Xác định một số tính chất lí hóa học của đất bằng cách phân tích một số chỉ tiêu như pHKCl, chất hữu cơ (OM), dung tích hấp thụ trao đổi cation (CEC), thành phần cơ giới, hàm lượng Pb (tổng số và dễ tiêu). Kết quả được thể hiện 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
1 pHKCl - 4,3 2 OM % 3,03 3 CEC lđl/100g đất 13,2 4 Thành phần cấp hạt Cát % 42,2 Limon % 45,1 Sét % 12,7 Thành phần cơ giới
Thành phần cơ giới đặc trưng cho nguồn gốc phát sinh, tính chất lí hóa học đất và quyết định đến độ phì nhiêu của đất. Đất càng nặng khả năng giữ các chất dinh dưỡng càng tốt, nhưng đồng thời khả năng giữ lại các chất ô
41
nhiễm cũng càng lớn. Mẫu đất lấy tại thôn Đông Mai có hàm lượng sét đạt 12,7 %; limon đạt 45,1%; và cát là 42,2 %. Theo sơ đồ xác định thành phần cơ giới đất của USDA (theo giáo trình Thổ nhưỡng) [4] thì đất nghiên cứu thuộc loại đất thịt. Đất thịt là loại đất có tỷ lệ của các cấp hạt cũng như các đặc tính lí hóa học nằm trung gian giữa hai loại đất cát và đất sét do đó đất thịt thường rất tốt, vừa có những đặc tính lí, hóa học và sinh học phù hợp với nhiều loai cây trồng, vừa dễ làm đất và chăm bón lại có năng suất cao.
pH
pH là yếu tố quan trọng trong đánh giá trạng thái của đất, nó ảnh hưởng tới một số quá trình lí, hóa, sinh học xảy ra trong đất; có ý nghĩa lớn trong đánh giá độ phì của đất và chuyển hóa chất ô nhiễm. Theo độ pHKCl ta có thể xác định được mức độ chua của đất. Kết quả phân tích mẫu đất lấy tại cánh đồng Hè của thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên cho thấy giá trị pHKCl là 4,3. Theo thang đánh giá trong cuốn Sổ tay phân tích đất – nước – cây trồng của Viện Thổ nhưỡng – Nông hóa thì có thể kết luận đất của khu vực này thuộc loại rất chua.
Nguyên nhân của hiện tượng này có thể là do đất của khu vực nghiên cứu phải hứng chịu một lượng lớn nước thải axit từ quá trình phá dỡ bình ắc quy đổ ra. Bên cạnh đó hiện tượng đất chua còn có thể là do quá trình canh tác, bà con sử dụng quá nhiều phân bón hóa học. Phân hóa học thường có chứa các gốc axit cây không hút hoặc hút rất ít, tồn tại trong đất, cùng với nước tạo thành axit làm cho đất chua.
Giá trị pH trong đất thấp có thể làm gia tăng nguy cơ ô nhiễm do nó làm tăng tính linh động của các cation trong đất đặc biệt là các nguyên tố kim loại nặng.
Chất hữu cơ của đất (OM (%))
Chất hữu cơ là một chỉ tiêu quan trọng của đất. Dấu hiệu cơ bản làm đất khác đá mẹ là đất có chất hữu cơ. Số lượng và tính chất của chúng tác
42
động mạnh mẽ đến quá trình hình thành đất, quyết định nhiều tính chất lí, hóa, sinh và độ phì của đất. Chất hữu cơ gồm hai phần là tàn tích hữu cơ chưa bị phân giải vẫn giữ nguyên hình thể (rễ, thân, lá cây, xác động vật) và những chất hữu cơ đã được phân giải. Riêng phần thứ hai lại bao gồm các hợp chất hữu cơ ngoài mùn và nhóm các hợp chất mùn. Nhờ vậy mà chất hữu cơ được coi là phần quý nhất của đất, nó không chỉ là kho dinh dưỡng cho cây trồng mà còn có thể điều tiết nhiều tính chất đất theo hướng tốt, là yếu tố tăng lượng và chất của CEC, tăng kết cấu đất...
Theo kết quả phân tích được, đối chiếu với thang đánh giá của W. Siderius (giáo trình thổ nhưỡng học) [4] thì đất nghiên cứu có mức độ chất hữu cơ thuộc nhóm trung bình.
Dung tích hấp thụ trao đổi cation (CEC)
Dung tích trao đổi cation có thể hiểu là tổng số cation của một loại được đất giữ ở trạng thái trao đổi trong điều kiện tiêu chuẩn và có khả năng trao đổi với các cation của dung dịch tương tác với đất.
