ISSN 1859 1531 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96) 2015, QUYỂN 1 81 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ KIM LOẠI ĐỒNG (Cu) ĐẾN KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG VÀ HẤP THỤ CỦA CÂY PHÁT LỘC (DRACAENA SANDERI[.]
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN 81 ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ KIM LOẠI ĐỒNG (Cu) ĐẾN KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG VÀ HẤP THỤ CỦA CÂY PHÁT LỘC (DRACAENA SANDERIANA) TRONG ĐẤT INFLUENCE OF COPPER CONTAMINATION ON GROWTH AND ABSORPTION OF DRACAENA SANDERIANA IN SOIL Đàm Minh Anh, Võ Văn Minh, Đoạn Chí Cường Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng, minhanhcsm@gmail.com Tóm tắt - Bài báo trình bày kết nghiên cứu khả sinh trưởng hấp thụ kim loại đồng (Cu) Phát lộc (Dracaena sanderiana) nồng độ khác Đất bổ sung CuSO4.5H2O nồng độ từ 50 – 350ppm đối chứng Sau thời gian tháng, tiến hành xác định tiêu sinh trưởng Phát lộc, xác định hàm lượng Cu tích lũy lượng Cu cịn lại đất Kết nghiên cứu cho thấy, tất Phát lộc thí nghiệm có khả sinh trưởng tốt mơi trường đất có nồng độ Cu từ 50 – 350ppm Điều thể qua tiêu chiều cao cây, chiều dài rễ, sinh khối tươi sinh khối khô Khả hấp thụ Cu Phát lộc đất tăng từ nồng độ 50 – 200ppm giảm dần khoảng nồng độ 200 – 350ppm Abstract - In this paper, we present the research results about the growth capacity and copper (Cu) absorbtion of Dracaena Sanderiana in different concentrations The experimental soil was supplied with CuSO4.5H2O at concentrations from 50 to 350ppm and control-soil (without Cu) After months, sterm height, root length, fresh biomass, dry biomass of plant and the content of copper in plant and soil were determined The results showed that, Dracaena sanderiana could grow well in concentration of copper from 50 to 350ppm Accumulation of copper in soil increased from 50 to 200ppm and decreased in the concentration range of 200 to 350ppm Từ khóa - thực vật xử lý; Phát lộc; ô nhiễm kim loại nặng; đất; Cu Key words - phytoremediation; Dracaena Sanderiana; heavy metal pollution; soi; Cu Đặt vấn đề Ngày nay, hoạt động sản xuất người thải môi trường lượng lớn chất ô nhiễm, đặc biệt chất ô nhiễm kim loại nặng (KLN) [7] Ơ nhiễm Cu tìm thấy ngày nhiều vùng đất mỏ khoáng sản, bùn thải cơng nghiệp luyện kim, dệt nhuộm, hóa chất, vùng đất nông nghiệp trồng nho, cam, bưởi … [1], [12] Cu biết đến nguyên tố phổ biến sinh vật, nồng độ cao gây nhiều ảnh hưởng nghiêm trọng tế bào [10] Vì vậy, việc xử lí ô nhiễm Cu đất vô cần thiết trở thành mối quan tâm tồn cầu Cơng nghệ thực vật xử lý ô nhiễm trình xử lý sinh học, sử dụng phổ biến nhiều loài thực vật để loại bỏ, di chuyển, cố định phá hủy độc chất đất nước mặt Ý tưởng sử dụng thực vật siêu tích lũy để loại bỏ KLN đất giới thiệu Chaney vào năm 1983, đánh giá giải pháp thay hiệu quả, bền vững, thân thiện với mơi trường [8] Hơn 400 lồi tìm thấy với khả tích lũy KLN cao, số loài phổ biến lĩnh vực Cải xoong (Thlaspi caerulescens), Bèo Cái (Pistria stratiotes), Dây leo (Herterostrema villosum), Avena sterils, Isatis tinctoria… [6], [9] Ở Việt Nam, nghiên cứu Võ Văn Minh cộng khả xử lý KLN bùn thải đô thị Phát lộc (Draceaena sanderiana) cho thấy, loài có khả tích lũy hàm lượng chất nhiễm cao mà số lồi khác khơng có, KLN Cr, Cu, Cd… [4] Trên giới nay, nghiên cứu sử dụng Phát lộc chủ yếu liên quan đến vấn đề xử lý ô nhiễm chất hữu Bisphenol A [11] xử lý ô nhiễm Cu, Cr môi trường nước ô nhiễm [3] Ở Việt Nam, việc nghiên cứu áp dụng Phát lộc vào xử lý ô nhiễm KLN chưa phổ biến, chưa xác định khoảng nồng độ kim loại, mà chịu đựng Chính vậy, việc nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng nồng độ kim loại đồng (Cu) đến khả sinh trưởng hấp thụ Phát lộc (Dracaena sanderiana) đất cần thiết có ý nghĩa thực tiễn việc ứng dụng vào xử lý ô nhiễm KLN Cu Đối tượng phương pháp nghiên cứu 2.1 Chuẩn bị thực vật Thực vật sử dụng để nghiên cứu Phát lộc (Dracaena sanderiana) Tiến hành chọn khỏe mạnh, thân có có kích thước tương đương nhau: thân 45 – 50 cm, có từ - 10 Tiến hành ươm nước cho rễ (8 – 10 cm) thời gian 1,5 tháng Sau đó, chuyển sang chậu đất để nghiên cứu thời gian tháng 2.2 Chuẩn bị đất Môi trường đất chọn đất cát pha, tiến hành loại bỏ rác, đá sỏi khỏi đất Trong đó, thành phần lý hóa đất thí nghiệm phân tích cụ thể: Nts, Pts, Kts có nồng độ 0,0041%; 0,005% 0,043%; pH 6,77; Cu 10,82ppm Đây loại đất dinh dưỡng có tính chất trung bình chưa bị nhiễm Cu (so với QCVN 03:2008/BTNMT TC Australian AZN 1992) Cho 1,5 kg đất vào chậu nhựa thí nghiệm (chiều cao 12cm, đường kính miệng chậu 14cm, đường kính đáy 10cm), có lót nylon phía Tiến hành bổ sung kim loại Cu vào đất dạng muối CuSO4.5H2O với nồng độ từ 50 đến 350ppm 2.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm Bố trí thí nghiệm trồng Phát lộc môi trường đất theo mô hình hồn tồn ngẫu nhiên CRD (Completely randomized design) trại thực nghiệm Khoa Sinh - Môi trường, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng 82 Đàm Minh Anh, Võ Văn Minh, Đoạn Chí Cường Tiến hành trồng vào chậu, chậu thời gian tháng Mỗi công thức lặp lại lần Hình Mơ hình bố trí thí nghiệm 2.4 Phương pháp xác định số tiêu đất số tiêu sinh trưởng Xác định số tiêu đất: pH đo máy đo chất lượng nước đa tiêu 6920V2,Nts theo TCVN 6498:1999, Pts theo TCVN 4052:1985, Kts theo TCVN 8562:2010 Chiều cao thân, chiều dài rễ sinh khối xác định theo phương pháp cân, đo thông thường 2.5 Phương pháp xác định hàm lượng kim loại đồng (Cu) Mẫu đất ban đầu phơi khô, nghiền mịn ray với kích thước lỗ ray khoảng 0,1 mm Sau cân 3g mẫu cho vào ống ngâm, bổ sung 21ml HCL 7ml HNO3 Để yên 16 nhiệt độ phịng để q trình oxy hóa chất hữu đất xảy từ từ Tiến hành nung mẫu vòng – 3h, đến cạn Phân tích hàm lượng KLN đất, thực vật ban đầu sau tháng thí nghiệm theo