Mặc dù một số kim loại nặng có thể rất cần thiết cho đời sống sinh vật chúng được xem là nguyên tố vi lượng nhưng với một số kim loại nặng khi hàm lượng của chúng vượt quá tiêu chuẩn cho
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 hơn so với trong đá mẹ, với chênh lệch có thể lên đến 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 – 2000 mg/kg, với mức trung bình là 300 mg/kg Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, trong đá axit và đá vôi, hàm lượng các kim loại nặng (KLN) thấp hơn so với các loại đá khác thuộc nhóm đá trầm tích và magma.
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 154 ruộng lúa ở 8 làng thuộc khu vực lòng chảo Huay Mae Tao, huyện Mae Sot, tỉnh Tak, Thái Lan cho thấy đất ở đây bị nhiễm Cadimi (Cd) cao gấp 94 lần so với tiêu chuẩn an toàn quốc tế Hàm lượng Cd trong gạo, tỏi và đậu nành sản xuất tại khu vực này cũng vượt mức cho phép của châu Âu, với 1kg gạo chứa từ 0,1 đến 44 mg Cd, cao hơn tiêu chuẩn an toàn 0,043 mg/kg Đặc biệt, hàm lượng Cd trong tỏi và đậu nành cao hơn từ 16 đến 126 lần so với tiêu chuẩn cho phép.
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 dao động từ 2 đến 336 ppm Tại Mỹ, các khu vực gần nhà máy chế biến kim loại ghi nhận hàm lượng Cd lên tới 26 – 1500 ppm.
Theo nghiên cứu của Theo Lim H.S và cộng sự (2004), mỏ vàng – bạc Soncheon ở Hàn Quốc đã bị bỏ hoang và hiện tại, đất và nước tại nhiều khu vực trong mỏ này vẫn bị ô nhiễm với nồng độ kim loại 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 tại khu vực này cao hơn nhiều so với mức trung bình toàn cầu, đặc biệt là đối với arsen (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 tại đây đã trở thành nguồn ô nhiễm kim loại nặng cho đất xung quanh, với hàm lượng As và Zn cao gấp 104 và 82 lần so với mức bình thường trên thế giới Hầu hết các cây trồng trong khu vực bị ô nhiễm này đều bị nhiễm As và Zn ở mức độ nghiêm trọng.
La Oroya, Peru, là một trong mười thành phố ô nhiễm nhất thế giới, với các chất ô nhiễm chủ yếu bao gồm chì, đồng, kẽm và sulfur dioxide Tại đây, 99% trẻ em có mức nhiễm chì trong máu vượt quá giới hạn cho phép, với mức trung bình gấp ba lần giới hạn của WHO theo một cuộc thăm dò năm 1999 Dù hoạt động nấu chảy kim loại đã giảm, đất trồng trọt vẫn bị ô nhiễm chì kéo dài qua nhiều thế kỷ.
Kinh tế Trung Quốc đã phát triển mạnh mẽ trong những năm gần đây, nhưng đi kèm với đó là 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, khoảng 1/5 diện tích đất canh tác của Trung Quốc đã bị ô nhiễm KLN, với 11 tỉnh và 25 vùng đất canh tác bị ô nhiễm cadmium (Cd) Các khu vực như Hồ Nam, Giang Tây và phía nam Trường Giang đang đối mặt với tình trạng này một cách nghiêm trọng Nghiên cứu gần 5.000 luận văn trong hơn 30 năm qua cho thấy đất xung quanh các khu mỏ, nhà máy công nghiệp và ven đường cao tốc đều bị ô nhiễm với mức độ khác nhau Điều tra năm 2009 cho thấy 25% diện tích đất canh tác ở Hồ Nam bị ô nhiễm KLN, trong khi các tỉnh Quảng Tây và Quảng Đông cũng ghi nhận nhiều loại nguyên tố KLN vượt quá tiêu chuẩn cho phép Đặc biệt, lúa mỳ trồng tại Thiên Anh chứa lượng chì cao gấp 24 lần tiêu chuẩn cho phép của Trung Quốc, cho thấy sự tích lũy đáng kể của nguyên tố Pb trong đất nông nghiệp.
