, Nguyen Quy Hao1 Tran Ngo Hoang Dung1 Bui Thi Nhu Phuong2 Phan The Huy2 Dao Thanh Son 1*
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Vật liệu
Vật liệu
Bèo tấm được thu từ ao trồng rau nhút kết hợp nuôi cá ở Quận 12, thành phố Hồ Chí Minh (Vũ Ngun và cs., 2017). Lồi bèo tấm (Lemna minor L.) đang được ni duy trì tại Module Độc học Sinh thái, Khoa Môi trường và Tài nguyên, trường Đại học
Bách Khoa TP.HCM. Bèo được nuôi trong môi trường nhân tạo Z8 (Kotai, 1972) ở điều kiện phịng thí nghiệm với nhiệt độ 27 ± 2°C, pH = 7, cường độ ánh sáng khoảng 3.000 Lux tại bề mặt nước và chu kỳ sáng tối là 12h sáng: 12h tối (Khellaf và Zerdaoui, 2009; APHA, 2012).
Thiết kế thí nghiệm và phân tích nitrate
Trong nghiên cứu, thí nghiệm được thiết kế bao gồm môi trường Z8 có cho thêm bèo. Hai bình thí nghiệm được chuẩn bị và tiến hành song song, bình thứ nhất chứa 250 mL môi trường Z8 và 125 cây bèo.
Bình thứ 2 chứa 300 mL mơi trường Z8 và 150 cây bèo. Một bình khác chỉ chứa 300 mL mơi trường Z8 và khơng có bèo, cũng được tiến hành song song nhằm để kiểm chứng sự thay đổi của nitrate (trong Z8) trong điều kiện khơng có bèo. Thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện phịng thí nghiệm như đề cập phần trên và kéo dài trong 9 ngày, vì đến ngày cuối cùng (ngày thứ 9) số cây bèo đã đủ nhiều để che phủ gần như toàn bộ bề mặt của bình thí nghiệm (Hình 1).
Hình 1. Bèo tấm (duckweed) trong bình thí nghiệm vào ngày thứ 5 (A) và ngày thứ 9 (B)
Mẫu nước dùng khảo sát hàm lượng nitrate (50 mL) cho thí nghiệm được thu 3 lần vào ngày bắt đầu (ngày 1) ngày thứ 5 và ngày kết thúc thí nghiệm (ngày thứ 9). Số cây bèo trong bình thí nghiệm vào các thời điểm 5 ngày và 9 ngày của thí nghiệm cũng được ghi nhận. Trọng lượng trung bình của một cây bèo cũng được xác định bằng cách cân ngẫu nhiên 30 cây bèo (mỗi cây 2 lá) từ các lơ của thí nghiệm.
Việc xác định hàm lượng nitrate được thực hiện theo phương pháp TCVN 6180:1996. Cụ thể chuẩn bị dãy nồng độ chuẩn (Bảng 1), và thực hiện phân tích mẫu bao gồm các bước: lấy mẫu cho vào cốc thêm vào đó dung dịch natri nitrua và axit acetic, để n ít nhất 1 phút và sau đó để bay hơi hỗn hợp cho đến khô trong nồi cách thủy. Các nồng độ pha dùng để dựng đường chuẩn được thể hiện trong Bảng 1 sau.
Bảng 1. Các nồng độ pha dùng để dựng đường chuẩn
Mẫu 0 1 2 3 4 5
Thể tích dd chuẩn 1mg/L (mL) 0 1 2 3 4 5
Nước cất không chứa NO3- (mL) 25 24 23 22 21 20 Nồng độ N-NO3- (mg/L) 0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 Tiếp theo, cách bước thực hiện của phân
tích được tiến hành bao gồm: (i) thêm 1 mL dung dịch natri salixylat, trộn đều với
mẫu và cho bay hơi hỗn hợp tới khô lần nữa; (ii) lấy cốc ra khỏi nồi cách thuỷ, để nguội đến nhiệt độ phòng; (iii) thêm 1 mL
axit sunfuric lắc nhẹ cho hoà tan cặn trong cốc, để hỗn hợp lắng trong 10 phút; (iv) thêm 10 ml nước, tiếp theo là 10 ml dung dịch kiềm; (v) chuyển hỗn hợp sang bình định mức 25ml và đặt bình này vào nồi cách thuỷ ở 25ºC trong 10 phút sau đó lấy bình ra, thêm nước đến vạch 25ml; (vi) lắc đều và đo màu ở bước sóng 415nm. Dựa vào phương trình đường chuẩn đã lập trên máy để tính tốn ra kết quả cuối cùng của mẫu thí nghiệm.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Sự phát triển của bèo tấm và thay đổi nồng độ nitrate trong thí nghiệm
Số cây bèo tấm trong các lơ của thí nghiệm, gia tăng từ 150 lên 402 cây và từ 125 lên 363 cây (Bảng 2). Nhìn chung sự gia tăng này không quá nhanh nếu so với kết quả trong nghiên cứu trước đây của Vũ Nguyên và cs. (2017). Rất có thể số lượng cây bèo khi bắt đầu thí nghiệm và diện tích mặt thống có ảnh hưởng lên tốc độ phân chia cây bèo trong điều kiện phịng thí nghiệm. Điều này cần được nghiên cứu kỹ hơn để xác định sự ảnh hưởng (nếu có) mang tính định lượng.
