3. Ý nghĩa của đề tài
2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
- Thực vật nghiên cứu là cây sậy (danh pháp khoa học: Phragmites australis), là một loài cây lớn thuộc họ Hòa thảo (Poaceae) có nguồn gốc ở những vùng đất lầy ở cả khu vực nhiệt đới và ôn đới của thế giới. Trong đề tài này, sậy được lấy ở khu vực trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.
- Nghiên cứu sậy trên các loại đất bị ô nhiễm KLN khác nhau As, Pb, Zn và Cd. Cụ thể như sau:
+ As được bổ sung vào đất dưới dạng muối Na2HAsO4.7H2O với các nồng độ khác nhau
+ Zn được bổ sung vào đất dưới dạng muối Zn(NO3)2 với các nồng độ khác nhau.
+ Pb được bổ sung vào đất dưới dạng muối Pb(NO3)2 với các nồng độ khác nhau.
+ Cd được bổ sung vào đất dưới dạng muối Cd(NO3)2 với các nồng độ khác nhau.
2.1.2. Phạm vi, địa điểm nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện trong điều kiện thí nghiệm:
+ Mẫu đất được lấy tại vị trí Trung tâm nghiên cứa thực hành thực nghiệm Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên
+ Thí nghiệm nghiên cứu được thực hiện tại Trung tâm thực hành thực nghiệm trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên.
2.2. Thời gian nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu bắt đầu thực hiện từ tháng 9/2011 đến 9/2012
2.3. Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá khả năng sinh trưởng của cây Sậy trong điều kiện đất bị ô nhiễm các KLN: As, Pb, Cd, Zn với các nồng độ ô nhiễm khác nhau;
- Nghiên cứu khả năng hấp thụ các KLN: As, Pb, Cd, Zn của cây Sậy trong điều kiện thí nghiệm, đất trồng sậy được bổ sung nồng độ KLN biết trước. Cụ thể:
+ Nồng độ As được bổ sung vào đất từ 70ppm – 210ppm; + Nồng độ Pb được bổ sung vào đất từ 500ppm đến 2000ppm; + Nồng độ Cd được bổ sung vào đất từ 20ppm đến 60ppm; + Nồng độ Zn được bổ sung vào đất từ 1000ppm đến 3000ppm.
- Đánh giá chất lượng môi trường đất sau khi sử dụng các loài thực vật hấp thu nguyên tố KLN;
2.4. Phương pháp nghiên cứu
Trong quá trình thực hiện nghiên cứu đề tài, chúng tôi sẽ sử dụng các phương pháp sau:
2.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu
Thu thập các tài liệu có liên quan tới các nội dung nghiên cứu từ các số liệu sẵn có tại khu vực thực hiện, tham khảo các tài liệu trên sách, báo, internet, các nghiên cứu khoa học,…
2.4.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm
2.4.2.1. Chuẩn bị nguyên liệu nghiên cứu:
- Thí nghiệm được bố trí trên chậu vại: Chậu được sử dụng trong thí nghiệm có chiều cao 35 cm, đường kính 30 cm. Mỗi chậu chứa 6 kg đất, trồng 3 cây.
Mỗi thí nghiệm tương ứng với số kim loại nặng nghiên cứu tiến hành với 4 công thức với 3 lần nhắc lại/công thức (12 chậu). Tổng số kim loại nghiên cứu là 4 (As, Pb, Zn, Cd).
Tổng số chậu vại nghiên cứu: Tổng số chậu nghiên cứu là: 48 (chậu) . Cụ thể được bố trí như sau: 4 kim loại * 4 công thức * 3 lần nhắc lại/KL = 48 (chậu).
* Chuẩn bị đất: đất được lấy về tại lớp đất mặt ở khu vực nhà lưới trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên. Đất lấy về được đập nhỏ, hong khô trong không khí sau đó cho vào chậu với khối lượng là 6kg/1chậu. Mẫu đất
được kiểm tra một số tính chất lý, hoá, và thành phần, chỉ tiêu trong đất. Trước khi trồng sậy. đất được trộn hóa chất và ủ từ 7-10 ngày.
* Chuẩn bị cây sậy: Chọn những cây sậy khỏe mạnh từ trong khu vực trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Sậy được cắt bỏ phần ngọn, để thân dài khoảng 15-20 cm.
- Chuẩn bị một số nguyên liệu khác:
+ Phân NPK (100g*48 chậu = 4,8kg NPK).