Tình trạng ô nhiễm đất do các nguyên tố kim loại nặng ở Trung Quốc chủ yếu xuất phát từ chế độ canh tác nông nghiệp bất hợp lý, bao gồm việc lạm dụng phân hóa học, thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ Các hóa chất này chứa hàm lượng kim loại nặng, đặc biệt là trong nông dược, với lượng sử dụng lên tới 1,3 triệu tấn, gấp 2,5 lần mức trung bình toàn cầu Chỉ khoảng 0,1% lượng nông dược được sử dụng có tác dụng trực tiếp trong việc phòng trừ sâu bệnh, trong khi 99,9% còn lại gây ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái và ô nhiễm môi trường đất.
Lạm dụng hóa chất nông nghiệp trong thời gian dài dẫn đến sự suy giảm vi khuẩn có ích trong đất, đặc biệt là 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.
Sử dụng phân hóa học lâu dài đã làm giảm độ pH của đất, tạo điều kiện cho kim loại nặng trong đất được giải phóng, dẫn đến sản lượng và chất lượng cây trồng giảm sút Theo Bộ Môi trường, mỗi năm có đến 12 triệu tấn lương thực bị nhiễm kim loại nặng, gây tổn thất kinh tế lên tới 20 tỷ nhân dân tệ.
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 việc 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 xung quanh và enzym mà thực vật 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 một phương pháp hiệu quả, trong đó thực vật được sử dụng để loại bỏ, di chuyển và tinh lọc các chất ô nhiễm có 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 dựa vào các chức năng và cơ chế tự nhiên của chúng, bao gồm khả năng tích lũy, hấp thu và biến đổi chất hữu cơ Quá trình chuyển hóa enzym trong thực vật, cùng với khả năng lấy đi và phân bố các chất, đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy và chuyển hóa chất ô nhiễm Ngoài ra, sự thoát hơi của thực vật cũng góp phần vào quá trình xử lý ô nhiễm hiệu quả.
Thực vật có khả năng hấp thụ và chuyển hóa các chất hữu cơ, từ đó phân bổ lại trong các bộ phận khác nhau hoặc bài tiết qua sản phẩm thu hoạch Quá trình này liên quan đến 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 đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ chất ô nhiễm từ môi trường Những chất này không chỉ được thực vật tiếp nhận mà còn tham gia vào quá trình trao đổi chất và chuyển hóa bên trong cây Kết quả là, các chất ô nhiễm này có thể lắng đọng trong không bào và thành tế bào, ảnh hưởng đến sức khỏe và sự phát triển của thực vật.
Quá trình phân hủy và chuyển hóa của thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý các chất ô nhiễm Thực vật thực hiện việc này thông qua quá trình trao đổi chất và chuyển hóa bên trong, hoặc nhờ vào các enzym được tiết ra từ rễ.
Quá trình tinh lọc các chất trong thực vật diễn ra khi cây hấp thụ và tích lũy kim loại nặng từ môi trường vào rễ và lá, sau đó loại bỏ chúng 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 phức hợp Những phức hợp này có thể tồn tại dưới dạng chất hoà tan, chất không độc hoặc phức hợp hữu cơ - kim loại, được vận chuyển đến các bộ phận của tế bào có hoạt động trao đổi chất thấp như thành tế bào và không bào Tại đây, các phức hợp này được tích luỹ 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 ra khỏi đất và tích lũy chúng trong các bộ phận của cây Quá trình này diễn ra khi kim loại được loại bỏ thông qua lá khô hoặc rửa trôi qua biểu bì, giúp giảm thiểu độc tính trong cây và ngăn chặn sự gây độc cho môi trường.
