U trong rễ vetiver Đất ACf y = 0.0093x - 0.2544 R2 = 0.9957 y = 0.0713x - 1.2511 R2 = 0.9916 0 3 6 9 12 15 18 0 50 100 150 200 250 300
U trong thân+lá vetiverU trong rễ vetiver U trong rễ vetiver Đất ACh y = 0.1178x - 4.11 R2 = 0.9102 y = 0.6981x - 16.825 R2 = 0.9658 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200 250 300
U trong thân+lá vetiverU trong rễ vetiver U trong rễ vetiver Đất FLt y = 0.0227x - 0.5504 R2 = 0.9466 y = 0.278x - 3.7631 R2 = 0.9662 0 20 40 60 80 0 50 100 150 200 250 300
U trong thân+lá vetiverU trong rễ vetiver U trong rễ vetiver
Hình 3.6. Mối tương quan hàm lương urani trong cỏ vetiver và trong đất
3.3.2.4. Các tương quan giữa tính chất đất và hàm lượng urani trong cỏ vetiver
Mối tương quan tổng thể giữa các thành phần của đất và hàm lượng urani trong thân+lá và rễ cỏ vetiver ở mức hàm lượng 100 mg U/kg đất được đánh giá bằng xử lý bộ số liệu của bảng 3.1 cộng thêm số liệu về hàm lượng urani tích tụ trong các thành phần của cỏ. Chương trình xử lý số liệu là “correlation” trong phần mềm SPSS, tương tự như đã tiến hành với rau cải canh (mục 3.3.1.4). Kết quả được trình bày trong bảng 3.10 và 3.11. H àm lư ợng ura ni trong cỏ ve tive r (m g/ kg)
98
Bảng 3.10. Các hệ số tương quan cặp giữa thành phần đất và hàm lượng urani trong thân+lá cỏ vetiver
Uth+lá Clay CEC SOM pH Fe K P Mo Zn V
Uth+lá 1 Clay -0.48 1 CEC 0.52 -0.10 1 SOM -0.75 -0.17 -0.71 1 pH -0.34 0.29 -0.93 0.41 1 Fe -0.89 0.43 -0.84 0.79 0.73 1 K -0.36 0.84 -0.51 -0.05 0.74 0.57 1 P 0.82 -0.43 -0.06 -0.44 0.24 -0.47 -0.01 1 Mo -0.68 0.77 -0.71 0.34 0.80 0.85 0.91 -0.28 1 Zn 0.21 0.28 -0.55 -0.19 0.80 0.21 0.73 0.65 0.54 1 V -0.80 0.51 -0.88 0.67 0.83 0.98 0.71 -0.34 0.93 0.40 1
Bảng 3.11. Các hệ số tương quan cặp giữa thành phần đất và hàm lượng urani trong rễ cỏ vetiver
Urễ Clay CEC SOM pH Fe K P Mo Zn V
Urễ 1 Clay -0.34 1 CEC 0.97 -0.1 1 SOM -0.67 -0.2 -0.71 1 pH -0.93 0.29 -0.93 0.414 1 Fe -0.93 0.43 -0.84 0.787 0.73 1 K -0.67 0.84 -0.51 -0.05 0.74 0.57 1 P 0.11 -0.4 -0.06 -0.44 0.24 -0.5 -0 1 Mo -0.86 0.77 -0.71 0.345 0.8 0.85 0.91 -0.3 1 Zn 0.53 0.28 -0.55 -0.19 0.8 0.21 0.73 0.65 0.54 1 V -0.97 0.51 -0.88 0.666 0.83 0.98 0.71 -0.3 0.93 0.4 1
99
Kết quả bảng 3.10 cho thấy hàm lượng urani trong thân và lá của cỏ có mối tương quan đồng biến và khá chặt chẽ với hàm lượng photpho (P) trong đất, hệ số tương quan (R = 0,82). Tương quan giữa [U]thân+lá và CEC có R = 0,52, cũng khá chặt chẽ. Photpho là tác nhân cần thiết cho sự phát triển của cây thông qua nguồn năng lượng Adenosine TriPhotsphate (ATP). Cây phát triển tốt mới có khả năng hút dinh dưỡng và khoáng chất tốt, do vậy urani vận chuyển từ rễ lên thân và lá cỏ phụ thuộc đồng biến với hàm lượng P trong đất. Năng lực trao đổi cation đặc trưng cho độ phì của đất và có tính năng tăng cường mức linh động của các cation trong đất. Bởi vậy CEC tăng thì khả năng hấp thu khoáng chất cũng như dinh dưỡng của cây cũng sẽ được tăng cường.
