8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3.4.1. Chất lượng nước và trầm tích sông Nhuệ sử dụng cho thực nghiệm
Mẫu nước và trầm tích sông Nhuệ dùng để trồng các TSTV được thu vào ngày 30/3/2015. Vào ngày này, thời tiết khô hanh, có nắng nhẹ. Ở đầu nguồn cống Liên Mạc đóng. Nước sông Nhuệ có màu đen, bốc mùi hôi ở suốt chiều dài đoạn sông nghiên cứu. Ngay sau khi mẫu nước và trầm tích được lấy xong, một phần mẫu đã được thu, được bảo quản và được đưa vào phòng thí nghiệm để phân tích các thông số chất lượng nước, trầm tích. Một số chỉ tiêu vật lý như độ pH, độ dẫn điện EC, DO được đo ngay ngoài hiện trường bằng máy đo nhanh TOA.
Kết quả phân tích chất lượng nước và trầm tích sông Nhuệ cho thấy nước và trầm tích sông Nhuệ lúc này mang tính chất đặc trưng của nước và trầm tích sông Nhuệ mùa khô với nhiều thông số chất lượng nước vượt giá trị giới hạn cho phép
B1 của QCVN 8:2008 /BTNMT và một số thông số KLN trong trầm tích vượt GTGH của QCVN 43:2012/BTNMT.
* Chất lượng nước sông Nhuệ dùng cho thí nghiệm trong đợt 3 từ ngày 30.3.2015 đến ngày 13.4.2015:
- Trong số các thông số vật lý của các mẫu nước sông Nhuệ được dùng cho thí nghiệm nuôi trồng các thuỷ sinh thực vật, chỉ có độ pH là thoả mãn giá trị giới hạn tiêu chuẩn nước tưới tiêu B1 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Các thông số khác, đặc biệt hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng TSS, hàm lượng oxy hoà tan DO, luôn không thoả mãn GTGG B1 của quy chuẩn này.
- Các thông số ô nhiễm hữu cơ, vi sinh trong các mẫu nước sông Nhuệ đều rất cao, thể hiện mức ô nhiễm nặng bởi các chất hữu cơ và vi sinh vật, chất lượng nước sông không thoả mãn tiêu chuẩn nước mặt cấp cho tưới tiêu thuỷ lợi.
- Các thông số gây phú dưỡng nguồn nước trong các mẫu nước sông để nuôi trồng các loài TVTS đều cao hơn giá trị giới hạn B1 của Quy chuẩn QCVN 8:2008 /BTNMT [14], nước sông cho mục đích tưới tiêu thủy lợi, thậm chí ở một số vị trí như Cầu Tó, Cầu Chiếc nước cũng không đủ tiêu chuẩn để làm nước giao thông thủy. Hàm lượng các thông số chất lượng nước thường cao gấp đôi đến vài lần, đặc biệt là hàm lượng amoni có thể gấp đến chục lần giá trị quy chuẩn chất lượng nước mặt.
Chất lượng các mẫu nước sông Nhuệ được dùng cho thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3.2.
Bảng 3.2. Các thông số chất lượng nước của các mẫu nước sông Nhuệ trong thí nghiệm nuôi trồng các thực vật thuỷ sinh (thời gian lấy mẫu ngày 30/3 /2015)
TT Vị trí lấy mẫu QCVN
Các thông số Đơn vị Cầu Đồng Cống 8:2008
CLN Cầu Tó /BTNMT Chiếc Quan Thần – B1 1. Độ pH - 7,7 7,4 7,3 7,3 5,5÷ 9 2. TSS mg/l 290 236 215 231 50 3. DO mg/l 1,3 1,7 2,4 3,9 ≥4 4. COD mg/l 146 108 64 36 30 5. BOD5 mg/l 59 39 30 31 15 6. Tổng Coliform MPN/100ml 76x104 23x104 24x104 19x104 7,5 x103 7. N- NH4+ mg/l 7,14 6,65 4,97 4,41 0,5
8. N – NO2- mg/l 0,02 0,06 0,02 0,05 0,05 9. N- NO3- mg/l 0,05 0,08 0,18 0,19 10 10. TN mg/l 14,31 13,57 11,71 11,42 - 11. P – PO43- mg/l 3,11 1,61 1,64 0,57 0,3 12. TP mg/l 3,25 1,71 1,99 0,96 - 13. Fe mg/l 2,7 1,5 2,3 1,8 1,5 14. Zn mg/l 1,51 0,92 0,71 0,58 1,5
- Hàm lượng các KLN trong các mẫu nước thu được trên sông Nhuệ, ngoại trừ nguyên tố sắt, có xu hướng giảm dần sau mẫu thu được ở Cầu Chiếc và đạt giá trị thấp hơn nhất tại mẫu thu được ở Cống Thần.