Giả thuyết hấp thụ thụ động cho rằng sự tích lũy kim loại là một sản phẩm phụ của cơ chế thích nghi với điều kiện bất lợi của đất, chẳng hạn như cơ chế hấp thụ nickel (Ni) trong loại đất serpentin.
Sự tích luỹ 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 hiệu lực của kim loại trong việc chống lại các loài vi khuẩn, nấm ký sinh và sinh vật ăn lá.
Vùng quyển rễ của cây, nơi có mật độ vi sinh vật và hoạt tính sinh học cao, là khu vực diễn ra nhiều quá trình chuyển hóa chất Sự phong phú của vi sinh vật ở đây không chỉ tạo điều kiện cho các phản ứng sinh hóa mà còn là nguyên lý chính trong việc sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm môi trường.
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 ô nhiễm trong đất tại các khu vực có mức ô nhiễm thấp hoặc những vùng chịu tác động từ hoạt động thải loại quy mô 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 được sử dụng để kiểm soát nguồn nước, trong khi các loại cỏ có rễ sợi giúp ngăn chặn xói mòn Ngoài ra, những thực vật có khả năng chống chịu kim loại cao cũng được áp dụng để xử lý đất, trầm tích và bùn thải bị ô nhiễm kim loại Một ví dụ điển hình là cây Festuca rubra cùng với một số loại cỏ khác.
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 đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới, với nguồn gốc từ các thí nghiệm của Joseph Priestley, Antoine Lavoisser, Karl Scheele và Jan Ingenhousz từ thế kỉ XVIII Tuy nhiên, đến thập niên 90, phương pháp này mới được công nhận là công nghệ mới hiệu quả trong việc xử lý ô nhiễm 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” được phát hiện, có khả năng phát triển tốt trong điều kiện ô nhiễm kim loại, mặc dù bình thường chúng có thể phát triển kém hơn các loài khác Các nghiên cứu cho thấy việc sử dụng thực vật để xử lý kim loại nặng trong đất là một giải pháp thiết thực cho vấn đề ô nhiễm hiện nay.
Công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật không chỉ hiệu quả trong việc xử lý kim loại nặng (KLN) trong đất mà còn giúp phục hồi màu xanh cho những vùng đất ô nhiễm, nơi mà cây cỏ thông thường không thể phát triển Bên cạnh đó, chi phí áp dụng công nghệ này thấp hơn nhiều so với các phương pháp khác, đồng thời có tính chất đơn giản và dễ vận hành.
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 đáng kể Nhiều mô hình trình diễn đã được triển khai tại các khu vực đất bị ô nhiễm KLN và đạt được kết quả khả quan Thực tế, nhiều nhà khoa học, đặc biệt là 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 hiệu quả.
Ý là một ví dụ điển hình trong việc khắc phục hậu quả từ sự cố thuốc diệt cỏ chứa Dioxin Năm 1976, tại Leveso, khoảng 1.500 kg hóa chất, trong đó có 30 kg Dioxin, đã tràn ra môi trường từ dây chuyền sản xuất Mặc dù đây là lần đầu tiên Dioxin rò rỉ với khối lượng lớn trong không gian hẹp, gây hậu quả nghiêm trọng khi con người chưa hiểu biết nhiều về Dioxin, nhưng việc xử lý ô nhiễm bằng thực vật đã đạt được hiệu quả tích cực (Lê Trần Chấn và cộng sự, 2013).
Các nhà khoa học tại đại học Purdue, West Lafayette (Mỹ) đã nghiên cứu các loài thực vật có khả năng thấm tách và lưu giữ kim loại nặng (KLN) trong thân Họ đã khảo sát hơn 20 loài thực vật hoang dã liên quan đến cây cải bắp và chọn ra loài cải xoong (Thlaspi caerulescens) để nghiên cứu Cải xoong không chỉ dễ trồng trong phòng thí nghiệm mà còn 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 nhận thấy rằng cây này chứa một lượng lớn kẽm trong thân khi khai thác đất đai để trồng trọt.
