CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.4. Phương pháp bố trí thí nghiệm
* Vật liệu thí nghiệm trong nhà lưới
- Chậu trồng cây thí nghiệm hình trụ trịn (kích thước 17 x 15 x 20 cm). - Cây được trồng trong chậu thí nghiệm là cây con được gieo từ hạt, tương đồng nhau về chiều cao. Cây cỏ Mần trầu dài khoảng 5 cm, cây chia làm 3 nhánh nhỏ. Cây Lu lu đực cao khoảng 8 cm gồm 3-4 lá.
- Đất dùng trong thí nghiệm nhà lưới là đất phù sa cổ, được lấy từ vùng trồng rau ở độ sâu 0-20 cm của phường Túc Duyên, thành phố Thái Nguyên. Đất sau khi lấy về, phơi khơ khơng khí, nhặt sạch rễ cây và phân tích các tính chất cơ bản. Đất thí nghiệm phân loại theo thành phần cơ giới thuộc loại đất thịt nhẹ, có phản ứng axit pHKCl 4,8; nghèo chất hữu cơ (OM 1,62%); N, P2O5, K2O tổng số tương ứng 0,141; 0,105; 0,76%; hàm lượng As, Cd và Pb tổng số tương ứng là 5,13; 2,58 và 145 mg/kg.
* Thí nghiệm trong nhà lưới
A. Thí nghiệm (TN) TN1, TN2, TN3: Nghiên cứu khả năng hấp thu KLN (Cd, Pb, As) của cây cỏ Mần trầu và cây Lu lu đực trong đất ở điều kiện thí nghiệm.
a. Mục đích: nghiên cứu khả năng hấp thu Cd, Pb, As của cây cỏ Mần trầu và cây Lu lu đực trong đất trồng rau.
b. Cơng thức thí nghiệm:
Bảng 2.1. Thí nghiệm nghiên cứu sự hấp thu KLN của cỏ Mần trầu và cây Lu lu đực
T T
Cơng thức thí nghiệm
Thí nghiệm 1: BS Cd Thí nghiệm 2: BS Pb Thí nghiệm 3: BS As
Công thức Lượng Cd bổ sung (mg/kg) Công thức Lượng Pb bổ sung (mg/kg) Công thức Lượng As bổ sung (mg/kg) 1 BSCd-1 0 BSPb-1 0 BSAs-1 0 2 BSCd-2 25 BSPb-2 500 BSAs-2 25 3 BSCd-3 50 BSPb-3 1000 BSAs-3 50 4 BSCd-4 100 BSPb-4 1500 BSAs-4 100 5 BSCd-5 200 BSPb-5 2000 BSAs-5 200 6 BSPb-6 3000
c. Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên hồn tồn. Mỗi cơng thức thí nghiệm được lặp lại 6 lần, 1 chậu trồng 1 cây (1 chậu/CT x 5 CT x 6 lần nhắc lại). Mỗi chậu chứa 1 kg đất khơ khơng khí
d. Thu hoạch thí nghiệm: sau 3 tháng trồng.
e. Chỉ tiêu theo dõi: Sinh khối rễ, thân + lá; hàm lượng KLN (Cd: TN1; Pb: TN2; As: TN3) trong rễ và thân + lá.
g. KLN bổ sung vào các chậu thí nghiệm:
- Cd: Cân 13,75 g Cd(NO3)2.4H2O vào một ít nước cất sau đó định mức lên 500 ml. Dung dịch thu được có hàm lượng là là 10 000 mg Cd2+/l. Phối trộn với đất thí nghiệm bằng cách lấy các thể tích dung dịch gốc khác nhau là 0, 2, 5, 10, 20 ml tương ứng với các hàm lượng là 0, 25, 50, 100, 200 mg Cd2+/kg đất. Sau đó các thể tích dung dịch gốc trên được định mức bằng nước cất tới vạch 50 ml để đảm bảo sự đồng đều về độ ẩm của mỗi công thức.
- Pb: Cân 159,923 g Pb(NO3)2 cho nước cất vào và định mức lên 1000 ml ta được dung dịch gốc có hàm lượng là 100 000 mg Pb2+/l. Tiến hành phối trộn với đất thí nghiệm bằng cách lấy các thể tích dung dịch gốc khác nhau là 0, 5, 10, 15, 20, 30 ml tương ứng với các hàm lượng là 0, 500, 1000, 1500, 2000, 3000 mg Pb2+/kg đất. Sau đó các thể tích dung dịch gốc trên được định mức bằng nước cất tới vạch 50 ml để đảm bảo sự đồng đều về độ ẩm của mỗi công thức.
