SỬ DỤNG LOÀI DƯƠNG XỈ PTERIS VITTATA ĐỂ XỬ LÝ Ô NHIỄM ASEN TRONG ĐẤT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC QUẢN LÝ  Tiểu luận môn học CHỈ THỊ SINH HỌC MƠI TRƯỜNG Tên đề tài SỬ DỤNG LỒI DƯƠNG XỈ PTERIS VITTATA ĐỂ XỬ LÝ Ô NHIỄM ASEN TRONG ĐẤT Bình Dương, ngày 11, tháng 09, năm 2017 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC QUẢN LÝ  Tiểu luận môn học CHỈ THỊ SINH HỌC MƠI TRƯỜNG Tên đề tài SỬ DỤNG LỒI DƯƠNG XỈ PTERIS VITTATA ĐỂ XỬ LÝ Ô NHIỄM ASEN TRONG ĐẤT GVHD: ThS Bùi Thị Ngọc Bích Lớp: D14QM01 Người thực hiện: Lê Thị Bích Dun Bình Dương, ngày 11, tháng 09, năm 2017 SỬ DỤNG LOÀI DƯƠNG XỈ PTERIS VITTATA ĐỂ XỬ LÝ Ô NHIỄM ASEN TRONG ĐẤT TÓM TẮT Ngành dương xỉ (Polypodiophyta) ngành thực vật đóng vai trò quan trọng q trình hình thành thảm thực vật tán rừng Nhiều lồi dương xỉ có ý nghĩa kinh tế nguyên liệu làm thuốc, nhiều loài khác sử dụng làm cảnh, thức ăn,…Ngày nay, với tiến khoa học − kĩ thuật, người phát loài dương xỉ Pteris vittata sinh vật thị tích lũy chúng có khả hấp thụ kim loại nặng, làm giảm ô nhiễm môi trường khu cơng nghiệp Dương xỉ Pteris vittata có khả chống chịu tốt đất có hàm lượng Asen linh động tương ứng lên tới 1500 mg/kg Với nồng độ P bổ sung 800 mg/kg, N bổ sung từ 100 – 200 mg/kg hàm lượng EDTA bổ sung từ – – mmol/kg hiệu loại bỏ Asen Pteris vittata tốt Ngoài khả siêu tích lũy Asen, dương xỉ Pteris vittata sử dụng cho xử lý Cd, Pb Zn tồn hàm lượng thấp đất Từ khóa: sinh vật thị; tích lũy sinh học; Pteris vittata; kim loại nặng; Ơ nhiễm mơi trường; Asen ABSTRACT Polypodiophyta is one of the most important plants in the process of forming vegetation under forest canopy Many species of ferns are economically significant as medicinal ingredients, many other species are used as ornamental plants, food,… Today, with the advancement of science and technology, humans have discovered that Pteris vittata fern is a bio-accumulator organism because it has the ability to absorb heavy metals, reducing environmental pollution in industry zones Pteris vittata fern has good resistance in soil with flexible arsenic content up to 1500 mg/kg With the supplemental phosphorus concentration is 800 mg/kg, the nitrogen is 100 – 200 mg/kg, the EDTA content is – and – mmol/kg that the arsenic removal by Pteris vittata is best In addition to the super-accumulation of arsenic, Pteris vittata fern can be used for treating Cd, Pb and Zn if they coexist in low concentrations in the soil Keywords: bio-indicator, bio-accumulation, Pteris vittata, heavy metal, environmental pollution ĐẶT VẤN ĐỀ: Môi trường bị ô nhiễm hoạt động khai khoáng tuyển quặng nhiều nhà khoa học giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu Hàm lượng Asen (As) bị ô nhiễm mức đáng lo ngại nhiều vùng khai