* Chất lượng trầm tích sông Nhuệ dùng cho thí nghiệm trong đợt 3 từ ngày 30.3.2015 đến ngày 13.4.2015:
Bảng 3.3. Các thông số chất lượng trầm tích của các mẫu nước sông Nhuệ dùng cho thí nghiệm nuôi trồng các loài TVTS (thời gian lấy mẫu ngày 30/3 /2015)
Các thông Đơn Vị trí lấy mẫu QCVN
43:2012/
số CLTT vị Cầu Tó Cầu Chiếc Đồng Quan Cống Thần
BTNMT Chất hữu cơ % 4,23 2,61 2,24 2,04 - pH - 7,4 7,1 6,7 6,7 - TN mg/kg 2,91 2,75 2,52 1,56 - TP mg/kg 1,12 1,14 0,93 0,30 - Cd mg/kg 9,2 9,8 7,1 6,2 5 Fe mg/kg 318,5 291,4 255,8 279,4 - Pb mg/kg 330,2 336,8 275,2 248,2 91,3 Zn mg/kg 341,6 311,2 272,8 265,5 315
Chất lượng các mẫu trầm tích sông Nhuệ dùng cho thí nghiệm nuôi trồng các loài TVTS được thể hiện qua Bảng 3.3.
Kết quả phân tích cho thấy các mẫu trầm tích dùng cho thực nghiệm trồng các loài TVTS có hàm lượng đáng kể các chất hữu cơ trong thành phần, pH nằm trong khoảng trung tính. Các KLN Cd, Pb, Zn vượt các GTGH của QCVN 43:2012/BTNMT ở hầu hết các mẫu thí nghiệm.
3.4.2. Sự tăng trưởng, phát triển, thay đổi về thành phần vật chất trong mô của các loài TVTS
3.4.2.1. Cấu tạo giải phẫu và sự thay đổi tế bào, khả năng tăng trưởng, thành phần vật chất của cây thuỷ trúc sau thí nghiệm
Cây Thuỷ trúc với một số tên thường gọi là thủy trúc, lác dù hay trúc ngược. Cây thủy trúc có nguồn gốc xuất xứ từ Madagasca. Cây được phân bố rộng rãi ở Việt Nam, là một loài TSTV có dáng đặc sắc, thân và lá đẹp. Lá non tạo thành các bẹ ở gốc. Các lá ở đỉnh lại lớn, xếp vòng xoè ra, dài, cong xuống, thân tròn màu xanh đậm. Hoa lúc non màu trắng sau chuyển sang nâu. Mọc thành bụi dày, thẳng như cây dừa, cau tí hon. Nhân giống dễ dàng từ tách bụi. Cây ưa sáng, dễ chăm sóc, mọc khoẻ, chịu được đất úng, nước. Khi trồng dưới nước thì phát triển rất nhanh.
Cây thuỷ trúc có thể phát triển tốt ở nhiệt độ tối ưu từ 20 tới 30°C [91]. Cây có thể sống tốt trong bóng râm và cũng có thể sống trong môi trường có ánh sáng mạnh. Cây có thể sống nơi đất hơi ẩm, nơi đầm lầy ẩm ướt hoặc cũng có thể sống tốt trong môi trường nước. Loại đất tốt nhất cho cây là đất giàu than bùn. Khi trưởng thành cây có chiều cao khoảng 1,2-1,8m. Độ sâu ngập thích hợp từ 2,5– 15cm.
Từ những đặc điểm trên cho thấy, cây thuỷ trúc là loài cây có khả năng thích nghi với nhiều vùng sinh thái khác nhau. Phát triển được trên những đất tương đối ẩm ướt hoặc trên thuỷ vực nước ngọt, tạo điều kiện cho sự phát huy tối đa những đặc tính ưu việt của nó.
