a, Một số khái niệm
3.6.3. Sự thay đổi thành phần dinh dưỡng trong đất qua quá trình cải tạo
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, lương thực khác.
- Hàm lượng mùn trong đất năm 2011 vẫn còn ở mức thấp so với thang đánh giá (xem phần phụ lục 2.2) rất nghèo mùn. Năm 2013,tỉ lệ mùn ở thí nghiệm trồng dương xỉ là 3,66% và ở công thức trồng Vetiver là 3,6%, đã chạm tới mức đất có hàm lượng mùn trung tính (2 - 4%) so với thang tiêu chuẩn và cao hơn rất nhiều so với đất đối chứng. Cho thấy, sau 4 năm trồng Dương xỉ và Vetiver đã cung cấp một hàm lượng chất hữu cơ khá tốt cho đất. Nhưng nên kết hợp trồng xen Vetiver và Dương xỉ vì trong công thức trồng lẫn 2 loại cây này, độ pH và hàm lượng OM được cải thiện nhiều hơn.
Tóm lại: Tính chất đất thí nghiệm thay đổi sau khi thực hiện trồng Dương xỉ và Vetiver trên đất ô nhiễm. Các thông số về chỉ tiêu pH, OM tổng số trong đất trồng cây đều tăng so với đất ban đầu.
Tuy nhiên, không thể tránh khỏi những sai số kĩ thuật. Hàm lượng pH trong đất tăng hơn so với đất ban đầu một phần là do cây trồng cải tạo và cung cấp, phần còn lại có thể do quá trình bón vôi trong quy trình chăm sóc cây thí nghiệm đã bổ sung vào đất một lượng nhất định.
Giảm độ chua cho đất, tăng cường hàm lượng mùn là điều cần thiết và kết quả mong đạt được của thí nghiệm. Bởi vậy, sau khi xử lý đất sau khai thác thiếc mới có thể có đưa vào sản xuất nông lâm nghiệp. Với chất lượng đất như hiện nay người dân có thể trồng một số loại cây như: chè, khoai lang, sắn,…là những loài cây đem lại hiệu quả kinh tế.
3.7. Nghiên cứu khả năng hấp thụ KLN trong Dƣơng xỉ và Vetiver
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 3.16 cho kết quả về lượng hấp thu ba nguyên tố kim loại nặng Pb, Cd và As của cây thí nghiệm.
Bảng 3.16: Hàm lƣợng KLN tích tụ 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 Rế 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 Qua bảng 3.16 nhận thấy:
Hàm lượng KLN trong cây năm 2011 thấp hơn rất nhiều so với hàm lượng KLN năm 2013.
- Đối với 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. 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.
- Đối với Vetiver: Hàm lượng KLN trong thân lá cây Vetiver năm 2011 và 2013. Hàm lượng Pb hấp thu trong thân lá năm 2013 tăng lên 16,29% 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. Nhận thấy năm 2011, rễ cỏ Vetiver đã hấp thu 21,47 mg/kg Pb, năm 2013 thì 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.
3.8. Nghiên cứu biện pháp xử lý Dƣơng xỉ và Vetiver trồng trên đất nhiễm KLN sau thu hoạch
3.8.1. Biện pháp xử lý sinh khối
Để nghiên cứu biện pháp xử lý sinh khối cây, tiến hành thí nghiệm trên diện tích là 36 m2 như sau:
- Cắt ngang thân cây Dương xỉ và Vetiver (cách gốc 7 – 10cm), thu gom, cân sinh khối tươi thu được khối lượng M1.
- Phơi cây dưới trời nắng đến khối lượng không đổi cân sinh khối khô thu được khối lượng M2.
- Đốt cây khô thu được khối lượng M3.
Bảng 3.17: Kết quả tro hóa sinh khối thân lá của Dƣơng xỉ và Vetiver
(Đơn vị: kg/36m2
).