thác khoáng sản giới Việt Nam Nguồn gốc xuất nguy hại với môi trường sống khai thác mỏ gây phức tạp kinh phí cho phục hồi đắt Vì vậy, giải vấn đề gặp nhiều khó khăn Hiện nay, cơng nghệ sử dụng thực vật đánh giá thích hợp cho xử lý ô nhiễm kim loại nặng (KLN) đất giá thành thấp, vận hành đơn giản thân thiện với môi trường Các nhà khoa học phát số nhóm thực vật có khả tích luỹ nhiều KLN thể gọi siêu tích luỹ Trong q trình nghiên cứu kĩ thuật xử lý ô nhiễm thực vật, nhà khoa học khám phá nhiều lồi thực vật có khả hút As từ đất Ví dụ, cỏ Agrostis capillaris L., cỏ Agrostis tenerrima Trin., dương xỉ Pteris vittata L gỗ nhỏ Sarcosphaera coronaria có khả tích luỹ As tương ứng 100, 1000, 27000 7000 mg/kg sinh khối khơ Trong lồi thực vật siêu tích lũy As, nhiều nhà khoa học đặc biệt ý đến dương xỉ nhiều nghiên cứu cho thấy loại thực vật có khả chống chịu tích lũy As cao Đặc biệt lồi dương xỉ Pteris vittata tác giả chứng minh lồi siêu tích lũy As Ngồi ra, vài loài dương xỉ khác ý Pteris nervosa, Pteris cretica, P longifolia L., P umbrosa L., P argyraea L., P quadriaurita L., P ryiunkensis L., P biaurita TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DƯƠNG XỈ: - Đặc điểm Ngành Dương xỉ: Đây lớp lớn, gồm dương xỉ trẻ hầu hết sống Đa số thân cỏ, có thân rễ, số thân gỗ thân leo Cây sống đất, nước hay bị sình gỗ lớn khác Lá lớn, nguyên, đa số bị xẻ thùy lông chim nhiều lần Lá non cuộn tròn đầu Túi bào tử có vách mỏng gồm lớp tế bào thường có vòng Bào tử giống (dương xỉ cạn) hay khác (dương xỉ nước) - Phân loại Ngành Dương xỉ: gồm có lớn thành phần thảm thực vật ngày Gồm 300 chi 10.000 loài Sự xếp thành bậc phân loại ngành đến chưa thống Takhtajan chia sau: + Lớp tiền Dương xỉ - Protopteridiopsida Gồm bộ: Protopteridales, Cladoxylales Zygopteridales + Lớp Dương xỉ cổ - Archacopteridopsida Gồm bộ, họ, 3chi Đại diên chi Archaeopteris + Lớp Lưỡi rắn - Ophioglossopsida Gồm bộ, họ, chi + Lớp Toà Sen - Marattiopsida Gồm bộ: Marattiales Angiopterdales + Lớp Dương xỉ - Polypodiopsida gồm Osmundales, Schizaeales, Polypodiales, Cyatheales Trong đó, Pteris vittata thuộc Polypodiales SƠ LƯỢC VỀ LOÀI DƯƠNG XỈ PTERIS VITTATA: Dương xỉ Pteris vittata lồi thực vật có mạch họ Pteridaceae, thuộc Polypodiales Loài Carl Linnaeus miêu tả khoa học năm 1753 - Mô tả: Bụi cao 0,3-1,5 m Thân rễ ngắn, phủ vẩy dài mm, màu Lá mọc thành hình hoa thị; cuống cứng, dài 5-30 cm, có rãnh, có vảy phần thứ diệp đáy có tai răng, dài đến 15 cm, rộng 8-12 mm, thứ diệp nhỏ rộng Nang quần hai bên bìa khơng đến mũi - Phân bố: Phân bố rộng rãi vùng nhiệt đới Chúng phát triển môi trường ẩm ướt loại dương xỉ khác Cây mọc hoang nhiều, tường nhà ẩm, đất, dựa rạch, khắp nơi từ vùng thấp đến vùng cao 2.000 m Ở Việt Nam, loài gặp nhiều vùng núi thấp trung bình