SỬ DỤNG MÔ HÌNH HỆ SINH THÁI ĐẤT THU NHỎ ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MÔI TRƢỜNG CỦA CHÌ VÀ KHẢ NĂNG HẤP THU CHÌ TRONG BÙN CỦA GIUN ĐẤT (Pontoscolex corethrurus) VÀ CÂY HỌ CẢI (Brassica rapa)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP SỬ DỤNG MƠ HÌNH HỆ SINH THÁI ĐẤT THU NHỎ ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MƠI TRƢỜNG CỦA CHÌ VÀ KHẢ NĂNG HẤP THU CHÌ TRONG BÙN CỦA GIUN ĐẤT (Pontoscolex corethrurus) VÀ CÂY HỌ CẢI (Brassica rapa) Ngành học:CÔNG NGHỆ SINH HỌC Sinh viên thực hiện:VŨ TRƢỜNG XUÂN Niên khóa: 2008 – 2012 Tháng 7/ 2012 BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ SINH HỌC  KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP SỬ DỤNG MƠ HÌNH HỆ SINH THÁI ĐẤT THU NHỎ ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG MƠI TRƢỜNG CỦA CHÌ VÀ KHẢ NĂNG HẤP THU CHÌ TRONG BÙN CỦA GIUN ĐẤT (Pontoscolex corethrurus) VÀ CÂY HỌ CẢI (Brassica rapa) Hƣớng dẫn khoa học Sinh viên thực PGS.TS LÊ ĐÌNH ĐƠN VŨ TRƢỜNG XUÂN KS VƢƠNG HỒ VŨ Tháng 7/2012 LỜI CẢM ƠN Em xin cảm ơn thầy Lê Đình Đơn viện trƣởng Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Học Môi Trƣờng, ngƣời định hƣớng cho mặt phƣơng hƣớng động viên, tận tình bảo lúc tơi gặp khó khăn lúc thực đề tài Em xin cảm ơn thầy cô Bộ môn Công nghệ sinh học ân cần bảo truyền đạt kiến thức suốt năm học vừa qua Em xin gửi lòng biết ơn chân thành tới thầy Vƣơng Hồ Vũ làm việc Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Học Và Môi Trƣờng, thầy nhiệt tình bảo, động viên, giúp đỡ lúc tơi gặp khó khăn Ngƣời vực dậy tơi niềm tin, đam mê lúc bế tắc, phƣơng hƣớng Con xin cảm ơn cô Tráng làm việc Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Học Và Môi Trƣờng chia sẻ, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi tối đa cho hồn thành tốt cơng việc Em xin chân thành cảm cô Trịnh Phi Ly, anh Kiên, chị Ngọc thầy cô làm việc Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Học Và Môi Trƣờng nhiệt tình giúp đỡ, giải đáp thắc mắc giúp tơi khác phục thiếu sót trình thực đề tài Mình xin cảm ơn bạn lớp DH08SH quan tâm động viên lúc tơi gặp khó khăn q trình học tập nhƣ lúc nghiên cứu thực đề tài Cuối cho gửi lời cảm ơn chân thành tới bạn DH10SH luôn kề vai sát cánh với lúc thực đề tài, tơi biết ơn lời chia sẽ, động viên nhƣ nhiệt tình giúp đỡ Con ln biết ơn bố mẹ, gia đình, họ hàng ngƣời sinh thành, ni dạy tạo cho thực hóa ƣớc mơ ngồi vào giảng đƣờng đại học Con ln biết ơn dõi theo bƣớc động viên giúp đỡ gặp khó khăn Ký tên Vũ Trƣờng Xn TĨM TẮT Trƣớc tình hình ô nhiễm môi trƣờng ngày gia tăng đặc biệt nhiễm kim loại nặng mà chì ngun tố điển hình Ơ nhiễm chì khơng ảnh hƣởng nghiệm trọng tới sức khỏe ngƣời trực tiếp ảnh hƣởng tới mơi trƣờng sống Trong việc xử lý nhiễm chì chƣa đƣợc áp dụng rộng rãi gặp nhiều khó khăn Gần đây, việc sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm đƣợc xem nhƣ phƣơng pháp rẻ tiền, hiệu thân