Bài viết lựa chọn 9 loài cây bản địa có tính thẩm mỹ và có thể trồng trong nhà để nghiên cứu khả năng hấp thu khí CO của chúng trong điều kiện buồng thí nghiệm.
Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường NGHIấN CU KHẢ NĂNG HẤP THU KHÍ CARBON MONOXITDE CỦA MỘT SỐ LOÀI CÂY BẢN ĐỊA Phùng Văn Khoa1, Bùi Văn Năng1, Nguyễn Thị Bích Hảo1 TS, ThS, ThS Trường Đại học Lâm nghiệp TĨM TẮT Bài báo trình bày kết nghiên cứu khả hấp thu khí CO 09 loài địa, bao gồm loài: Cỏ Seo gà (Pteris ensiformis (Burmf.)), Đa xanh bóng (Ficus vasculosa Wall ex Miq.), Đáng chân chim (Schefflera heptaphylla (L.) Frodin.), Đu đủ rừng (Trevesia palmata (Roxb.) Vis.), Hoàng tinh vịng (Disporopsis longifolia Craib.), Mạch mơn đơng (Ophiopogon japonicus (L f.) Ker-Gawl.), Ngải rợm (Tacca integrifolia KerGawl.), Ráy (Alocasia odora (Roxb) C.Koch.), Thiên niên kiện (Homalomena occulta (Lour.) Schott) Nghiên cứu thực buồng kín thủy tinh suốt có kích thước 60 cm x 60 cm x 100 cm, bên buồng kính thí nghiệm đặt quạt gió để khuấy trộn khơng khí, đồng thời đặt thêm máy đo độ ẩm, đo nhiệt độ cường độ ánh sáng để theo dõi yếu tố vi khí hậu q trình thực nghiệm Kết nghiên cứu cho thấy, cho lồi tiếp xúc với khí CO khoảng nồng độ từ 15 đến 18 mg/m3, sau 06 tiếp xúc, lồi thí nghiệm loại bỏ khí CO từ 0,1 đến 5,9 µg/cm2 diện tích bề mặt lá, sau 24 tiếp xúc loại bỏ khí CO từ 0,3 đến 7,7 µg/cm2 Ba lồi loại bỏ khí CO tốt q trình thí nghiệm Cỏ Seo gà (Pteris ensiformis (Burmf.).), Thiên niên kiện (Homalomena occulta (Lour.) Schott) Ráy (Alocasia odora (Roxb) C.Koch) Từ khóa: Buồng thủy tinh, hấp thu, khí CO, địa I ĐẶT VẤN ĐỀ Carbon monoxide (CO) chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị, bắt cháy gây độc hại cao Theo Omaye (2002), nhiễm độc CO loại nhiễm độc không khí gây tử vong phổ biến nhiều nước giới Triệu chứng ngộ độc CO thường bắt đầu cảm giác bần thần, nhức đầu, buồn nơn, khó thở từ từ vào mê Nếu ngộ độc CO xảy ngủ say uống rượu say người bị ngộ độc hôn mê từ từ, ngưng thở tử vong Vì vậy, giới tiến hành nghiên cứu phương pháp xử lý CO khơng khí từ sớm Lamb cộng (1920), Fuchs cộng (1974) Các nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng vật liệu hấp phụ sau oxy hóa chuyển hóa CO thành CO2 Ngoài ra, hướng nghiên cứu khác tiến hành tìm hiểu khả xử lý CO loài thực vật Một nghiên cứu sớm Delwiche (1970), đó, tác giả nghiên cứu q trình đồng hóa sản sinh 70 CO loài thực vật bậc cao Bidwell Fraser (1972) tiếp tục nghiên cứu theo hướng Kết nghiên cứu Wolverton McDonald (1985) cho thấy Mẫu Tử (Chlorophytum elatum var Vittatum) có khả hấp thụ 2,86 µg CO/cm2 diện tích bề mặt 06 quang hợp, Vạn Niên Thanh (Scindapsus aureus) hấp thụ 0,98 µg CO/cm2 diện tích bề mặt khoảng thời gian Tuy nhiên, nghiên