TCVN 6649:2000 Xác định hàm lượng KLN phương pháp hấp thụ nguyên tử AAS, phòng thí nghiệm Phân tích mơi trường, khoa Sinh – Mơi trường, trường Đại học Sư phạm Đà Nẵng 2.6 Phương pháp xử lý số liệu Xử lý số liệu phương pháp thống kê sinh học So sánh giá trị trung bình phương pháp phân tích Anova kiểm tra Tuckey test phần mềm SPSS với mức ý nghĩa α = 0,05 Kết nghiên cứu khảo sát 3.1 Khả sinh trưởng Phát lộc tác động Cu môi trường đất Khả sinh trưởng thực vật phụ thuộc nhiều vào đặc tính mơi trường đất Lồi thực vật chọn làm đối tượng để xử lý KLN trước hết phải sống, thích nghi chống chịu mơi trường nhiễm Vì vậy, trước nghiên cứu khả hấp thụ Cu Phát lộc, cần tiến hành xác định tiêu tăng trưởng tác động nồng độ Cu đất Kết chiều cao thân, chiều dài rễ, sinh khối tươi, sinh khối khô trước sau thí nghiệm trình bày Bảng Bảng Ảnh hưởng nồng độ Cu đất đến khả sinh trưởng Phát lộc (Cu (ppm)) Chỉ tiêu ĐC 50 100 150 200 230 260 290 320 350 Ghi chú: Chiều cao thân (cm) Ban đầu Sau tháng b59,55±0,53a b60±1,77a b 57,98±1,41b b56,95±1,12b b57,85±1ab a51.21±1.3 b 54,78±1.44c b56,15±0,81b b54,83±1,33c b 54,95±1,14bc b54,1±1,1c Chiều dài rễ (cm) Ban đầu Sau tháng b14,53±1,33a b14,03±0,57b b 14,4±0,72b b13,8±0,52b b14,55±1,33b a9.69±1.18 b 12,18±1,94c b13,08±1,09bc b11,45±1,35c b 12,9±0,9bc b10,93±1,28d Sinh khối tươi (g) Ban đầu Sau tháng b50,6±4,2 b51,58±4,45 b 50,05±0,97 b50,08±1,66 b50,58±2,5 a47.93±0.74 b 49,73±2,17 b50,1±3 b48,28±3,21 b 49,7±0,72 b49,68±4,03 Sinh khối khô (g) Ban đầu Sau tháng b15,1±1,02a b15,08±1,25a b 13,4±1,32b b14,1±1,56ab b15,05±2,73abc a10,23±0,22 b 13,08±1,45b b13±0,37b b12,95±1,74b b 12,5±1,11b b11,55±1,51bd - Các số có chữ phía khơng có sai khác ý nghĩa (α=0,05); - Các chữ số góc trái biểu thị khác theo thời gian; - Các chữ số góc phải biểu thị khác theo nồng độ Sau tháng thí nghiệm, Phát lộc có khả sinh trưởng tất nồng độ Cu từ 50 – 350ppm, đó, yếu tố chiều cao thân, chiều dài rễ tích lũy sinh khối tăng Ở nồng độ 50ppm, phát triển mạnh tương đối ổn định, tất tiêu xấp xỉ so với đối chứng Điều cho thấy nồng độ Cu 50ppm chưa gây ảnh hưởng tiêu cực đến trình sinh trưởng Ở nồng độ từ 100 – 350ppm, tốc độ tăng trưởng khơng ổn định có xu hướng giảm dần theo gia tăng nồng độ Chiều cao thân bị ức chế rõ ràng nhất, từ 100 – 200ppm chiều cao giảm nhẹ từ 57,89 – 56,95 cm, từ 230 – 350ppm chiều cao giảm nhanh chóng, đến nồng độ 350ppm chiều cao 54,1 cm, tăng 5,58% so với ban đầu Các tiêu chiều dài rễ, sinh khối tươi, sinh khối khô giảm dần, thay đổi nồng độ không lớn, từ sau nồng độ 200 ppm tiêu có xu hướng giảm rõ rệt Qua phân tích Anova cho thấy, tiêu có khác biệt ban đầu so với sau tháng có khác biệt nồng độ với Kết thu chứng tỏ Phát lộc có khả tăng trưởng sau tháng thí nghiệm ảnh hưởng nồng độ Cu Nồng độ Cu đất từ 50 – 350 ppm (vượt QCVN 03:2008/ BTNMT từ 1,5 – 3,5 lần), ngưỡng chịu đựng Phát lộc 3.2 Khả hấp thụ Cu Phát lộc Để đánh giá khả