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

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 trường sống do khai thác mỏ gây ra thật phức tạp và kinh phí cho sự phục hồi là rất đắt. Vì vậy, giải quyết vấn đề này còn gặp rất nhiều khó khăn. Hiện nay, công nghệ sử dụng thực vật được đánh giá là thích hợp nhất cho xử lý ô nhiễm kim loại nặng (KLN) trong đất do giá thành thấp, vận hành đơn giản và thân thiện với môi trường. Các nhà khoa học đã phát hiện ra một số nhóm thực vật có khả năng tích luỹ rất nhiều KLN trong cơ thể gọi là cây siêu tích luỹ (hyperaccumulators). 2 Trong quá trình nghiên cứu kĩ thuật xử lý ô nhiễm bằng thực vật, các nhà khoa học đã khám phá ra rất nhiều loài thực vật có khả năng hút As từ đất. Ví dụ, cỏ Agrostis capillaris L., cỏ Agrostis tenerrima Trin., dương xỉ Pteris vittata L. và cây gỗ nhỏ Sarcosphaera coronaria có khả năng tích luỹ As tương ứng là 100, 1000, 27000 và 7000 mg/kg sinh khối khô. Trong các loài thực vật siêu tích lũy As, nhiều nhà khoa học đã đặc biệt chú ý đến dương xỉ bởi nhiều nghiên cứu cho thấy loại thực vật này có khả năng chống chịu và tích lũy As cao. Đặc biệt loài dương xỉ Pteris vittata đã được các tác giả chứng minh là loài siêu tích lũy As. Ngoài ra, một vài loài dương xỉ khác cũng được chú ý là Pteris nervosa, Pteris cretica, P. longifolia L., P. umbrosa L., P. argyraea L., P. quadriaurita L., P. ryiunkensis L., P. biaurita. Đề tài “Nghiên cứu sử dụng thực vật (dương xỉ) để xử lý ô nhiễm As trong đất vùng khai thác khoáng sản” nhằm góp phần tìm ra giải pháp xử lý As bằng dương xỉ hiệu quả và khoa học, làm cơ sở cho việc ứng dụng công nghệ thực vật vào xử lý ô nhiễm ở Việt Nam. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Luận án góp phần đánh giá mức độ ô nhiễm As trong đất sau khai thác khoáng sản và nghiên cứu khả năng tích luỹ As của một số loài thực vật bản địa ở bốn vùng khai thác mỏ đặc trưng của tỉnh Thái Nguyên. - Luận án đi sâu nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý ô nhiễm As trong đất của hai loài dương xỉ bản địa Pteris vittata (P.vittata) và Pityrogramma calomelanos (P.calomelanos) thu được từ vùng khai thác mỏ của Thái Nguyên một cách hệ thống và toàn diện. - Nghiên cứu đề xuất được quy trình công nghệ sử dụng dương xỉ để xử lý đất bị ô nhiễm As. (Đây là một công nghệ thân thiện với môi trường, có chi phí thấp nhưng hiệu quả cao. Có thể nói, áp dụng công nghệ này là giải pháp tốt nhất đối với điều kiện của Việt Nam 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 vấn đề ô nhiễm môi trường và có độc tính cao đối với cơ thể sống như Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb, Zn, As, As có thể gây độc với mức từ vài µg đến mg/l tùy thuộc vào từng loài sinh vật và mức độ tác động. Khi tác động, As có thể gây chết, ức chế sinh trưởng. Đối với thực vật, As ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, ra hoa, kết quả,… Ở những khu vực bị nhiễm độc As thường có rất ít sinh vật có thể sống được, vì vậy, có thể sử dụng những sinh vật này như những sinh vật chỉ thị. 1. 