Ô nhiễm kim loại nặng nói chung và chì trong đất nói riêng là vấn đề môi trường nghiêm trọng tại lân cận các khu công nghiệp trên thế giới cũng như Việt Nam. Trong nhiều kỹ thuật loại bỏ chì khỏi đất được áp dụng, kỹ thuật xử lý làm sạch đất bằng thực vật có nhiều triển vọng.
Nghiên cứu ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HẤP THỤ CHÌ TRONG ĐẤT CỦA GIỐNG ĐẬU TƯƠNG DT96 Dương Đăng Khôi Trường Đại học Tài ngun Mơi trường Hà Nội Tóm tắt Ơ nhiễm kim loại nặng nói chung chì đất nói riêng vấn đề mơi trường nghiêm trọng lân cận khu công nghiệp giới Việt Nam Trong nhiều kỹ thuật loại bỏ chì khỏi đất áp dụng, kỹ thuật xử lý làm đất thực vật có nhiều triển vọng Hiện nhà khoa học tập trung vào xu hướng sử dụng loài thực vật siêu hấp thụ chì Tuy nhiên, lồi siêu hấp thụ chì thường sinh trưởng chậm cho suất sinh khối thấp Những nghiên cứu loài thực vật sinh trưởng nhanh, cho suất sinh khối cao, hấp thụ chì vừa phải cịn chưa quan tâm nghiên cứu nhiều Chính vậy, nghiên cứu tập trung đánh giá khả hấp thụ chì đậu tương (thử nghiệm với giống đậu tương DT96) Phương pháp thí nghiệm chậu tiến hành đất lấy từ đất nông nghiệp ven suối Cốc, phường Cam Giá, thành phố Thái Nguyên Kết nghiên cứu cho biết đậu tương DT96 có khả hấp thụ chì khá, trở thành tiềm cho xử lý nhiễm chì đất mức độ vừa phải Chúng kiến nghị nghiên cứu cần tiến hành nhiều giống đậu tương khác để đưa kết luận đầy đủ khả hấp thụ chì đậu tương Từ khóa: Giống đậu tương DT96; Xử lý nhiễm chì thực vật Abstract Assessement of lead uptake in soil by soybean variety DT96 Lead contaminated soil is one of serious environmental issues in the world and Vietnam Several lead polluted soil remediation techniques can be used for removal of lead from soils Phytoremediation is particularly useful for extracting Pb from soil In recent years, hyperaccumulator plants have been investigated to remove lead as wel as heavy metals from soils However, hyperaccumulators often grow slowly and produce a small quantity of biomass Inversly, agricultural crops are fast-growing species, and able to produce a large quantity of biomass However, a few research papers on uptake of lead and heavy metals of agricultural crops is mentioned in literature Therefore, this research is to assess the uptake of lead by a soybean variety DT96 Pot experiment was conducted to investigate the uptake of lead by DT96 soybean variety Soil collecting from the area along the Coc stream, Cam Gia ward, Thai Nguyen city was used in this experiment The result showed that DT96 soybean variety was able to uptake lead from the lead contaminted soil DT96 soybean variety may be one of potential crops for phytoremediation of lead from soil around industrial zones or/and mining areas Our research only focuses on DT96 soybean variety; therefore, it recommends that further experiments are needed to investigate a number of soybean varieties Keywords: Soybean variety DT96; Phytoremediation Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 19 - năm 2018 Nghiên cứu Đặt vấn đề Chì nguyên tố kim loại nặng gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh vật người Ơ nhiễm chì vấn đề nghiêm trọng nhiều vùng lân cận khu công nghiệp giới [6] Việt Nam