Khối lƣợng (Kg) Tỉ lệ (%)
Dương xỉ Vetiver Dương xỉ Vetiver
Sinh khối tươi (M1) 50,4 39,96 100 100
Sinh khối khô(M2) 28,18 20,16 55,91 50,45
Tro (M3) 2,93 2,64 5,81 6,6
Bảng 3.17 thể hiện sinh khối tươi, khô và tro sau đốt của Dương xỉ và Vetiver trên diện tích 36m2. Nhận thấy sinh khối tươi Dương xỉ đạt 50,4 kg, sau khi phơi khô thì khối lượng M2 là 28,18 kg, tức là giảm đi 22,22kg. Khối lượng M3 thu được sau đốt là 2,93, tức là chỉ 5 – 6% so với M1 và 10 – 11% so với M2. Đối với Vetiver, khối lượng tro (M3) thu được chỉ 13,1% so với Sinh khối khô(M2) và 6,6% so với sinh khối tươi(M1). Như vậy thu gom, phơi khô và tro hóa là biện pháp giảm sinh khối cỏ Vetiver sau khi trồng trên đất ô nhiễm kim loại nặng rất hiệu quả và tiết kiệm chi phí.
3.8.2. Biện pháp xử lý tro sau đốt
Sau khi thu được khối lượng tro ta tiến hành thí nghiệm chia số tro làm 3 túi với khối lượng bằng nhau và xử lý theo các công thức:
- CT1 : tro không bón vôi (đối chứng), bổ sung độ ẩm từ 30 – 40%
- CT2 : Tro được bón vôi với tỉ lệ 20% so với khối lượng, bổ sung độ ẩm từ 30 – 40%
- CT3: Tro được bón vôi với tỉ lệ 40% so với khối lượng, bổ sung độ ẩm từ 30 – 40%
Tro sau đốt được để trong túi nilon, ủ sau thời gian 2 tháng thì mang đi phân tích. Kết quả thu được thể hiện trong bảng 3.18:
Bảng 3.18: Hàm lƣợng KLN tổng số trong tro sau thí nghiệm (Đơn vị: mg/kg) Dƣơng xỉ Vetiver CT1 CT2 CT3 CT1 CT2 CT3 Pb 112,47 109,10 110,23 105,96 102,82 101,87 Cd 7,23 6,56 7,07 4,68 4,53 4,47 As 110,98 109,13 111,45 87,53 85,28 83,98 pH 6,95 8,97 11,89 6,9 9,4 11,8
Báng 3.18 thể hiện hàm lượng KLN trong tro sau đốt và sau đốt 2 tháng. Nhận thấy, sau đốt 2 tháng hàm lượng KLN trong các công thức có thay đổi nhưng không nhiều.
Độ pH của các mẫu ở công thức 1 là 6,95, ở công thức 2 và 3 có xu hướng tăng lên. Cụ thể ở công thức 2 độ pH tăng lên 8,97, công thức 3 tăng lên 11,89. Điều này chứng tỏ khi bón vôi vào tro thì độ pH tăng lên, càng bón nhiều vôi thì pH càng cao.
Bảng 3.19: Hàm lƣợng KLN dễ tiêu trong tro sau thí nghiệm
(Đơn vị: mg/kg) Dƣơng xỉ Vetiver CT1 CT2 CT3 CT1 CT2 CT3 Pb 0,00395 0,00196 0,00135 0,01451 0,00994 0,00325 Cd 0,00272 0,00182 0,00005 0,00245 0,00231 0,00230 As 3,27 1,44 1,37 476,52 435,37 395,73
Qua bảng 3.19 có thể nhận thấy được hiệu quả bước đầu của việc xứ lý tro của Dương xỉ và Vetiver bằng vôi bột. Với những tỉ lệ bón vôi khác nhau là 20% và 40%, nhận thấy được sự thay đổi hàm lượng KLN dễ tiêu trong tro. Mặc dù chưa có sự thay đổi hàm lượng KLN quá lớn, song hàm lượng KLN trong tro khi được xử lý với hàm lượng 20% vôi bột thì hàm lượng Pb, Cd và As đều giảm, cụ thể như sau:
- Đối với Dương xỉ: Hàm lượng Pb ở công thức bón 20% vôi và 40% vôi đã giảm lần lượt là 0,00199 và 0,0026 mg/kg so với công thức không được bón vôi. Hàm lượng Cd ở công thức bón 20% và 40% vôi giảm lần lượt là 0,0009 và
0,00267 mg/kg so với công thức không bón vôi, Hàm lượng As ở công thức bón 20% và 40% vôi giảm lần lượt 1,83 và 1,9 mg/kg so với công thức không bón vôi.