+ Hóa chất: Chuẩn bị muối Zn(NO3)2, Na2HAsO4.7H2O, Pb(NO3)2, Cd(NO3)2.
+ Một số nguyên liệu phụ khác.
2.4.2.2. Bố trí thí nghiệm
Bố trí thí nghiệm theo dõi khả năng sinh trưởng, sinh khối và khả năng hút Cd, Zn, Pb và As của cây Sậy:
+ Thí nghiệm đánh giá khả năng sinh trưởng và hút Pb của cây Sậy
Gồm 4 công thức, 3 lần nhắc lại. Bố trí trên chậu nhựa chứa 6 kg đất bố trí theo phương pháp ngẫu nhiên.
Công thức 1: Đất không bị ô nhiễm Pb - Công thức đối chứng (ĐC) Công thức 2: Đất nhiễm Pb: Nền + 500 ppm
Công thức 3: Đất nhiễm Pb: Nền + 1000 ppm Công thức 4: Đất nhiễm Pb: Nền + 2000 ppm
+ Thí nghiệm đánh giá khả năng sinh trưởng và hút As của cây Sậy Gồm 4 công thức, 3 lần nhắc lại. Bố trí trên chậu nhựa chứa 6 kg đất bố trí theo phương pháp ngẫu nhiên.
Công thức 1: Đất không bị ô nhiễm As (ĐC) Công thức 2: Đất nhiễm As: Nền + 70 ppm Công thức 3: Đất nhiễm As: Nền + 140 ppm Công thức 4: Đất nhiễm As: Nền + 210 ppm
Gồm 4 công thức, 3 lần nhắc lại. Bố trí trên chậu nhựa chứa 6 kg đất bố trí theo phương pháp ngẫu nhiên.
Công thức 1: Đất không bị ô nhiễm Cd (ĐC) Công thức 2: Đất nhiễm Cd: Nền + 20 ppm Công thức 3: Đất nhiễm Cd: Nền + 40 ppm Công thức 4: Đất nhiễm Cd: Nền + 60 ppm
+ Thí nghiệm đánh giá khả năng sinh trưởng và hút Zn của cây Sậy Gồm 4 công thức, 3 lần nhắc lại. Bố trí trên chậu nhựa chứa 6 kg đất bố trí theo phương pháp ngẫu nhiên.
Công thức 1: Đất không bị ô nhiễm Zn (ĐC) Công thức 2: Đất nhiễm Zn: Nền + 1000 ppm Công thức 3: Đất nhiễm Zn: Nền + 2000 ppm Công thức 4: Đất nhiễm Zn: Nền + 3000 ppm
2.4.3. Phương pháp theo dõi thí nghiệm
Theo dõi sinh trưởng của cây sậy: 1 lần/tháng.
- Theo dõi số cây và chiều cao của cây Sậy: Đếm số lượng cây theo từng đợt theo dõi. Đo từ sát đất đến ngọn của cây, lấy trung bình chiều cao của các khóm trong chậu.
2.4.4. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
* Phương pháp xử lý mẫu:
- Mẫu cây: Mẫu cây sau khi đem sấy ở 1050C cho đến khô hoàn toàn, nghiền nhỏ, bảo quản trong bình hút ẩm.
- Mẫu đất: Sau khi lấy về loại bỏ rễ cây, tạp chất, hong khô trong không khí ở nhiệt độ phòng sau đó đem nghiền qua rây 1mm.
Xác định các chỉ tiêu trong môi trường đất bằng phương pháp có độ chính xác cao thường dùng phổ biến hiện nay trong các phòng phân tích đất ở Việt Nam. Phân tích các chỉ tiêu trong đất bằng các phương pháp cụ thể như sau:
Bảng 2.1: Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích
STT Các chỉ tiêu trong đất Phương pháp phân tích
1 pH(KCl) Đo bằng máy pH meter
2 Mùn(OM) Phương pháp Tiurin
3 Nts Kenđan (Kjeldahl)
4 P2O5 tổng số Phương pháp so màu xanh molipden
5 CEC Phương pháp amoniaxetat
6 KLN trong đất và trong
các loài thực vật
Phương pháp so màu bằng máy Optizen 1412V
2.4.5. Phương pháp tổng hợp và phân tích số liệu
Các kết quả nghiên cứu được tổng hợp và xử lý theo các phương pháp sau: - Tổng hợp trên phần mềm Excel.