Cây thuỷ trúc có khả năng phục hồi rất nhanh sau khi bị ảnh hưởng bởi các yếu tố ngoại cảnh bất lợi như: khô hạn, sương giá, ngập mặn và những điều kiện bất thuận lợi khác [78]. Cây có thể thích nghi với nhiều loại đất có độ pH thay đổi từ 4,3 đến 10,5 mà không cần đến biện pháp cải tạo đất nào. Cây thuỷ trúc có khả năng hấp thụ rất cao các chất hòa tan trong nước như nitơ, photpho và các nguyên tố kim loại nặng có trong nước bị ô nhiễm [66], [67], [78]. Có những điểm ưu việt này là do thuỷ trúc có cấu tạo và khả năng biến đổi kích thước tế bào khi sống trong điều kiện sống thay đổi.
- Cấu tạo lá: Lá là cơ quan sinh dưỡng hết sức quan trọng của thực vật, có chức năng quang hợp, tạo ra các chất dinh dưỡng để nuôi cây, tạo ra nguồn sống để nuôi sống các sinh vật khác trên trái đất, đồng thời nó còn đảm nhiệm các chức phận sống khác: hô hấp, thoát hơi nước. Quá trình trao đổi chất mạnh mẽ nhất trong
cây xảy ra tại cơ quan này, do đó cấu trúc của lá có nhiều đặc điểm để phù hợp với chức năng và điều kiện môi trường sống. Lá thuỷ trúc có sự phân hoá rõ mặt trên và mặt dưới. Biểu bì mặt trên lớn, các tế bào xếp sít nhau, có những tế bào vận động lớn xen kẽ với các tế bào biểu bì bình thường. Các tế bào vận động có kích thước lớn hơn hẳn các tế bào biểu bì khác.
Biểu bì
Khoang khí hình thành theo kiểu dung sinh
Tế bào mô mềm chứa lục lạp Bao bó mạch
Bó mạch
Hình 3.7. Cấu tạo giải phẫu lá cây thuỷ trúc
Mô mềm thịt lá không phân hoá thành mô giậu và mô xốp, các tế bào mô mềm chứa nhiều lục lạp thực hiện chức năng quang hợp. Có nhiều tế bào mô mềm chết để lại các khoảng trong chứa khí lớn tạo nên hệ thống mô thông khí liên tục giữa lá và thân. Hình thái, cấu trúc hệ thống mô thông khí của thuỷ trúc mang đặc trưng của TVTS. Những tế bào này phân bố xen kẽ với các bó dẫn. Gân của lá thuỷ trúc thuộc kiểu gân song song, bao quanh bó phát triển tạo thành vòng chắc nịch xung quanh bó dẫn. Trong tế bào bao quanh bó không chứa lục lạp. Hình 3.7. trình bày cấu tạo giải phẫu lá cây thuỷ trúc.
Tế bào mô mềm chứa lục lạp thực hiện nhiệm vụ quang hợp phân bố sát bó dẫn, tập trung nhiều ở phía trên bó dẫn (gần biểu bì trên nơi nhận được nhiều ánh sáng).
- Cấu tạo thân: Thân cây là cơ quan sinh dưỡng có chức năng nâng đỡ và vận chuyển các chất trong cây, thường xuyên chịu những tác động cơ học bất lợi của tự nhiên. Quá trình thích nghi đã hình thành những đặc trưng hình thái, cấu trúc tương ứng giúp chúng sống và thực hiện tốt các chức năng cơ bản của mình trong cơ thể sống.
Thân cây thuỷ trúc mang cấu trúc đặc trưng của thực vật một lá mầm. Ngoài
cùng là tầng biểu bì rất nhỏ, dưới biểu bì là một số lớp tế bào mô cứng có chức năng nâng đỡ và những bó dẫn rất nhỏ, nằm sát trong phần mô cứng. Sau tầng mô cứng là vài lớp tế bào mô mềm nhỏ có chứa lục lạp thực hiện chức năng quang hợp. Các bó dẫn nằm trong phân bố rải rác trong khối mô mềm có kích thước lớn hơn so với bó dẫn phía ngoài phân bố sát tầng mô cứng. Hình 3.8. thể hiện cấu tạo giải phẫu thân cây thuỷ trúc.