cứu chuyên sâu việc ứng dụng thực vật xử lý ô nhiễm CO chưa nhiều Trong nghiên cứu này, đề tài lựa chọn 09 loài địa có tính thẩm mỹ trồng nhà (hoặc nơi thích hợp) để nghiên cứu khả hấp thu khí CO chúng điều kiện buồng thí nghiệm II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Các loài thực vật lựa chọn cho nghiên cứu Chín lồi thực vật địa lấy tự nhiên khu vực Hà Nội vào tháng 3/2011 để nghiên cứu Lựa chọn có đủ tiêu chuẩn trồng chậu, để phòng TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP S - 2013 Quản lý Tài nguyên rừng & M«i trêng tháng trước tiến hành bố trí thí nghiệm Đặc điểm thí nghiệm như: chiều cao cây, diện tích lá, đường kính tán, màu sắc xác định tỉ mỉ trước tiến hành bố trí thí nghiệm (Bảng 01) Độ lớn thông số coi phù hợp, đảm bảo tính thẩm mỹ đặt chậu phịng thơng thường để làm cảnh Bảng 01 Các loài địa lựa chọn nghiên cứu STT Tên địa Cỏ Seo gà Đa xanh bóng Đáng chân chim Đu đủ rừng Hồng tinh vịng Mạch mơn đơng Ngải rợm Ráy Thiên niên kiện Loài thí nghiệm Tên khoa học Pteris ensiformis (Burmf.) Ficus vasculosa Wall ex Miq Schefflera heptaphylla (L.) Frodin Trevesia palmata (Roxb.) Vis Disporopsis longifolia Craib Ophiopogon japonicus (L f.) Ker-Gawl Tacca integrifolia Ker-Gawl Alocasia odora (Roxb) C.Koch Homalomena occulta (Lour.) Schott Htb (cm) 57 88 90 796 48 56 17 69 52 Đtb (cm) 70 91 72 75 60 54 45 76 51 Atb (cm2) 105 6011 4120 619 3700 5190 2118 341 160 Htb: chiều cao trung bình khóm buồng thí nghiệm; Dtb: đường kính tán trung bình khóm thí nghiệm; Atb: diện tích trung bình khóm buồng thí nghiệm 2.2 Hóa chất trang thiết bị thí nghiệm 2.2.1 Khí carbon monoxide Carbon monoxide sử dụng nghiên cứu điều chế phịng thí nghiệm từ axit formic phản ứng tách nước dùng axit H2SO4 đặc Khí thu được lưu giữ túi PE pha lỗng khơng khí đến nồng độ thích hợp 2.2.2 Thiết kế buồng thí nghiệm Buồng thí nghiệm kín có nắp đậy làm thủy tinh, kích thước 60 x 60 x100 cm (dài x rộng x cao) đảm bảo hàn kín tuyệt đối Bên buồng thí nghiệm gắn quạt máy để đảo khơng khí buồng Trên buồng thí nghiệm có gắn van kim loại dùng để đưa khí carbon monoxide vào buồng lấy khơng khí buồng để đo nồng độ đánh giá khả hấp thu q trình thí nghiệm 2.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm Trước đưa vào buồng thí nghiệm, lựa chọn đảm bảo khơng bị sâu bệnh, tiêu hình dáng, kích thước ghi lại Đặc biệt toàn diện tích thí nghiệm đo đếm tỉ mỉ theo phương pháp vẽ kích thước nên giấy kẻ sẵn li có diện tích xác định Diện tích sử dụng để đánh giá khả hấp thu khí carbon monoxide lồi Thí nghiệm với buồng đặt cây: Mỗi lồi tiến hành thí nghiệm với ba lần lặp cách đặt ba chậu vào ba buồng thí nghiệm điều kiện mơi trường, dùng vazolin để hàn kín lắp buồng thí nghiệm Tiến hành đưa thể tích xác