21 loại thực vật hyperaccumulators đã được phát hiện và ứng dụng để loại bỏ kim loại nặng khỏi đất Tuy nhiên, việc sử dụng chúng hiện chỉ dừng lại ở mức độ chia sẻ kinh nghiệm Sự hiểu biết sâu sắc và khả năng lai tạo các giống thực vật này vẫn chưa nhận được sự quan tâm đầy đủ.
Cây Thlaspi caerulescens sinh trưởng trong 391 ngày đã loại bỏ hơn
8mgCd/kg đất và 200mgZn/kg đất tương ứng với 43% Cd và 7% Zn trong đất bị ô nhiễm (Lương Thị Thúy Vân, 2012) [19]
Cỏ Vetiver đã được nhiều quốc gia trên thế giới ứng dụng hiệu quả trong việc 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 ở Australia; mỏ chì, kẽm và bôxit ở Trung Quốc; mỏ vàng, kim cương và platin ở Nam Phi; mỏ chì ở Thái Lan; mỏ đồng ở Chi Lê; và mỏ bôxit ở Venezuela.
Cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides) được sử dụng tại Quảng Đông, Trung Quốc, để phục hồi chất thải từ mỏ Pb/Zn Lechang, nơi đã bị ô nhiễm nghiêm trọng trong suốt năm năm Việc phục hồi thảm thực vật ở khu vực này là cần thiết để cố định bề mặt bị xói mòn và giảm tác động tiêu cực đến môi trường Chất thải tại mỏ chứa hàm lượng kim loại nặng (Pb, Zn, Cu, và Cd) cao, trong khi hàm lượng các nguyên tố đa lượng lại thấp, không phù hợp 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 đã chứng minh là loài cỏ 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, ngưỡng chịu đựng đối với nguyên tố As ở cỏ Vetiver dao động từ 21 – 72 mg/kg, trong khi đó các loài cây cỏ khác chỉ có ngưỡng chịu đựng từ 1 – 10 mg/kg Đối với nguyên tố Cd, cỏ Vetiver cũng cho thấy 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 và trong cây có thể đạt mức trên 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]
Theo nghiên cứu của Võ Văn Minh (2008), cỏ Vetiver có khả năng tích lũy Zn và Cu trong các loại đất khác nhau, bao gồm đất có thành phần cơ giới nặng và nhẹ, cùng với hàm lượng chất hữu cơ phong phú hoặc nghèo Kết quả cho thấy, hàm lượng Zn và Cu tích lũy trong cỏ tỷ lệ thuận với nồng độ Zn và Cu bổ sung vào đất Khả năng hấp thụ Zn và Cu của cỏ Vetiver được xác định là hiệu quả trong việc cải thiện chất lượng đất.
Cu của cỏ Vetiver khá cao, trong đó khả năng hút Zn cao hơn Cu Hàm lượng
Trong nghiên cứu, hàm lượng kẽm (Zn) tích lũy trong thân, lá và rễ đạt mức cao nhất lần lượt là 539,81 ppm và 852,24 ppm Ngược lại, hàm lượng đồng (Cu) chỉ ghi nhận ở mức 46,54 ppm và 58,88 ppm Tỷ lệ hàm lượng giữa các yếu tố này cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong khả năng tích lũy của Zn và Cu trong cây.
Zn và Cu được tích lũy nhiều hơn trong thân và lá so với rễ, với tỷ lệ Zn dao động từ 37,57% đến 84,03% và Cu từ 24,03% đến 85,49%.
Cỏ Vetiver có khả năng xử lý đất ô nhiễm Zn và Cu thông qua hai cơ chế chính: chiết rút bằng thực vật (Phytoextraction) và cố định bằng thực vật (Phytobilization) [12].