Khu công nghiệp gang thép Thái Nguyên gây ô nhiễm kim loại nặng (KLN) chì vùng lân cận Nước thải từ nhà máy gang thép chứa nhiều kim loại nặng chủ yếu thải vào suối Cốc chạy qua phường Cam Giá, TP Thái Nguyên nguồn quan trọng gây nhiễm chì đất nông nghiệp Kết quan trắc Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Thái Nguyên cho biết hàm lượng chì trầm tích suối Cốc năm 2012 4328,0 mg/kg Hàm lượng chì mẫu trầm tích sông Cầu sau điểm hợp lưu với suối Cốc giai đoạn 2008 - 2012 cao (1513,87 mg/kg) [10] Nhìn chung, chất lượng nước mặt phường Cam Giá, TP Thái Ngun bị nhiễm chì vượt 6,4 lần tiêu chuẩn cho phép [7] Trong nhiều năm, nước suối Cốc sử dụng làm nước tưới nông nghiệp, gây tích lũy chì KLN đất nơng nghiệp vùng ven suối Cốc, phường Cam Giá, TP Thái Nguyên Việc xử lý làm đất nông nghiệp ven suối Cốc khu vực lân cận khu liên hợp gang thép Thái Nguyên cần thiết Nhiều kỹ thuật khác áp dụng để xử lý làm mơi trường đất bị nhiễm chì bao gồm kỹ thuật hóa học, kỹ thuật vật lý kỹ thuật sinh học hay kết hợp kỹ thuật khác xử lý đất bị ô nhiễm chì tùy trường hợp mức độ nhiễm cụ thể Trong đó, kỹ thuật làm chì đất thực vật quan tâm nhiều kỹ thuật thân thiện với môi trường an toàn Hiện hai xu hướng sử dụng thực vật xử lý nhiễm chì đất ý nghiên cứu sử dụng loài thực vật siêu hấp thụ chì, sinh trưởng chậm, suất sinh khối thấp; sử dụng loài thực vật hấp thụ chì vừa phải sinh trưởng nhanh, suất sinh khối cao Sử dụng trồng nông nghiệp sinh trưởng nhanh, cho suất sinh khối cao, khả hấp thụ chì lồi siêu hấp thụ chì chưa quan tâm nghiên cứu nhiều Nhiều nghiên cứu chiến lược sử dụng loài thực vật hấp thụ kim loại nặng thấp, sinh khối cao gần tương đương với sử dụng loài thực vật siêu hấp thụ kim loại nặng suất sinh khối thấp [5, 11] Những nghiên cứu áp dụng loài trồng để xử lý làm đất bị ô nhiễm kim loại nặng chì quan tâm xu hướng sử dụng loài thực vật siêu hấp thụ kim loại nặng [12, 13] Trong số loài trồng, loài họ đậu quan tâm nhiều lồi thực vật họ đậu vừa có khả xử lý làm đất, vừa góp phần nâng cao độ phì nhiêu đất sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học sản xuất dầu biodiesel từ hạt đậu tương Phương pháp nghiên cứu Đối tượng sử dụng nghiên cứu giống đậu tương DT96 Giống DT96 lựa chọn nghiên cứu khả Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 19 - năm 2018 Nghiên cứu hấp thụ chì đất giống DT96 có suất cao, khả chịu hạn khá, chịu nhiều loại bệnh, chịu nóng rét tốt [8] Hiện giống DT96 trồng phổ biến tỉnh trung du đồng Bắc Bộ Như vậy, giống DT96 phù hợp cho trồng đất điều kiện khí hậu khu vực thuộc TP Thái Nguyên xử lý làm đất nhiễm chì Đất thí nghiệm lấy dọc theo suối Cốc phường Cam Giá, TP Thái Nguyên Đất phơi khơ khơng khí điều kiện thơng thống, loại bỏ tạp chất hỗn tạp, trộn Cân kg đất xử lý vào chậu thí nghiệm Chậu thí nghiệm trồng đậu tương DT96 lót nylon đáy chậu Bổ sung thêm Pb+2 dạng muối chì nitrat Pb(NO3)2 vào đất lấy khu vực ven suối Cốc, phường Cam Giá, TP Thái Nguyên với hàm lượng sau: - CT1: Đất không bổ sung Pb+2 - CT2: Đất bổ sung 500mg Pb /kg đất +2 - CT3: Đất bổ sung 1000mg Pb /kg đất +2 - CT4: Đất bổ sung 2000mg Pb /kg đất +2 - CT5: Đất bổ sung 3000mg Pb /kg đất +2 - CT6: Đất bổ sung 4000mg Pb /kg đất +2 - CT7: Đất bổ sung 5000mg Pb /kg đất +2 Mỗi cơng thức thí nghiệm lặp lại lần Đất chậu thí nghiệm làm ẩm khoảng 60 - 65% Để đất qua đêm sau tiến hành gieo hạt đậu tương vào chậu thí nghiệm Phủ lớp rơm mỏng để cố định hạt tạo điều kiện cho hạt nẩy mầm Thường xuyên tưới nước để đảm bảo độ ẩm cho đất Sau 100 ngày gieo trồng, thu hoạch đậu tương, lấy mẫu đất tiến hành phân tích hàm lượng chì đất đậu tương Hàm lượng chì đất phân tích trước trồng đậu tương thí nghiệm Mỗi mẫu đất phân tích trộn từ ba mẫu từ chậu thí nghiệm Sau khoảng 100 ngày gieo trồng, đậu tương thu hoạch, hàm lượng chì đất đậu tương phân tích để xác định khả hấp thụ chì Mẫu đậu tương lấy để phân tích hàm lượng chì gồm hỗn hợp phận rễ cây, thân Phương pháp đo hàm lượng chì đất thực theo TCVN 6496:2009 Phịng phân tích trung tâm, Viện Thổ nhưỡng Nơng hóa Kết thảo luận Kết đánh giá khả hấp thụ chì đậu tương thí nghiệm DT96 trình bày bảng Kết phân tích hàm lượng chì đất trước trồng đậu tương thí nghiệm sau thu hoạch đậu tương thí nghiệm DT96 cho thấy hàm lượng chì đất có xu hướng giảm rõ rệt tất công thức thí nghiệm Cơng thức (CT1) khơng bổ sung chì Pb(NO3)2 vào đất thí nghiệm, hàm lượng chì tổng số bình quân giảm từ 73,42 mg/kg đất xuống 54,57 mg/kg đất Cơng thức (CT2) có mức độ suy giảm thấp công thức 1, giảm từ 573,00 mg/kg xuống 535,92 mg/kg Công thức (CT3) giảm từ 1043 mg/kg xuống Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 19 - năm 2018 Nghiên cứu 727,17 mg/kg Công thức (CT4) giảm từ 2042 mg/kg xuống 886,50 mg/kg Công thức (CT5) giảm từ 3043 mg/ kg xuống 1112,17 mg/kg Công thức giảm từ 4042,67 mg/kg xuống 1962 mg/kg Công thức (CT7) giảm từ 5043 mg/kg xuống 2021,67 mg/kg Hàm lượng chì suy giảm có quan hệ thuận với mức độ hấp thụ chì đậu tương thí nghiệm tất cơng thức thí nghiệm Bảng cho thấy đậu tương thí nghiệm có khả hấp thụ chì tăng dần nồng độ chì bổ sung đất tăng qua cơng thức thí nghiệm Mức độ hấp thụ đạt 9,15 mg/kg CT1; 49,65mg/kg CT2; 88,27 mg/ kg CT3; 132,53 mg/kg CT4; 211,83 mg/kg CT5; 409,73mg/kg CT6 966,53 mg/kg CT7 Bảng Hàm lượng chì đất trước trồng sau thu hoạch đậu tương thí nghiệm DT96 Cơng thức Hàm lượng chì đất trước trồng đậu tương thí nghiệm DT96 (mg/kg đất) Hàm lượng chì đất sau thu hoạch đậu tương thí nghiệm DT96 (mg/kg đất) Lần1 Lần Lần TB Lần Lần Lần TB CT1 73,50 72,25 74,50 73,42 54,50 54,70 54,50 54,57 CT2 572,00 574,00 573,00 573,00 530,25 540,25 537,25 535,92 CT3 1043,00 1041,00 1045,00 1043,00 723,75 725,50 732,25 727,17 CT4 2039,00 2044,00 2043,00 2042,00 887,50 880,50 891,50 886,50 CT5 3045,00 3042,00 3042,00 3043,00 1095,00 1121,00 1120,50 1112,17 CT6 4044,00 4041,00 4043,00 4042,67 1965,00 1970,00 1951,00 1962,00 CT7 5043,00 5042,00 5044,00 5043,00 2005,00 2010,00 2050,00 2021,67 Bảng Hàm lượng chì đậu tương thí nghiệm DT96 Công thức Chiều cao (cm) Hàm lượng chì (mg/kg) Lượng chì sinh khối khơ (%) CT1 52,5 9,15 0,000915 CT2 48,3 49,65 0,004965 CT3 45,2 88,27 0,008827 CT4 40,8 132,53 0,013253 CT5 36,1 211,83 0,021183 CT6 31,2 409,73 0,040973 CT7 28,4 966,53 0,096653 Tạp chí Khoa học Tài ngun Mơi trường - Số 19 - năm 2018 Nghiên cứu Khi hàm lượng chì bổ sung tăng gây ức chế đến sinh trưởng đậu tương thí nghiệm rõ rệt, biểu rõ tiêu chiều cao Cây