định khí carbon monoxide từ túi khí vào buồng thí nghiệm theo van thiết kế Sau đó, bật quạt máy buồng thí nghiệm phút để khuấy trộn khơng khí buồng Tiếp theo sử dụng máy lấy mẫu không khí Cassella Vortex lấy lít khơng khí từ buồng thí nghiệm vào túi PF để phân tích xác định nồng độ ban đầu trước hấp thụ Vận tốc lấy mẫu 0,5 lít/phút Thí nghiệm đối chứng: song song với TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIP S - 2013 71 Quản lý Tài nguyên rõng & M«i trêng q trình nghiên cứu buồng có cây, buồng thí nghiệm khơng đặt (vẫn có chậu đất dùng để trồng cây) bên đưa khí carbon monoxide vào thực quy trình buồng có nhằm đánh giá khả tự mát khí carbon monoxide q trình thí nghiệm Sự mát hiệu chỉnh so với thí nghiệm buồng có cây, để từ đánh giá khả hấp thu thực tế thí nghiệm Mỗi lồi tiến hành thí nghiệm đối chứng lặp lại lần điều kiện Thời gian cho tiếp xúc với khí carbon monoxide: thời gian cho tiếp xúc với khí carbon monoxide để đánh giá khả làm giảm nồng độ khí lồi nghiên cứu điều kiện buồng thí nghiệm 24 liên tục Trong 24 thí nghiệm tiến hành lấy mẫu từ buồng thí nghiệm lần hai thời điểm 24 để đo lại nồng độ carbon monoxide so với ban đầu Khoảng nồng độ tiếp xúc: Nồng độ CO cho phép môi trường lao động 20 mg/m3 theo tiêu chuẩn Vệ sinh an toàn lao động Bộ Y tế năm 2002 Tuy nhiên, theo Quy chuẩn chất lượng khơng khí xung quanh (QCVN 05, 2009) Bộ Tài ngun Mơi trường nồng độ khí CO cho phép 10 mg/m3 Vì nồng độ carbon monoxide đầu vào buồng thí nghiệm nghiên cứu xác định khoảng từ 15 - 18 mg/m3 2.5 Phương monoxide pháp 72 tích carbon Khí carbon monoxide phân tích thiết bị CO ZRF Kimoto - Nhật Bản 2.6 Phương pháp xử lý số liệu (Phùng Văn Khoa cộng sự, 2013) Lượng khí carbon monoxide hấp thu tính đơn vị diện tích bề mặt đơn vị thời gian theo công thức sau mi t H i t H đct CiV (g / cm ) 100S Trong đó: mi-t: lượng chất khí carbon monoxide mà loài i hấp thụ qua đơn vị diện tích bề mặt (cm2) buồng thí nghiệm khoảng thời gian t (giờ), (µg/cm2); Hi-t: hiệu suất loại bỏ carbon monoxide loài i thời điểm t, %; Hđc-t: hiệu suất loại bỏ carbon monoxide buồng đối chứng thời điểm t, %; C C i t H i t i 100% Ci H đct Cđc Cđct 100% Cđc Ci, Cđc nồng độ carbon monoxide buồng đặt buồng đối chứng kể từ sau hút khí lần thứ khỏi buồng nồng độ ban đầu trước hấp thu (µg/m3); Ci-t, Cđc-t: nồng độ carbon monoxide buồng đặt thứ i buồng đối chứng thời điểm t, µg/m3 V: thể tích buồng thí nghiệm, V = 0,36 m3 S: tổng diện tích bề mặt buồng thí nghiệm (cm2) V C 0i C i C i ri ,36 C đc C đc Hình 01 Lấy mẫu khí carbon monoxide phân Vrđđ C đc 0,36 C0i, C0đc: nồng độ carbon monoxide buồng đặt buồng đối chứng sau bơm carbon monoxide vào buồng, µg/m3; Vri, Vrđc: thể tích khơng khí buồng thí TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LM