HIỆU QUẢ CỦA SỰ KẾT HỢP THỰC VẬT - VI SINH VẬT ĐẾN MỨC ĐỘ TÍCH LŨY KIM LOẠI NẶNG TRONG SINH KHỐI THỰC VẬT BẢN ĐỊA TRỒNG Ở XÃ CHỈ ĐẠO, VĂN LÂM, HƯNG YÊN pdf

HIU QU CA S KT HP THC VT - VI SINH VT N MC TCH LY KIM LOI NNG TRONG SINH KHI THC VT BN A TRNG X CH O, VN LM, HNG YấN Lờ Nh Kiu (1) , Nguyn Vit Hip (1) , Lờ Th Thanh Thy (1) , Nguyn Hu Thnh (2) , Phan Quc Hng (2) SUMMARY Effect of the combination of microorganisms and plants to accumulative level of heavy metals in local plant biomass planting on Chi Dao, Van Lam, Hung Yen Experiments were carried out to accurate assessment of the effect of the combination of 04 selected microorganism strains with 05 local plant variety that have capacity to uptake heavy metal. The results show that the injection of the mix of 04 selected strains not only increased biomass of plant (Enydra fluctuans Lour - 27,57%; Bidens pilosa - 12,96%; Helianthus annuus - 11,11%; Ludwigia hyssopofolia - 8,33% comparing with control) but also increased the value of Zn, Cu, Pb accumulated in biomass of plants. Zn accumulative level in biomass were increased in all local plants. However, Cu accumulated were only increased in Enydra fluctuans Lour, Helianthus annuus, Ludwigia hyssopofolia (16,75%, 12,30%, 11,24% respectfully) and Pb accumulated in Helianthus annuus, Ludwigia hyssopofolia, Bidens pilosa was 69,51%; 35,87%; 25,36% respectfully. The results denote that should be use Helianthus annuus and Bidens pilosa. L. in high land zones and Ludwigia hyssopofolia and Enydra fluctuans Lour) combinated with 4 strains belong to with B. subtiis; Saccharomyces cerevisiae; Glomus australe v Gibberela sp. that have against to toxicity and accumulation of heavy metal in biomass of microorganism in low land zones so that will be removed considerable amount of heavy metal from polluted soil. Keywords: Heavy metal, accumulation, microorganisms 1. ĐặT VấN Đề S dng cỏc loi vi sinh vt kt hp vi thc vt cú kh nng tớch lu kim loi nng x lý t b ụ nhim ang l mt xu hng ph bin c ng dng nhiu trờn th gii, thu hỳt s quan tõm nghiờn cu ca nhiu nh khoa hc. Phng phỏp ny cũn giỳp cho vic tng cng s hot ng cng nh s a dng ca cỏc vi sinh vt t, gi cho h sinh thỏi khe (Zueng, 2007). Cụng ngh s dng cỏc bin phỏp sinh hc x lý ụ nhim kim loi nng trong t v nc l cụng ngh cú trin vng ln vỡ nú kt hp c 2 c im ca thc vt v vi sinh vt l: Kh nng cho sinh khi cao v c ch siờu tớch t s x lý thnh cụng kim loi nng trong mụi trng. Mc dự cụng ngh ny cú nhc im l phi mt nhiu nm mi phõn hy hon ton. Tuy nhiờn, vi chi phớ x lý thp hn 10 - 1.000 ln so vi cỏc phng phỏp truyn thng v li thõn thin vi mụi trng nờn s dng bin phỏp sinh hc (kt hp gia thc vt v vi sinh vt) c xem l gii phỏp kh thi. lm c s cho vic la chn loi thc vt bn a, cng nh ỏnh giỏ hiu lc ca hn hp 4 chng vi sinh vt ó tuyn chn khi kt hp vi thc vt, xõy dng cỏc th nghim ng rung nhm xỏc nh cụng thc cú s tớch ly kim loi nng ln nht trong sinh khi t ú tin hnh xõy dng mụ hỡnh ng dng ch phNm vi sinh v thc vt. II. VậT LIệU Và PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU 1. Vt liu nghiờn cu 1 Vin Th nhng Nụng hoỏ, 2 Trng i hc Nụng nghip H