thiện với môi trƣờng Việc bổ sung thêm giun đất với hy vọng nâng cao sinh khối khả hấp thu chì đƣợc quan tâm Thêm vào đó, mơ hình hệ sinh thái đất thu nhỏ đƣợc ứng dụng rộng rãi việc đánh giá khả hấp thu tác động môi trƣờng chất gây ô nhiễm Chính đề tài; “ Sử dụng hệ sinh thái đất thu nhỏ (Integrated Soil Microcosms) để đánh giá tác động mơi trƣờng chì khả hấp thụ chì bùn giun đất (Pontoscolex corethrurus) họ cải (Brassica rapa)” đƣợc thực Đề tài tập trung vào (1) khảo sát khả hấp thụ chì giun đất; (2) khảo sát khả hấp thụ chì (3) Đánh giá tƣơng quan, hỗ trợ giun việc hấp thụ chì (4) Xác định tác động tới mơi trƣờng chì thơng qua tiêu sinh khối cây, sinh khối phân bố giun đất di chuyển chì đất Kết cho thấy: hàm lƣợng chì tăng lên từ lần thu mẫu thứ (15 ngày) đến lần thu mẫu thứ hai (30 ngày): 377,98 ppm – 406,16 ppm nghiệm thức có 340,01 ppm – 358,59 ppm nghiệm thức giun Chì đƣợc hấp thụ rễ nhiều thân Sự diện giun làm giảm khả hấp thu chì Đối với nghiệm thức có giun giun cây, hàm lƣợng chì giun tăng lên theo thời gian từ 19,22 ppm đến 23,57 ppm nghiệm thức có giun từ 17,89 ppm đến 19,78 ppm nghiệm thức giun Sự diện làm giảm khả hấp thu chì giun Hàm lƣợng chì đất giảm đáng kể: từ 534,2 ppm lúc ban đầu, giảm xuống 388,36: 245,09: 265,42: 277,79 (ppm) sau 15 ngày 269,05: 229,07: 235,07: 173,53 (ppm) sau 30 ngày tƣơng ứng với nghiệm thức có hỗn hợp đất: có giun: có giun Không thấy ảnh hƣởng bất lợi đến sinh khối phân bố giun nhƣ sinh khối Không thấy di chuyển chì xuống lớp đất bên dƣới gây nguy hại cho mạch nƣớc ngầm SUMMARY Environment pollution is increasing rapidly, especially heavy metal pollution Lead is one of the main causes Lead contamination has severe impacts to human health and environments However,lead decontamination has not been widely applied and still has a lot of difficulties Recently, phytoremediation has been used as a cheap, environmental friendly and efficiency solution In addition, higher biomass production and lead accumulation in plant is expected by adding earthworms Moreover, the application of integrated soil microcosms as a tool to assess the accumulation and environmental effect of toxicants become more popular Therefore, the project “Using the Integrated Soil Microcosms to assess the lead (Pb)accumulation ability of earthworm (Pontoscolex corethrurus) and turnip (Brassica rapa) and environmental effects of lead” was conducted The study is going to survey (1) lead accumulation ability of earthworms andplants (2) the relationship between earthworm and plants on lead uptake and (3) environmental effects by accessing the plant biomass, earthworm mortality and distribution and lead movement The results have shown that: In the plants only and worms+plants treatments the lead concentration was increased from the first sampling (15 days) to the second sampling time (30 days): 377,98 ppm - 406,16 ppm for plants only and 340,01 