2. Tình hình ô nhiễm As trong đất mỏ ở Việt Nam Các dạng ô nhiễm môi trường tại các mỏ đã và đang khai thác khoáng sản rất đa dạng như ô nhiễm đất, nước mặt, nước ngầm và là một thực tế đáng báo động cần sớm có giải pháp xử lí. Công đoạn nào của quá trình khai thác khoáng sản cũng gây nên ô nhiễm kim loại vào đất, nước, không khí và vào cơ thể sinh vật. Sự nhiễm bẩn kim loại không chỉ xảy ra khi mỏ đang hoạt động mà còn tồn tại nhiều năm sau khi mỏ ngưng hoạt động. Kết quả thăm dò địa chất đã phát hiện được khoảng 5000 mỏ và điểm quặng, trong đó mỏ khoáng sản kim loại là 90. Diện tích đất đã sử dụng trong khai thác thiếc là trên 300ha, trong khi đó diện tích được hoàn thổ chỉ là 55,8 ha, chiếm gần 20%. Tuy nhiên, đất đã được hoàn thổ thì chất lượng kém chưa đáp ứng cho việc canh tác. Theo kết quả phân tích đất trồng ở khu vực mỏ thiếc Sơn Dương (Tuyên Quang) có hàm lượng As là 642mg/kg trong khi quy 4 chuẩn của Việt Nam cho đất dân sinh là 12 mg/kg (QCVN 03: 2008). Trước đó, Nguyễn Văn Bình và cs, 2000 khi nghiên cứu sự phân bố của As trong khu vực mỏ thiếc này cũng đã xác định sự có mặt của As trong các mẫu đất, nước, bùn thải ven suối cao hơn tiêu chuẩn cho phép và là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường. Một số tác giả, khi nghiên cứu hàm lượng của KLN tại một số vùng khai thác mỏ đặc trưng của Việt Nam cho rằng, hàm lượng As trong hầu hết các mẫu đất và trầm tích tại các mỏ nghiên cứu vượt QCVN 03:2008 cho đất dân sinh nhiều lần. 1.3. Sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm đất Tiềm năng của công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật phụ thuộc vào mối quan hệ qua lại giữa đất, các chất ô nhiễm, vi sinh vật và thực vật. Những mối quan hệ phức tạp này bị ảnh hưởng rất nhiều bởi đặc điểm và sự hoạt động của thực vật, vi sinh vật vùng rễ, điều kiện khí 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 Hình 2.1. P. vittata Hình 2.2. P. calomelanos 2.2. Nội dung nghiên cứu - Đánh giá tình trạng ô nhiễm As trong môi trường đất và khả năng tích lũy As của các loài thực vật mọc tại bốn vùng khai thác mỏ đặc trưng của tỉnh Thái Nguyên. - Xác định gene mã hóa cho khả năng tích lũy As của hai loài dương xỉ bản địa ở Thái Nguyên là P.vittata và P. calomelanos. - Nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy As trong đất của hai loài dương xỉ bản địa. - Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng N, P lên hiệu quả hấp thu và sinh trưởng của dương xỉ chọn lọc. - Nghiên cứu một số giải pháp làm tăng khả năng xử lý ô nhiễm As sẵn có của hai loài dương xỉ chọn lọc. - Nghiên cứu ứng dụng hai loài dương xỉ chọn lọc để xử lý ô nhiễm As trong đất tại vùng khai thác mỏ ở Hà Thượng (Đại Từ, Thái Nguyên). - Đề xuất quy trình công nghệ sử dụng dương xỉ để xử lý ô nhiễm As trong đất. 6 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu Công trình sử dụng các phương pháp bố trí thí nghiệm khoa học tham khảo và kế thừa các nghiên cứu tương tự trong và ngoài nước để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố lên khả năng xử lý ô nhiễm As của dương xỉ. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm được sử dụng chủ yếu là: - Phân tích As trong đất và cây bằng phương pháp US EPA 3051 - pH (KCl) được xác định bằng phương pháp cực chọn lọc hyđro (đo bằng máy đo pH Toledo 320 D) - Nitơ tổng số được xác định bằng phương pháp Kjeldahl - Phốtpho tổng số được xác định bằng phương pháp so màu quang điện (đo trên máy UV-VIS 2450) - Thành phần cơ giới đất được xác định theo phương pháp Katrinski - Dung tích trao đổi cation của đất (CEC) được xác định theo phương pháp Schachtchabel - 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 o 35’55’’; E: 105 o 58’59’’) Yên Lãng: mỏ than (N: 21 o 42’21’’; E: 105 o 31’17’’) Tân Long: mỏ Zn - Pb (N: 21 o 43’46’’; E: 105 o 51’38’’) 7 Hình 3.1. Vị trí các điểm khảo sát, lấy mẫu Hàm lượng As, Pb, Cd và Zn trong thân và rễ của 33 mẫu thực vật khác nhau thu được ở bốn vùng khảo sát đã được phân tích đánh giá. Các mẫu thực vật được lựa chọn là những loài có thể phát triển được trên bãi thải quặng hoặc là những vùng đất bị ảnh hưởng của các chất thải trong quá trình tuyển quặng. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, dương xỉ P.vittata và P.calomelanos có thể hút thu và tích luỹ As trong thân của chúng tương ứng lên đến 5876,5 ± 99,6 và 2426,3±104,5 mg/kg sinh khối khô. Chúng đạt tiêu chí là những loài siêu tích luỹ As. Kết quả thu được tương đồng với kết quả nghiên cứu của Ma và cs.; Wei và Chen; Chen và cs. và Jirarut Wongkongkatep và cs 3.2. Nghiên cứu tách dòng gene liên quan đến khả năng chống chịu và xử lý As của dƣơng xỉ Kết quả tách chiết AND genome của 7 mẫu dương xỉ nghiên cứu được mô tả trên hình 3.3. Kết quả thu được cho phép rút ra nhận xét ADN genome tách chiết được có độ tinh sạch cao, đủ tiêu chuẩn cho các thí nghiệm tiếp theo. 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 của hai loài dương xỉ ở những nồng độ sau 4 tháng thí nghiệm cây chết cho thấy, nồng độ As càng cao thì thời gian sống của cây càng ngắn. Như vậy, cả hai loài dương xỉ nêu trên đều chống chịu As cao hơn so với các loài cây khác đã được công bố. Nhưng khi so sánh hai loại dương xỉ này với nhau đã cho thấy khả năng chống chịu của P.vittata với As tốt hơn nhiều so với loài P.calomelanos Khả năng tích lũy As của hai loài cây này là rất lớn. Trong khoảng nồng độ mà cây chống chịu được, sau 4 tháng thí nghiệm P.vittata tích lũy lượng As từ 307±14,5 đến 6042±101,1 mg/kg trong thân và rễ là từ 131± 16,5 đến 3756± 105,5 mg/kg còn P.calomelanos đã tích lũy được hàm lượng As là 885±35,5 ÷ 4034±83 mg/kg ở trong thân và 483±35,9 ÷ 2256±111,9 mg/kg ở trong rễ. 3.3.2. Nghiên cứu khả năng tích luỹ As theo thời gian của hai loài dương xỉ chọn lọc 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 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 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 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 1 tháng 2 tháng 3 tháng 4 tháng Thời gian thí nghiệm (tháng) Hàm lượng As tích lũy (mg/kg) Thân Pteris vittata Rễ Pteris vittata Thân Pityrogramma calomelanos Rễ Pityrogramma calomelanos 0 1 2 3 4 5 6 1 tháng 2 tháng 3 tháng 4 tháng 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 lũy trong thân, lá (mg/kg) Lượng As tách ra khỏi đất (mg) 1 tháng 0,3 ± 0,1 662,7 ±59,1 0,2 0,8±0,1 1525,9±110,5 1,2 2 tháng 0,8 ± 0,1 2100,4±127,9 1,7 2,9±0,5 2269,8±184,2 6,6 3 tháng 3,9 ± 0,5 2520,5±113,7 9,8 3,5±0,5 3582,6±123,6 12,5 4 tháng 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 10 Lượng P bổ sung vào thí nghiệm (mg/kg) 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) 0 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 7,6 1,9±0,3 2182±89,5 4,1 Kết quả thu được cho thấy, khả năng loại bỏ As khỏi đất của cây chịu ảnh hưởng tích cực của hàm lượng P cho vào thí nghiệm, khi bổ sung lượng P ≤ 400 mg/kg đất đối với cây P.vittata và lượng P < 400 hoặc > 600mg/kg đất đối với cây P.calomelanos thì hàm lượng As được loại bỏ và có sự thay đổi so với đối chứng nhưng không đáng kể. Hiệu quả loại bỏ As ra khỏi đất sau 4 tháng thí nghiệm của cây P.vittata là cao nhất (đạt 7,6 mg) khi bổ sung 800 mg P /kg đất, còn cây P.calomelanos đã loại bỏ được 15,1 mg As ở nồng độ bổ sung 600 mgP/kg đất. Bảng 3.10. Lượng As được tách ra khỏi đất nhờ dương xỉ trong thí nghiệm ảnh hưởng của N Lượng N bổ sung vào