vittata thu từ vùng khai thác mỏ Thái Nguyên
3.1.1. Khả năng chống chịu Asen của Dương xỉ
Sau khi kết thúc thí nghiệm, Pteris vittata chỉ có khả năng sống trong đất có bổ sung hàm lượng As từ 300 ÷ 1500 ppm. Chứng tỏ ở những nồng độ này, cây đã có cơ chế thích nghi để chống chịu được với lượng độc tố As nhất định. Lượng này có thể gây chết hầu hết các loài thực vật khác. Các kết quả nghiên cứu về sự tăng trưởng của những cây tồn tại sau thí nghiệm khi có mặt As với nồng độ khác nhau cho thấy, các cây ĐC và cây bổ sung 300, 600 ppm As đều có biểu hiện tăng sinh khối rõ rệt, đặc biệt ở cây bổ sung 300 ppm As. Sinh khối của cây này tăng nhiều hơn cả đối chứng. Nhưng từ mức 1500 ppm trở lên đã làm sinh khối của cây dương xỉ giảm xuống khá rõ rệt và cây đã dần bị chết.
Như vậy Dương xỉ không thể sinh trưởng được bình thường khi hàm lượng As trong đất cao.
As là một chất độc, nó có thể làm giảm sự sinh trưởng của thực vật. Ngưỡng độc của As đối với thực vật là 40ppm trong đất cát và 200ppm trong đất xám. Sản lượng đại mạch giảm đáng kể khi bổ sung 50 ppm As vào đất. Tuy nhiên, đối với loài dương xỉ mà nghiên cứu ở đây, sinh khối của cây lại tăng đáng kể khi bổ sung As với nồng độ cao 300 và 600 ppm. Có thể ở những nồng độ này, As đã có tác dụng kích thích Pteris vittata phát triển và cây đã có cơ chế thích nghi để chống chịu được với lượng độc tố As gây chết hầu hết các loài thực vật khác.
Có nhiều giả thuyết đã được đưa ra để giải thích cơ chế này. Nhiều công trình đã đưa ra giả thuyết có thể các kim loại độc đã hình thành một phức hợp là chất hoà tan, chất không độc hoặc tạo ra phức hợp hữu cơ - kim loại và chúng được chuyển đến các bộ phận của tế bào có các hoạt động trao đổi chất thấp như thành tế bào, không bào. Ở đây, chúng được tích luỹ dưới dạng các hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ bền vững.
...………..
Hình 3.1. Pteris vittata sau 3 tháng được trồng ở đất bổ sung As với các nồng độ
3.1.2. Ảnh hưởng của hàm lượng Asen trong đất lên sinh trưởng của Dương xỉ
Hình 3.2. Mối quan hệ giữa nồng độ Asen và thời gian sống của Pteris vittata
Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của hàm lượng As khác nhau có trong đất lên sinh trưởng của dương xỉ được đánh giá thông qua mối quan hệ giữa nồng độ As và thời gian sống của cây Pteris vittata (hình 3.2.). Kết quả thu được cho thấy: tại những
ĐC CT11
nồng độ As mà loài dương xỉ sống được, nồng độ As càng cao thì thời gian sống của cây càng ngắn.
Ở nồng độ As bổ sung 3000 ppm và 3300 ppm, cây chỉ sống được trong tương ứng là 11 ngày và 7 ngày. Khi nồng độ As bổ sung giảm thì thời gian sống lại tăng lên đáng kể như 32 ngày ở nồng độ 2700 ppm, 34 ngày ở nồng độ 2400 ppm, 38 ngày ở nồng độ 2100 ppm và 55 ngày ở nồng độ 1800 ppm. Còn từ nồng độ 300 ppm đến 1500 ppm, cây vẫn sống được sau 3 tháng thí nghiệm. Trong đó, tỉ lệ tăng sinh khối của cây tỉ lệ thuận với sự giảm nồng độ As.
Ảnh hưởng của Asen lên khả năng sinh trưởng của loài Dương xỉ nêu trên cũng giống với các cây thông thường ở chỗ: khi hàm lượng As trong đất tăng cao thì gây độc cho cây và làm giảm khả năng sinh trưởng. Tuy nhiên, điểm đáng chú ý ở đây là ngưỡng gây độc của Asen đối với Dương xỉ lại rất cao. Điều này được thể hiện là cây vẫn có khả năng sống sau 3 tháng thí nghiệm trên đất có bổ sung Asen với nồng độ là 1500 ppm. Điều này cho thấy triển vọng có thể sử dụng loài trên để xử lý đất ô nhiễm Asen. Mặc dù vậy, nồng độ Asen dễ tiêu trong đất ô nhiễm cũng chỉ đến mức tối đa là 1500 ppm nếu sử dụng loài Pteris vittata. Khi tăng nồng độ As cao hơn nữa thì thời gian sống của cây sẽ bị giảm rất nhanh và khoảng thời gian tồn tại ngắn đó không có ý nghĩa cho một quá trình xử lý.
3.1.3. Khả năng hấp thụ Asen của Dương xỉ ở đất bổ sung Asen
Tiếp theo, tiến hành xem xét khả năng hấp thụ Asen ở loài dương xỉ nêu trên. Khi kết thúc thí nghiệm, tất cả các mẫu cây được thu, rửa sạch đất, tách riêng phần dưới mặt đất (rễ) và phần trên mặt đất (thân + lá) của từng cây, sau đó sấy khô ở 600C rồi mang đi phân tích. Hàm lượng Asen trong kết quả phân tích là hàm lượng Asen tổng số được tính theo đơn vị là ppm.
