a, Một số khái niệm
3.4.2. Khả năng sinh trưởng của Dương xỉ
a. Đánh giá sinh trưởng thông qua chiều cao cây
Số liệu theo dõi tăng trưởng chiều cao của cây thử nghiệm trồng trên đất sau khai thác thiếc (bảng 3.8) cho thấy động thái sinh trưởng chiều cao cây là bình thường theo đặc tính của cây.
Bảng 3.8: Sự sinh trƣởng chiều cao cây trong năm thứ 4 sau trồng
Đơn vị: cm/cây
Thời điểm Chiều cao cây CV (%)
CT 1 CT 2 (ĐC) Tháng 9/2012 32,83 ± 0,66 83,03 ± 0,76 4,30 Tháng 10/2012 41,53 ± 1,04 88,67 ± 0,76 2,81 Tháng 11/2012 50,83 ± 0,76 92,44 ± 0,36 0,83 Tháng 12/2012 57,67 ± 2,07 94,67 ± 1,53 2,39 Tháng 1/2013 62,33 ± 0,66 96,57 ± 1,50 1,50 Tháng 2/2013 95,93 ± 1,11 95,97 ± 0,91 1,13 Tháng 3/2013 97,41± 1,28 102,83 ± 2,41 1,68 Tháng 4/2013 116,73 ± 1,54 119,03 ± 1,45 1,21 Ghi chú: CT 1: Ô dương xỉ;
0 20 40 60 80 100 120 C hi ề u c a o c â y ( c m ) CT 1 32.83 41.53 50.83 57.67 62.33 95.93 97.41 116.73 CT 2 (ĐC) 83.03 88.67 92.44 94.67 96.57 95.93 102.83 119.03 Tháng 9/201 Tháng 10/20 Tháng 11/20 Tháng 12/20 Tháng 1/201 Tháng 2/201 Tháng 3/201 Tháng 4/201
Hình 3.3: Biểu đồ sự sinh trưởng qua chiều cao cây Dương xỉ
Dựa vào bảng 3.8 và hình 3.3 cho thấy:
Sau 8 tháng, chiều cao cây đều tăng ở cả 2 công thức. Tuy nhiên ở công thức 1 chiều cao cây tăng mạnh hơn so với cây ở công thức 2. Kết quả của 3 lần nhắc lại và độ lệch tiêu chuẩn trong mỗi công thức trồng cây.
Công thức 1, sau 8 tháng chiều cao cây tăng lên 83,9cm. Giai đoạn đầu thí nghiệm từ tháng 9/2012 đến tháng 12/2013 chiều cao cây tăng chậm hơn (tăng 24,84cm) so với giai đoạn sau (từ tháng 1/2013 đến tháng 4/2013 chiều cao cây tăng 54,4cm). Nguyên nhân là do ở giai đoạn sau mưa nhiều, thời tiết thuận lợi cho cây sinh trưởng. Ở công thức 2, sau 8 tháng chiều cao cây tăng được 36cm. Điều này phản ánh đúng với thực tế. Dương xỉ sau 4 năm trồng không cắt cây già nên sinh trưởng chậm hơn so với những cây dương xỉ đã được cắt.
b. Sinh khối thân lá
Đánh giá sự sinh trưởng của loài cây dương xỉ trên đất ô nhiễm còn thể hiện qua năng xuất chất xanh và chất khô (bảng 3.9).
Bảng 3.9: Sinh khối thân lá cây Dƣơng xỉ năm thứ 4 trên đất sau khai thác thiếc
Đơn vị: kg/m2
Sinh khối tƣơi Sinh khối khô
Dương xỉ 1,41±0,23 0,78±0,55
Cây Dương xỉ được cắt ngang thân cách gốc 7 – 10cm, trên diện tích là 1m2
. Kết quả thể hiện sinh khối tươi và sinh khối khô của cây sau 3 lần nhắc lại và độ lệch chuẩn. Sinh khối tươi của cây Dương xỉ đạt 1,4 kg/m2. Sau khi phơi khô đến khối lượng không đổi thu được sịnh khối khô là 0,783 với độ lệch chuẩn là 0,55.
Qua bảng số liệu cho thấy, trên 1m2 khối lượng rễ thu được là 0,31 kg. Sau khi phơi khô thu được sinh khối rễ khô đạt 0,17 kg với tức là chỉ bằng 51% so với khối lượng rễ tươi.