thí nghiệm (mg/kg) Pteris vittata Pityrogramma calomelanos Skk thân (g) Lượng As tích lũy trong thân (mg/kg) Lượng As tách ra khỏi đất (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 2,9±0,5 2674±72,2 7,8 300 3,1±0,5 986,8±35,7 3,1 4,2±0,5 3304±104,8 13,9 400 2,4±0,4 973,7±49,1 2,3 1,7±0,4 1929,3±67 3,3 500 2,2±0,4 346±19,1 0,8 1,5±0,3 1714,4±78,4 2,6 Kết quả thu được trên bảng 3.10 cho thấy, khả năng sinh trưởng và tích lũy As của cây chịu ảnh hưởng tích cực của hàm lượng N cho vào thí nghiệm. Khi bổ sung lượng N vào cây [...]... dụng dương xỉ để xử lý ô nhiễm As trong đất ở một số vùng khai thác khoáng sản khác của Việt Nam 2 Hiện đã lưu giữ được gene arsC trong phòng thí nghiệm, vì thế để đẩy nhanh hiệu quả xử lý ô nhiễm As trong đất cần phải có các nghiên cứu về kỹ thuật chuyển gen này vào trong các thực vật cho sinh khối cao hơn dương xỉ 3 Nghiên cứu sử dụng As trong sinh khối thực vật sau thu hoạch để làm thuốc đông y chữa... để xử lý ô nhiễm As trong đất tại Hà Thượng sau 2,5 năm đạt hiệu quả làm sạch As trong đất là 85,5 % Tại mô hình này, mỗi năm lượng As được dương xỉ tách chiết ra khỏi đất thí nghiệm là 15,28 kg As 8 Đã nghiên cứu đề xuất quy trình công nghệ xử lý đất ô nhiễm As bằng công nghệ trồng cây dương xỉ (gồm 12 bước thực hiện) * KIẾN NGHỊ 1 Tiếp tục nghiên cứu chi tiết, cụ thể quy trình công nghệ sử dụng dương... ấ t ô nhiễ m As sau khi cả i tạ o 19 Hình 3.31 Quy trình sử dụng dương xỉ để xử lý ô nhiễm As trong đất KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN 1 Hiện trạng ô nhiễm As trong môi trường đất và khả năng tích lũy As trong thực vật tại bốn vùng khai thác mỏ đặc trưng ở Thái Nguyên (mỏ than Núi Hồng, mỏ sắt Trại Cau, mỏ chì-kẽm làng Hích và mỏ thiếc núi Pháo) đã được đề tài nghiên cứu và đánh giá Hàm lượng As trong. .. rau”, Những vấn đề nghiên cứu cơ bản trong khoa học sự sống Nxb Khoa học và kỹ thuật, tr.361-364 3 Đặng Thị An (2005), Nghiên cứu khả năng chống chịu kim loại nặng ở một số loài thực vật, Đề tài nghiên cứu cấp Viện sinh thái và Tài nguyên sinh vật 2005-2006 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... từ 115,5 – 118,5% 3.6 Nghiên cứu ứng dụng hai loài dƣơng xỉ chọn lọc ra thực tế để xử lý ô nhiễm As trong đất tại vùng khai thác mỏ ở Hà Thƣợng (Đại Từ, Thái Nguyên) 3.6.1 Thí nghiệm quy mô pilốt để xử lý ô nhiễm As trong đất ở Hà Thượng Thí nghiệm diễn ra trong 6 tháng, cứ 3 tháng phần sinh khối trên mặt đất của dương xỉ và mẫu đất thí nghiệm được thu hoạch một lần Phần thân lá của cây dương xỉ được... nghiệm As tổng 2765,6±40,7 1360±27,7 656,9±14,0 As linh động 879,2±24,6 854,2±13,3 487,5±16,7 12 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... vọng trong tương lai, làm phong phú và hoàn thiện hơn quy trình sử dụng dương xỉ để xử lý ô nhiễm As trong đất References TIẾNG VIỆT 1 Đỗ Văn Ái, Mai Trọng Nhuận, Nguyễn Khắc Vinh (2005), Một số đặc điểm phân bố Arsen trong tự nhiên và vấn đề ô nhiễm arsen trong môi trường ở nước ta, Báo cáo của Cục địa chất và khoáng sản Việt Nam 2 Đặng Thị An, Chu Thị Thu Hà (2005), “Sự ảnh hưởng của kim loại trong đất. .. 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 14a P calomelanos tạ i mô hình trình diễ n Hình 14b P vittata tạ i mô hình trình diễ n... 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... thu cao Cd, Pb và Zn 13 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 . 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. 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