Nghiên cứu của Lương Thị Thúy Vân (2012) cho thấy cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides) có khả năng cải tạo đất ô nhiễm chì (Pb) và arsen (As) sau khai thác khoáng sản tại tỉnh Thái Nguyên Cụ thể, trên đất ô nhiễm Pb với hàm lượng tối đa 2906,12 mg/kg và đất ô nhiễm As với hàm lượng tối đa 1137,17 mg/kg, cỏ Vetiver vẫn có thể sinh trưởng và phát triển tốt, đồng thời tạo ra sinh khối cao và tích lũy Pb và As trong các bộ phận như thân, lá và rễ.
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 bài viết tập trung vào việc nghiên cứu mối quan hệ cộng sinh giữa loài dương xỉ bản địa và nấm rễ cộng sinh AMF (Arbuscular Mycorhizal Fungi) nhằm xử lý đất bị ô nhiễm chì (Pb) Nghiên cứu này nhấn mạnh tiềm năng của dương xỉ và AMF trong việc phục hồi đất, góp phần vào việc cải thiện chất lượng môi trường.
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 trong nhà lưới tại 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°C trong 2 giờ, với mật độ 4 cây mỗi chậu Trước khi trồng, chậu vại cũng được khử trùng bằng dung dịch cồn 70%.
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 bằng dung dịch KOH 10% và nhuộm với 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 rửa sạch đất và tách riêng phần thân lá và rễ Tiến hành cân khối lượng tươi của cả hai phần này 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, bao gồm hỗn hợp axit HCl và HNO3 theo tỷ lệ 3:1 Kết quả sau đó được đo 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 550 °C trong 4 giờ Sau đó, để nguội và hòa tan mẫu 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
Từ hàm lượng chì (Pb) mà cây tích lũy trong các bộ phận và khối lượng sinh khối khô của từng bộ phận, chúng ta có thể xác định lượng chì 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 địa bàn nghiên cứu
4.1.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh 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: 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 3 – 4 m, tạo điều kiện cho ô nhiễm lan tỏa rộng rãi Đất đai tại đây là đất phù sa do hệ thống sông Hồng bồi đắp hàng năm, có 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, dày từ 15 – 20 cm Với điều kiện này, đất đai và địa hình của Chỉ Đạo rất phù hợp cho 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 là nông nghiệp với diện tích tự nhiên 597,1 ha, trong đó đất canh tác chiếm 360,49 ha và dân số khoảng 8.473 người Xã nằm ở trung tâm huyện, cách thị trấn huyện lỵ Văn Lâm 6 km, với hệ thống giao thông đường bộ và đường sắt thuận lợi Đầu năm, thời tiết diễn biến phức tạp đã gây khó khăn cho sản xuất nông nghiệp, cùng với ảnh hưởng của suy thoái tài chính và giá 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
Vào năm 2013, giá trị tổng sản phẩm xã hội theo giá thực tế đạt khoảng 96.920 tỷ đồng, tăng khoảng 13,5% so với năm 2012, khi giá trị này chỉ đạt 71.800 tỷ đồng Đồng thời, thu nhập bình quân đầu người cũng tăng lên, đạt xấp xỉ 11,4 triệu đồng.
Sản xuất nông nghiệp đóng góp 50,5% vào giá trị sản xuất, đạt gần 49 tỷ đồng Tổng diện tích gieo cấy lúa bình quân hai vụ chiêm và mùa là 350,8 ha/vụ Các giống lúa chủ yếu được trồng là lúa chất lượng cao như nếp và Bắc thơm số 7, chiếm 55-60%, trong khi lúa năng suất cao như TH3-3, Bio 404, SYN 6 chiếm khoảng 15-20% Phần còn lại bao gồm 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 lúa trong vụ xuân đạt từ 240 đến 250 kg/sào Tuy nhiên, trong vụ mùa, do ảnh hưởng của thời tiết nắng nóng và tình trạng thiếu nước, năng suất giảm đáng kể, chỉ còn khoảng 150 đến 160 kg/sào do hiện tượng bạc lá và cháy lá vào cuối vụ.