NGHIP S - 2013 Quản lý Tài nguyên rõng & M«i trêng nghiệm đặt buồng đối chứng hút để xác định nồng độ carbon monoxide III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Diễn biến điều kiện mơi trường buồng thí nghiệm Độ ẩm Sau đặt vào buồng thí nghiệm độ ẩm buồng thí nghiệm tăng nhanh Với trường hợp độ ẩm mơi trường có giá trị thấp lần thí nghiệm 70% kể từ lúc đặt vào buồng thí nghiệm, độ ẩm tăng lên đạt 95% sau đến buồng có đặt Đối với buồng thí nghiệm khơng đặt (buồng đối chứng) độ ẩm tăng lên tốc độ chậm so với buồng có đặt Mặc dù khơng có độ ẩm buồng thí nghiệm đối chứng đạt đến giá trị 95% (Hình 02), nhiên thời gian để đạt đến giá trị chậm so với buồng thí nghiệm có khoảng 30 phút Ngun nhân việc gia tăng độ ẩm buồng thí nghiệm đối chứng khơng có buồng thí nghiệm có chậu đựng đất có độ ẩm định Trong mơi trường kín khơng có trao đổi khơng khí với bên ngồi nên độ ẩm buồng thí nghiệm tăng lên theo thời gian Điểm đáng ý độ ẩm buồng có buồng đối chứng sau 2,5 đến 3,0 đạt 95% Như yếu tố độ ẩm buồng đặt buồng đối chứng tương đối cân nên không ảnh hưởng đáng kể đến trình loại bỏ q trình thí nghiệm Nhiệt độ Nhiệt độ buồng thí nghiệm theo dõi suốt q trình thí nghiệm Kết cho thấy nhiệt độ buồng thí nghiệm có buồng thí nghiệm đối chứng khơng có khác đáng kể Nhiệt độ tồn q trình nghiên cứu thay đổi khoảng từ 20 đến 32oC 100 90 80 Độ ẩm (%) 70 60 Buồng đặt 50 Buồng đối chứng 40 30 20 10 0 10 15 20 25 30 Thời gian (giờ) Hình 02 Diễn biến độ ẩm buồng đối chứng buồng đặt q trình thí nghiệm Ánh sáng Kết đo cho thấy ánh sáng bên buồng thí nghiệm ln có giá trị 95% giá trị ánh sáng bên ngồi buồng thí nghiệm Kết đánh giá khơng ảnh hưởng đến khả quang hợp trình thí nghiệm 3.2 Khả loại bỏ carbon monoxide chín lồi địa Khả loại bỏ khí carbon monoxide khoảng thời gian tiếp xúc 24 tính đơn vị diện tích nêu bảng 02 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2013 73 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trường Bng 02 Khả hấp thụ khí CO lồi địa TT Tên địa Cỏ seo gà Thiên niên kiện Ráy Ngải rợm Đa xanh bóng Đu đủ rừng Hồng tinh vịng Mạch mơn đơng Đáng chân chim Tên khoa học Pteris ensiformis (Burmf.) Homalomena occulta (Lour.) Schott Alocasia odora (Roxb) C.Koch Tacca integrifolia Ker-Gawl Ficus vasculosa Wall ex Miq Trevesia palmata (Roxb.) Vis Disporopsis longifolia Craib Ophiopogon japonicus (L f.) Ker-Gawl Schefflera heptaphylla (L.) Frodin Theo kết nghiên cứu trình bày bảng 02 cho thấy với nồng độ tiếp xúc từ 15 đến 18 mg/m3, sau tiếp xúc loài hấp thụ từ 0,1 đến 5,9 µg/cm2 diện tích bề mặt Ba loài hấp thụ tốt là: Cỏ seo gà (Pteris ensiformis (Burmf.) 