Hàm lượng nitrate trong bình chứa mơi trường Z8 và khơng có bèo tấm, khơng bị suy giảm. Hàm lượng nitrate trong hai bình thí nghiệm giảm chậm trong 5 ngày đầu của thí nghiệm, từ 1 – 2 mg/L. Tuy nhiên những ngày sau đó, hàm lượng nitrate giảm nhiều hơn, từ 4 – 10 mg/L (Bảng 2). Xét theo sự thay đổi nồng độ nitrate trong thí nghiệm thì tỷ lệ nitrate được bèo hấp thu là không cao, từ 10 – 23%. Tỷ lệ này còn rất thấp so với tỷ lệ xử lý tổng nitơ của bèo tây (Eichhornia crassipes) trong nghiên cứu mức độ pilot với nước thải nuôi heo, lên đến 65% (Vũ Thị Nguyệt và cs., 2014). Sự khác biệt
đáng kể giữa nghiên cứu hiện tại và nghiên cứu trước đây của Vũ Thị Nguyệt và cs. (2014) rất có thể do nhiều lý do như sau (1) sự khác biệt về đối tượng thực vật (bèo tấm và bèo tây) dùng để xử lý dinh dưỡng; (2) quy mơ nghiên cứu (phịng thí nghiệm và pilot); và (3) bản chất nước chứa dinh dưỡng (môi trường Z8 nhân tạo và chất thải nuôi heo sau phân giải bởi vi sinh vật). Các lồi thực vật khác nhau thường có nhu cầu dinh dưỡng, khả năng chuyển hóa nitrate khác nhau. Bèo tây có kích thước lớn kèm bộ rễ phát triển mạnh nên khả năng sử dụng dinh dưỡng trong nước sẽ cao hơn bèo tấm, nếu xét ở đơn vị là cá thể/ cây. Bên cạnh đó, nước thải ni heo trong nghiên cứu của Vũ Thị Nguyệt và cs. (2014) chứa phần lớn amonium và phần nhỏ là nitrate; cịn mơi trường Z8 chỉ chứa nitrate trong khi đó amonium là nguồn dinh dưỡng nitơ được các các cây họ bèo thích sử dụng hơn (Fang et al., 2007). Trong điều kiện pilot và có dịng chảy (khơng q mạnh) liên tục (Vũ Thị Nguyệt và cs., 2014), sự phát triển của thủy thực vật tốt hơn là điều kiện nước tĩnh (nghiên cứu hiện tại), góp phần làm gia tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng của thực vật. Sau cùng, nước thải nuôi heo sau phân giải bởi vi sinh vật chứa hỗn hợp dinh dưỡng và vi sinh vật (trong nghiên cứu của Vũ Thị Nguyệt và cs., 2014), trong khi đó mơi trường Z8 (nhân tạo) của nghiên cứu hiện tại, khơng có (rất ít) các vi sinh vật. Các vi sinh vật trong nước sẽ (i) hấp thu dinh dưỡng (bao gồm cả N) trong quá trình phát triển và (ii) có thể chuyển hóa N ở dạng hợp chất (nitrate, amonium, nitrite) thành khí nitơ, giải phóng vào khơng khí, từ đó dẫn đến việc giảm nhanh hơn hàm lượng dinh dưỡng (N) trong môi trường nước.
Bảng 2. Sự thay đổi số cây bèo và hàm lượng nitrate trong thí nghiệm Bình thí nghiệm/thể tích mơi trường Z8 Ngày thí nghiệm Số cây bèo Nồng độ nitrate tính theo N (N-NO3- mg/L) 1/300 mL 1 150 47 5 245 45 9 402 36
2/250 mL 1 125 47
5 285 46
9 363 42
Khả năng hấp thu nitrate của bèo tấm
Kết quả cân trọng lượng tươi và tính tốn trung bình (n = 30) cho kết quả, trọng lượng tươi trung bình 1 cây bèo là 0,827 ± 0,102 mg. Như vậy, nếu xét về khả năng hấp thu nitrate của bèo tấm dựa vào số lượng cây bèo và thay đổi nồng độ nitrate trong Bảng 2, khả năng hấp thu nitrate của bèo tấm trong nghiên cứu hiện tại vào khoảng 24,87mg nitrate/g trọng lượng tươi bèo tấm. Goopy và Murray (2003) cho biết khả năng hấp thu dinh dưỡng N của các cây thuộc họ bèo (Lemnaceae) có thể lên đến 6.110 kg N/ha/ năm. Tuy nhiên, thông
tin về khả năng hấp thu N của bèo tấm (Lemna minor) tính trên đơn vị trọng lượng tươi của bèo, theo hiểu của chúng tôi, đến nay là chưa có. Vì vậy cần có nghiên cứu và tính tốn khả năng hấp thu của riêng lẻ từng loài thủy thực vật để đánh giá hiệu quả xử lý dinh dưỡng trước khi đưa vào ứng dụng trong điều kiện cụ thể. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy tỷ lệ hấp thu nitrate rất khả quan của bèo tấm, làm cơ sở cho việc tiến hành nghiên cứu ở cấp độ cao hơn (như pilot) trước khi đưa vào ứng dụng thực tiễn.
Bảng 3. Khả năng hấp thu nitrate của bèo trong thí nghiệm Bình thí nghiệm/thể tích
mơi trường Z8
Khả năng hấp thu nitrate của bèo (mg nitrate/g trọng lượng bèo tươi)
5 ngày thí nghiệm 9 ngày thí nghiệm
1/300 mL 9,87 33,08
2/250 mL 4,24 16,65
Trung bình 7,05 24,87