- Phân tích phương sai ANOVA (Analysis of Variance), xác định sự sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa LSD (Least Significant Diference).
2.4.6. Phương pháp so sánh
So sánh nồng độ các kim loại nặng nghiên cứu trong đất trước khi tiến hành thí nghiệm với QCVN 03:2008/BTNMT để đánh giá mức độ ô nhiễm khác nhau của các mẫu đất thí nghiệm và là cơ sở để đánh giá khả năng hút kim loại nặng của cây Sậy.
2.5. Các chỉ tiêu, thông số theo dõi
Định kỳ một tháng một lần xác định các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển của cỏ. Sau 4 tháng thí nghiệm tiến hành xác định hàm lượng KLN trong cỏ và còn lại trong đất.
- Theo dõi khả năng sinh trưởng, phát triển của cây Sậy trong môi trường ô nhiễm KLN thông qua các thông số: Số lượng, chiều cao cây của cây Sậy.
- Các thông số, chỉ tiêu theo dõi: Đất (KLN dạng tổng), thực vật (số cây, chiều cao cây, chỉ tiêu KLN trong rễ, thân, lá).
Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Đánh giá chất lượng mẫu đất dùng trong thí nghiệm
Mẫu đất lấy để thực hiện nghiên cứu trong phòng thí nghiệm được lấy ở lớp đất mặt khu vực nhà lưới thuộc trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên. Trước khi trồng sậy, đã tiến hành phân tích các chỉ tiêu cơ bản trong các mẫu đất, nhằm đánh giá chất lượng mẫu đất và tính toán được lượng KLN có sẵn trong đất. Thực hiện bước này chúng ta sẽ xác định chính xác hơn khả năng sinh trưởng và hấp thụ KLN của sậy trong các mẫu đất.
Bảng 3.1: Kết quả phân tích các mẫu đất dùng trong thí nghiệm
Chỉ tiêu Mẫu đất thí nghiệm
Thang đánh giá chất lượng đất đồi
núi Việt Nam Nhận xét
pHKCl 4,8 + pH<4,0: Rất chua; + 4,1<pH<5,5: Chua vừa; + 5,6<pH<7,0: Trung tính + 7,1<pH<8,0: Kiềm yếu; + pH> 8,0: Kiềm mạnh. Đất chua vừa OM (%) 1,03 - Dưới 1%: Rất nghèo mùn; - 1-2%: Hơi nghèo mùn; - 2-4%: Mùn trung bình; - 4-8%: Giàu mùn - > 8: Rất giàu mùn Hơi nghèo mùn Nts (%) 0,07 - Dưới 0,08%: Nghèo; - 0,08-0,15%: Trung bình; - 0,15-0,20: Khá; - Trên 0,20: Giàu. Nghèo đạm P2O5ts (mg/100g đất) 0,06 - <0,06%: Đất nghèo lân; - 0,06-0,1%: Trung bình; - >0,10: giàu lân. Trung bình K2Ots (mg/100g đất) 0,49 - < 0,2 %: Rất nghèo; - 0,2 –0,5 %: Nghèo; - 0,5 –0,8 %: Trung bình; - 0,8 –1,2 %: Khá; - >1,2 %: Giàu Nghèo kali CEC (mgdl/100g đất) 15,25 - <10(mgdl/100g đất): Thấp; - 10-20(mgdl/100g đất): Trung bình; - >20(mgdl/100g đất): Cao Đất có dung tích hấp thu trung bình
Nhận xét:
Trên cơ sở các số liệu phân tích ở bảng 3.1 trên và căn cứ vào thang đánh giá chất lượng đất ta thấy chất lượng mẫu đất được dùng trong thí nghiệm như sau:
- Về độ chua: 4,6<pHKCl= 4,8<5,5, kết quả này cho thấy mẫu đất thuộc loại đất chua vừa.
- Về mùn: 1<OM (%)=1,03<2 theo thang đánh giá mẫu đất được xếp vào loại hơi nghèo mùn.
- Các chỉ tiêu Nts và K2Ots được xếp vào loại nghèo theo thang đánh giá, Nts (%)=0,07<0,08, 0,2<K2Ots (mg/100g đất)=0,49<0,5.
- Dung tích hấp thu CEC trung bình, 10<CEC (mgdl/100gđất)=15,25<20.