gần nước Còn gặp nhiều nước nhiệt đới, cận nhiệt đới ôn đới châu Phi, châu Á, châu Úc - Công dụng: Dùng làm nguyên liệu thuốc, làm cảnh trang trí nhà cửa, Pteris vittata có khả tích lũy kim loại nặng, đặc biệt As Nghiên cứu cho thấy, lồi dương xỉ Pteris vittata khơng có khả tích lũy cao As mà có khả hấp thụ đồng thời kim loại khác Mn, Cu, Fe, Zn Pb Loài dương xỉ Pteris vittata có khả tích lũy cao As Đây loài sống bãi thải nghiên cứu lồi thực vật điển hình mà số nước giới sử dụng để xử lý ô nhiễm As ỨNG DỤNG CỦA DƯƠNG XỈ PTERIS VITTATA TRONG XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG: Dương xỉ Pteris vittata loài thực vật thị siêu tích lũy, chúng mọc nhiều tự nhiên có khả hấp thụ kim loại nặng: Cu, As, Cd As Pteris vittata lưu lớp lông tơ thân cây, phát triển tích lũy As lớn Theo kết nghiên cứu Bùi Thị Kim Anh (2011) rằng, dương xỉ P.vittata hấp thu tích luỹ As thân chúng tương ứng lên đến 5876,5 ± 99,6 mg/kg sinh khối khơ Chúng đạt tiêu chí lồi siêu tích luỹ As Kết thu tương đồng với kết nghiên cứu Ma cs.; Wei Chen; Chen cs Jirarut Wongkongkatep cs Bùi Thị Kim Anh nghiên cứu khả chống chịu As; khả tích lũy As theo thời gian; yếu tố dinh dưỡng Nitơ, Photpho; pH; EDTA lên hiệu sinh trưởng tích lũy dương xỉ P.vittata 4.1 Khả chống chịu tích luỹ As P.vittata: Sau tháng thí nghiệm, P.vittata có khả chống chịu với đất có bổ sung As từ đến 1500 mg/kg Kết khả chống chịu As P.vittata nồng độ sau tháng thí nghiệm chết cho thấy, nồng độ As cao thời gian sống ngắn Trong khoảng nồng độ mà chống chịu được, sau tháng thí nghiệm P.vittata tích lũy lượng As từ 307±14,5 đến 6042±101,1 mg/kg thân rễ từ 131± 16,5 đến 3756± 105,5 mg/kg 4.2 Khả tích luỹ As theo thời gian P.vittata: Bảng Lượng As dương xỉ tách khỏi đất Thời gian (tháng) Pteris vittata Sinh khối khô thân, Lượng As tích lũy (g) thân, (mg/kg) Lượng As tách khỏi đất (mg) 0,3 ± 0,1 662,7 ±59,1 0,2 0,8 ± 0,1 2100,4±127,9 1,7 3,9 ± 0,5 2520,5±113,7 9,8 4,8 ± 0,6 3151,6±116,2 15,1 Kết thu từ bảng cho thấy từ tháng thứ P.vittata loại bỏ lượng As lớn nhiều so với tháng thứ Ở tháng thứ thứ 4, P.vittata loại bỏ lượng As khỏi đất tương ứng 9,8 15,1 mg 4.3 Ảnh hưởng yếu tố dinh dưỡng N, P đến hiệu sinh trưởng tích lũy As P.vittata: Bảng Lượng As tách khỏi đất nhờ dương xỉ công thức bổ sung P khác Lượng P bổ sung vào thí nghiệm (mg/kg) Pteris vittata Sinh khối khơ thân, (g) Lượng As tích lũy thân, (mg/kg) Lượng As tách khỏi đất (mg) 2,6±0,4 1034±60 2,7 200 2,7±0,6 1073,9±55,2 2,9 400 2,9±0,6 1133,2±71,5 3,3 600 3,6±0,5 1479±57,6 5,3 800 4,9±0,8 1549,2±67,1 7,6 Kết bảng cho thấy, cơng thức thí nghiệm bổ sung 800 mg P/kg đất, dương xỉ P.vittata có khả tăng trưởng tốt (đạt 4,9±0,8 g sinh khối khô) lượng bổ sung 800 mg P/kg đất cho hiệu loại bỏ As khỏi đất P.vittata