Như vậy, sau 4 năm trồng Dương xỉ sinh trưởng và phát triển bình thường chứng tỏ khả năng tồn tại và thích nghi cao của dương xỉ trên đất sau khai thác thiếc vốn rất nghèo kiệt và có độ chua cao.
c. Chiều dài rễ cây
Để đánh giá khả năng sinh trưởng của cây trên đất ô nhiễm sau khai thác thiếc thì chiều dài rễ qua các tháng cũng là yếu tố cần xác định. Chiều dài rễ càng dài thì khả năng phát triển của rễ càng mạnh. Đây là yếu tố quan trọng đánh giá khả năng sinh trưởng của cây trên đất thoái hóa suy kiệt, cũng như khả năng hấp thu KLN của cây trong các tầng sâu của đất.
Bảng 3.10: Theo dõi chiều dài rễ cây Dƣơng xỉ năm thứ 4 sau trồng
Đơn vị: cm/cây
Thời điểm Chiều dài rễ
CT 1 CT 2 CV (%)
Tháng 9/2012 38,513 ± 0,52 37,814 ± 1,041 2,134
Tháng 4/2013 42,234 ± 1,361 40,556 ± 0,523 2,485
Ghi chú:
CT 1: Ô dương xỉ được chăm sóc, cắt lá 4 tháng/lần
CT 2: Ô đối chứng (dương xỉ để mọc tự nhiên, không chăm sóc)
Bảng số liệu trên cho thấy kết quả vào thời điểm bắt đầu làm thí nghiệm và sau 8 tháng thí nghiệm đo sinh trưởng chiều dài rễ của dương xỉ. Trung bình 3 lần nhắc lại và độ lệch trong khoảng tiêu chuẩn. Sau 8 tháng chiều dài rễ dương xỉ (CT1) trồng năm thứ 4 tăng lên khoảng 3,73cm, chiều dài rễ dương xỉ (CT2)
tăng khoảng 2,7 cm. Như vậy chiều dài rễ cây ở CT1 cao hơn so với dương xỉ ở CT2. Điều này đúng với kết quả đo chiều cao và sinh khối thân lá của cây.
d. Sinh khối rễ
Sau 8 tháng nghiên cứu tiến hành đo đếm rễ và sinh khối rễ để đánh giá mức thích nghi, sinh trưởng và phát triển được trên đất ô nhiễm sau khai thác thiếc
Bảng 3.11: Sinh khối rễ của Dƣơng xỉ năm thứ 4sau khai thác thiếc
Đơn vị: kg/m2
Thời gian
CT Sinh khối rễ tươi Sinh khối rễ khô
CT 1 0,821 ± 2,752 0,409 ± 1,327
CT 2 0,759± 1,602 0,382 ± 0,734
CV % 2,083 4,164
Ghi chú:
CT 1: Ô dương xỉ được chăm sóc, cắt lá 4 tháng/lần
CT 2: Ô đối chứng (dương xỉ để mọc tự nhiên, không chăm sóc)
Qua bảng số liệu trên cho thấy kết quả về lượng rễ tươi và khô của loại cây trồng thí nghiệm trên đất sau khai thác thiếc. Kết quả cho thấy: đối với sinh khối rễ, kết quả nghiên cứu thu được phù hợp với kết quả nghiên cứu sinh khối thân lá.
Rễ tươi trung bình ở cả 3 lần nhắc lại ở công thức 1 đạt lượng 0,821 kg; công thức 2 trồng dương xỉ đạt trung bình 0,759kg; Rễ khô trung bình ở cả 3 lần nhắc lại ở công thức 1 đạt lượng 0,409 kg; công thức 2 đạt trung bình 0,382 kg;
Như vậy, sau 4 năm trồng Dương xỉ, ở cả 2 công thức đều cho thấy bộ rễ của chúng đều phát triển mạnh chứng tỏ khả năng tồn tại và thích nghi của dương xỉ trên đất sau khai thác thiếc vốn rất nghèo kiệt và có độ chua cao.