Hàm lượng urani trong thân và lá cỏ có mối tương quan nghịch biến với pH: R2 = -(0,92), SOM: R2 = -(0,89), Fe: R2 = -(0,88), V: R2 = -(0,80), Mo: R2= -(0,68), sét: R2 = -(0,48) và K: R2 = -(0,36). Các mối tương quan này cũng khá chặt chẽ ngoại trừ tương quan với sét và kali. Khác với rau cải canh, hàm lượng urani trong thân và lá cỏ có tương quan không chặt chẽ với kali. Điều này có thể được giải thích là do sinh lý khác nhau của hai loại cây. Rau cải là loại cây có lá bản rộng, tốc độ quang hợp cũng cao hơn so với cỏ vetiver. Quang hợp là phản ứng tổng hợp carbohydrate từ khí CO2 và nước. Đây là phản ứng hóa học cần năng lượng. Nguồn cung cấp năng lượng là ATP. Nguồn năng lượng ATP được tổng hợp nhờ có xúc tác của kali [110]. Như vậy đối với rau cải, kali có vai trò quan trọng hơn so với cỏ vetiver là loại cây có lá bản hẹp, tốc độ quang hợp thấp hơn so với rau cải. Có lẽ đối với cỏ vetiver, kali không có vai trò xúc tác tạo ATP nên không thấy có tương quan chặt chẽ giữa hàm lượng urani trong cỏ và hàm lượng kali trong đất. Hơn nữa mối tương quan này lại nghịch biến với hệ số tương quan là -(0,36). Hệ số tương quan âm của mối tương quan [U]thân+lá cỏ - [K]đất là do có cạnh tranh giữa hai cation K+ và UO22+ trong quá trình hấp thu khoáng chất từ đất vào rễ cỏ để vận chuyển lên thân và lá. Sự cạnh tranh hấp thu này là do bán kính ion của hai cation kali và uranyl là gần như nhau, tương ứng là 155 và 156 pm, như đã trình bày trong mục 3.3.1.4.
100
pH, SOM, Fe, V và Mo đều là những tác nhân làm giảm tính linh động của uranyl trong đất, làm cho cation này trở nên khó tiêu nên quan hệ giữa hàm lượng urani trong thân và lá cỏ nghịch biến với các thành phần đất kể trên.
Kết quả bảng 3.11 cho thấy hàm lượng urani trong rễ của cỏ vetiver có mối tương quan đồng biến và chặt chẽ với CEC (R2 = 0,96) nhưng tương quan không chặt chẽ với photpho (R2 = 0,11). Mối tương quan không chặt chẽ giữa [U]rễ cỏ và [P]đất được giải thích là dinh dưỡng hấp thu vào rễ theo cơ chế thẩm thấu dưới áp suất thẩm thấu (osmosis). Cơ chế này ít liên quan đến quá trình tổng hợp nguồn năng lượng ATP để cây phát triển qua đó nó có thể lấy được nhiều khoáng chất từ đất.
Các mối tương quan nghịch biến giữa hàm lượng urani hấp thu và tích tụ trong rễ cỏ vetiver và hàm lượng Fe, V, Mo trong đất được giải thích là do cơ chế hấp phụ. Mối tương quan nghịch biến của [U]rễ - [SOM] là do hữu cơ đất liên kết với uranyl theo cơ chế bắt giữ làm giảm mức linh động của cation [73]. Kali cạnh tranh thẩm thấu vào rễ với uranyl nên cũng sẽ làm giảm mức tích tụ Urani trong rễ. Độ axit (pH) của dung dịch đất tăng sẽ làm giảm khả năng hòa tan uranyl vào dung dịch đất để cây có thể hút được, do vậy mối tương quan [U]rễ cỏ - [pH]đất là nghịch biến.