CEC của mẫu đất nghiên cứu có giá trị là 13,2 lđl/100g chứng tỏ mẫu đất nghiên cứu thuộc vào nhóm có dung tích trao đổi cation trung bình (giáo trình thổ nhưỡng) [4]. Đối chiếu với CEC của một số loại đất Việt Nam thì giá trị này cũng hoàn toàn phù hợp với CEC của đất phù xa sông Hồng (CEC: 10 – 15 lđl/100g đất) [15].
Hàm lượng chì (Pb)
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 2622,14 378,20
43
Từ bảng hàm lượng Pb dạng tổng số và dễ tiêu trong mẫu đất nghiên cứu ta thấy hàm lượng Pb trong đất đạt giá trị rất cao. Chì tổng số đạt giá trị 2622,14 mgPb/kg đất khô, vượt quy chuẩn cho phép về giới hạn Pb trong đất nông nghiệp tới hơn 37 lần. Riêng hàm lượng Pb dễ tiêu, mặc dù tương đối nhỏ so với lượng chì tổng số nhưng nó cũng vượt tới hơn 5,4 lần so với giới hạn cho phép đối với Pb tống số quy định trong QCVN 03:2008/BTNMT chứng tỏ mẫu đất lấy tại đây đã bị ô nhiễm Pb rất nặng. Điều này cực kì nguy hiểm khi mà nơi tiến hành lấy mẫu đất để phân tích (khu ruộng tại cánh đồng Hè thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên) vẫn đang được người dân sử dụng để canh tác lúa, do đó tiềm ẩn nguy cơ cao về sự tích tụ chì trong các sản phẩm nông nghiệp, đe dọa nghiêm trọng đến sức khỏe người dân sử dụng những sản phẩm này.
4.3. Đánh giá chất lƣợng chế phẩm Mycoroot trƣớc khi sử dụng
Chế phẩm nấm rễ Mycoroot được công ty TNHH Thời Đại Xanh sản xuất và cung cấp. Chế phẩm Mycoroot có dạng bột màu đen xám, được tạo thành từ các bào tử nấm rễ của một số loài như Glomus mosseae, G. clarum, G. caledonium, G. intraradices, G. etunicatum ..., cùng với chất mang là cát và than bùn phối trộn đều.
Trước khi sử dụng thì chế phẩm nấm rễ (Mycoroot) được đem đi phân tích để đánh giá 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, ta tiến hành thu bào tử nấm rễ ở trên bề mặt rây và quan sát trên kính hiển vi soi nổi để đếm số lượng bào tử. Kết quả cho thấy, trong 1 g chế phẩm Mycoroot có 25 bào tử nấm rễ, tương đương với 250 bào tử/10g chế phẩm.
Mặc dù chưa có tiêu chuẩn về chất lượng chế phẩm nấm rễ nhưng kết quả quan sát được cho thấy, nó hoàn toàn phù hợp với thông tin mà nhà sản xuất cung cấp (250 – 300 bào tử/ 10gram chế phẩm).
44
Hình 4.3: Bào tử nấm rễ quan sát trên kính hiển vi soi nổi
4.4. Nghiên cứu khả năng chống chịu, hấp thu Pb của cây dƣơng 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 bằng sự nảy mầm từ một yếu tố lan truyền giống được lưu trữ trong đất (ở đây là bào tử của nấm rễ). Sợi nấm cảm ứng được sự hiện diện của rễ cây bằng sự phát triển hướng vào rễ, thiết lập sự tiếp xúc với rễ và phát triển dọc theo bề mặt rễ cây. Tiếp đến một hoặc nhiều sợi nấm sinh ra khối u (chỗ phồng) gọi là giác bám, bám giữa hai tế bào biểu bì. Quá trình xâm nhập xảy ra khi sợi nấm từ giác bám đâm thủng biểu bì hoặc vỏ tế bào rễ để xâm nhập vào rễ. Thể sợi nấm sau khi xâm nhập vào rễ có thể sinh trưởng nhanh len lỏi giữa các tế bào rồi mới vào trong tế bào hình thành nên Arbuscules – có dạng giống như bụi cây nhỏ, được hình thành do sự phân nhánh lặp đi lặp lại và sự giảm chiều rộng của sợi nấm bắt đầu từ thân sợi nấm ban đầu (đường kính 5 – 10 µm) và kết thúc bằng sự gia tăng của các nhánh sợi nấm nhỏ (đường kính <1µm).