ppm-358,59 ppm for worms+plants Lead accumulated much more in roots than shoots The present of worms reduced the accumulation of plants.In the worms only and worms+plants treatments, the accumulation of lead in worms was increased by the sampling time: 19,22 ppm - 23,57 ppm for the worms only and 17,89 ppm - 19,78 ppm for worms+plants treatment The present of plants reduced the lead uptake ability of earthworms.Lead concentration in soil mixture went down from the initial concentration of 534,2 ppm to 388,36: 245,09: 265,42: 277,79 (ppm) after 15 days and 269,05: 229,07: 235,07: 173,53(ppm) after 30 days respectively for soil mixture only:earthworms only: plants only and earthworms+plants treatments At the concentration of 534,2 ppm there was no negative effects on biomass and distribution of earthworms and biomass of plants There was not evidence of the mobility of lead into second layer of soil assuming that groundwater MỤC LỤC Lời cảm ơn i Tóm tắt .ii Summary iii Mục lục iv Danh sách chữ viết tắt .vii Danh sách bảng viii Danh sách hình ix MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Yêu cầu đề tài 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tình hình nhiễm, tính chất, tác hại chì (Pb) 2.1.1 Tình hình nhiễm chì 2.1.2 Tính chất hóa lý chì 2.1.3 Tác hại ảnh hƣởng chì 2.1.4 Các đƣờng xâm nhập chì vào thể 2.2 Các phƣơng pháp xử lý ô nhiễm chì 2.2.1 Phƣơng pháp hóa lý 2.2.2 Phƣơng pháp sinh học 2.2.3 Phƣơng pháp xử lý kim loại nặng thực vật (phytoremediation) 2.2.3.1 Định nghĩa 2.2.3.2 Cơ chế việc hấp thu kim loại nặng 2.2.3.3 Ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp sử dụng thực vật xử lý ô nhiễm 11 2.2.4 Brassica rapa khả xử lý kim loại nặng 12 2.2.4.1 Phân loại 12 2.2.4.2 Đặc điểm hình thái 12 2.2.4.3 Đặc điểm sinh thái 12 iv 2.2.5 Giun đất khả xử lý kim loại nặng 13 2.2.5.1 Phân loại phân nhóm 14 2.2.5.2 Đặc điểm hình thái 14 2.2.5.3 Đặc điểm cấu tạo 15 2.2.5.4 Điều kiện sinh sống 16 2.2.5.5 Mối quan hệ giun đất thực vật 16 2.5 Hệ thống sinh thái đất thu nhỏ (Integrated Soil Microcosms-ISM) 17 2.5.1 Giới thiệu chung 17 2.5.2 Yêu cầu hệ sinh thái đất thu nhỏ 18 2.5.3 Ƣu điểm hệ sinh thái đất thu nhỏ 18 2.5.4 Nhƣợc điểm 19 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP TIẾN HÀNH 20 3.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu 20 3.2 Vật liệu thí nghiệm 20 3.2.1 Đất bùn 20 3.2.2 Giun đất 21 3.2.3 Thực vật 21 3.2.4 Hệ thống sinh thái đất thu nhỏ 22 3.2.5 Hóa chất 22 3.3 Nội dung nghiên cứu 23 3.3.1 Khảo sát khả hấp thụ chì đất họ cải 23 3.3.2 Khảo sát khả hấp thụ chì giun đất 236 3.3.3 Khảo sát tác động chì lên mơi trƣờng 26 3.3.4 Xử lý số liệu 29 KẾT QUẢ 30 4.1 Khả hấp thụ chì họ cải 30 4.2 Khả hấp thụ chì giun 34 4.3 Hàm lƣợng chì lại đất sau thí nghiệm 36 4.4 Tác động chì lên sinh khối cây, sinh trƣởng giun di chuyễn chì vào mạch nƣớc ngầm 39 v KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊi chứng, đầu vào 43 5.1 Kết luận 43 5.2 Đề nghị 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT KLN: Kim loại nặng EPA: Environmental Protection Agency USD: đô la Mỹ ISM: Integrated Soil Microcosms USEPA:United States Environmental Protection Agency DTPA: Diethylene Triamine Pentaacetic Acid TNHH: Trách nhiệm hữu hạn TP.HCM: Thành phố Hồ Chí Minh AAS: Atomic Absorption Spectrophotometric PVC: Polyvinyl clorua KG: Kilogram PPM: Parts Per Million (1 phần triệu) vii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1 Tình hình nhiễm chì TP.HCM(ppm) Bảng 2.2 Một số lồi thực vật có khả tích luỹ kim loại nặng cao Bảng 2.3 Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh sử dụng để xử lý kim loại nặng đất Bảng 3.1Mô tả giai đoạn từ khâu chuẩn bị phá mẫu 23 Bảng 3.2 Ảnh hƣởng họ cải đến khả hấp thụ chì đất 25 Bảng 3.3Ảnh hƣởng họ cải đến khả hấp thụ chì đất 27 Bảng 3.4Đánh giá tác động chì lên mơi trƣờng 28 Bảng 4.1Hàm lƣợng chì đƣợc hấp thụ họ cải 30 Bảng 4.2 Nồng độ chì lại đất 31 Bảng 4.3Hàm lƣợng chì đƣợc hấp thụ họ cải 35 Bảng 4.4Hàm lƣợng chì lại đất 35 Bảng 4.5Ảnh hƣởng chì tới sinh khối nồng độ chì nƣớc rỉ 39 Bảng 4.6Ảnh hƣởng chì tới số lƣợng sinh khối giun đất 40 viii PHỤ LỤC Phụ lục  Sơ đồ bố trí Nghiệm thức Lơ Số thứ tự Lần thu mẫu Lần thu mẫu Microcosms thứ (15 thứ hai (30 ngày) ngày) 1-8 1-4 5-8 Chỉ có giun 9-16 9-12 13-16 Chỉ có 17-24 17-20 21-24 Giun Cây 25-32 25-28 29-32 33-40 33-36 37-40 Chỉ có giun 41-48 41-44 45-48 Chỉ có 49-56 49-52 53-56 Giun 57-64 57-60 61-64 Đối chứng đồng Chỉ có đất 100% đất 50% đất Chỉ có đất cộng 50% bùn nhiễm chì Phụ lục  Bảng giá trị giun đất sau thí nghiệm Nồng độ chì (ppm) Thứ tự ISM (1) Số lƣợng (con) (2) Khối lƣợng (g) (3) (4) 3,99 0,13 46 10 4,40 0,11 11 4,79 0,10 12 5,23 0,10 13 0,32 1,57 14 0,32 1,58 15 1,39 1,80 16 0,46 1,09 25 1,01 0,50 (1) (2) (3) (4) 26 0,65 0,00 27 0,52 1,93 28 1,04 3,38 29 1,65 0,61 30 2,87 1,22 47 31 3,13 1,28 32 2,65 0,94 41 4,02 18,40 42 3,60 19,00 43 3,81 21,42 44 2,85 18,08 45 1,69 24,81 46 1,76 21,54 47 0,68 25,91 48 1,18 22,04 57 3,45 17,85 58 4,94 17,19 59 3,98 17,47 60 3,96 19,05 48 Title: 61 1,43 20,91 62 1,87 19,24 63 0,73 20,43 64 2,02 18,52 Nồng độ chì giun lần thu mẫu 15 ngày Function: ANOVA-2 Data case to 16 Two-way Analysis of Variance over variable (nt) with values from to and over variable (lll) with values from to Variable 3: nd ANALYSIS OF VARIANCE TABLE Degrees of Sum of Source Freedom Squares Mean Square F-value Prob -nt 1304.75 434.916 401.83 0.0000 lll 7.39 2.464 2.28 0.1486 Error 9.74 1.082 Non-additivity 0.65 0.648 0.57 Residual 9.09 1.137 -Total 15 1321.88 -Grand Mean= 9.793 Grand Sum= 156.691 Total Count= 16 Coefficient of Variation= 10.62% 49 Means for variable (nd) for each level of variable (nt): Var Var Value Mean - 0.110 1.451 19.223 18.390 Value 1: lơ có giun nhiệm thức đất Value 2: lô giun nghiệm thức đất Value 3: lô có giun