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 cao đã ảnh hưởng đến sự phát triển của đàn gia súc gia cầm, nhưng số lượng 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 tham gia vào các lĩnh vực như tái chế kim loại màu, tái chế nhựa, dịch vụ cơ khí, ăn uống, giải khát và tạp hóa.
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
Theo số liệu của Sở Công nghiệp Hưng Yên, trên địa bàn huyện có trên
Trong tổng số 30 làng nghề, có 17 làng nghề chuyên về 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 không đồng bộ.
Đông Mai đã nổi tiếng nhiều năm qua là một trong những làng nghề ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nhất tỉnh Theo các chuyên gia, hàm lượng chì trong nguồn nước tại đây đạt mức 0,77mg/l, vượt 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 của Thủ tướng Chính phủ, 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, để 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, thôn 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 thu gom nguyên liệu, vận chuyển cho đến nấu chảy chì trong lò tái chế Nguyên liệu chính để sản xuất chì là phế thải từ các bình ắc quy hỏng, được thu mua từ nhiều nguồn khác nhau.
Làng Đông Mai đang trở thành tâm điểm chú ý khi nhiều người tập trung về đây để tham gia vào quá trình tái chế chì từ bình ắc quy Sau khi phá dỡ, lõi chì được nấu chảy thành chì thành phẩm trong lò hỏa luyện Trong quá trình tinh chế, các tạp chất như oxit chì và chì sunfat trên bản cực chì phế liệu được tách ra nhờ than cốc, giúp chuyển đổi chúng thành chì kim loại Tuy nhiên, do sử dụng các phương pháp truyền thống và lạc hậu, quá trình này đã gây ra nhiều chất ô nhiễm, ảnh hưởng nghiêm trọng 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
Một số tính chất đất của khu vực nghiên cứu
Để xác định các tính chất lý hóa học 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 phát sinh và tính chất lý hóa học của nó, ảnh hưởng trực tiếp đến độ phì nhiêu Đất nặng có khả năng giữ lại các chất dinh dưỡng tốt hơn, nhưng cũng có thể giữ lại các chất ô nhiễm.
Mẫu đất lấy tại thôn Đông Mai có hàm lượng sét 12,7%, limon 45,1% và cát 42,2%, theo sơ đồ thành phần cơ giới đất của USDA, đất nghiên cứu thuộc loại đất thịt Đất thịt có tỷ lệ các cấp hạt và đặc tính lý hóa học nằm giữa đất cát và đất sét, mang lại nhiều lợi ích cho cây trồng Loại đất này dễ làm đất, chăm bón và có năng suất cao, phù hợp với nhiều loại cây trồng.
pH là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá trạng thái của đất, ảnh hưởng đến các quá trình vật lý, hóa học và sinh học trong đất Nó đóng vai trò lớn trong việc xác định độ phì nhiêu và khả năng chuyển hóa chất ô nhiễm Phân tích mẫu đất tại cánh đồng Hè, thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên cho thấy giá trị pH KCl là 4,3, cho thấy đất ở khu vực này thuộc loại rất chua theo tiêu chuẩn trong 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 Ngoài ra, việc sử dụng quá nhiều phân bón hóa học trong canh tác cũng góp phần làm đất chua, vì phân hóa học thường chứa các gốc axit mà cây trồng không hấp thụ hoặc hấp thụ rất ít, dẫn đến sự tích tụ axit trong đất khi kết hợp với nước.
Giá trị pH thấp trong đất có thể dẫn đến nguy cơ ô nhiễm cao hơn, vì nó làm tăng khả năng di chuyển 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 cấu trúc và chất lượng của đất, phân biệt đất với đá mẹ Sự hiện diện của chất hữu cơ không chỉ ảnh hưởng đến tính chất vật lý của đất mà còn quyết định khả năng dinh dưỡng và sự phát triển của cây trồng.