đậu tương trồng chậu có hàm lượng chì thấp chiều cao cao (CT1) giảm dần chiều cao hàm lượng chì bổ sung tăng dần Chiều cao thấp CT đạt 28cm Chiều cao có quan hệ với sinh khối, chiều cao giảm đồng nghĩa với suy giảm lượng sinh khối lượng chì bổ sung Qua thí nghiệm nhóm tác giả thấy CT1, CT2, CT3, CT4 biểu sinh trưởng bình thường Các đậu tương CT5, CT6 CT7 có biểu còi cọc Hầu hết CT7 (bổ sung lượng chì 5000 mg/kg đất) bị chết - tuần tuổi Cây đậu tương DT96 có khả chống chịu với nồng độ chì đất đến mức 1000mg/kg đất với CT2 (bổ sung 500mg Pb+2/ kg đất) CT3 (bổ sung 1000mg Pb+2/kg đất), đậu tương biểu sinh trưởng tốt, chiều cao gần đậu tương CT1 (khơng bổ sung chì vào đất thí nghiệm) So sánh khả hấp thụ chì đậu tương DT96 với lồi thực vật siêu hấp thụ nhà khoa học phát (thực vật siêu hấp thu loài hấp thụ lượng chì hay lớn 0,1% sinh khối khô cây) [1] cho biết đậu tương DT96 không biểu khả siêu hấp phụ, thể khả hấp thụ chì cao so với nhiều trồng khác Mức độ hấp thụ chì đậu tương DT96 tăng dần hàm lượng chì đất tăng, biến động từ 0,000915% sinh khối khô đến 0,096653 % sinh khối khô Điều phù hợp với nhiều nghiên cứu giới cho biết khả siêu hấp thụ kim loại nặng nói chung chì nói riêng thuộc họ Cúc (Asteraceae), họ Cải (Brassicaceae), họ Cẩm chướng (Caryophyllaceae), họ Cói (Cyperaceae), họ Đậu (Fabacea), họ Mùng Quân (Flacuortiaceae), họ Hoa Môi (Lamiaceae), họ Hịa thảo (Poaceae), họ Hoa tím (Violaceae) họ Thầu dầu (Euphobiaceae) [2, 9] Các trồng nông nghiệp nhìn chung có mức độ hấp thụ chì thấp loài thực vật hoang dã (tự nhiên) thơm ổi, dương xỉ, cỏ mần trầu, cỏ Vetiver, cỏ Voi lai [3] Ví dụ, nghiên cứu [3] cho biết thơm ổi (Lantana camara L., thuộc họ Verbenaceae) có khả hấp thụ chì >1% sinh khối khơ, coi siêu hấp thụ chì đất Theo [3] thí nghiệm khả chống chịu hấp thụ chì số lồi thực vật địa địa bàn tỉnh Thái Nguyên cho biết khả chống chịu hấp thụ chì số loài thực vật Cây dương xỉ Pteris vittata có khả chống chịu chì đất đến mức hàm lượng 4000mg/kg đất Cải xanh trồng có khả hấp thụ chì tốt, chống chịu đất nhiễm chì cao đến 3000mg/kg đất Cỏ Voi lai nhập từ Trung Quốc có khả chống chịu hàm lượng chì đất mức 3600 mg/kg hấp thụ chì tốt, rễ cỏ Voi lai hấp thụ đạt 1009,7 ± 253,7 mg/kg rễ cỏ khô 164,3 ± 35,7 mg/kg thân cỏ khô Kết luận Thí nghiệm khả hấp thụ chì giống đậu tương DT96 cho biết giống đậu tương DT96 chống chịu sinh trưởng bình thường với đất nhiễm chì nồng độ 1000 mg/kg đất Nếu nồng độ chì tăng dần biểu sinh trưởng còi cọc, chiều cao thấp dần hầu hết đậu thường chết nồng độ 5000 mg/kg đất So sánh Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 19 - năm 2018 Nghiên cứu khả hấp thụ chì giống đậu tương với siêu hấp thụ cho thấy, đậu tương DT96 khơng có khả siêu hấp thụ chì, song trở thành tiềm cho xử lý đất nhiễm chì với nồng độ vừa phải đậu tương sinh trưởng nhanh, sinh khối lớn Ngoài khả làm đất nhiễm chì, đậu tương có khả cố định đạm nên chúng có vai trị nâng cao độ phì đất, hạt đậu tương sử dụng làm nhiên liệu sinh học Nhóm tác giả kiến nghị cần có nghiên cứu nhiều giống đậu tương khác để đưa đánh giá đầy đủ khả hấp thụ chì đậu tương TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Baker A.J.M., Brooks R.R., (1989) Terrestrial higher