Cùng với sự xâm nhập bên trong, sợi nấm đâm nhánh ra phía ngoài và phát triển dọc theo bề mặt rễ và hình thành nên nhiều điểm xâm nhập vào rễ
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 các mẫu rễ để đánh giá khả năng xâm nhiễm của nấm rễ vào rễ cây dương xỉ, ta nhận thấy nấm rễ ở các công thức có bổ sung chế phẩm đều có khả năng xâm nhiễm vào rễ cây dương xỉ, tuy nhiên khả năng xâm nhiễm của chúng ở các công thức là khác nhau.
Hình 4.4: Khả năng xâm nhiễm của nấm rễ vào rễ cây dƣơng xỉ
Từ đồ thị trên hình 4.6 ta thấy, ở hai công thức bón chế phẩm với liều lượng lớn (40 – 80 g chế phẩm/cây), khả năng xâm nhiễm của nấm rễ khá mạnh (chiếm trên 20% chiều dài rễ). Điều đó cho thấy ở hai công thức CT3 và CT4, nhiều khả năng là nấm rễ sẽ hỗ trợ đắc lực cho cây dương xỉ trong quá trình sinh trưởng, phát triển cũng như chống chịu tốt với điều kiện bất lợi của môi trường.
46
Ta cũng thấy, mặc dù ở công thức đối chứng (CT1) không được bón chế phẩm nấm rễ Mycoroot nhưng khi đánh giá khả năng xâm nhiễm của nấm rễ vào rễ cây dương xỉ vẫn nhận thấy ở công thức này có khả năng xâm nhiễm yếu. Nguyên nhân có thể là do trong rễ cây dương xỉ lấy về trồng đã có sẵn những mảnh rễ có nấm rễ cộng sinh. Tuy nhiên, mức cộng sinh này là không đáng kể, chỉ có khoảng 2%.
4.4.2. Sinh trưởng phát triển của cây trồng thí nghiệm
Một trong những vấn đề quan trọng cần quan tâm khi sử dụng công nghệ thực vật để xử lý ô nhiễm môi trường nói chung và xử lý ô nhiễm kim loại nặng nói riêng đó là tốc độ sinh trưởng, phát triển của cây trồng đó. Bởi vì sinh khối cao cũng đồng nghĩa với việc loại bỏ được nhiều chất ô nhiễm hơn.
Cây Dương xỉ sau khi trồng 40 ngày (từ ngày 10/3 – 21/4/2014) được thu hoạch, rửa sạch để ráo, tách cây thành hai phần (phần thân lá và phần rễ), rồi cân để xác định sinh khối tươi. Sinh khối khô được xác định bằng cách sấy các thành phần của cây ở 700C cho đến khi khô hoàn toàn. Kết quả thu được ở bảng sau:
Bảng 4.3: Sinh khối tƣơi của cây trồng sau 40 ngày thí nghiệm
Công thức
Sinh khối tươi (g/chậu)
Thân lá Rễ Tổng % tăng so với đối chứng
CT1 37,66 24,43 62,09 - CT2 40,06 27,88 67,94 9,42 % CT3 49,41 31,06 80,47 29,60 % CT4 55,98 40,66 96,64 55,64 % CV % 4,50 3,80 LSD0,05 3,88 2,20
47
Qua bảng số liệu ta có thể thấy có sự khác nhau về sinh khối giữa các công thức thí nghiệm. Nhìn chung các công thức có bón chế phẩm nấm rễ Mycoroot với liều lượng khác nhau đều cho mức sinh khối cao hơn so với công thức đối chứng (CT1) dao động từ 1,1 – 1,6 lần (tương ứng với mức tăng từ 9,42 % - 55,64 %). Kết quả này cũng thống nhất với kết quả nghiên cứu của tác giả Bùi Thị Kim Anh (2011) khi sử dụng chế phẩm nấm rễ trong nghiên cứu sử dụng thực vật (cây dương xỉ) để xử lý Asen trong vùng đất khai thác khoáng sản.
Trong các công thức thí nghiệm ta đều có thể nhận thấy, cả rễ và thân lá dương xỉ đều có xu hướng tăng dần sinh khối theo chiều tăng của lượng chế phẩm bổ sung vào đất (tổng sinh khối tươi 67,94g; 80,47; 96,64 g tương ứng với mức bón 20 – 40 – 80 g chế phẩm Mycoroot/cây). Mức sinh khối lớn nhất đạt được ở công thức 4 với khối lượng 55,98 g thân lá/chậu và 40,66g rễ/chậu. Trong khi đó sinh khối nhỏ nhất là 37,66 g thân lá/chậu và 24,43 g rễ /chậu (công thức 1 – công thức đối chứng).