cao (đạt 7,6 mg) Bảng Lượng As tách khỏi đất nhờ dương xỉ thí nghiệm ảnh hưởng N Lượng N bổ sung vào thí nghiệm (mg/kg) Pteris vittata Sinh khối khô thân (g) Lượng As tích lũy thân (mg/kg) Lượng As tách khỏi đất (mg) 4,4±0,9 977,4±29,7 4,3 100 4,6±0,7 1694,3±79,8 7,8 200 5,5±1 1196,7±56,9 6,6 300 3,1±0,5 986,8±35,7 3,1 400 2,4±0,4 973,7±49,1 2,3 500 2,2±0,4 346±19,1 0,8 Kết thu bảng 3.10 cho thấy, khả sinh trưởng tích lũy As chịu ảnh hưởng tích cực hàm lượng N Hiệu loại bỏ As dương xỉ P.vittata cao bổ sung từ 100 – 200 mg N /kg đất 4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng pH lên sinh trưởng tích lũy As P Vittata: Bảng Hiệu loại bỏ As khỏi đất nhờ dương xỉ thí nghiệm ảnh hưởng pH Chỉ số pH đất Pteris vittata Sinh khối khô thân, (g) Lượng As tích lũy thân, (mg/kg) Lượng As tách khỏi đất (mg) 7,2 5±0,7 2768,1±41,3 13,8 9,0 4,13±0,7 2248,9±75 9,3 P vittata thích hợp với điều kiện pH từ trung tính đến kiềm nên khả loại bỏ As khoảng pH cao Ở pH 7,2 hiệu loại bỏ As 13,8 mg pH 9,0 loại bỏ 9,3 mg As Từ ta thấy đất nhiễm kim loại nặng có tính kiềm nên sử dụng P.vittata 4.5 Ảnh hưởng EDTA lên sinh trưởng tích luỹ As P.vittata: EDTA chất tạo phức thường sử dụng để lập ion kim loại có hóa trị II III, tất phức ion kim loại phi kim với EDTA tan tốt dung dịch Các kết thu thơng số quan trọng để tìm hiểu khả chuyển hóa As đất ảnh hưởng EDTA EDTA bổ sung từ 1-3 mmol/kg công thức tốt để làm tăng khả hòa tan As đất lượng phù hợp cho hấp thu cao Cd, Pb Zn CÁC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG LOÀI DƯƠNG XỈ P VITTATA LÀM SINH VẬT TÍCH LŨY KIM LOẠI NẶNG: 5.1 Các nghiên cứu nước: - Năm 2010, Trần Văn Tựa cộng nghiên cứu khả chống chịu hấp thu Pb, Zn dương xỉ P.vittata Qua nghiên cứu cho thấy được, P.vittata có khả chống chịu Pb đất đến nồng độ 3000 mg/kg đất, khả hấp thu tích luỹ Pb tốt nồng độ < 1000 mg/kg đất Đối với thí nghiệm chống chịu Zn, P.vittata có khả chống chịu đến đến nồng độ 1500 mg Zn/kg đất, khả hấp thu tích luỹ Zn tốt nồng độ 300 mg/kg Khả tích lũy Pb, Zn giảm theo thời gian, nhiên hiệu loại bỏ Pb, Zn lại tăng sinh khối tăng - Năm 2011, Đặng Văn Minh Nguyễn Duy Hải nghiên cứu khả sinh trưởng hấp thu kim loại nặng cỏ vetiver, dương xỉ sậy đất sau khai thác thiếc huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên Qua nghiên cứu cho thấy loại nghiên cứu sinh trưởng tốt đất nghèo kiệt bị ô nhiễm kim loại nặng hoạt động khai thác thiếc Trong cỏ vetiver sậy sinh trưởng tốt loại đất khả phát triển rễ tốt Hàm lượng kim loại nặng tích lũy phận thân rễ loại cao - Năm 2014, Nguyễn Thị Thúy nghiên cứu sử dụng mối quan hệ cộng sinh dương xỉ nấm rễ cộng sinh (AMF) để xử lý ô nhiễm kim loại nặng đất thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên Qua nghiên cứu cho thấy