3.5. Khả năng hấp thụ KLN của Vetiver và Dƣơng xỉ trồng năm thứ 4 trên đất sau khai thác thiếc
Cây Dương xỉ và Vetiver được trồng để xử lý kim loại nặng trong đất, sau 4 năm sinh trưởng và phát triển đã tích lũy một hàm lượng KLN nhất định trong thân,
lá, rễ. Để đánh giá lượng hấp thu kim loại nặng tại vùng đất ô nhiễm sau khai thác thiếc của cây cần lấy mẫu về phân tích. Các mẫu thực vật được tiến hành lấy ở các vị trí khác nhau với 3 lần nhắc lại, sau khi phơi khô phân tích tại phòng thí nghiệm. Bảng 3.12 cho kết quả về lượng hấp thu ba nguyên tố kim loại nặng Pb, Cd và As của cây thí nghiệm.
Bảng 3.12: Hàm lƣợng kim loại nặng trong cây
Đơn vị: mg/kg
KLN
Năm 2011 Năm 2013
Dƣơng xỉ Vetiver Dƣơng xỉ Vetiver
Thân, lá Rễ Thân, lá Rễ Thân, lá Rễ Thân, lá Rễ Pb 7,14 39,41 6,78 21,47 47,07 105,23 41,63 131,81 Cd 0,61 0,8 0,36 0,55 2,01 3,56 1,84 2,87 As 11,54 22,31 16,42 26,43 34,62 69,24 34,39 58,43
Bảng 3.12 thể hiện hàm lượng kim loại nặng trong cây Dương xỉ và Vetiver năm 2011 và năm 2013. Nhận thấy hàm lượng KLN trong cây năm 2011 thấp hơn rất nhiều so với hàm lượng KLN năm 2013. Điều này chứng tỏ rằng, Dương xỉ và Vetiver đã hấp thu KLN tốt và tích lũy trong sinh khối ngày càng nhiều, cụ thể như sau:
Hàm lượng kim loại nặng trong thân lá cây Dương xỉ: Hàm lượng Pb hấp thu trong thân lá năm 2013 tăng lên gấp 6,59 lần so với năm 2011. Hàm lượng Cd cũng tăng từ 0,61 mg/kg năm 2011 lên 2,01 năm 2013. Hàm lượng As, tăng từ 11,54 lên 34,62 mg/kg, tức là tăng lên 23,08mg/kg. Điều này chứng tỏ rằng, hàm lượng KLN mà Dương xỉ và Vetiver tích lũy được tỉ lệ thuận với thời gian sinh trưởng và phát triển.
Hàm lượng kim loại nặng trong thân lá cây Vetiver: Hàm lượng Pb hấp thu trong thân lá năm 2013 tăng lên 16,29% lần so với năm 2011. Hàm lượng Cd cũng tăng từ 19,56%. Tăng ít nhất là hàm lượng As, chỉ tăng từ 16,42 lên 34,39 mg/kg.
Hàm lượng KLN trong rễ cây Dương xỉ: Nhận thấy năm 2011, rễ cây Dương xỉ đã hấp thu 39,41 mg/kg Pb, năm 2013 thì hàm lượng này tăng lên
105,23mg/kg tức là tăng gấp 2,67 lần. Hàm lượng Cd tăng từ 0.8mg/kg lên 3,56mg/kg tức là tăng lên 2,76 mg/kg. Hàm lượng As, tăng từ 22,31mg/kg lên 69,24 mg/kg, tăng gấp 3,1 lần.
Hàm lượng KLN trong rễ cỏ Vetiver: Nhận thấy năm 2011, rễ cỏ Vetiver đã hấp thu 21,47 mg/kg Pb, năm 2013 hàm lượng này tăng lên 131,81 mg/kg tức là tăng gấp 6,14 lần. Hàm lượng Cd tăng từ 0.55mg/kg lên 2,87mg/kg tức là tăng 5,21 lần. Tăng ít nhất là hàm lượng As, chỉ tăng từ 26,43 lên 58,43. Tức là tăng 2,21 lần so với năm 2011. Trong các nguyên tố KLN thì cỏ Vetiver hấp thu nhiều nhất hàm lượng Pb và ít nhất là As.
Lượng hấp thu KLN trong thân lá và rễ của Dương xỉ và Vetiver nghiên cứu là không giống nhau. Các bộ phận rễ cây tích lũy hàm lượng KLN nhiều hơn so với thân lá. Loại cây nghiên cứu đều hấp thụ tốt Pb, As và Cd. Tuy nhiên theo kết quả phân tích, Pb và As được tích lũy trong cây nhiều hơn nhiều so với Cd, có thể do nồng độ Pb và As trong đất cao hơn, điều này khẳng định Dương xỉ và Vetiver là một loài siêu tích tụ As, chúng vẫn sinh trưởng, phát triển bình thường trên đất bị ô nhiễm.