hấp thụ Cu Phát lộc, chúng tơi tiến hành xác định tích lũy Cu hàm lượng Cu lại đất sau tháng thí nghiệm Theo kết ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(96).2015, QUYỂN quan sát dựa số liệu phân tích chiều cao thân, chiều dài rễ sinh khối cho thấy, dãy nồng độ từ 50 – 350ppm Phát lộc có khả sống chưa bị ảnh hưởng nhiều mặt sinh trưởng, nên đề tài tiến hành lựa chọn nồng độ để phân tích, từ nồng độ thấp 50ppm, nồng độ sinh trưởng tốt 200ppm nồng độ sinh trưởng thấp 350ppm Kết trình bày Bảng Hình Bảng Hàm lượng Cu tích lũy cịn lại đất Nồng độ (ppm) 50 200 350 Trong (ppm) Trong đất (ppm) Ban đầu Sau tháng Sau tháng % loại bỏ b21,3 ± 7.31a 28,33±7.11a 53,42 a7,4±0,25 b49,83±7.33b 66,13±17.93a 68,63 b30,68±0.92a 135,09±31.85b 26,92 Ghi chú: - Các số có chữ phía khơng có sai khác ý nghĩa (α=0,05); - Các chữ số góc trái biểu thị khác theo thời gian; - Các chữ số góc phải biểu thị khác theo nồng độ 83 cho thấy sau tháng trồng thử nghiệm, tất nồng độ Cu đất giảm Ở nồng độ 200ppm, lượng Cu loại bỏ cao với 68,63% Lượng Cu loại bỏ thấp với 26,92% nồng độ 350ppm 50ppm 53,42% Nồng độ 50 ppm 200ppm khơng có khác ý nghĩa (α =0.05), chứng tỏ khả loại bỏ Cu khỏi đất khoảng nồng độ tăng ổn định Khả hấp thụ đạt cao nồng độ 200ppm thấp nồng độ 350ppm So với cỏ Vetiver, nồng độ 50ppm sau tháng thí nghiệm hàm lượng Cu cịn lại đất 47,44ppm, thấp so với Phát lộc [5] Lượng Cu thất ngồi hấp thụ cịn rị rỉ Cu bên ngồi q trình trồng cây, chăm sóc Kết luận Cây Phát lộc có khả sinh trưởng tốt mơi trường đất nhiễm Cu có bổ sung nồng độ từ 50 – 350ppm Khả hấp thụ KLN Cu cao môi trường đất có nồng độ 200ppm thấp 350ppm Kết nghiên cứu cho thấy, môi trường đất thử nghiệm với nồng độ Cu từ 50-350ppm, Phát lộc có khả sinh trưởng hấp thụ kim loại Qua đó, khẳng định việc sử dụng Phát lộc để xử lý môi trường đất ô nhiễm Cu khoảng từ 50 – 350ppm có tính khả thi, đặc biệt khoảng 50 – 200ppm TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình Hàm lượng Cu tích lũy lại đất Kết Bảng Hình cho thấy, hàm lượng Cu tích lũy tăng so với ban đầu có khác nồng độ Cu bổ sung vào đất Ở 50ppm hàm lượng Cu thấp nhất, gấp 1,88 lần so với ban đầu; cao nồng độ 200ppm, gấp 5,73 lần so với ban đầu, đến nồng độ 350ppm hàm lượng Cu gấp 3,14 lần so với ban đầu Điều khả tích lũy kim loại phụ thuộc vào sinh trưởng nồng độ Cu bổ sung vào đất Cây sinh trưởng tốt tăng khả trao đổi chất khả điều tiết rễ, làm cho khả hấp thụ Cu dễ dàng Nồng độ từ 50ppm đến 200ppm chưa ảnh hưởng nhiều đến khả sinh trưởng cây, nên hấp thụ tốt Từ nồng độ 200ppm trở đi, trình sinh trưởng bị kìm hãm, nên khả hấp thụ kim loại giảm dần Hàm lượng Cu tích lũy trước sau thí nghiệm có khác ý nghĩa (α =0,05) Điều cho thấy khả xử lý kim loại đồng (Cu) Phát lộc có tính khả thi Nghiên cứu Võ Văn Minh cộng khả xử lý KLN Phát lộc bùn thải gara, chứa hàm lượng Cu, Cr, Ni tương ứng 172,11ppm, 42,1ppm 13,37ppm cho thấy có khả hấp