Mối tương quan tổng hợp nhiều biến giữa tính chất và thành phần đất và hàm lượng urani hấp thu/tích tụ trong các phần của cỏ vetiver được xác định bằng phương pháp hồi quy tương tự như đã tiến hành đối với rau cải canh trên cơ sở số liệu tính chất đất (bảng 3.1) và hàm lượng urani trong thân+lá cỏ cũng như trong rễ cỏ tương tự như xử lý số liệu đối với rau cải canh (mục 3.3.1.4). Kết quả của phép phân tích hồi quy nhiều biến được trình bày trong bảng 3.12 và 3.13.
Bảng 3.12. Mối quan hệ nhiều biến giữa hàm lượng urani thân+lá cỏ vetiver và các tính chất của đất
Hệ số hàm hồi quy Cận dưới 95% Cận trên 95%
Hệ số tự do 2,72 2,72 2,72
pH 0 0 0
Clay 0 0 0
CEC 0 0 0
101
K -16E-05 -16E-05 -16E-05
P 0 0 0 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Fe -7,9E-05 -7,9E-05 -7,9E-05
Mo 0 0 0
Zn 59,96E-04 59,96E-04 59,96E-04
V 0 0 0
Bảng 3.13. Mối quan hệ nhiều biến giữa hàm lượng urani trong rễ cỏ vetiver và các tính chất của đất
Hệ số hàm hồi quy Cận dưới 95% Cận trên 95%
Hệ số tự do 46,40 46,40 46,40
pH 0 0 0
Clay 0 0 0
CEC 0 0 0
SOM 0 0 0
K -17,98E-04 -17,98E-04 -17,98E-04
P 0 0 0
Fe -14,9E-04 -14,9E-04 -14,9E-04
Mo 0 0 0
Zn 7,52E-02 7,52E-02 7,52E-02
V 0 0 0
Từ bảng 3.12 ta có biểu thức mô tả mức hấp thu và tích tụ của urani trong thân+ lá cỏ vetiver và các thành phần hóa học của đất như sau:
[U]thân+lá = 2,72 -16.10-5[K]đất - 7,9.10-5[Fe]đất + 59,96.10-4[Zn]đất (3.5) Từ bảng 3.13 ta có biểu thức mô tả mức hấp thu và tích tụ của urani trong rễ cỏ vetiver trong mối tương quan với các thành phần hóa học của đất như sau:
[U]rễ = 46,40 -17,98.10-4[K]đất - 14,9.10-4[Fe]đất + 7,52.10-2[Zn]đất (3.6) Trong các biểu thức (3.5) và (3.6) hàm lượng kali, sắt và kẽm trong đất là hàm lượng tổng số phân tích bằng kỹ thuật huỳnh quang tia X hoặc kích hoặt bởi chùm tia gamma và có đơn vị là mg/kg đất khô. Hàm lượng urani trong thân+lá và trong rễ cỏ được tính bằng mg/kg sinh khối khô và được phân tích bằng kỹ thuật ICP-MS.
Như vậy, trong mối quan hệ tương hỗ mức hấp thu và tích tụ urani trong thân+lá cũng như trong rễ cỏ vetiver phụ thuộc nghịch biến vào hàm lượng kali và sắt nhưng lại phụ thuộc đồng biến vào hàm lượng vi lượng kẽm trong đất. Tuy trong phép xử lý tìm mối tương quan theo cặp, kẽm không thể hiện có liên quan đến quá trình hấp thu
102
urani của cỏ vetiver, nhưng trong phép hồi quy, mối quan hệ này lại thể hiện khá rõ với hệ số phụ thuộc cao, thậm chí còn cao hơn so với sắt và kali. Cơ chế thúc đẩy hấp thu khoáng chất từ đất của cỏ vetiver với sự hỗ trợ của vi lượng kẽm có lẽ cũng tương tự như trong trường hợp rau cải canh và đã trình bày trong mục 3.3.1.4.
Hệ số độc lập trong biểu thức (3.6) thể hiện khả năng tự hấp thu urani của rễ cỏ từ đất, không có sự hỗ trợ của các thành phần khác trong đất. Mức khác biệt giữa hai hệ số độc lập của biểu thức (3.6) và (3.5) thể hiện grandient hàm lượng urani ở rễ (phân dưới mặt đất) so với hàm lượng urani trong thân và lá (phần trên mặt đất).
Như vậy, để sử dụng cỏ vetiver làm tác nhân thu hồi urani ô nhiễm trong đất cần phải bổ sung vi lượng kẽm là tác nhân tăng cường quá trình hút ô nhiễm vào rễ để sau đó vận chuyển và tích tụ vào thân và lá cỏ.