As: Cân 208,0 g Na2HAsO4 .7H2O cho nước cất vào và định mức lên 1000
ml được dung dịch gốc có hàm lượng As5+ là 50 000 mg/l.Tiến hành phối trộn với đất thí nghiệm bằng cách lấy các thể tích dung dịch gốc khác nhau là 0, 5, 1, 2, 4 ml tương ứng với các hàm lượng là 0, 25, 50, 100, 200 mg As5+/kg đất. Sau đó các thể tích dung dịch gốc trên được định mức bằng nước cất tới vạch 50 ml để đảm bảo sự đồng đều về độ ẩm của mỗi cơng thức.
B. Thí nghiệm: Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố (thời gian, pH, phân bón, phức chất hữu cơ EDTA) đến khả năng hấp thu KLN (Cd, Pb, As) của cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây Lu lu đực (Solanum nigrum L.) trong đất trồng rau ở điều kiện thí nghiệm nhà lưới
Để thay đổi tính chất đất, người ta có thể dùng EDTA như một chất tạo phức để tăng sự hấp thu và chuyển hóa kim loại từ đất ơ nhiễm bằng thực vật. Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng, sử dụng các chất tạo phức sẽ làm tăng đáng kể khả năng hút thu và vận chuyển Pb và Cd từ rễ lên thân làm thuận tiện cho quá trình tách chiết kim loại ở những quặng hàm lượng thấp. Huang và cs, (1997) cho rằng
các chất tạo phức có thể gây ra khả năng tích lũy Pb trong một số cây nơng nghiệp như ngô và đậu.
pH đất là một trong những nhân tố chính ảnh hưởng đến sự linh động của các nguyên tố trong đất cho thực vật hấp thu. Dưới điều kiện axit, ion H+ thay thế các cation kim loại qua quá trình trao đổi cation trong đất. Thời gian lưu của kim loại trong các vật chất hữu cơ của đất thì bị yếu đi ở pH thấp. Kết quả nghiên cứu của McBride (1994) cho thấy có nhiều hơn các kim loại linh động trong đất ở pH thấp (<5,5) bao gồm Cd, Cu, Hg, Ni, Pb và Zn.
Chất hữu cơ đất cũng có ảnh hưởng đến sự chuyển hóa As trong đất. Trong nghiên cứu của mình, Jong-Un Lê và cs, (2008) đã chỉ ra rằng khi cung cấp nguồn chất hữu cơ thích hợp, khu hệ vi sinh vật bản địa tại khu khai thác mỏ vàng và bạc sẽ sử dụng chúng và trong quá trình sử dụng này, vi sinh vật có thể làm tăng khả năng linh động của nguyên tố asen trong đất. Mặt khác hàm lượng chất hữu cơ trong đất càng cao thì Chelat As-CHC được hình thành càng nhiều. Điều này cũng có ý nghĩa là hàm lượng As được chiết rút ra trong đất càng nhiều.
Photphat có thể làm tăng tính di động của As trong đất. As và photpho là những ngun tố nằm ở nhóm VA của bảng tuần hồn các nguyên tố hóa học. Cả hai nguyên tố này đều có nhiều trạng thái oxy hóa và có phản ứng khá giống nhau trong môi trường. Khi tiến hành bổ sung P vào đất, những ion photphat tan trong dung dịch đất và cạnh tranh những vị trí hấp phụ trên các keo đất mà các ion asenat đang chiếm giữ. Tương tự khi K tăng thì thực vật giảm hút thu Pb và Cd.
Khả năng hấp thu KLN của thực vật chịu ảnh hưởng của một số yếu tố như pH, CHC, phức chất EDTA,... chính vì vậy để tăng khả năng hấp thu hấp thu KLN của thực vật nghiên cứu ta cần phải bố trí các thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố trên.
* Thí nghiệm TN4, TN5, TN6: Nghiên cứu thời gian thu hoạch ảnh hưởng đến
khả năng tích lũy KLN (Cd, Pb, As) của cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây Lu lu đực (Solanum nigrum L.) trong đất trồng rau ở điều kiện thí nghiệm nhà lưới.
a. Mục đích: Nghiên cứu thời điểm thu hái đến khả năng tích lũy KLN của cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây Lu lu đực (Solanum nigrum L.) để từ đó lựa chọn thời điểm thu cây hợp lý nhất.