* Kết quả phân tích hàm lượng một số kim loại nặng (Zn, Pb, Cd, As) trong đất nghiên cứu được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 3.2: Hàm lượng kim loại nặng trong đất
Đơn vị tính: ppm Chỉ tiêu As Pb Cd Zn Mẫu đất 3,85 16,49 1,89 77,25 QCVN 03:2008/BTNMT 12 70 2 200
(Nguồn: Số liệu phân tích năm 2012)
Nhận xét:
Qua bảng 3.2 ta thấy:
- Nồng độ Zn trong mẫu đất là 77,25 (ppm) thấp hơn 122,75 (ppm) so với QCVN 03:2008/BTNMT.
- Nồng độ Cd trong mẫu đất là 1,89 (ppm) thấp hơn 0,11 (ppm) so với QCVN 03:2008/BTNMT.
- Nồng độ As trong mẫu đất là 3,85 (ppm) thấp hơn 8,15 (ppm) so với QCVN 03:2008/BTNMT.
- Nồng độ Pb trong mẫu đất là 16,49 (ppm) thấp hơn 53,51 (ppm) so với QCVN 03:2008/BTNMT.
* Nhận xét chung về kết quả phân tích mẫu đất:
Qua phân tích các chỉ tiêu trên ta thấy mẫu đất trước khi tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu về KLN (As, Pb, Cd, Zn) đều nằm trong giới hạn cho phép theo QCVN 03:2008/BTNMT. Đất chua, nghèo dinh dưỡng (nghèo Nts
và K2Ots, nghèo mùn), dung tích hấp thu cation trung bình. Vì vậy, trong quá trình trồng cây sậy cần bổ sung thêm phân NPK để tăng dinh dưỡng cho đất.
3.2. Tìm hiểu về đặc điểm sinh học của cây sậy (Phragmites autralis)
Cây sậy có tên khoa học: Phragmites autralis
Là một loài cây lớn thuộc họ Hòa thảo (Poaceae),
Có nguồn gốc ở những vùng đất lầy ở cả khu vực nhiệt đới và ôn đới của thế giới. Nói chung, nó được coi là loài duy nhất trong chi Phragmites. Đây là loài thích ứng pH rộng, có thể lan rộng mọc tự nhiên với tốc độ nhanh, tái sinh cây bằng rễ, thân, ..., rất phù hợp với điều kiện nhiệt đới nóng ẩm của Việt Nam.
Khi các điều kiện sinh trưởng thích hợp, nó có thể tăng chiều cao tới 5m hoặc hơn trong một năm bằng các thân cây mọc thêm theo chiều đứng, và mọc ra các rễ ở những khoảng đều đặn. Các thân cây mọc đứng cao từ 2-6 m, với các thân cây thường là cao hơn trong các khu vực có mùa hè nóng ẩm và đất màu mỡ. Lá của nó là rộng đối với các loài cỏ, dài từ 20-50 cm và bản rộng 2-3 cm. Hoa có dạng chùy có màu tía sẫm mọc dày dặc, dài 20-50 cm. Là loài cây có thể sống trong những điều kiện thời tiết khắc nghiệt và phù hợp với khí hậu Việt Nam. Hệ sinh vật quanh rễ loại cây này có thể phân hủy chất hữu cơ và hấp thu kim loại nặng trong đất.
Bảng 3.3: Đặc điểm thực vật học của cây sậy (Phragmites autralis). Chỉ tiêu Đặc điểm Hình ảnh Rễ Thân Lá Hoa
- Sậy là cây sống lâu năm, rễ bò dài, rất khỏe. - Thân thẳng đứng, cao khoảng 2-4m, mảnh khảnh (đường kính chỉ khoảng từ 1,5-2cm). Thân sậy rỗng ở giữa (nên mới gọi là “ống sậy”).
- Lá dài từ 30-40cm, rộng 1-3,5cm, hình dải hay hình mũi mác, có mỏ nhọn kéo dài, phẳng, nhẵn, mép lá ráp. Lá xếp cách xa nhau, ôm lấy thân ở phía gốc lá, lưỡi bẹ có dạng vòng lông ngắn, lá thường khô vào mùa rét. - Cụm hoa hình chùy, thường có màu tím hay xám nhạt, hơi rũ cong, dài 15-45cm; cuống chung thường có lông mềm, dày đặc ở gốc, nhánh rất mảnh. Bông nhỏ mang 3-6 hoa, mày xòe ra khi chín, rất nhọn.
Sinh sản
- Sậy sinh sản bằng rễ và thân.