khả xâm nhiễm nấm rễ vào rễ dương xỉ cơng thức có bón chế phẩm có khác nhau, dao động từ mức trung bình đến mạnh Nhìn chung sau 40 ngày thí nghiệm, chế phẩm nấm rễ có ảnh hưởng tích cực tới sinh trưởng phát triển, tác dụng kích thích hấp thu Pb phận dương xỉ Với công thức bổ sung sung 80g chế phẩm Mycoroot /cây cho mức sinh khối lớn đạt 55,98g thân + 40,66g rễ hàm lượng Pb lấy khỏi đất lớn 7,27 mgPb/chậu - Năm 2010, Bùi Thị Kim Anh cộng nghiên cứu ảnh hưởng N, P lên khả sinh trưởng tích lũy asen lồi dương xỉ Pteris vittata L Kết nghiên cứu cho thấy hàm lượng As tích luỹ phần mặt đất Pteris vittata cao nhiều so với phần rễ Đây ưu điểm lớn loài dương xỉ ứng dụng vào xử lí mơi trường Khả sinh trưởng tích lũy As Pteris vittata chịu ảnh hưởng tích cực hàm lượng P N cho vào thí nghiệm, bổ sung lượng P ≤ 400 ppm lượng N > 200 ppm hàm lượng As tích lũy có thay đổi so với đối chứng không đáng kể Sự sinh trưởng tích lũy As dương xỉ P.vittata cao bổ sung N nồng độ từ 100 ppm – 200 ppm P bổ sung nồng độ 800 ppm - Năm 2014, Đặng Văn Minh Nguyễn Duy Hải nghiên cứu biện pháp xử lý sinh khối dương xỉ vetiver hấp phụ kim loại nặng sau trồng đất sau khai khoáng Qua nghiên cứu cho thấy sinh khối tươi dương xỉ vetiver thu gom phơi khơ, sau tro hóa tiếp tục xử lý với vôi nhằm giảm hàm lượng KLN di động Kết tro hóa cho thấy sau tro hóa sinh khối giảm đáng kể, 5– 6% so với ban đầu Hàm lượng KLN tổng số tro trước sau thí nghiệm không thay đổi nhiều Tuy nhiên hàm lượng KLN di động tro sau xử lý với vôi có thay đổi rõ rệt Điều có ý nghĩa việc hạn chế tác hại KLN mơi trường đất 5.2 Các nghiên cứu nước ngồi: - Năm 2002, Shu,W S cộng nghiên cứu Sử dụng cỏ vetiver ba loại cỏ khác để phục hồi chất thải mỏ Pb / Zn nơi thí nghiệm thực địa Theo nghiên cứu thử nghiệm đất trồng 30 hạt Pteris vittata Các nhà khoa học Trung Quốc hoàn thiện kỹ thuật trồng dương xỉ (Pteris vittata L.) vetiver để xử lý nguyên tố kim loại nặng đất thạch tín, đồng, kẽm… Với kỹ thuật này, họ hy vọng giải vấn đề ô nhiễm kim loại nặng vùng hạ du Trung Quốc q trình khai khống gây nên KẾT LUẬN: Các nhà khoa học hướng đến việc sử dụng đặc điểm tích lũy kim loại nặng số lồi để cải tạo môi trường sống Cục môi trường châu Âu so sánh hiệu kinh tế phương pháp truyền thống xử lý kim loại nặng đất phương pháp sử dụng thực vật 1,4 triệu vị trí nhiễm Kết cho thấy, việc dùng hút độc tiết kiệm 1000 lần Ngoài ra, thu hoạch loài thực vật này, người ta lấy loại kim loại quý nicken, vàng nguồn lợi kinh tế khơng nhỏ Ứng dụng lồi dương xỉ Pteris vittata để xử lý As đất công nghệ xử lý thực vật sáng tạo Đây biện pháp đơn giản, dễ làm, kinh tế, hiệu quả, sử dụng xanh cách tự nhiên Để sử dụng loài dương xỉ hiệu cách hiệu cần tiếp tục nghiên cứu chi tiết, cụ thể quy trình cơng nghệ sử