Khả năng hấp thụ Asen của dương xỉ Pteris vittata được chỉ ra trên bảng 3.1 và hình 3.3.
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của hàm lượng As trong đất lên khả năng hấp thụ As của Dương xỉ
CTTN Hàm lượng Asen trong cây (mg/kg)
Trong thân Trong rễ
ĐC 307 131 CT1 1528 724 CT2 3068 1258 CT3 6042 3756 CT4 3758 1954 CT5 3141 1944
Hình 3.3. Hàm lượng As hấp thụ trong rễ và thân của Pteris vittata (L)
Kết quả thu được trên hình 3.3. cho thấy, hàm lượng As trong thân và rễ của cây Pteris vittata có khả năng tích luỹ As rất cao. Nhìn chung, phần sinh khối trên mặt đất (thân + lá) tích lũy nhiều As hơn phần rễ.
Đối với đất bổ sung As từ 0 - 900 ppm, khả năng hấp thụ As lại tăng dần. Tỷ lệ hấp thụ As cao nhất ở nồng độ 900 ppm với lượng As được tích lũy trong thân và rễ là
6042 ppm và 3756 ppm, tương ứng. Hàm lượng As được tích luỹ cao gấp 19,7 lần và 28,7 lần tương ứng so với nồng độ này trong thân và rễ của cây ĐC (306 ppm và 131 ppm).
Khi lượng Asen bổ sung lớn hơn 900 ppm, thì khả năng tích lũy As của Pteris vittata lại có xu hướng giảm. Tại nồng độ 1500 ppm, lượng As tích lũy trong thân và trong rễ tương ứng là 3141 ppm và 1944 ppm và thấp hơn 1,9 lần so với cây sống trên đất có bổ sung 900 ppm As. Ở nồng độ cao này, tuy khả năng tích luỹ sinh khối chung của cây Pteris vittata bị giảm đi nhưng lượng Asen trong rễ lại đạt cao hơn so với các nồng độ thấp (0 – 600 ppm). Điều này thể hiện rõ ở các cây ĐC, 300 ppm và 600 ppm, tỉ lệ hàm lượng Asen trong rễ/ thân tương ứng là 0,43; 0,47 và 0,41. Đối với các cây được trồng trong đất có bổ sung As là 900 ppm, 1200 ppm và 1500 ppm các tỉ lệ hấp thu As ở rễ / thân tương ứng là 0,62; 0,52 và 0,62. Kết quả này cho thấy các cây sống trong đất có nồng độ As vượt quá ngưỡng 900 ppm đã có cơ chế đặc biệt để giữ Asen trong rễ nhiều nhưng hạn chế vận chuyển chúng lên thân và lá. Nhiều nghiên cứu trên thế giới về khả năng tích lũy Asen ở Pteris vittata cũng đã rút ra các nhận xét tương tự. Hai nhà khoa học Cong Tu và Lena Q. Ma (Mỹ) đã nghiên cứu và thu được kết quả là: tại nồng độ thấp, As trong lá tăng tuyến tính với Asen trong đất và phụ thuộc vào tuổi của lá, nhưng tại nồng độ cao thì sự tích lũy Asen trong lá lại bị giảm. Hiện tượng này có thể là do sự vận chuyển Asen lên lá đã bị giới hạn do nó gây độc ở vùng rễ. Sự giảm sinh khối của cây khi nồng độ As cao hoặc thấp cũng xảy ra tương tự.
Ở nồng độ 300 ppm, cây tăng sinh khối mạnh nhất nhưng lượng As được tích lũy trong thân và rễ tương ứng chỉ là 1528 ppm và 724 ppm (hình 3.3) và thấp hơn so với cây ở nồng độ 900 ppm là 3,95 lần và 5,2 lần. Tuy vậy, đây là nồng độ mà cây đã tăng sinh khối mạnh nhất nên nó có một ý nghĩa lớn để ứng dụng trong việc xử lý đất ô nhiễm Asen.
Loài thực vật có tiềm năng cho xử lý bằng thực vật phải đáp ứng được ít nhất hai điều kiện như sau:
- Có khả năng tích lũy một lượng lớn chất ô nhiễm (hơn 100 lần so với cây bình thường)
- Có khả năng tạo ra sinh khối lớn trong điều kiện canh tác lại đơn giản nhất. Như vậy, với khả năng thích nghi đặc biệt, Pteris vittata không chỉ sống được trong môi trường có bổ sung một lượng lớn As mà chúng còn tích lũy As rất cao. Lượng Asen tích lũy lớn hơn rất nhiều lần so với cây bình thường (hàm lượng As được tích lũy ở CT3 cao nhất và cao gấp 19,7 lần ở thân và 28,7 lần ở rễ so với trong thân và rễ của cây ĐC) và có ý nghĩa quan trọng cho việc xử lý đất ô nhiễm. Từ các kết quả thu được, ta nhận thấy rằng loài dương xỉ Pteris vittata đã có khả năng xử lý đất ô nhiễm As ≤ 1500 ppm, trong đó, đặc biệt sử dụng loài này sẽ tốt nhất đối với đất ô nhiễm As từ 300 ppm – 900 ppm (vì đây là khoảng As mà Pteris vittata đạt được cả 2 yếu tố sử dụng để xử lý ô nhiễm đó là khả năng hấp thụ cao và tăng sinh khối).
3.2. Nghiên cứu khả năng sinh trưởng và tích lũy Asen của Cải xanh trồng trên đất ô nhiễm Asen do khai thác khoáng sản