Bảng 2.2. Thí nghiệm ảnh hưởng của thời gian đến khả năng tích lũy Cd, Pb, As của cây cỏ Mần trầu và cây Lu lu đực
TT Thí nghiệm 4: Thời gian - Cd
Thí nghiệm 5:
Thời gian - Pb
Thí nghiệm 6:
Thời gian - As Thời gian
1 TGCd-1 TGPb-1 TGAs-1 1 tháng
2 TGCd-2 TGPb-2 TGAs-2 2 tháng
3 TGCd-3 TGPb-3 TGAs-3 3 tháng
4 TGCd-4 TGPb-4 TGAs-4 4 tháng
c. KLN bổ sung:
- Lượng Cd bổ sung vào các chậu là 50 mg/kg Cd2+ dưới dạng Cd(NO3)2.4 H2O. - Lượng Pb bổ sung vào các chậu là 1500 mg/kg Pb2+ dưới dạng Pb(NO3)2. - Lượng As bổ sung vào các chậu là 100 mg/kg As5+ dưới dạng Na2HAsO4.7H2O.
d. Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên hồn tồn. Mỗi cơng thức thí nghiệm được lặp lại 6 lần, (1 chậu/CT x 4 CT x 6 lần nhắc lại). Mỗi chậu chứa 1 kg đất khơ khơng khí.
e. Chỉ tiêu theo dõi: Sinh khối rễ, thân + lá; hàm lượng Cd, Pb, As trong rễ, thân + lá vào các thời điểm thu hoạch 1 tháng, 2 tháng, 3 tháng và 4 tháng.
* Thí nghiệm TN7, TN8, TN9: Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng tích lũy KLN (Cd, Pb, As) của cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây Lu lu
đực (Solanum nigrum L.) trong đất trồng rau ở điều kiện thí nghiệm nhà lưới.
a. Mục đích thí nghiệm là nghiên cứu ảnh hưởng của pH lên khả năng sinh trưởng và tích lũy KLN (KLN) của cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây Lu lu đực (Solanum nigrum L.).
b. Cơng thức thí nghiệm
Bảng 2.3. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến tích lũy Cd, Pb, As trong cây cỏ Mần trầu và cây Lu lu đực
TT Cơng thức thí nghiệm pHKCl Thí nghiệm 7: pH - Cd Thí nghiệm 8: pH - Pb Thí nghiệm 9: pH- As 1 pHCd-1 pHPb-1 pHAs-1 4,8 2 pHCd-2 pHPb-2 pHAs-2 4,0 3 pHCd-3 pHPb-3 pHAs-3 5,0 4 pHCd-4 pHPb-4 pHAs-4 7,0
a. Lượng Cd, Pb, As bổ sung vào các chậu thí nghiệm như thí nghiệm 4, 5, 6 b. Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên hồn tồn. Mỗi cơng thức thí nghiệm được lặp lại 6 lần, mỗi chậu trồng 1 cây (1 chậu/CT x 4 CT x 6 lần nhắc lại). Mỗi chậu chứa 1 kg đất khơ khơng khí.
c. Thời gian thu hoạch: Sau 3 tháng kết thúc thí nghiệm.
d. Chỉ tiêu theo dõi: Sinh khối rễ, thân + lá; hàm lượng Cd, Pb, As trong rễ, thân + lá ở các mức pHKCl: 4,8; pHKCl: 4,0 pHKCl 5,0 pHKCl 7,0
* Thí nghiệm TN10, TN11, TN12: Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón đến khả tích lũy KLN (Cd, Pb, As) của cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây Lu lu đực (Solanum nigrum L.) trong đất trồng rau ở điều kiện thí nghiệm nhà lưới.
a. Mục đích thí nghiệm là nghiên cứu được ảnh hưởng của phân bón lên khả năng sinh trưởng và tích lũy KLN của cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây Lu lu đực (Solanum nigrum L.)
b. Cơng thức thí nghiệm
Bảng 2.4. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón đến tích lũy Cd, Pb, As trong cây cỏ Mần trầu và cây Lu lu đực
TT
Cơng thức thí nghiệm Phân bón
Thí nghiệm 10: PB - Cd Thí nghiệm 11: PB - Pb Thí nghiệm 12: PB - As Hữu cơ vi sinh NPK
1 PBCd-1 PBPb-1 PBAs-1 Không Không
2 PBCd-2 PBPb-2 PBAs -2 100% (4,0 g) Không
3 PBCd-3 PBPb-3 PBAs -3 75% (3,0 g) 25% (0,5 g) 4 PBCd-4 PBPb-4 PBAs -4 50% (2,0 g) 50% (1,0 g) 5 PBCd-5 PBPb-5 PBAs -5 25% (1,0 g) 75% (1,5 g) (Phân bón: Pb; Phân bón vi sinh Hadico Thăng Long và phân NPK 12-8-12 của Cơng ty CP phân bón Hà Nội)
a. Lượng Cd, Pb, As bổ sung vào các chậu thí nghiệm như thí nghiệm 4, 5, 6 b. Bố trí thí nghiệm giống thí nghiệm 4.