- Khi các điều kiện sinh trưởng thích hợp, nó có thể tăng chiều cao tới 5m hoặc hơn trong một năm bằng các thân cây mọc thêm theo chiều đứng, và mọc ra các rễ ở những khoảng đều đặn.
Qua tìm hiểu sơ bộ về đặc điểm sinh vật học của cây sậy (Phragmites autralis), ta thấy sậy là loài có biên độ thích nghi rộng, có sinh khối khá lớn, tái sinh bằng rễ và thân, có bộ rễ phát triển, thích hợp với điều kiện nóng ẩm của Việt Nam
3.3. Đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng KLN trong đất đến khả năng sinh trưởng và hấp thụ KLN của Sậy năng sinh trưởng và hấp thụ KLN của Sậy
3.3.1. Sự biến động về số cây sậy trong môi trường đất ô nhiễm KLN
Sậy là loài có sự biến đổi khá rõ rệt về tốc độ sinh trưởng qua thời gian ngắn, vậy nên để có sự đánh giá chính xác về khả năng sinh trưởng của sậy dưới ảnh hưởng của nồng độ Zn thì tôi đã tiến hành theo dõi các chỉ tiêu số cây, chiều cao thân theo từng tháng.
Bảng 3.4: Sự biến động về số cây sậy trong môi trường đất ô nhiễm KLN
Đơn vị tính : cây
Kết quả theo dõi
Ban đầu 1 tháng (05/01/2012) 2 tháng (05/02/2012) 3 tháng (05/03/2012) 4 tháng (05/04/2012) Kim loại nặng Công thức M ± SD M ± SD M ± SD M ± SD M ± SD CT1: 77,25ppm 7,33±0,47a 7,33±0,47a 7,67±0,47a 8±0,00a 8,33±0,47a CT2:1077,25ppm 7,67±0,47b 7,67±0,47b 8±0,00b 8,33±0,47b 9±0,81b CT3:2077,25ppm 8±0,82c 8±0,82c 8,33±0,47c 8,67±0,47c 9,67±0,47c CT4:3077,25ppm 7,33±1,25d 7,33±1,25d 8,33±0,47d 9±0,00d 10,33±0,95d CV (%) 9,32 2,89 4,89 6,79 9,44 Zn LSD0,05 1,33 0,76 0,76 1,08 1,63 CT1: 1,89ppm 8,67±1,24 a 9,33±0,47a 9,67±0,47 a 10,33±0,47a 10,67±0,47a CT2: 21,89ppm 8,33±0,47b 9,33±0,47b 9,33±0,94 b 10±0,47b 10,33±0,81b CT3: 41,89ppm 8,67±0,47c 9±0c 9,33±0,47 c 9,67±0,47c 10±0,47c CT4: 61,89ppm 8,67±1,24d 8,67±0,47d 9±0d 9,33±0,47d 9,67±0,47d CV (%) 13,45 5,5 5,35 5,08 4,91 Cd LSD0,05 2,17 0,94 0,94 0,94 0,94 CT1: 3,85 ppm 9±0a 9,67±0,47a 10,67±0,47a 11,33±0,47 a 11,67 ±0,47a CT2: 73,85ppm 8,67±0,47b 9,33±0,47b 10±0,81b 10,67±0,47b 11±0,81b CT3: 143,85ppm 8,33±0,94c 8,67±0,47c 9,33±0,47c 10,33±47c 10,67±0,47c CT4: 213,85 ppm 8,67±0,47d 8,67±0,47d 9,33±0,47d 10±0,81d 10,33±0,47d CV (%) 8,15 12,12 7,19 6,68 6,47 As LSD0,05 1,33 1,95 1,33 1,33 1,33 CT1:16,49ppm 8±0,82a 8±0,82a 9,67±0,47a 10,33±0,47a 10,67±0,47a CT2:516,49 ppm 8±0,82b 7,67±0,94b 9,33±0,47b 10±0a 10,33±0,47b CT3:1016,49ppm 8,33±0,47c 8,67±0,47c 9,33±0,47c 9,67±0,47b 9,67±0,47c Pb CT4:2016,49ppm 8,67±0,94d 9±0,82d 9±0d 9,33±0,47c 9,33±0,47d CV (%) 11,6 11,48 5,35 5,08 5,77 LSD0,05 1,80 1,80 0,94 0,94 1,08
Nhận xét:
Số liệu ở bảng 3.4 cho thấy số cây trong chậu nghiên cứu có sự biến