Chất hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành đất, ảnh hưởng đến nhiều tính chất lý, hóa, sinh và độ phì 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 mùn và các hợp chất mùn Chất hữu cơ được xem là phần quý giá nhất của đất, không chỉ cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng mà còn điều tiết nhiều tính chất đất theo hướng tích cực, góp phần tăng cường khả năng trao đổi cation (CEC) và cải thiện cấu trúc đất.
Kết quả phân tích cho thấy đất nghiên cứu có mức độ chất hữu cơ ở mức trung bình, theo 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 là tổng số cation mà đất giữ ở trạng thái trao đổi trong điều kiện tiêu chuẩn, cho phép chúng có khả năng trao đổi với các cation trong dung dịch tương tác với đất.
Giá trị CEC của mẫu đất nghiên cứu là 13,2 lđl/100g, cho thấy mẫu đất này thuộc nhóm có dung tích trao đổi cation trung bình theo giáo trình thổ nhưỡng So sánh với CEC của một số loại đất tại Việt Nam, giá trị này hoàn toàn phù hợp với CEC của đất phù sa 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 rất cao, với giá trị tổng số đạt 2622,14 mgPb/kg đất khô, vượt quy chuẩn cho phép về giới hạn Pb trong đất nông nghiệp tới hơn 37 lần Mặc dù hàm lượng Pb dễ tiêu thấp hơn so với tổng số, nhưng vẫn vượt quá 5,4 lần giới hạn cho phép theo QCVN 03:2008/BTNMT, cho thấy mẫu đất này đã bị ô nhiễm Pb nghiêm trọng Điều này đặc biệt nguy hiểm vì khu vực lấy mẫu đất nằm trong cánh đồng canh tác.
Hè thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên, vẫn được người dân sử dụng để 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 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, là một sản phẩm dạng bột màu đen xám Mycoroot được tạo 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 chất lượng bằng cách xác định số lượng bào tử nấm rễ có trong chế 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 bào tử Kết quả cho thấy trong 1g chế phẩm Mycoroot có một lượng bào tử nhất định.
25 bào tử nấm rễ, tương đương với 250 bào tử/10g chế phẩm
Mặc dù hiện tại 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 tỷ lệ 250 – 300 bào tử trong 10 gram chế phẩm.
Hình 4.3: Bào tử nấm rễ quan sát trên kính hiển vi soi nổi
Nghiên cứu khả năng chống chịu, hấp thu Pb của cây dương xỉ cộng sinh với nẫm rễ (AMF)
4.4.1 Khả năng xâm nhiễm của nấm rễ vào rễ cây dương xỉ
Sự cộng sinh nấm rễ bắt đầu khi bào tử nấm nảy mầm trong đất và sợi nấm cảm ứng sự hiện diện của rễ cây bằng cách phát triển hướng vào rễ, thiết lập tiếp xúc và phát triển dọc theo bề mặt rễ Sau đó, sợi nấm tạo ra khối u gọi là giác bám, bám giữa hai 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 để xâm nhập vào rễ Sau khi xâm nhập, thể sợi nấm sinh trưởng nhanh, len lỏi giữa các tế bào và hình thành Arbuscules, có 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 cây.
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 từng công thức 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 khá mạnh, chiếm trên 20% chiều dài rễ Điều này cho thấy 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 trong công thức đối chứng (CT1) không bón chế phẩm nấm rễ Mycoroot, nhưng khả năng xâm nhiễm của nấm rễ vào rễ cây dương xỉ vẫn được ghi nhận là yếu Nguyên nhân có thể do rễ cây dương xỉ được lấy về đã chứa sẵn một số mảnh rễ có nấm rễ cộng sinh, tuy nhiên mức độ cộng sinh này chỉ chiếm khoảng 2%.
4.4.2 Sinh trưởng phát triển của cây trồng thí nghiệm
Tốc độ sinh trưởng và phát triển của cây trồng là yếu tố quan trọng trong việc sử dụng công nghệ thực vật để xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng Sinh khối cao giúp loại bỏ hiệu quả nhiều chất ô nhiễm hơn, góp phần cải thiện chất lượng môi trường.
