8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
2.4.2. Nhóm phương pháp trong phòng thí nghiệm
2.4.2.1. Phân tích thành phần chất lượng mẫu nước
Các chỉ tiêu nhiệt độ nước, độ pH, độ dẫn điện, DO được đo ngay ngoài hiện trường và đo hàng ngày bằng máy đo nhanh chất lượng nước WQC-24/TOA. Hàm
lượng COD, BOD5, NH4+, NO3-, NO2-,TN, TP và các KLN trong mẫu nước được
phân tích theo các phương pháp trong Bảng 2.3.
Bảng 2.3. Các chỉ tiêu phân tích mẫu nước và phương pháp phân tích
STT Chỉ tiêu phân tích Đơn vị đo Phương pháp phân tích
COD mg/l TCVN 6491-1999 BOD5 mg/l TCVN 6001-1995 NH4 + mg/l TCVN 5988:1995 NO3 - mg/l TCVN 7323-1:2004 NO2 - mg/l TCVN 6178:1996 TN mg/l TCVN 6498:1999 TP mg/l TCVN 8940:2011 Fe mg/l TCVN 6193-1996 - Phương pháp trắc Zn mg/l 10. As, Cd, Pb, Hg mg/l phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa.
2.4.2.2. Phân tích thành phần chất lượng mẫu trầm tích
Phân tích trầm tích: Trầm tích sông Nhuệ được phân tích hàm lượng chất hữu cơ, thành phần cơ giới và 5 KLN As, Cd, Fe, Zn, Hg theo các phương pháp trình bày trong Bảng 2.4.
Bảng 2.4. Các chỉ tiêu phân tích mẫu trầm tích và phương pháp phân tích
ST Chỉ tiêu phân Đơn vị Phương pháp phân tích
T tích đo
1 Chất hữu cơ mg/kg TCVN 8726:2012- Chất lượng đất - Phương
pháp Kali bicromat
3 Pb mg/kg cadimi, đồng, chì, kẽm trong dịch chiết đất
4 Zn mg/kg bằng cường thủy. Các phương pháp phổ hấp
thụ nguyên tử ngọn lửa và không ngọn lửa.
5 As mg/kg TCVN 8467:2010 (ISO 20280:2007) Chất
lượng đất - Xác định asen trong dịch chiết đất cường thủy bằng phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử theo kỹ thuật nhiệt điện hoặc tạo hydrua.
6 Hg mg/kg TCVN 8882: 2011 (ISO 16772: 2004) Chất
lượng đất - Xác định thủy ngân trong dịch chiết đất cường thủy dùng quang phổ hấp thụ nguyên tử hơi - lạnh hoặc quang phổ hấp thụ nguyên tử huỳnh quang hơi - lạnh.
2.4.2.3. Phân tích thành phần một số chất trong mẫu thực vật và hình thái giải phẫu của thân, lá, rễ
a) Phân tích thành phần một số chất trong mẫu thực vật
Mẫu thực vật trước và sau thí nghiệm được thu và được sấy khô ở nhiệt độ
70oC trong 24h đến khối lượng không đổi rồi được nghiền thành bột và phân tích
hàm lượng các KLN theo các phương pháp trong Bảng 2.5.
b) Làm tiêu bản nghiên cứu hình thái giải phẫu của thân, lá, rễ thực vật
Phương pháp làm tiêu bản và chụp ảnh qua kính hiển vi quang học được thực hiện nhằm hiểu rõ hơn về những đặc điểm cấu tạo của cơ quan sinh dưỡng: thân, rễ, lá và các đặc điểm chung nhất của các loài thực vật thủy sinh, xác định tỷ lệ, cấu tạo của biểu bì, mô mềm vỏ, trụ dẫn...và đặc điểm hình thái ngoài, cấu tạo trong của cơ thể thực vật trong quá trình phát triển và thích nghi với môi trường sống. Mẫu TV trước và sau TN được lấy và được sử dụng làm tiêu bản nghiên cứu hình thái giải phẫu. Những đặc điểm thay đổi sau khi hấp thu lượng lớn chất ô nhiễm đã được quan sát phát hiện.