3.6. Đánh giá chất lƣợng môi trƣờng đất sau 4 năm trồng Dƣơng xỉ và Vetiver
3.6.1. Đánh giá sự thay đổi dung trọng đất
Dung trọng của đất là tỉ số giữa khối lượng đất khô (kể cả những lỗ hổng ) với khối lượng của nước cùng một thể tích ở 40
c. Dung trọng phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hàm lượng chất hữu cơ và kết cấu đất. Sự thay đổi dung trọng đất (bảng 3.13) qua các thời điểm theo dõi phần nào đánh giá được sự khác biệt trước và sau khi trồng cây hấp thụ kim loại nặng trên đất sau khai thác thiếc.
Bảng 3.13: Dung trọng của đất
( Đơn vị g/cm3)
Chỉ tiêu Công thức 1 Công thức 2 Đối chứng
Dương xỉ Vetiver Dương xỉ Vetiver
Dung trọng 1,50 ± 0,01 1,392 0,033 1,48 ± 0,01 1,197 0,027 1,631
Ghi chú:
Qua bảng 3.13 cho thấy sự khác nhau cơ bản về dung trọng của công thức 1 và công thức 2 so với đất đối chứng. Cụ thể là ở công thức đối chứng dung trọng có giá trị là 1,631 biểu hiện đất khô cằn, nghèo dinh dưỡng, trong khi đó ở công thức 1 dung trọng trong đất giảm 14,65% so với đất đối chứng, ở công thức 2 dung trọng đất giảm 26,6% so với đất đối chứng làm chất lượng đất được cải thiện đáng kể. Từ kết quả theo dõi và số liệu thống kê có thể đánh giá sự kết hợp giữa cây Vetiver và dương xỉ ở công thức 2 làm tăng độ tơi xốp của đất ở mức độ tối ưu do quá trình giữ ẩm bề mặt tương đối tốt . Qua đó nhận thấy hiệu quả rõ rệt từ việc sử dụng thực vật trong quá trình cải tạo chất lượng đất .
3.6.2. Đánh giá sự thay đổi hàm lượng KLN trong đất đất qua quá trình cải tạo trồng các loài thực vật hấp thu KLN trồng các loài thực vật hấp thu KLN
Kết quả phân tích hàm lượng Pb, Cd, As trong đất khu vực trồng cỏ Vetiver và Dương xỉ được thể hiện thông qua bảng sau (bảng 3.14):
Bảng 3.14: Kết quả phân tích hàm lƣợng KLN trong đất
Đơn vị: mg/kg KLN Năm 2011 Năm 2013 QCVN 03:2008/ BTNMT CT1 CT2 CT 1 CT 2 CT 3 CT 4 Pb 145,3 298,4 97,70 169,6 189,4 369,2 70 Cd 8,29 3,32 6,74 2,76 1,59 4,43 2 As 49,36 29,2 6,81 3,38 1,65 10,76 12 Ghi chú: CT 1: Dương xỉ CT 2: Vetier
CT 3: Dương xỉ lẫn Vetiver CT 4: Đối chứng
Qua bảng 3.14 cho thấy: Hàm lượng KLN trong đất sau 4 năm nghiên cứu thí nghiệm trồng Dương xỉ và Vetiver giảm đáng kể so với năm 2011. Một số chỉ tiêu về hàm lượng KLN đã nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 03:2008 của bộ TNMT dành cho đất sử dụng trong mục đích nông nghiệp.
Đối với đất trồng Dương xỉ: Hàm lượng chì (Pb) đạt 97,70 mg/kg đã giảm so với đất đối chứng (369,2mg/kg) ≈ 3,78 lần nhưng cao hơn 1,39 lần so với QC;
Hàm lượng cadimi (Cd) là 6,74 mg/kg, vẫn cao hơn ≈ 1,52 lần so với đất đối chứng (4,43 mg/kg) và cao hơn ≈ 3,37 lần so với QC; Hàm lượng asen (As) là 6,81 mg/kg, giảm ≈ 1,58 lần so với đất đối chứng (10,76 mg/kg) và cao hơn ≈ 0,56 lần so với QC. Hàm lượng Pb, Cd đều vượt quá QC, như vậy cần tiếp tục áp dụng thực hiện các biện pháp xử lý đất bị ô nhiễm ở khu vực này.