nghiệm thức đất hỗn hợp Value 4: lô giun nghiệm thức đất hỗn hợp Title: Nồng độ chì giun lần thu mẫu thứ Function: ANOVA-2 Data case to 16 Two-way Analysis of Variance over variable (nt) with values from to and over variable (lll) with values from to Variable 3: nd ANALYSIS OF VARIANCE TABLE Degrees of Sum of Source Freedom Squares Mean Square F-value Prob -nt 1696.30 565.433 539.05 0.0000 lll 8.19 2.729 2.60 0.1165 Error 9.44 1.049 Non-additivity 6.86 6.858 21.25 Residual 2.58 0.323 -Total 15 1713.93 -50 Grand Mean= 11.469 Grand Sum= 183.496 Total Count= 16 Coefficient of Variation= 8.93% Means for variable (nd) for each level of variable (nt): Var Var Value Mean - 1.511 1.012 23.574 19.778 Value 1: lơ có giun nhiệm thức đất Value 2: lô giun nghiệm thức đất Value 3: lơ có giun nghiệm thức đất hỗn hợp Value 4: lô giun nghiệm thức đất hỗn hợp Phụ lục  Bảng thông số mẫu sau thí nghiệm khối lƣợng (g) (2) Nồng độ chì (ppm) (3) Thứ tự ISM (1) 17 Thân Rễ Thân Rễ 0,48 0,02 1,57 50,00 51 18 0,43 0,02 11,52 84,39 19 0,51 0,02 2,44 45,45 20 0,64 0,02 1,55 55,87 21 0,48 0,02 1,55 44,05 22 0,48 0,04 14,17 40,34 23 0,56 0,05 1,34 35,79 24 0,68 0,02 0,73 25,25 25 0,55 0,03 2,71 37,31 26 0,67 0,04 1,49 39,27 27 0,83 0,02 7,27 52,97 28 0,66 0,03 1,14 41,53 29 0,82 0,04 1,52 21,43 30 0,41 0,03 4,87 29,88 31 0,76 0,02 2,62 49,02 52 32 0,78 0,03 2,56 62,89 49 0,20 0,06 72,27 237,68 50 0,32 0,04 41,12 1065,89 51 0,25 0,05 5,89 513,08 52 0,23 0,03 73,72 996,17 (1) (2) (3) 53 0,30 0,06 5,80 277,78 54 0,54 0,06 4,62 192,98 55 0,43 0,06 32,93 148,34 56 0,07 0,03 179,12 374,15 57 0,51 0,06 6,93 245,25 58 0,42 0,02 30,23 1574,07 59 0,54 0,02 19,34 387,50 60 0,64 0,03 7,06 449,70 53 61 1,60 0,08 6,86 514,25 62 1,45 0,06 7,92 887,60 63 3,52 0,05 3,20 690,22 64 2,46 0,06 4,48 754,24  Bảng phân tích thống kê mẫu họ cải Title: nồng độ chì lần thu mẫu đối chứng với trồng đất nhiễm chì Function: ANOVA-2 Data case to Two-way Analysis of Variance over variable (NT) with values from to and over variable (LLL) with values from to Variable 3: NDC ANALYSIS OF VARIANCE TABLE Degrees of Sum of Source Freedom Squares Mean Square F-value Prob -NT 236848.85 236848.850 12.88 0.0370 LLL 64406.35 21468.784 1.17 0.4508 Error 55163.22 18387.741 Non-additivity 54813.23 54813.227 313.22 Residual 350.00 174.998 -Total 356418.42 -Means for variable (NDC) for each level of variable (NT): Var Value Var Mean 54 - 31.599 375.727 Value 1: đối chứng Value 2: đất nhiễm chì(hỗn hợp) Title: nồng độ chì lần đối chứng đất nhiễm chì Function: ANOVA-2 Data case to Two-way Analysis of Variance over variable (NT) with values from to and over variable (LLL) with values from to Variable 3: NDC ANALYSIS OF VARIANCE TABLE Degrees of Sum of Source Freedom Squares Mean Square F-value Prob -NT 297609.40 297609.405 22.25 0.0180 LLL 35538.81 11846.270 0.89 0.5386 Error 40131.13 13377.044 Non-additivity 40043.35 40043.353 