Bảng 2.5. Các chỉ tiêu phân tích mẫu thực vật và phương pháp phân tích thành phần các chất trong các mô rễ, thân, lá thực vật
phân tích vị
1 TN mg/g TCVN 6498:1999 - Xác định tổng nitơ theo phương pháp
Kjeldahl cải biên
2 TP mg/g TCVN 8940:2011- Xác định photpho tổng số- Phương
pháp so màu
3 Fe mg/g TCVN 8119:2009- Rau quả- Xác định hàm lượng sắt-
Phương pháp đo quang dùng 1,10-Phenanthrolin
4 Zn mg/g TCVN 7811-1:2007-Rau quả và sản phẩm rau quả- Xác
định hàm lượng kẽm- Phương pháp phân tích cực phổ
* Chuẩn bị mẫu làm tiêu bản hiển vi:
- Cắt mẫu: Vị trí các cơ quan sinh dưỡng thuộc đối tượng nghiên cứu có kích thước trung bình nên phương pháp cắt mỏng mẫu bằng tay được sử dụng. Lát cắt phải đảm bảo vuông góc với trục thẳng của vật cắt. Cách cắt mẫu phải tuỳ thuộc vào bộ phận là rễ, thân hay lá mà có cách cắt cho phù hợp. Đối với lá phải cắt ngang qua mẫu, mỗi mẫu cắt ở hai vị trí đặc trưng: giữa lá và gần cuống lá, các lát cắt đều đi qua gân chính. Đối với thân phải cắt ngang qua vị trí gần điểm sinh trưởng để nghiên cứu cấu tạo sơ cấp của thân và nghiên cứu cấu tạo thứ cấp của thân cây. Đối với rễ cần cắt ngang qua rễ thứ cấp.
- Nhuộm mẫu: Sau khi cắt, mẫu được ngâm vào nước javen trong vòng 15-20 phút để loại hết nội chất của tế bào, được rửa sạch bằng nước cất 2-3 lần rồi ngâm mẫu vào nước có chứa axit axetic (dung dịch axit axetic loãng) trong vòng 3-5 phút để trung hoà hết javen còn lại (nếu không javen sẽ làm mất mầu thuốc nhuộm về sau). Tiếp theo, mẫu được nhuộm đỏ trong dung dịch carmin - phèn chua trong khoảng 30 phút đến 1 giờ rồi được rửa sạch bằng nước cất. Sau đó, lại đem nhuộm lại mẫu trong dung dịch xanh metylen loãng từ 30 giây đến 1 phút.
Riêng đối với tế bào biểu bì lá cần phải sử dụng phương pháp búc biểu bì lá
trước khi đem quan sát cấu tạo hiển vi: đun mẫu lá (1 cm2) trong dung dịch HNO3
phần thịt lá bị phân huỷ thì dừng lại. Lấy mẫu lá ra rửa sạch bằng nước đặt vào lam kính và gạt nhẹ để thịt lá rơi đi rồi nhuộm màu bằng xanh metylen sau đó tách hai mẫu biểu bì trên và dưới của lá để quan sát.
*Quan sát mẫu bằng kính hiển vi:
- Sử dụng kính hiển vi quang học để quan sát ở góc độ phóng đại 4x10, 10x10, 40x10.
- Mẫu sau khi được chuẩn bị sẵn sàng thì đưa lên kính quan sát. * Phương pháp đo trên kính hiển vi quang học:
Nguyên tắc: muốn đo kích thước của một vật kính nhỏ thì không thể đo trực tiếp bằng thước đo chiều dài thông thường mà phải đo gián tiếp. Người ta so sánh kích thước của vật cần đo với một thước đo thị kính đã được lắp thêm vào thị kính của kính hiển vi. Từ giá trị của mỗi khoảng cách trên thước đo này của mỗi độ phóng đại khác nhau đã được tính trước nhờ một thước đo vật kính sẽ suy ra kích thước vật cần đo.
Dựa vào nguyên tắc trên sử dụng trắc vi thị kính là miếng kính tròn có đường kính nhỏ hơn đường kính của ống thị kính. Ở chính giữa của miếng kính này có khắc một thước dài 1 mm và chia ra làm 100 phần bằng nhau, còn trắc vi vật kính giống như một phiến kính thông thường khác kích thước 26 x 76 mm ở chính giữa có một vòng tròn, thước này dài đúng 1mm và được chia ra làm 100 phần bằng nhau.
* Phương pháp chụp ảnh qua kính hiển vi quang học
- Ảnh được chụp qua kính hiển vi quang học Axiokop, máy ảnh kĩ thuật số: + Chụp tổng thể ở vật kính nhỏ phần bó dẫn chính sau đó chụp chi tiết bó dẫn để thấy được cách sắp xếp của gỗ và libe.
+ Chụp tổng thể phần thịt lá sau đó chụp chi tiết cấu tạo biểu bì, hạ bì, mụ giậu, mụ xốp, tuyến tiết, cấu tạo của lỗ khí,…
- Chụp tổng thể qua lát cắt ngang thân rồi chụp chi tiết cấu tạo của biểu bì, mô mềm vỏ, bó dẫn sơ cấp (thấy được cách sắp xếp của gỗ và libe), mô mềm ruột...
2.4.2.4. Cải thiện chất lượng nước bằng các thực vật thuỷ sinh
*Vật liệu thí nghiệm
Vật liệu thí nghiệm bao gồm các bể kính, các loài TVTS bao gồm cây thuỷ
trúc, cây rau muống, cây ngổ trâu, nước và trầm tích nuôi trồng được lấy từ 4 vị trí Cầu Tó, Cầu Chiếc, Đồng Quan, Cống Thần.