5,9 µg/cm2; Thiên niên kiện (Homalomena occulta (Lour.) Schott), 2,8 µg/cm2; Ráy (Alocasia odora (Roxb) C.Koch), 1,4 µg/cm2 Sau 24 tiếp xúc lồi nghiên cứu hấp thụ từ 0,3 đến 7,7 µg/cm2 diện tích bề mặt Lồi hấp thụ tốt ba loài trên, nhiên Thiên niên kiện hấp thụ tốt (7,7 µg/cm2) Lồi hấp thụ loài nghiên cứu Đáng chân chim, hấp thụ 0,1 µg/cm2 tiếp xúc Khả hấp thụ (µg/cm2) 24 tiếp xúc tiếp xúc 5,9 2,8 1,4 0,9 0,7 0,7 0,7 0,6 0,1 0,3 µg/cm2 24 tiếp xúc 3.4 Tình hình sinh trưởng lồi q trình thí nghiệm Quan sát biểu hiện/phản ứng thí nghiệm khoảng thời gian tiếp xúc liên tục với carbon monoxide mức nồng độ từ 15 đến 18 mg/m3 24 cho thấy thí nghiệm phát triển bình thường trừ Hồng tinh hoa trắng buồng thí nghiệm có biểu bị hoại tử, vàng úa màu diệp lục Quan sát Hoàng tinh hoa trắng buồng thí nghiệm khơng bơm thêm khí carbon monoxide khơng thấy biểu Hình 03 Cây Hồng tinh vịng trước tiếp xúc với khí CO 74 6,3 7,7 3,6 1,9 0,9 1,9 0,9 0,7 0,3 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2013 Quản lý Tài nguyên rừng & Môi trêng Hình 04 Cây Hồng tinh vịng sau tiếp xúc với khí CO IV KẾT LUẬN Kết nghiên cứu xác định khả loại bỏ khí carbon monoxide loài địa Với nồng độ tiếp xúc từ 15 - 18 mg/m3, sau 24 giờ tiếp xúc, thí nghiệm xác định ba chín lồi có khả loại bỏ khí carbon monoxide nhiều tính đơn vị diện tích là: Cỏ seo gà (Pteris ensiformis (Burmf.); Thiên niên kiện (Homalomena occulta (Lour.) Schott); Ráy (Alocasia odora (Roxb) C.Koch) Trong Thiên niên kiện loài hấp thu tốt nhất, Đáng chân chim (Schefflera heptaphylla (L.) Frodin.) hấp thu loài nghiên cứu Đã quan sát phản ứng Hoàng TÀI LIỆU THAM KHẢO Bidwell, R G S., and Fraser, D E., 1972, ‘Carbon monoxide uptake and metabolism by leaves’, Canadian Journal of Botany, vol 50, no 7, pp 1435-1439 Delwiche, C C., 1970, ‘Carbon monoxide production and utilization by higher plants’, Annals of the New York Academy of Sciences, vol 174, pp 116–121 Nguyễn Thị Bích Hảo, Phùng Văn Khoa, Bùi Văn Năng cộng sự, 2013 Báo cáo kết nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu khả xử lý ô nhiễm khơng khí phịng số lồi địa cho khu vực thành phố Hà Nội” Đề tài cấp thành phố Hà Nội, 2010-2012 tinh hoa trắng với khí carbon monoxide mức nồng độ từ 15 - 18 mg/m3 (với biểu bị vàng úa, màu xanh diệp lục) Từ kết nghiên cứu trên, kết hợp với đặc điểm loài có tính thẩm mỹ, dễ trồng phân bố rộng rãi tự nhiên, lựa chọn lồi cây, trồng nhà nơi thích hợp loại cảnh, lại vừa có tác dụng loại bỏ khí carbon monoxide độc hại Lời cảm ơn Nghiên cứu phần đề tài khoa học: “Nghiên cứu khả xử lý nhiễm khơng khí phịng số loài địa cho khu vực thành phố Hà Nội” tài trợ Sở Khoa học Công nghệ thành phố Hà Nội từ 2010 – 2012 Phùng Văn Khoa, Bùi Văn Năng, Nguyễn Thị Bích Hảo, 2013, Bước đầu nghiên cứu khả hấp thu khí Toluene số lồi địa Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển Nơng thơn, số 2/2013 Lamb, A B., Bray, W C., and Frazer, J C W., 1920, ‘The Removal of Carbon Monoxide from Air’, Industrial & Engineering Chemistry, vol 12, no 3, pp 213 – 221 Omaye, S T., 2002, ‘Metabolic modulation of carbon monoxide toxicity’, Toxicology, vol 180, no 2, pp 139–150 Wolverton, B C., and McDonald, R C., 1985, ‘Foliage Plants for Indoor Removal of the Primary Combustion Gases Carbon Monoxid and Nitrogen Dioxide’, Journal of the Mississipi Academy of Sciences, TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIP S - 2013 75 Quản lý Tài nguyên rõng & M«i trêng vol 30, pp 1-8 STUDY ON CARBON MONOXIDE ABSORBABILITY OF NINE NATIVE PLANTS Phung Van Khoa, Bui Van Nang, Nguyen Thi Bich Hao SUMMARY This article presents the study results on carbon monoxide absorbability of nine native plant species, including: Pteris ensiformis (Burmf.), Ficus vasculosa Wall ex Miq., Schefflera heptaphylla (L.) Frodin., Trevesia palmata (Roxb.) Vis., Disporopsis longifolia Craib., Ophiopogon japonicus (L f.) Ker-Gawl., Tacca integrifolia Ker-Gawl., Alocasia odora (Roxb) C.Koch., Homalomena occulta (Lour.) Schott The study was conducted within airtight glass chambers with a size of 60 x 60 x 100 cm In each chamber, there are one blower used to equally stir air, one hygrometer, one thermometer, and one light meter used to monitor microclimate factors during the experiments The research results showed that, when these plants exposured to CO at the concentration of from 15 mg/m3 to 18 mg/m3, after hours of exposal, they removed from 0.1 to 5.9 µg of CO per cm2 of leave - surface area, and after 24 hours of exposal, from 0.3 – 7.7 µg/cm2 of CO were removed Three species that are best at removing CO during the experiments are Pteris ensiformis (Burmf.), Homalomena occulta (Lour.) Schott, and Alocasia odora (Roxb) C.Koch Keywords: Glass chamber, absorbability, carbon monoxide, native plant Người phản biện: TS Trần Quang Bảo Ngày nhận bài: 13/5/2013 Ngày phản biện: 17/5/2013 Ngày định đăng: 07/6/2013 76 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2013 ... xúc loài nghiên cứu hấp thụ từ 0,3 đến 7,7 µg/cm2 diện tích bề mặt Loài hấp thụ tốt ba loài trên, nhiên Thiên niên kiện hấp thụ tốt (7,7 µg/cm2) Lồi hấp thụ loài nghiên cứu Đáng chân chim, hấp. .. 2013 Báo cáo kết nghiên cứu đề tài ? ?Nghiên cứu khả xử lý nhiễm khơng khí phịng số lồi địa cho khu vực thành phố Hà Nội” Đề tài cấp thành phố Hà Nội, 2010-2012 tinh hoa trắng với khí carbon monoxide... – 2012 Phùng Văn Khoa, Bùi Văn Năng, Nguyễn Thị Bích Hảo, 2013, Bước đầu nghiên cứu khả hấp thu khí Toluene số lồi địa Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển Nông thôn, số 2/2013 Lamb, A B., Bray, W C.,