thụ Cu cao kim loại, hàm lượng Cu đo sau tháng 31,58ppm, gấp lần so với ban đầu [4] Điều tương ứng với nghiên cứu khoảng nồng độ từ 50 – 200ppm, khả hấp thụ gấp từ 1,88 – 5,73 lần so với ban đầu Đối với hàm lượng đồng (Cu) lại đất: Kết [1] Andreazza et al, Potential phytoextraction and phytostabilization of perennial peanut on copper-contaminated vineyard soils and copper mining waste, Biological trace element research, 143(3), 2011, 29–39 [2] Baker AJM, Walker PL, Ecophysiology of metal uptake by tolerant plants, in heavy metal tolerance in Plants, Evolutionary Aspects,1990, 155 – 177 [3] Hao, T yi., Remove of heavy metals copper and Chromium using hydroponically cultivated plants Dracaena sanderiana and dracaena surculosa, Declaration of thesis, University Teknology Malaysia, 2011 [4] Võ Văn Minh, Nguyễn Văn Khánh, Kiều Thị Kính, “Feasibility of Lucky Bamboo to remadiate heavy metals in sludge and utilizing for economic purpose”, Tạp chí Khoa Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, 2012, 6(55).2012 97 - 85 [5] Võ Văn Minh, “Khả tích lũy Zn Cu môi trường đất khác cỏ Vetiver”, Tạp chí khoa học đất, số 30, 2008, 92 – 95 [6] Narasimha, M.,et al, Metal hyperaccumulation in plants - Biodiversity prospecting for phytoremediation technology,6(3), 2003, Malaysia [7] Padmavathiamma, P K., & Li, L.Y., “Phytoremediation Technology: Hyper-accumulation Metals in Plants”, Water, Air, and Soil Pollution, 184(1-4), 2007, 105–126 [8] Prod, C., Assessment of arsenic accumulation efficiency by selected naturally grown weeds riffat shaheen 1, n mitra 2, r mahmud 3, Dept of Food and Nutrition, Dhaka University, Bangladesh, 1(August), 2006, 24–31 [9] Tang, K., & Kong, H., Use of Vetiver and Other Three Grasses for Revegetation of a Pb/Zn Mine Tailings at Lechang, Guangdong Province, A Field Experiment, – [10] Tocology, D., & Mecine, E., Chromium (Cr) Toxicity | ATSDR – CSEM, Agency for toxic substances and disease registry, 2011, 1–67 [11] Weerayuth S, Phytoremediation of Bisphenol A by Dracaena sanderiana, Degree of Doctor, Mahidol University, Thai Lan, 2007 [12] Wyszkowska, J, Soil Contamination by Chromium and Its Enzymatic Activity and Yieldin, Polish journal of environment studies, 11(1), 2002, 79–84 (BBT nhận bài: 15/09/2015, phản biện xong: 05/10/2015) ... Điều khả tích lũy kim loại phụ thuộc vào sinh trưởng nồng độ Cu bổ sung vào đất Cây sinh trưởng tốt tăng khả trao đổi chất khả điều tiết rễ, làm cho khả hấp thụ Cu dễ dàng Nồng độ từ 50ppm đến. .. 350ppm Khả hấp thụ KLN Cu cao mơi trường đất có nồng độ 200ppm thấp 350ppm Kết nghiên cứu cho thấy, môi trường đất thử nghiệm với nồng độ Cu từ 50-350ppm, Phát lộc có khả sinh trưởng hấp thụ kim loại. .. Nồng độ từ 50ppm đến 200ppm chưa ảnh hưởng nhiều đến khả sinh trưởng cây, nên hấp thụ tốt Từ nồng độ 200ppm trở đi, trình sinh trưởng bị kìm hãm, nên khả hấp thụ kim loại giảm dần Hàm lượng Cu tích