c. Thời gian thu hoạch: Sau 3 tháng kết thúc thí nghiệm.
d. Chỉ tiêu theo dõi: Sinh khối rễ, thân + lá; hàm lượng Cd, Pb, As trong rễ, thân + lá ở các mức 5 mức phân bón trong cơng thức.
* Thí nghiệm 13: Nghiên cứu ảnh hưởng của EDTA đến khả năng tích lũy KLN (Cd, Pb, As) của cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây Lu lu đực (Solanum nigrum L.) trong đất trồng rau ở điều kiện thí nghiệm nhà lưới.
a. Mục đích thí nghiệm là nghiên cứu ảnh hưởng của EDTA lên khả năng sinh trưởng và tích lũy Cd, Pb, As của cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây Lu lu đực (Solanum nigrum L.). Các cơng thức thí nghiệm được trình bày như bảng 2.5.
Bảng 2.5. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của EDTA đến tích lũy Cd, Pb, As trong cây cỏ Mần trầu và cây Lu lu đực
TT Công thức EDTA (mmol/kg)
1 EDTA-1 0 2 EDTA-2 1 3 EDTA-3 2 4 EDTA-4 3 5 EDTA-5 4 6 EDTA-6 5
b. Lượng Cd, Pb, As bổ sung vào các chậu thí nghiệm như sau: 25 mg/kg Cd2+ + 1000 mg/kg Pb2+ + 50 mg/kg As5+.
c. Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí ngẫu nhiên hồn tồn. Mỗi cơng thức thí nghiệm được lặp lại 6 lần, mỗi chậu trồng 1 cây (1 chậu/CT x 6 CT x 6 lần nhắc lại). Mỗi chậu chứa 1 kg đất khơ khơng khí.
d. Thời gian thu hoạch: Sau 3 tháng kết thúc thí nghiệm.
d. Chỉ tiêu theo dõi: Sinh khối rễ, thân lá; hàm lượng Cd, Pb, As trong rễ, thân lá ở các mức EDTA trong công thức.
* Thí nghiệm đồng ruộng: Xây dựng mơ hình khảo nghiệm khả năng ứng dụng cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây Lu lu đực (Solanum nigrum L.) để xử lý ô nhiễm As, Pb, Cd trong đất trồng rau
a. Mục đích xây dựng mơ hình nhằm kiểm chứng khả năng xử lý KLN của cây cỏ Mần trầu và cây Lu lu đực ngồi thực tế đồng ruộng.
b. Cơng thức mơ hình được bố trí trên đất thí nghiệm đồng ruộng tại địa điểm vùng chuyên canh rau ở phường Túc Duyên, thành phố Thái Nguyên từ tháng 2/2014. Mơ hình bố trí theo khối ngẫu nhiên, không lặp lại trên diện tích 400 m2
ứng của đất về mức axit nhẹ, bổ sung phân hữu cơ vi sinh và NPK, hàm lượng EDTA bổ sung trong mơ hình thí nghiệm với cây cỏ Mần trầu là 1 mmol/kg đất, với cây Lu lu đực là 2 mmol/kg đất. Thí nghiệm bao gồm các mơ hình: (1) Trồng cây Lu lu đực; (2) Trồng cỏ Mần trầu.
c. Cây trồng:
Cây Lu lu đực được đem trồng ở mơ hình là cây con được gieo từ hạt, có kích thước tương đối đồng đều, cao khoảng từ 7,5-8,5 cm, gồm 3-4 lá. Cây được trồng với mật độ là mật độ trồng 20x15 cm. Cây được trồng theo luống.
Cây cỏ Mần trầu được đem trồng ở mơ hình là cây con được gieo từ hạt, có kích thước tương đối đồng đều, cao khoảng từ 5 cm, cây chia làm 3 nhánh nhỏ. Cây được trồng với mật độ là mật độ trồng 20 x 15 cm.
d. Thời gian thu hoạch: Sau 3 tháng kết thúc thí nghiệm.
e. Chỉ tiêu theo dõi: Sinh khối rễ, thân+ lá; hàm lượng Cd, Pb, As trong rễ, thân + lá;