- Đối với Vetiver: Hàm lượng Pb ở công thức bón 20% và 40% vôi giảm lần lượt là 0,0457 và 0,01126 mg/kg so với công thức không bón vôi. Hàm lượng Cd ở công thức bón 20% và 40% vôi giảm lần lượt là 0,00001 và 0,00002 mg/kg so với công thức không bón vôi. Hàm lượng As ở công thức bón 20% và 40% vôi giảm lần lượt là 41,15 và 80,79 mg/kg so với công thức không bón vôi.
Như vậy, qua bảng 3.19 nhận thấy rằng, hàm lượng As dễ tiêu trong Vetiver cao hơn Dương xỉ nhiều lần, chứng tỏ khả năng hấp thu và cố định As của Vetiver tốt hơn của Dương xỉ. Qua đó cũng thấy được hàm lượng KLN dễ tiêu trong các công thức đã có sự thay đổi. Đây sẽ là nền móng và tiền đề cho các nghiên cứu xử lý thực vật sau hấp thu KLN sau này.
3.9. Nghiên cứu biện pháp xử lý đất sau thu hoạch Dƣơng xỉ và Vetiver
Sau khi thu hoạch sinh khối Dương xỉ và Vetiver, phần đất và rễ còn lại cũng chứa một hàm lượng rất lớn KLN. Vì vậy nghiên cứu biện pháp xử lý là rất quan trọng.
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài phần đất và rễ sẽ được xử lý theo các công thức sau đây:
- Công thức 1: Cuốc lật đất thu gom rễ
- Công thức 2: Cuốc lật đất và bón vôi (2000 kg/ha) Phân tích KLN trong đất sau 3 tháng.
3.9.1. Hàm lượng mùn và pH trong đất trước và sau thí nghiệm xử lý rễ
Kết quả phân tích pH và hàm lượng các chất dinh dưỡng tổng số của đất
trồng Duơng xỉ và Vetiver trước và sau thí nghiệm như sau:
Bảng 3.20: Độ pH, OM trƣớc và sau thí nghiệm xử lý rễ
Dƣơng xỉ Vetiver Đối
chứng
Trước thí
nghiệm nghiệm Sau thí Trước thí nghiệm nghiệm Sau thí
CT1 CT2 CT1 CT2 CT1 CT2 CT1 CT2 pH
6,35 6,4 6,37 8,6 6,57 6,73 6,56 8,5 3,59
Mùn
Bảng 3.20 thể hiện độ pH,OM của đất trước và sau thí nghiệm. Độ pH của đất trước thí nghiệm ở công thức 1 là 6,35, sau thí nghiệm đạt 6,34, tức là khi cuốc lật đất, nhặt rễ sau thời gian 3 tháng thì độ pH của đất không thay đổi. Ở công thức 2, trước thí nghiệm pH là 6,4, sau thí nghiệm bổ sung vôi thì độ pH tăng lên 8,6.
Hàm lượng mùn trong đất trước thí nghiệm ở công thức 1 là 3,87%, sau thí nghiệm tăng lên 3,89, Ở công thức 2, trước thí nghiệm hàm lượng mùn là 3,95%, sau thí nghiệm tăng lên 3,98%. Nhận thấy sau thí nghiệm hàm lượng mùn có thay đổi nhưng không nhiều.