- Đối với đất trồng Vetiver: Hàm lượng chì (Pb) đạt 169,6 mg/kg đã giảm so với đất đối chứng (369,2mg/kg) ≈ 2,17 lần nhưng vẫn cao hơn 2,42 lần so với QC; Hàm lượng cadimi (Cd) là 2,76 mg/kg, giảm ≈ 1,6 lần so với đất đối chứng (4,43 mg/kg) nhưng vẫn cao hơn 1,38 lần so với QC; Hàm lượng asen (As) là 3,38 mg/kg, giảm ≈ 3,18 lần so với đất đối chứng (10,76 mg/kg) và thấp hơn 3,55 lần so với QC. Trong công thức này, khi trồng cỏ Vetiver thì hàm lượng Pb và Cd cũng vẫn vượt quá QC, do đó cần tiếp tục nhân rộng mô hình trồng 2 loại cây này để xử lý KLN trong đất.
- Đối với đất trồng xen lẫn Vetiver và Dương xỉ: Hàm lượng chì (Pb) đạt 189,4 mg/kg đã giảm so với đất đối chứng (369,2mg/kg) ≈ 1,9 lần nhưng vẫn cao hơn 2,71 lần so với QC; Hàm lượng cadimi (Cd) là 1,59 mg/kg, giảm ≈ 2,78 lần so với đất đối chứng (4,43 mg/kg) và thấp hơn 1,25 lần so với QC; Hàm lượng asen (As) là 1,65 mg/kg, giảm ≈ 6,5 lần so với đất đối chứng (10,76 mg/kg) và thấp hơn 7,27 lần so với QC. Có thể nhận thấy rằng, khi trồng xen Vetiver và Dương xỉ, hàm lượng KLN không những giảm mà còn nằm trong giới hạn cho phép của QC,qua đó nhận thấy hiệu quả của việc trồng xen Dương xỉ và Vetiver trong việc xử lý KLN.
3.6.3. Sự thay đổi thành phần dinh dưỡng trong đất qua quá trình cải tạo trồng các loài thực vật hấp thu KLN các loài thực vật hấp thu KLN
- pH là chỉ số đặc trưng cho độ chua của đất, nó có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình lý hóa sinh học của đất và có tác động không nhỏ đến hệ thống cây trồng. Mỗi loại cây trồng khác nhau thích nghi với các pH khác nhau, nhưng nhìn chung đa số cây trồng thích nghi ở pH trung tính hoặc kiềm yếu.
- Mùn là nguồn cung cấp thức ăn cho cây và có ảnh hưởng lớn đến tính chất hóa lý, sinh học đất. Tỉ lệ mùn càng nhiều thì đất càng tốt.
Bảng 3.15: Kết quả phân tích pH và OM của đất nghiên cứu sau 4 năm trồng Dƣơng xỉ và Vetiver Năm 2011 Năm 2013 CT1 CT2 CT 1 CT 2 CT 3 CT 4 pHKCl 5 5,5 6,5 6,66 6,67 3,59 OM % 2,0 2,3 3,66 3,6 4,5 1,7 CT 1: Dương xỉ CT 2: Vetier
CT 3: Dương xỉ lẫn Vetiver CT 4: Đối chứng Qua bảng 3.15 cho thấy:
- Độ pH của đất sau 4 năm trồng cây Dương xỉ và Vetiver có sự thay đổi rõ rệt qua các năm. Độ pH của đất năm 2011 thấp (pH = 5), và ở độ pH này làm cho đất bị chua, ảnh hưởng xấu tới tính chất đất, gây bất lợi cho sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật. Sau một thời gian trồng Dương xỉ và Vetiver độ pH của đất nghiên cứu đã có sự tăng lên đáng kể, năm 2013, pH của đất trồng Dương xỉ là 6,5 và Vetiver là 6,66; cao hơn so với đất đối chứng (pHĐC = 3,59). Theo thang đánh giá (xem phần phụ lục 2.1), đất này thuộc loại đất trung tính. Điều này cho thấy pH đất đã được cải thiện và dần là điều kiện thích nghi cho một số loại cây trồng ưa đất chua như cây chè, và một số loại cây hoa màu,