Cây Dương xỉ sau 40 ngày trồng (từ 10/3 đến 21/4/2014) được thu hoạch, rửa sạch và để ráo, sau đó được tách thành hai phần: phần thân lá và phần rễ Tiến hành 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 thu được được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 4.3: Sinh khối tươi của cây trồng sau 40 ngày thí nghiệm
Sinh khối tươi (g/chậu) Thân lá Rễ Tổng % tăng so với đối chứng
Bảng số liệu cho thấy sự khác biệt về sinh khối giữa các công thức thí nghiệm, trong đó các công thức có bón chế phẩm nấm rễ Mycoroot với liều lượng khác nhau đều đạt sinh khối cao hơn so với công thức đối chứng (CT1), với mức tăng từ 9,42% đến 55,64% (tương ứng 1,1 – 1,6 lần) 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 trên cây dương xỉ tại vùng đất khai thác khoáng sản.
Cả rễ và thân lá dương xỉ đều cho thấy sự tăng trưởng sinh khối rõ rệt 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 mỗi cây Công thức 4 ghi nhận sinh khối lớn nhất với 55,98g thân lá và 40,66g rễ mỗi chậu, trong khi công thức 1 (đối chứng) chỉ đạt 37,66g thân lá và 24,43g rễ mỗi chậu, cho thấy hiệu quả rõ rệt của chế phẩm trong việc cải thiện sinh trưởng của dương xỉ.
Bảng 4.4: Sinh khối khô của cây trồng sau 40 ngày thí nghiệm
Sinh khối khô (g/chậu) 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 giữa khối lượng sinh khối khô và sinh khối tươi, lượng sinh khối khô trung bình chiếm 16,2 % đối với thân lá và 21 % đối với rễ.
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 Cụ thể, sinh khối tăng cao nhất lên đến 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 mở rộng khả năng hấp thụ dinh dưỡng và nước Nấm cũng góp phần vào quá trình phân hủy và chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong đất, biến đổi chúng thành dạng dễ tiêu cho cây, đồng thời tăng cường khả năng hòa tan của các chất dinh dưỡng như sắt và phốt pho, qua đó nâng cao khả năng hấp thu và sinh khối của cây trồng.
Trong quá trình sống, chúng có khả năng tiết ra các chất kháng sinh giúp ức chế vi sinh vật gây bệnh, đồng thời sản sinh axit amin, vitamin, enzym và hoóc môn thực vật như axít Idolaxetic (IAA) Những chất này không chỉ kích thích sự phát triển của vi sinh vật có lợi ở vùng rễ mà còn thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng.
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 tái tạo màu xanh cho những khu vực ô nhiễm, nơi mà cây cỏ thông thường khó có thể phát triển Hơn nữa, chi phí áp dụng công nghệ này lại rất hợp lý.
Công nghệ thực vật trong xử lý ô nhiễm môi trường, đặc biệt là ô nhiễm kim loại nặng trong đất, đang ngày càng thu hút sự chú ý của các nhà khoa học nhờ vào khả năng vận hành dễ dàng và hiệu quả Những cây được lựa chọn cho công nghệ này cần có khả năng tích lũy kim loại nặng cao và sinh khối lớn Tuy nhiên, cây có sinh khối cao thường có khả năng chống chịu kim loại nặng kém, trong khi cây chống chịu tốt lại thường có sinh khối thấp, dẫn đến thời gian xử lý kéo dài Kết quả thí nghiệm cho thấy việc kết hợp cây dương xỉ với nấm rễ (AMF) đã cải thiện đáng kể mức sinh khối, từ đó tăng cường khả năng loại bỏ kim loại nặng khỏi đất và rút ngắn thời gian xử lý.
4.4.3 Hàm lượng Pb tích lũy trong các bộ phận của cây dương xỉ
Hàm lượng kim loại nặng tích lũy 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.