* Chuẩn bị thí nghiệm
Các bể kính được ngâm bằng nước máy trong vòng 48h. Trước thí nghiệm 48h, các bể này được đánh rửa, được phơi nắng cho sạch khuẩn và mầm mống rong rêu. Nước và trầm tích từ các vị trí thu mẫu trên sông Nhuệ được đưa vào 16 bể như trong Hình 2.5.
Hình 2.5. Các bể đựng mẫu nước và trầm tích dùng cho thí nghiệm
Một máy bơm nước nước hiệu Atman AT 107 (1,15w; 0,05m/s; 50l/h) được sử dụng cho mỗi bể kính nhằm tạo môi trường dòng chảy.
Mẫu cây rau muống, cây thuỷ trúc, cây ngổ trâu có kích thước chiều cao và đường kính thân trung bình và đồng đều, chưa ra hoa, lượng sinh khối tính bằng gram được thu vớt toàn bộ rễ, thân, lá ở vùng lưu vực sông Nhuệ trước 24h thí nghiệm, được thả trong bể nước sạch. Trước thí nghiệm 30 phút, các cây này được
thu vớt và để ráo rồi được cân sinh khối sao cho các cụm cây cho mỗi bể có kích thước chiều cao và sinh khối đồng đều, mỗi bể trồng thực vật sẽ trồng 300g trọng
lượng tươi thực vật tương đương với mật độ 1.714g TLT/m2.
Hình 2.6. Mô hình bể kính dùng cho thí nghiệm
Sự tăng trưởng của cây bao gồm chiều cao cây, số nhánh cây, số chồi cây, sinh khối cây cũng như số cây bị chết được theo dõi trong suốt giai đoạn thí nghiệm. Thực vật trước thí nghiệm, sau thí nghiệm được thu hoạch, được phân tích các chỉ tiêu TN, TP, các KLN trong các mô rễ, thân, lá.
Chất lượng nước, chất lượng trầm tích cũng được theo dõi. Các chỉ tiêu vật lý gồm độ pH, DO, TSS được đo vào 9h sáng mỗi ngày thí nghiệm. Các chỉ tiêu hoá học được phân tích trong phòng vào trước thí nghiệm, sau 7 ngày thí nghiệm và cuối thí nghiệm.
Hình 2.7. Cấu trúc thí nghiệm sử dụng mẫu nước và trầm tích sông Nhuệ thu từ 1 vị trí nghiên cứu
2.4.3.Phương pháp điều tra, thu thập thông tin, kế thừa tài liệu
* Phương pháp điều tra, thu thập thông tin tài liệu thứ cấp: Tiến hành điều tra, thu thập thông tin, tài liệu tại Tổng cục Môi trường, Sở Tài nguyên và Môi
trường, Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn, Phòng Tài nguyên và Môi trường, Phòng Thống kê,...
- Tại Tổng cục Môi trường: Thu thập số liệu, tài liệu liên quan đến chất lượng nước, chất lượng trầm tích, đến tốc độ dòng chảy, các nguồn xả thải vào sông Nhuệ.
- Tại Sở Khoa học và Công nghệ, Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn, và một số phòng ban: Các chương trình, đề tài, dự án có liên quan đến chất
lượng nước sông Nhuệ, đến việc sử dụng các loài TVTS cải tạo chất lượng nước
sông bị ô nhiễm.
* Phương pháp điều tra, thu thập thông tin, tài liệu sơ cấp:
Tiến hành điều tra, khảo sát thực địa tại khu vực nghiên cứu. Kiểm tra độ chính xác của số liệu, chỉnh lý và bổ sung các nguồn thông tin dã ngoại, khảo sát thực địa; xây dựng các tuyến khảo sát, để bổ sung các thông tin mới về chất lượng nước, chất lượng trầm tích, về sự đa dạng sinh học TVTS lưu vực sông.
* Kế thừa tài liệu:
Sau khi xác định, phân tích, đánh giá và tổng hợp các dữ liệu có liên quan đến
đề tài nghiên cứu, trên cơsở kế thừa có chọn lọc, sử dụng các thông tin cần thiết
2.4.4. Phuương pháp xây dựng các mô hình sử dụng thực vật cho giảm thiểu ô
nhiễm môi truờng̛ nuớc̛
Từ kết quả điều tra về thành phần các loài thực vật thuỷ sinh có mạch phân bố trong hệ sinh thái trên lưu vực sông Nhuệ, lựa chọn ra một số mô hình với một số loài thực vật thủy sinh điển hình có khả năng xử lý ô nhiễm môi trường nước. Các mô hình này bao gồm các loài TVTS được sử dụng cho việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước ở khu vực nghiên cứu.