912.37 Residual 87.78 43.889 -Total 373279.35 -Means for variable (NDC) for each level of variable (NT): Var Var Value Mean - 20.405 406.157 Value 1: đối chứng 55 Value 2: đất nhiễm chì Title: nồng độ chì nghiệm thức cây(đất nhiễm chì) lần với lần 2(đất nhiễm chì) Function: ANOVA-2 Data case to Two-way Analysis of Variance over variable (NT) with values from to and over variable (LLL) with values from to Variable 3: NDC ANALYSIS OF VARIANCE TABLE Degrees of Sum of Source Freedom Squares Mean Square F-value Prob -NT 1588.22 1588.219 0.09 0.7824 LLL 145417.54 48472.513 2.78 0.2115 Error 52269.29 17423.096 Non-additivity 3728.36 3728.365 0.15 Residual 48540.92 24270.461 -Total 199275.04 -Means for variable (NDC) for each level of variable (NT): Var Var Value Mean - 377.977 406.157 Value 1: nghiệm thức lần Value 2: nghiệm thức lần Title: nồng độ chì lần thu mẫu đối chứng giun với giun trồng đất nhiễm chì 56 Function: ANOVA-2 Data case to Two-way Analysis of Variance over variable (NT) with values from to and over variable (LLL) with values from to Variable 3: NDC ANALYSIS OF VARIANCE TABLE Degrees of Sum of Source Freedom Squares Mean Square F-value Prob -NT 201041.10 201041.097 4.11 0.1356 LLL 143901.92 47967.307 0.98 0.5060 Error 146621.44 48873.813 Non-additivity 146494.57 146494.567 2309.33 Residual 126.87 63.436 -Total 491564.46 -Means for variable (NDC) for each level of variable (NT): Var Var Value Mean - 22.960 340.010 Value 1: đối chứng Value 2: giun đất nhiễm chì(hỗn hợp) Title: nồng độ chì lần đối chứng cây, giun câyvà giun đất nhiễm chì Function: ANOVA-2 Data case to Two-way Analysis of Variance over variable (NT) with values from to and over variable (LLL) with values from to Variable 3: NDC 57 ANALYSIS OF VARIANCE TABLE Degrees of Sum of Source Freedom Squares Mean Square F-value Prob -nt 226793.51 lll 9995.03 Error 3331.675 8401.05 Non-additivity Residual 226793.510 0.0029 1.19 0.4449 2800.349 7989.83 411.22 80.99 7989.829 38.86 205.610 -Total 245189.58 Grand Mean= 190.222 Grand Sum= 1521.774 Total Count= Coefficient of Variation= 27.82% Means for variable (nd) for each level of variable (nt): Var Var Value Mean 21.850 58 358.594 Value 1: đối chứng Value 2: giun đất nhiễm chì Title: nồng độ chì nghiệm thức giun(đất nhiễm chì) lần với lần 2(đất nhiễm chì) Function: ANOVA-2 Data case to Two-way Analysis of Variance over variable (NT) with values from to and over variable (LLL) with values from to Variable 3: NDC ANALYSIS OF VARIANCE TABLE Degrees of Sum of Source Freedom Squares Mean Square F-value Prob -NT 690.75 690.752 0.02 0.8907 LLL 215778.37 71926.122 2.32 0.2532 Error 92810.17 30936.723 Non-additivity 85919.23 85919.226 24.94 Residual 6890.94 3445.471 -Total 309279.29 -Means for variable (NDC) for each level of variable (NT): Var Value Var Mean 59 - 340.010 358.594 Value 1: nghiệm thức giun lần Value 2: nghiệm thức giun lần 60