thí nghiệm cho thấy mối quan hệ cộng sinh giữa nấm rễ (AMF) và cây trồng mang lại lợi ích rõ rệt trong việc tăng sinh khối cho cây Cụ thể, khi mức chế phẩm bổ sung tăng lên, sinh khối thu được cũng tăng theo, với mức cao nhất đạt 55,64% ở công thức bón chế phẩm lớn nhất so với công thức đối chứng không có nấm rễ cộng sinh Hiệu quả này xuất phát từ việc nấm AMF xâm nhiễm vào rễ cây, làm tăng diện tích tiếp xúc giữa rễ và đất, từ đó cải thiện khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng và nước Nấm cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy và chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong đất, giúp biến đổi các chất khó tiêu thành dạng dễ tiêu cho cây, đồng thời tăng khả năng hòa tan của các khoáng chất như sắt và phốt pho, từ đó nâng cao khả năng hấp thụ dinh dưỡng và tăng sinh khối cây trồng.
Trong quá trình sinh trưởng, các vi sinh vật có khả năng tiết ra kháng sinh giúp ức chế vi sinh vật gây bệnh, đồng thời sản xuất axit amin, vitamin, enzym và hoóc môn thực vật như axít Idolaxetic (IAA) Những chất này không chỉ kích thích sự phát triển của cây trồng mà còn thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật có lợi tại vùng rễ.
Công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật không chỉ hiệu quả trong việc loại bỏ kim loại nặng khỏi đất mà còn giúp tạo ra màu xanh cho những vùng đất ô nhiễm, nơi cây cỏ thông thường không thể phát triển Hơn nữa, giá thành của phương pháp này rất hợp lý, mang lại giải pháp bền vững cho việc cải tạo môi trường.
Công nghệ thực vật trong xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng trong đất, đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học nhờ vào tính dễ vận hành và hiệu quả cao Các loại cây được sử dụng cần có khả năng tích lũy kim loại nặng tốt và sinh khối lớn Tuy nhiên, cây có sinh khối cao thường gặp khó khăn trong việc chống chịu kim loại nặng, trong khi cây có khả năng chống chịu lại có sinh khối thấp và thời gian xử lý kéo dài Kết quả thí nghiệm cho thấy khi dương xỉ kết hợp với nấm rễ (AMF), sinh khối của cây đã được cải thiện đáng kể, giúp tăng lượng kim loại nặng được loại bỏ khỏi đất và rút ngắn thời gian xử lý.
4.4.3 Hàm lượng Pb tích lũy trong các bộ ph ậ n c ủa cây dương xỉ
Hàm lượng kim loại nặng trong sinh khối thực vật ảnh hưởng lớn đến hiệu quả và tốc độ xử lý ô nhiễm môi trường bằng công nghệ thực vật.