2.4.5. Phương pháp chuyên gia
Tham vấn, trưng cầu ý kiến các nhà khoa học, các chuyên gia, nhà quản lý có kiến thức và kinh nghiệm trong việc sử dụng các loài TVTS cũng như các kinh nghiệm trong sử dụng các giải pháp sinh học để làm sạch nước. Thông qua Hội thảo khoa học, góp ý hoặc phản biện kết quả nghiên cứu; tham khảo các ý kiến của các chuyên gia, cán bộ ở trung ương và địa phương trong việc áp dụng các giải pháp sinh học này vào thực tiễn.
2.4.6. Phương pháp tính toán và xử lý số liệu
* Đánh giá năng suất sinh học của thực vật:
(2.1)
Trong đó:
P: Năng suất sinh học của TV (gTLK/m2/ngày)
mt1: Sinh khối TV tại thời điểm bắt đầu thí nghiệm (gTLK)
mt2: Sinh khối TV tại thời điểm cuối thí nghiệm (gTLK)
S: Diện tích trồng TV (m2)
* Đánh giá khả năng hấp thụ chất ô nhiễm của TV:
Khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm bởi thực vật được tính bằng số miligram
* Đánh giá vai trò của thực vật trong hấp thụchất ô nhiễm: Trong thuỷ vực tự nhiên luôn có các quá trình tự làm sạch của nước bằng các quá trình xáo trộn, bốc hơi, kết tủa,… Chất lượng nước thay đổi sau các giai đoạn thí nghiệm trong các bể đối chứng không trồng thuỷ sinh thực vật thể hiện kết quả của các quá trình ấy. Sự thay đổi chất lượng nước sau các giai đoạn thí nghiệm ở các bể trồng thực vật thuỷ sinh bao gồm cả các quá trình tự làm sạch của nước và của thực vật. Như vậy hiệu quả làm sạch nước của thực vật được tính bằng hiệu của tổng hàm lượng chất ô nhiễm được lấy đi khỏi nước với tổng hàm lượng các chất ô nhiễm được lấy đi bằng các quá trình tự làm sạch.
* Đánh giá khả năng vận chuyển kim loại nặng của thực vật
Hệ số vận chuyển TF (Translocation factor) là tỷ lệ giữa nồng độ kim loại nặng tích lũy trong thân và lá với nồng độ kim loại nặng tích lũy trong rễ.
TF= Cthân + lá (μg/g) / Crễ (μg/g) (2.2)
Trong đó:
TF: hệ số vận chuyển
Cthân + lá: Hàm lượng KLN trong thân và lá (μg/g)
Crễ: Hàm lượng KLN trong rễ (μg/g)
* Tính toán cân bằng chất ô nhiễm trong thời gian thí nghiệm
Nước sông đưa vào các bể thí nghiệm sau thời gian thí nghiệm sẽ bị biến đổi, chuyển hoá về thành phần vật chất cũng như tính chất hoá lý. Các chất ô nhiễm sẽ được kết tủa, được lắng đọng một phần, một phần bị bay hơi, một phần bị TV hấp thu, hấp thụ tạo sinh khối TV hay bám vào phần rễ TV, một phần còn lại trong
nước. Gọi CAđầu là nồng độ chất ô nhiễm A thời điểm trước thí nghiệm, CAbốc hơi là
lượng chất ô nhiễm bị bay hơi, CAkết tủa là lượng chất ô nhiễm bị lắng đọng kết tủa
vào trầm tích đáy, CATV là lượng chất ô nhiễm bị TV hấp thụ, hấp phụ và CAcuối là
nồng độ chất ô nhiễm A thời điểm cuối TNG. Lượng cân bằng chất ô nhiễm A trong quá trình thí nghiệm được biểu diễn bởi phương trình 2.3 đối với bể đối chứng và phương trình 2.4 đối với bể trồng TV.
C
Ađầu= C
Abốc hơi + C
Akết tủa + C
C Ađầu= C Abốc hơi + C Akết tủa + C Acuối + C ATV (2.4)
Trong và sau quá trình tiến hành nghiên cứu, phân tích trong phòng thí nghiệm, sẽ có được các thông tin là sự phát triển hay không phát triển của thực vật, sự thay đổi của các yếu tố môi trường,… Các thông tin này cần được xử lý để xây dựng các luận cứ, phục vụ cho việc chứng minh hoặc bác bỏ các giả thuyết về khả năng có hay không nên sử dụng các thực vật thuỷ sinh là cây thuỷ trúc và cây rau muống để làm sạch nước sông Nhuệ. Quá trình xử lý logic với thông tin định tính và xử lý toán học đối với các thông tin định lượng. Xử lý thông tin định tính dùng để nghiên cứu về sự thay đổi của chất lượng môi trường sau khi có mặt của các thực