Bảng 4.4: Sinh khối khô của cây trồng sau 40 ngày thí nghiệm
Công thức
Sinh khối khô (g/chậu)
Thân lá Rễ Tổng % tăng so với đối chứng
CT1 6,18 5,28 11,46 - CT2 6,20 6,06 12,26 6,98 % CT3 8,24 6,92 15,16 32,29 % CT4 9,11 8,06 17,17 49,83 % CV % 2,50 2,80 LSD0,05 0,35 0,35
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
48
(CT2), thấp nhất ở cây trồng trong công thức đối chứng (CT1). So với công thức đối chứng, các công thức thí nghiệm còn lại có mức sinh khối khô cao hơn lần lượt là 6,98 %; 32,29 %; 49,83 %. Còn khi so sánh giữa khối lượng sinh khối khô và lượng sinh khối tươi ở các công thức thí nghiệm ta thấy lượng sinh khối khô trung bình chiếm16,2 % (đối với thân lá) và 21% (đối với rễ) sinh khối tươi.
Kết quả thí nghiệm cho thấy mối quan hệ cộng sinh giữa nấm rễ (AMF) và cây trồng đem lại lợi ích trong việc tăng sinh khối cho cây, mức chế phẩm bổ sung càng lớn thì sinh khối thu được càng cao. Sinh khối tăng mức cao nhất là 55,64 % (ở công thức 4 – mức bón chế phẩm lớn nhất) so với công thức đối chứng không nhiễm nấm rễ cộng sinh (AMF). Hiệu quả này có thể là do trong quá trình xâm nhiễm vào rễ cây, nấm cộng sinh rễ (AMF) làm tăng diện tích tiếp xúc giữa rễ cây và đất do đó làm tăng bề mặt hấp thụ của rễ cây, chúng có thể tiếp xúc được với các hạt nhỏ của đất, hút được các chất dinh dưỡng và nước mà các lông hút của rễ cũng không hút được. Đồng thời nó cũng tham gia tích cực vào quá trình phân hủy, chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong đất, biến các chất hữu cơ khó tiêu thành các chất vô cơ dễ tiêu cho cây, chuyển hóa chất khoáng, tăng khả năng hòa tan của các chất như sắt, phốt pho…do đó làm tăng khả năng hấp thu các chất dinh dưỡng của cây và kết quả là tăng sinh khối cây trồng [23], [24].
Ngoài ra, trong quá trình sống chúng còn có khả năng tiết ra các chất kháng sinh có tác dụng ức chế các vi sinh vật gây bệnh hại, tiết các chất như axit amin, vitamin, enzym, hoóc môn thực vật như axít Idolaxetic (IAA)… góp phần kích thích các vi sinh vật có lợi ở vùng rễ và kích thích sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng.
Với ưu điểm là vừa xử lý được kim loại nặng trong đất, vừa tạo ra màu xanh cho các vùng đất ô nhiễm (nơi mà các cây cỏ thông thường không thể phát triển được) mà giá thành của công nghệ xử lý ô nhiễm bằng thực vật thấp
49
hơn nhiều so với công nghệ khác; dễ vận hành nên trong những năm gần đây công nghệ thực vật trong xử lý ô nhiễm môi trường nói chung và xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất nói riêng đang nhận được sự quan tâm của đông đảo các nhà khoa học. Những cây được sử dụng cho công nghệ này thường phải đảm bảo yêu cầu có khả năng tích lũy kim loại nặng cao và cho sinh khối lớn. Tuy nhiên, những cây có thể cho sinh khối cao thì khả năng chống chịu kim loại nặng thường rất kém, còn những cây chống chịu được kim loại nặng lại thường gặp ở những cây có sinh khối thấp, thời gian xử lý kéo dài. Bên cạnh đó, theo kết quả thí nghiệm thì khi cây trồng thí nghiệm (dương xỉ) cộng sinh với nấm rễ (AMF), mức sinh khối đã được cải thiện đáng kể. Điều này có thể ghóp phần đem lại lợi ích lớn trong quá trình xử lý bởi vì khi tăng lượng sinh khối cho cây thì cũng kéo theo sự tăng lượng kim loại nặng được lấy ra khỏi đất và rút ngắn được 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 là yếu tố có vai trò quyết định đến khả năng và tốc độ xử lý của công nghệ thực vật trong xử lý ô nhiễm môi trường.
Trước khi tiến hành trồng cây, mẫu cây dương xỉ được đem đi phân tích để xác định hàm lượng Pb ban đầu có trong các bộ phận. Kết quả cho thấy hàm lượng Pb trong thân lá và trong rễ tương ứng là 32,55 và 115,79 mgPb/kg SKK. Sau thời gian 40 ngày thí nghiệm, để đánh giá mức độ ảnh