Ni - t thí nghim: Hàm lưng sét 54,54%, thuc loi t tht nng (theo thang ánh giá phân loi ca Kachinski), pH KCl = 5,21; OC% = 1,49%; N% = 0,20%; K% = 1,91%; P 2 O 5 %= 0,09%; Cu(ts) = 88,67 mg/kg t khô; Pb(ts) = 794,36 mg/kg t khô; Zn(ts) = 208,87 mg/kg t khô. - Thc vt thí nghim: Cây ơn but (Bidens pilosa. L.), cây mương ng (Ludwigia hyssopofolia (G. Don) Exell), cây da nưc (Ludwidgra adscendens (L) Hara), cây hưng dương (Helianthus annuus) và cây ng di (Enydra fluctuans Lour). Các loi cây này ưc nhân ging trong nhà lưi ca Khoa Tài nguyên t và Môi trưng, trưng i hc Nông nghip Hà Ni. - 4 chng vi sinh vt thuc các loài: B. subtiis; Saccharomyces cerevisiae; Glomus australe và Gibberela sp. Các chng này ưc lên men riêng r, phi trn vào trong than bùn. S dng nhim cho thc vt bn a dưi dng ch phNm vi sinh th nghim. 2. Phương pháp nghiên cứu - Công thc thí nghim: Thí nghim gm 14 công thc vi 4 ln nhc li. Mi ô thí nghim 10 - 20m 2 . CT01R: ơn but; CT02R: ơn but + Hn hp 4 chng vi sinh vt; CT03R: Da nưc; CT04R: Da nưc + Hn hp 4 chng vi sinh vt; CT05R: Mương ng; CT06R: Mương ng + Hn hp 4 chng vi sinh vt; CT07R: Mương ng + Da nưc; CT08R: Mương ng + Da nưc + Hn hp 4 chng vi sinh vt; CT09R: N g di; CT10R: N g di + Hn hp 4 chng vi sinh vt; CT11R: N g di + Mương ng; CT12R: N g di + Mương ng + Hn hp 4 chng vi sinh vt; CT13R: Hưng dương; CT14R: Hưng dương + Hn hp 4 chng vi sinh vt. - Mt  trng thc vt: 20 x 20cm vi ơn but, 30 x 30cm vi hưng dương, 10 x 10cm vi ng di, da nưc và 25 x 25cm vi mương ng. Hn hp 4 chng vi sinh vt ưc lây nhim cho cây dưi dng ch phNm. Lưng ch phNm s dng: 0,1 tn/ha (mt  vi sinh vt >10 8 cfu/g). - Ch tiêu theo dõi: Zn, Cu, Pb tng s trong t (xác nh theo TCVN 6496 ISO 11047:1995); Zn, Cu, Pb tng s trong cây bng (phương pháp quang ph hp th nguyên t, công phá mu bng phương pháp tro hóa ưt  550 0 C). III. KÕT QU¶ Vµ TH¶O LUËN 1. Ảnh hưởng của sự kết hợp vi sinh vật - thực vật đến sinh trưởng nhóm thực vật bản địa trồng trên đất nông nghiệp bị ô nhiễm Trong quá trình thc nghim, ánh giá hiu qu x lý t nông nghip b ô nhim kim loi nng bng kt hp thc vt vi vi sinh vt thì vic la chn các chng làm tăng kích thích sinh trưng ca thc vt bn a thưng là tiêu chí la chn u tiên (Baker, A. J. M, R. D. Reeves and A. S. M. Hajar, 1994; Rufes L Chaney và cng s, 2007). S liu bng 1 cho thy: nh hưng ca kt hp 4 chng vi sinh tuyn chn n sinh trưng ca thc vt bn a trong iu kin ng rung sau thi gian 45 ngày k t khi trng, thì mt s loi thc vt bn a có kh năng hp thu kim loi nng trong t nông nghip b ô nhim  thôn ông Mai, Ch o, Văn Lâm, Hưng Yên ưc ghi nhn vi các mc  phn ng khác nhau. N g di có phn ng dương tính nht vi mc tăng 27,59%, sau ó n ơn but (12,96%), hưng dương (11,11%) và mương ng (8,33%). B sung hn hp chng vi sinh vt vn không gây hiu qu tăng sinh khi cây da nưc so vi i chng (CTR04 so vi CTR03) (Bng 1). Bảng 1. Sinh khối thu hoạch của các cây trồng thí nghiệm TT Công thức Sinh khối tổng số khi thu hoạch (kg/ha) 1 CTR01: Đơn buốt 5233,80 2 CTR02: Đơn buốt + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật 5912,30 3 CTR03: Dừa nước 3375,40 4 CTR04: Dừa nước + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật 3491,70 5 CTR05: Mương đứng 9218,90 6 CTR06: Mương đứng + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật 9986,50 7 CTR07: Mương đứng + Dừa nước 11277,00 8 CTR08: Mương đứng + Dừa nước + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật 11631,00 9 CTR09: Ngổ dại 6041,70 10 CTR10: Ngổ dại + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật 7708,30 11 CTR11: Ngổ dại + Mương đứng 13766,89 12 CTR12: Ngổ dại + Mương đứng + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật 14877,45 13 CTR13: Hướng dương 8079,10 14 CTR14: Hướng dương + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật 8976,50 CV (%) 9,23 LSD 0,05 178,89 Vi mô hình s dng cùng lúc 2 loài thc vt, hn hp chng vi sinh vt th nghim t ra không có hiu qu áng k vi da nưc - mương ng, tuy nhiên vi ng di - mương ng thì cũng có biu hin dù mc tăng sinh khi không cao (8,07% so vi i chng). Khi có b sung vi sinh vt, mô hình ng di - mương ng cho tng sinh khi thc vt th nghim ln nht, t 14877,45 kg/ha sau ó n mương ng (9986,5 kg/ha), hưng dương (8976,5 kg/ha), ng di (7708,3 kg/ha), ơn but (5912,3 kg/ha) và thp nht là da nưc (3491,67 kg/ha). So sánh hiu lc kích thích sinh trưng ca ch phNm vi sinh vi loài cây mà các tác gi nưc ngoài ã công b (Hambuckers- Berhin, F., and J. Remacle, 1990; Isao. Hasegawa, 2002) cho thy mc tăng sinh thc vt trng trên các vùng t nông nghip b ô nhim kim loi nng ca 4 chng vi sinh vt phân lp ưc là khá ngang bng. Trong s tương tác thc vt - vi sinh vt, h thng r ca thc vt hình thành mi quan h tương h, cng sinh vi mt s ln các vi sinh vt khác nhau sng quanh nó. Các mi quan h này ưc coi như là các nhân t ch yu xác nh s tn ti, phát trin ca các thc vt ln vi sinh vt sng trong ó (Nies, D. H.,1992). S kt hp này trong t b ô nhim kim loi nng có th b nh hưng t 2 chiu (vi sinh vt ln chiu t thc vt ký ch). Trong mi quan h cng sinh, tương h này, thc vt cung cp cho vi sinh vt vùng r nhng ngun cácbon hu cơ khác nhau giúp cho vi sinh vt tin hành các hot ng trao i cht cũng như chuyn hóa năng lưng. n lưt mình, vi sinh vt ngoài vic cung cp dinh dưng cho cây trng còn sinh ra các cht kích thích sinh trưng thc vt, “làm gim, kh tính c ca kim loi”, giúp cho thc vt sinh trưng và phát trin tt hơn. (Tynecka, Z., A. Malm, and T. Skwarek, 1989). Như vy b sung thêm ch phNm vi sinh vt th nghim hoc là gi nguyên kh năng sinh trưng ca 5 loài thc vt bn a, hoc là kích thích chúng sinh trưng tt hơn. 2. Ảnh hưởng của kết hợp 4 chủng tuyển chọn đến khả năng hấp thu kim loại nặng của thực vật bản địa trong điều kiện thí nghiệm đồng ruộng Hot ng ca các vi sinh vt làm tăng quá trình chuyn hóa ca các kim loi trong t gp rt nhiu ln. Ví d, quá trình oxy hóa hóa hc các cht sulfit thành sulfat s ưc tăng lên 10.000 ln khi có mt các vi khuNn Thiobacillus sp. Vi nm cng sinh Mycorrhiza (AMF - Arbuscular mycorhizal fungi), thì các bng chng gn ây cho thy có ít nht 2 hp cht ưc tìm thy thy trong AMF óng vai trò chính trong quá trình chuyn hóa các kim loi nng là: Polyphosphate và Glomalin (Vijayaraghavan K. Yeoung Sang Yun 2008). Kt qu nghiên cu công b năm 1994 ca Bank và cng s (dn qua Watanabe M. E, 