dụng dương xỉ để xử lý ô nhiễm As đất số vùng khai thác khoáng sản vùng bị nhiễm kim loại nặng Việt Nam 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Thị Kim Anh (2010) Nghiên cứu ảnh hưởng N, P lên khả sinh trưởng tích lũy asen lồi dương xỉ Pteris Vittata L., Tạp chí Khoa học Công nghệ, vol 48(2), pp 71-78 [2] Bùi Thị Kim Anh (2011), Nghiên cứu sử dụng thực vật (dương xỉ) để xử lý ô nhiêm Asen đất vùng khai thác khoáng sản Luận án tiến sĩ, khoa môi trường đất nước, Trường đại học Khoa học Tự nhiên [3] Bùi Thị Út Yến (2014), Nghiên cứu khả hấp thu thiếc đất ô nhiễm cỏ vetiver dương xỉ Luận văn thạc sĩ khoa học, khoa Khoa học Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội [4] Đặng Văn Minh Nguyễn Duy Hải (2011) Nghiên cứu khả sinh trưởng hấp thu kim loại nặng cỏ vetiver, dương xỉ sậy đất sau khai thác thiếc huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên, Tạp chí Khoa học Công nghệ, vol 85(9), pp 13-16 [5] Đặng Văn Minh Nguyễn Duy Hải (2014) Nghiên cứu biện pháp xử lý sinh khối dương xỉ vetiver hấp phụ kim loại nặng sau trồng đất sau khai khống, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, vol 119(5), pp 113-116 [6] Đỗ Công Tùng (2014), Thành phần loài thực vật ngành dương xỉ (Polypodiophyta) huyện Ngọc Lặc tỉnh Thanh Hóa Luận văn thạc sĩ sinh học, khoa thực vật học, Trường đại học Vinh [7] Đỗ Hoàng Chung (2008), Bài giảng phân loại thực vật, Nxb Đại học Nông lâm Thái Nguyên, Thái Nguyên [8] Nguyễn Thị Thúy cộng (2015) Nghiên cứu sử dụng mối quan hệ cộng sinh dương xỉ nấm rễ cộng sinh (AMF) để xử lý ô nhiễm kim loại nặng đất thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên, Tạp chí Đai học Quốc Gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công nghệ, vol 31(2s), pp 302-309 [9] Nguyễn Thị Tuyết Nhung (2012), Nghiên cứu thành phần loài phân bố Ngành dương xỉ (Polypodiophyta) hệ thực vật vườn quốc gia Cát Tiên Luận văn thạc sĩ sinh học, Trường Đại học Sư phạm TP.HCM [10] Trần Văn Tựa cộng (2010) Nghiên cứu khả chống chịu hấp thu chì Pb, Zn dương xỉ Pteris Vittata L., Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, vol 49(4), pp 101-109 11 ... đến dương xỉ nhiều nghiên cứu cho thấy loại thực vật có khả chống chịu tích lũy As cao Đặc biệt lồi dương xỉ Pteris vittata tác giả chứng minh lồi siêu tích lũy As Ngồi ra, vài loài dương xỉ khác... quadriaurita L., P ryiunkensis L., P biaurita TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DƯƠNG XỈ: - Đặc điểm Ngành Dương xỉ: Đây lớp lớn, gồm dương xỉ trẻ hầu hết sống Đa số thân cỏ, có thân rễ, số thân gỗ thân leo... bào tử có vách mỏng gồm lớp tế bào thường có vòng Bào tử giống (dương xỉ cạn) hay khác (dương xỉ nước) - Phân loại Ngành Dương xỉ: gồm có lớn thành phần thảm thực vật ngày Gồm 300 chi 10.000