Thuỷ trúc sinh trưởng trong môi trường đất ngập nước nên cấu tạo thân cây thể hiện rõ các đặc điểm thích nghi với chức năng dự trữ khí. Trong cấu tạo của thân cây có rất nhiều tế bào mô mềm lớn, phân bố giữa các bó dẫn bị dung giải để lại các khoảng trống chứa khí. Kích thước khoang chứa khí tăng dần theo tuổi của thân. Trụ dẫn tản mạn, không phân biệt vỏ và trụ. Bó dẫn kín, kích thước bó mô cứng bao xung quanh bó dẫn khá đều.
Hình 3.8. Cấu tạo giải phẫu thân cây thuỷ trúc
- Cấu tạo rễ: Rễ cây là cơ quan dinh dưỡng của cây, có nhiệm vụ chủ yếu là hút nước và muối khoáng hòa tan để chuyển lên các cơ quan trên thân và lá. Ngoài ra rễ còn có chức năng cơ học: giữ chặt cây vào đất hoặc một số rễ còn là cơ quan dự trữ chất dinh dưỡng. Vùng ngoại bì của rễ cây thuỷ trúc có vài lớp tế bào mô mềm sớm lignin hoá thực hiện chức năng cơ học. Vỏ giữa có nhiều tế bào chết để lại các khoảng trống chứa khí hình mạng nhện. Nội bì có đai caspari phát triển. Gỗ và libe xếp xen kẽ và mang cấu trúc đặc trưng của thực vật một lá mầm, có khoang trống lớn ở trung tâm của rễ. Hình 3.9. mô tả cấu tạo giải phẫu của trụ rễ cây thuỷ trúc.
Kích thước các tế bào ở thân cây sau thí nghiệm tăng lên so với các tế bào ở thân cây trước thí nghiệm, đặc biệt là tế bào xylem và chiều dài tế bào biểu bì. Tuy nhiên về cấu trúc và thứ tự sắp xếp tế bào, các bó mạch không có sự thay đổi. Quan sát về hình thái, nhận thấy không có sự biến đổi nhiều nên ta vẫn nhận diện được đây là loài nào. Màu xanh của lá có sự thay đổi, lá cây trước thí nghiệm có màu xanh đậm, lá cây sau giai đoạn thí nghiệm có màu xanh vừa và màu xanh nhạt.
Hình 3.9. Cấu tạo giải phẫu của trụ rễ cây thuỷ trúc
Bảng 3.4 trình bày kích thước trước và sau thí nghiệm các tế bào của cây Thuỷ trúc.
Bảng 3.4. Kích thước các tế bào ở thân cây thuỷ trúc trước và sau thí nghiệm
Mẫu Thời điểm Tế bào biểu Mô dày Mô mềm Xylem Thuỷ trúc C Tó phân tích bì (μm) tròn (μm) vỏ (μm) (μm)
Trước TNG 6±1,3 15±1,6 20±1,4 7,5±1,1
(Bể số 1b) Cuối TNG 7,2±1,5 21±2,4 22±1,6 7,6±1,3
Thuỷ trúc C Chiếc Trước TNG 6±1,3 15±1,6 20±1,4 7,5±1,1
(Bể số 2b) Cuối TNG 7,2±1,5 21±2,2 22±1,5 7,6±1,2
Thuỷ trúc Đ Quan Trước TNG 6±1,3 15±1,6 20±1,4 7,5±1,1
(Bể số 3b) Cuối TNG 7,2±1,4 21±2.2 22±1,5 7,6±1,2
Thuỷ trúc CThần Trước TNG 6±1,3 15±1,6 20±1,4 7,5±1,1
(Bể số 4b) Cuối TNG 7,2±1,4 21±2.1 22±1,3 7,6±1,1
b)Khả năng tăng trưởng thực vật
Trong giai đoạn1 thí nghiệm, là giai đoạn cây bắt đầu phục hồi sau khi trồng nên ảnh hưởng của hàm lượng các chất ô nhiễm ở các vị trí khác nhau đến khả năng đẻ nhánh của cây chưa biểu hiện rõ. Khả năng đẻ nhánh của cây lần lượt từ 1,3÷1,5 nhánh/ khóm, có sự khác biệt không lớn giữa các môi trường thí nghiệm khác nhau.