1997) khi tin hành ánh giá mc  nh hưng ca chng vi sinh vt khi kt hp vi thc vt n lưng và tc  hp thu kim loi nng trong thí nghim nhà lưi u ghi nhn hiu qu dương tính. Kt qu phân tích hàm lưng kim loi nng trong sinh khi thc vt  bng 2 cho thy: Nguyên t ng (Cu): Vi giá tr LSD 0,05 tính ưc (1,21) không ghi nhn ưc hiu qu tăng cưng tích lũy ng trong sinh khi cây da nưc khi nhim ch phNm vi sinh vt so vi i chng. iu này phn ánh kt qu ng nht gia thí nghim ngoài ng rung vi trong nhà lưi (th nghim trong nhà lưi trưc ó cũng cho kt qu như vy). Vi ơn but khi nhim thêm ch phNm vi sinh vt dù có biu hin kh năng tăng cưng tích lũy Cu nhưng chưa rõ rt. Hiu qu kích kích tăng cưng tích lũy Cu khi bón thêm ch phNm cha hn hp vi sinh vt ch biu hin rõ vi cây ng di (CTR10 tăng so vi CTR09 là 16,75%), hưng dương (12,30%), mương ng (11,24%). S tương ng v kt qu thí nghim gia nhà lưi và ngoài ng rung còn ưc biu hin rõ vi mô hình s dng hn hp 2 loi cây. Khi bón thêm hn hp chng vi sinh vt cũng làm tăng hàm lưng ng trong sinh khi ca mô hình da nưc - ơn but. Mc tăng tng lưng ng tích lũy trong sinh khi ln nht  ng di (49%), hưng dương và ơn but u t 25%, mương ng t 21%. Tuy nhiên nu tính lưng ng tích lũy trong sinh khi thì mô hình trng ng di - mương ng bón thêm ch phNm vi sinh vt cho kh năng tích lũy cao nht: 437,10g/ha/ln thu hoch (vì tng lưng kim loi nng tích lũy trong sinh khi ph thuc c vào hàm lưng kim loi nng trong sinh khi cũng như tng sinh khi sinh hc ca thc vt tham gia thí nghim. N guyên t Chì (Pb): Hiu qu tăng kích thích lưng chì ưc tích lũy trong sinh khi ch ghi nhn  mt vài loài thc vt th nghim khi bón hn hp chng vi sinh vt. Mc tăng ln nht xy ra vi cây hưng dương (CTR14 tăng 69,51% so vi CTR13), k ó là da nưc 35,87%), ơn but (25,36%). Mương ng và ng di dù có ghi nhn nhưng hiu qu kích thích tăng hàm lưng chì trong sinh khi khi có bón ch phNm vi sinh là chưa cao (dù rng kt qu th nghim trong nhà lưi có ghi nhn hiu qu dương tính, nguyên nhân có th cn phi kho sát k). Khi xét v tng lưng chì tích lũy trong sinh khi thì vi nhóm cây ưa nưc vic s dng mô hình ng di - da nưc và b sung thêm vi sinh vt t ra hiu qu cao hơn (tích lũy t 6.629,39g/ha/ln thu hoch) còn vi nhóm cây ưa cn s dng hưng dương s cho tng lưng chì tích lũy là 2.715,92kg/ha/ln thu hoch hoc ơn but là 1.396,19g/ha/ln thu hoch. N guyên t Km (Zn): Vi nguyên t này,  tt c các loi thc vt kho sát, khi b sung vi sinh vt vào u làm tăng hàm lưng km trong sinh khi. Mc gia tăng hàm lưng km trong sinh khi cây da nưc là cao nht (55,72%), sau ó n hưng dương (38,71%), ơn but (20,72%), mương ng (20,49%) và thp nht là ng di (17,11%). Khi xem xét tng lưng tích lũy km trong sinh khi thì s dng ng di - mương ng và b sung ch phNm vi sinh vt cho hiu qu tích lũy km ln nht (2206,33g/ha/ln thu hoch). Bảng 2. Khả năng tích lũy kim loại nặng trong thực vật khi kết hợp với vi sinh vật STT Công thức Hàm lượng kim loại nặng trong sinh khối thực vật (mg/kg chất khô) Tổng lượng kim loại nặng tích lũy trong cây (g/ha) Cu Pb Zn Cu Pb Zn 1 CT01 12,44 188,37 67,14 65,11 985,89 351,40 2 CT02 13,78 236,15 81,05 81,47 1396,19 479,19 3 CT03 11,49 212,67 78,45 38,78 717,84 264,80 