plants which hyperaccumulate metallic elements A review of their distribution ecology and phytochemistry Biorecovery, 1, 81-116 [2] Baker A.J.M., McGrath S.P., Reeves R.D.H., (2000) Phytoremediation of contaminated soil and water Eds.N Terry and G S Banuelos CRC, USA, 85107 [3] Đặng Đình Kim cs., (2010) Báo cáo tổng đề tài Nghiên cứu sử dụng thực vật để cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng vùng khai thác khống sản Viện Cơng nghệ môi trường, Viện Hàm lâm khoa học công nghệ Việt Nam [4] Điệp Thị Mỹ Hạnh., Garnier Zarli E., Lantana Camara L., (2007) Thực vật có khả hấp thu Pb đất để giải nhiễm Tạp chí Phát triển KH&CN, tập 10, số 01-2007 [5] Malgorzata Poniedzialek, Agnieszka Sekara, Elzbieta Jedrszczyk, Jarosław Ciura., (2010) Phytoremediation efficiency of crop plants in removing cadmium, lead and zinc from soil Folia Horticulturae Ann 22/2: 25-31 [6] Khan, S K., (2008) Health risks of heavy metals in contaminated soils and food crops Irrigated with wastewater in Beijing, China Environmental Pollution, 153(3), 868-892 doi:10.1016/j.envpol.2007.06.056 [7] Ngô Văn Giới Nguyễn Thị Nhâm Tuất (2012) Đánh giá ảnh hưởng nước thải từ số nhà máy đến chất lượng nước mặt người phường Cam Giá, thành phố Thái Ngun Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Thái Nguyên, 93(05): 71 – 74 [8] Mai Quang Vinh, Ngô Phương Thịnh, Trần Quang Quý, Phạm Thị Bảo Chung (2003) Kết khu vực hóa giống đậu tương chịu hạn, chất lượng cao DT96 Viện Di truyền Nông nghiệp, Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn [9] Prasad M.N.V., Freitas O.H.M., (2003) Metal hyperaccumulation in plants - biodiversity prospecting for phytoremediation technology Electronic J of Biotechnology, vol 6, N3, 276-312 [10] Sở Tài nguyên Môi trường Thái Nguyên (2012) Hiện trạng môi trường khu công nghiệp gang thép Thái Nguyên Thái Nguyên [11] Sekara A., Poniedzialek M., Ciura J., Jedrszczyk E., (2005) Cadmium and lead accumulation and sistribution in the organs of nine crops: Implications for phytoremediation Polish Journal of Environmental Studies Vol 14, No 4, 509516 [12] Tlustos P., Szakova J., Hruby J., Hartman I., Najmanova J., Nedelnik J., Pavlíkova D., Batysta M., (2006) Removal of As, Cd, Pb, and Zn from contaminated soil by high biomass producing plants Plant Soil Environ., 52 (9): 413–423 [13] Wuana R.A., Okieimen F.E., (2010) Phytoremediation potential of maize (Zea maysL.) A review African Journal of General Agriculture Vol 6, No 4, December 31, 2010 BBT nhận bài: 06/02/2018; Phản biện xong: 12/3/2018 Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 19 - năm 2018 ... mg/kg đất So sánh Tạp chí Khoa học Tài nguyên Môi trường - Số 19 - năm 2018 Nghiên cứu khả hấp thụ chì giống đậu tương với siêu hấp thụ cho thấy, đậu tương DT96 khơng có khả siêu hấp thụ chì, ... có khả hấp thụ chì >1% sinh khối khô, coi siêu hấp thụ chì đất Theo [3] thí nghiệm khả chống chịu hấp thụ chì số loài thực vật địa địa bàn tỉnh Thái Nguyên cho biết khả chống chịu hấp thụ chì. .. Pb+2/ kg đất) CT3 (bổ sung 1000mg Pb+2/kg đất) , đậu tương biểu sinh trưởng tốt, chiều cao gần đậu tương CT1 (không bổ sung chì vào đất thí nghiệm) So sánh khả hấp thụ chì đậu tương DT96 với loài