3.9.2. Hàm lƣợng kim loại nặng trong đất trƣớc và sau thí nghiệm xử lý rễ và bón vôi
Nghiên cứu xử lý đất sau khi thu hoạch Dương xỉ và Vetiver bằng 3 công thức: - CT1: đất được nhặt bỏ hết rễ cây
- CT2: đất được nhặt bỏ hết rễ sau đó bón 20% vôi bột - CT3: đất được nhặt bỏ hết rễ sau đó bón 40% vôi bột
Bảng 3.21: Hàm lƣợng KLN dễ tiêu trong đất sau thí nghiệm
Đơn vị: mg/kg KLN Dƣơng xỉ Vetiver CT1 CT2 CT3 CT1 CT2 CT3 Pb 0,00327 0,00105 0,00104 0,00389 0,00165 0,00023 Cd 0,00169 0,00154 0,00132 0,01093 0,00069 0,00028 As 18,96 17,14 6,57 24,81 6,43 0,88
Qua bảng 3.21 nhận thấy rằng, hàm lượng KLN dễ tiêu sau thí nghiệm trong đất có đã sự thay đổi giữa các công thức, cụ thể như sau:
- Đối với Dương xỉ: Hàm lượng Pb ở công thức bón 20% vôi và 40% vôi đã giảm lần lượt là 0,00222 và 0,00223 mg/kg so với công thức không được bón vôi. Hàm lượng Cd ở công thức bón 20% và 40% vôi giảm lần lượt là 0,00015 và 0,00037 mg/kg so với công thức không bón vôi, Hàm lượng As ở công thức bón 20% và 40% vôi giảm lần lượt 1,82 và 12,39 mg/kg so với công thức không bón vôi.
- Đối với Vetiver: Hàm lượng Pb ở công thức bón 20% và 40% vôi giảm lần lượt là 0,00224 và 0,00366 mg/kg so với công thức không bón vôi. Hàm lượng Cd ở
công thức bón 20% và 40% vôi giảm lần lượt là 0,01024 và 0,01065 mg/kg so với công thức không bón vôi. Hàm lượng As ở công thức bón 20% và 40% vôi giảm lần lượt là 18,38 và 23,93 mg/kg so với công thức không bón vôi.
Tóm lại: tính chất đất thí nghiệm thay đổi đáng kể sau khi thực hiện trồng cỏ Vetiver và Dương xỉ sau khi thực hiện thí nghiệm trên đất ô nhiễm. Các thông số về chỉ tiêu pH, OM tổng số trong đất trồng cây đều tăng so với đất ban đầu. Hàm lượng kim loại nặng trong đất cũng đã có những chuyển biến tích cực, cụ thể là hàm lượng Pb, Cd, As di động đã giảm đi đáng kể.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Loài thực vật nghiên cứu Dương xỉ và Vetiver trồng năm thứ 4 sinh trưởng tương đối tốt trên đất nghèo kiệt và bị ô nhiễm KLN do hoạt động khai thác thiếc. Hàm lượng kim loại nặng tích lũy trong các bộ phận thân lá và rễ của cây tương đối cao. Việc trồng loại cây này đã có tác dụng cải tạo đất và làm giảm mức độ ô nhiễm trong đất rõ rệt. Cụ thể như sau:
* Khả năng thích nghi, sinh trưởng, phát triển của cây Dương xỉ và Vetiver
Kết quả thu thập sau 8 tháng nghiên cứu, cho thấy cây Dương xỉ và Vetiver năm thứ 4 trồng trên đất ô nhiễm sau khai thác thiếc vẫn sinh trưởng, phát triển bình thường theo đặc tính của cây.
* Hàm lượng kim loại nặng trong đất trước khi trồng
Môi trường đất trên địa bàn xã Hà Thượng tại khu vực thực hiện thí nghiệm có hiện tượng bị ô nhiễm KLN. Hàm lượng Asen, Cd, Pb đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép QCVN 03:2008 (hàm lượng Pb trong đất là 310 mg/kg, Cd là 12 mg/kg, hàm lượng As là 162,5 mg/kg).
* Chất lượng đất sau quá trình xử lý ô nhiễm bằng thực vật