4 CT04 10,97 288,95 122,16 38,30 1008,92 426,54 5 CT05 21,88 265,79 44,9 201,71 2450,29 413,93 6 CT06 24,34 279,53 54,1 243,07 2791,51 540,27 7 CT07 23,19 331,45 97,03 261,52 3737,79 1094,22 8 CT08 26,50 328,18 113,18 308,21 3816,96 1316,36 9 CT09 34,27 336,49 131,4 207,05 2032,98 793,88 10 CT10 40,01 362,67 153,89 308,41 2795,58 1186,23 11 CT11 29,45 398,67 112,49 405,43 5488,45 1548,64 12 CT12 29,38 445,60 148,3 437,10 6629,39 2206,33 13 CT13 16,34 178,49 57,2 132,01 1442,04 462,13 14 CT14 18,35 302,56 79,34 164,72 2715,92 712,19 CV (%) 6,57 9,00 7,39 - - - LSD 0,05 1,21 26,77 22,19 - - - IV. KÕT LUËN 1. Ch phNm cha hn hp 4 chng vi sinh vt phân lp thuc các loài: B. subtiis; Saccharomyces cerevisiae; Glomus australe và Gibberela sp khi lây nhim ch ng cho 5 loài thc vt bn a: ơn but (Bidens pilosa. L.), mương ng (Ludwigia hyssopofolia (G. Don) Exell), da nưc (Ludwidgra adscendens (L) Hara), hưng dương (Helianthus annuus), ng di (Enydra fluctuans Lour) trng  xã Ch o, Văn Lâm, Hưng Yên ã làm tăng sinh khi ng di lên 27,59%, ơn but lên 12,96%, hưng dương 11,11%, mương ng 8,33% nhưng không tăng sinh trưng vi cây da nưc. 2. Hiu qu tăng cưng tích lũy kim loi nng: Lây nhim hn hp 4 chng vi sinh vt tuyn chn u kích thích tích lũy Zn trong sinh khi thc vt ca ơn but (Bidens pilosa. L.), mương ng (Ludwigia hyssopofolia (G. Don) Exell), da nưc (Ludwidgra adscendens (L) Hara), hưng dương (Helianthus annuus) ng di (Enydra fluctuans Lour) nhưng vi nguyên t Cu thì hiu qu tăng cưng tích lũy ch xy ra vi cây cây ng di (16,75%), hưng dương (12,30%), mương ng (11,24%) và nguyên t chì thì hiu qu biu hin rõ rt  hưng dương (69,51%), k ó là da nưc (35,87%), ơn but (25,36%). 3. V hiu qu loi b kim loi (ng, km, chì) khi t: Vi cây ưa nưc thì kt hp mương ng - ng di và b sung thêm ch phNm là cho hiu qu cao nht. Vi cây ưa cn nên dùng hưng dương hoc ơn but có b sung ch phNm vi sinh vt. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Azza A. A. A., et al. Biosorption of some heavy metal ions using bacterial species isolated from agriculture waste water drains in Egypt. J. of Applied Sci. Reseach, 5(4)/2009. 2. Rufes L Chaney et al. Improved understanding of Hyperaccumulation yields commercial phytoextraction and phytomoning technologies. J. Enviro. Qual. 36 (2007), pp. 1429 - 1443. 3. Vijayaraghavan K. Yeoung Sang Yun, Bacterrial biosorbents and biosorption. Biotechnology Advances, 26 (2008), pp 266-291. 4. Zhang X.H., Lin Ai-jun, Chen Bao-dong, Wang You-shan, Smith Sally E, Smith F Andrew. Effects of Glomus mosseae on the toxicity of heavy metals to Vicia faba, Journal of Environmental Sciences, 18/2006: pp. 721 - 726. 5. Zueng Sang Chen, Relationship between heavy metal concentrations in soils of Taiwan and uptake by crops. National Taiwan University, Taiwan, 2007. Ngưi phn bin: TS. H Quang c . Bảng 2. Khả năng tích lũy kim loại nặng trong thực vật khi kết hợp với vi sinh vật STT Công thức Hàm lượng kim loại nặng trong sinh khối thực vật. LUËN 1. Ảnh hưởng của sự kết hợp vi sinh vật - thực vật đến sinh trưởng nhóm thực vật bản địa trồng trên đất nông nghiệp bị ô nhiễm Trong quá trình