Tuy nhiên, ở giai đoạn 2 thí nghiệm có sự khác biệt đáng kể giữa sự phân nhánh giữa các môi trường thí nghiệm với số nhánh tăng lên của cây ở bể mẫu Cầu Chiếc chỉ là 1,5÷2 nhánh/ khóm trong khi ở bể mẫu Cống Thần là 2,5 ÷3 nhánh/ khóm và ở bể mẫu Đồng Quan là 3÷3,5 nhánh/ khóm. Số nhánh cây tăng lên góp phần tích cực vào việc xử lí các chất ô nhiễm trong môi trường của cây vì chúng làm tăng khả năng vận chuyển và trao đổi chất đồng thời còn giúp thoát hơi nước và các chất ra bên ngoài theo đường khí khổng của lá.
Chiều cao của cây ban đầu là 40 ± 2cm. Chiều cao cây tăng cao nhất tại mẫu trồng ở Cống Thần, tăng thấp nhất tại Cầu Chiếc. Rễ cũng tăng lên đáng kể, khoảng 8÷12 rễ trên một cây, sự biến thiên chiều dài rễ khá rõ rệt, từ 2÷ 5cm cho một rễ cây. Rễ cây tăng lên cho thấy khả năng sinh trưởng tốt trong môi trường nước và trầm tích sông Nhuệ của cây thuỷ trúc.
Bảng 3.5. trình bày sự tăng trưởng của cây thuỷ trúc trước và sau thời gian thí nghiệm. Không có nhánh cây nào bị chết trong tất cả các môi trường thí nghiệm trong suốt giai đoạn thí nghiệm. Quan sát thấy cây thuỷ trúc có khả năng phân nhánh mạnh ở tất cả các giai đoạn thí nghiệm.
Bảng 3.5. Sự tăng trưởng của cây thuỷ trúc trước và sau thời gian thí nghiệm
Mẫu Hình thái thực vật Trước TNG Giai đoạn Giai đoạn
Thuỷ trúc Cầu Tó 1 TNG 2 TNG
Chiều cao (cm) 40±2 42±2 44±2
(Bể số 1b) Số nhánh cây 16 20 30
Thuỷ trúc Cầu Chiếc Chiều cao (cm) 40±2 41±2 43±2
(Bể số 2b) Số nhánh cây 16 21 28
Thuỷ trúc Đồng Quan Chiều cao (cm) 40±2 44,5 ± 2 45±2
(Bể số 3b) Số nhánh cây 16 21 32
Thuỷ trúc Cống Thần Chiều cao (cm) 40±2 45±2 46,5 ± 2
(Bể số 4b) Số nhánh cây 16 22 33
Sinh khối tươi và sinh khối khô: Bảng 3.6. giới thiệu sinh khối của cây thuỷ trúc trước và sau thí nghiệm.
Bảng 3.6. Sinh khối và năng suất của cây thuỷ trúc trước, giữa và sau thí nghiệm
Thuỷ trúc Cầu Tó mTLT (g) 300 415,39 460,27
(Bể số 1b) mTLK (g) 15,79 21,96 25,60
TLT/TLK 19 17,98 18,70
Thuỷ trúc Cầu Chiếc P(gTLK/m2/ng) 5,04 2,04
mTLT (g) 300 405,84 435,70 (Bể số 2b) mTLK (g) 15,79 21,42 24,19 TLT/TLK 19 18,01 18,01 P(gTLK/m2/ng) 4,60 0,95 Thuỷ trúc Đồng Quan mTLT (g) 300 439,89 477,08 mTLK (g) 15,79 23,19 25,93 (Bể số 3b) TLT/TLK 19 18,4 18,40 Thuỷ trúc Cống Thần P(gTLK/m2/ng) 6,04 1,15 mTLT (g) 300 433,42 464,71 (Bể số 4b) mTLK (g) 15,79 22,85 25,26 TLT/TLK 19 18,4 18,90 P(gTLK/m2/ng) 5,76 0.97 Chú
thích: mTLT: khối lượng tươi của thực
mTLK: khối lượng khô của thực vật; vật;
P: năng suất thực vật TLT/TLK: tỷ lệ giữa khối lượng tươi và khối lượng khô của thực vật
Sự sinh trưởng và phát triển của cây phụ thuộc vào nồng độ của chất ô nhiễm và khả năng tích lũy các chất ô nhiễm của cây. Trong thời gian nghiên cứu, sinh