3.3.2.5. Hiệu quả hấp thu và tích tụ urani từ đất vào cỏ vetiver
Hiệu quả hấp thu và tích tụ U từ đất vào cỏ vetiver được đánh giá thông qua hệ số vận chuyển, hay hệ số tích tụ sinh học (TF/BF) của U đối với cỏ. Kết quả thực nghiệm và xử lý số liệu tính hệ số vận chuyển của urani từ đất vào cỏ ở mức hàm lượng urani trong đất là 250 mg/kg được trình bày trên hình 3.7.
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
Đất FLe Đất ACh Đất ACf Đất FLt
Mẫu đất Hệ s ố vậ n ch uy ển , T F (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.7. Hệ số vận chuyển (TF) urani từ đất vào cỏ vetiver tại hàm lượng 250mg U/kg đất
103
Hệ số vận chuyển (TF) urani từ đất vào cỏ vetiver là cao nhất trong trường hợp cỏ trồng trên nền đất xám ACh (Haplic Acrisols, Bắc Giang), với TF= 0,269 ± 0,013, tiếp theo là đất FLt (Thionic Fluvisols, Hải Phòng) với TF= 0,077±0,003, đất FLe (Eutric Fluvisols, Hà Nội) với TF= 0,059±0,002, và thấp nhất đất ACf (Ferralic Acrisols, Phú Thọ) với TF= 0,022 ± 0,001. Có thể vì đất ACh có hàm lượng dinh dưỡng thấp nên cỏ muốn phát triển thì cần phải hút tối đa tất cả dinh dưỡng cũng như khoáng chất trong đất và như vậy TF đối với urani của cỏ trồng trên đất này sẽ đạt giá trị cao nhất. Giá trị TF của cỏ vetiver từ các loại đất nghiên cứu cũng phù hợp tốt với các giá trị được thông báo trong báo cáo của Vandehove [90]. Theo tác giả Vandehove, loại cỏ bụi (Artemesia spp.) trồng và phát triển trên khu vực gần mỏ urani có hệ số vận chuyển từ 0,003 đến 0,18. Các giá trị TF cho thấy cỏ vetiver có tiềm năng trong công nghệ xử lý đất ô nhiễm urani bằng thảm thực vật.
3.4. Nghiên cứu khả năng vận chuyển và tích tụ urani, thori, xezi và stronti từ đất vào cây cải canh và cỏ vetiver
Trong tự nhiên, khi môi trường đất bị ô nhiễm bởi các chất phóng xạ, ít khi nó chỉ vị ô nhiễm bởi một nhân phóng xạ mà thường là còn nhiều nhân khác nữa. Do đó, có thể có sự tác động qua lại giữa các nhân phóng xạ trong đất dẫn đến ảnh hưởng gián tiếp đến khả năng hấp thu và tích tụ phóng xạ từ đất vào thực vật.
3.4.1. Vận chuyển và tích tụ urani, thori, xezi và stronti từ đất vào cây cải canh
Mục đích của các nghiên cứu này là tìm hiểu mức hấp thu và tích tụ các nguyên tố phóng xạ không những chỉ từ tự nhiên là urani và thori mà cả các nhân phóng xạ nhân tạo là stronti (Sr-90) và xezi (Cs-137) có mặt trong môi trường do các tai nạn nhà máy điện hạt nhân hoặc từ các vụ thử vũ khí hạt nhân trước đây. Những nghiên cứu này có ý nghĩa thực tiễn trong công tác đảm bảo an toàn bức xạ cho công chúng sinh sống trên các nền đất ô nhiễm cả phóng xạ tự nhiên và phóng xạ nhân tạo.
3.4.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tính chất đất và hỗn hợp Cs, Sr, Th, U đến sinh trưởng của cải canh
Khả năng hấp thu và tích tụ hỗn hợp Cs, Sr, Th và U của cải canh phụ thuộc vào các đặc tính vật lý, thành phần hóa học của đất cũng như dạng tồn tại của các
104
nguyên tố Cs, Sr, Th, U trong đất. Ngoài ra pH, sét, dung tích trao đổi cation (CEC), lượng hữu cơ trong đất (SOM) và các nguyên tố hóa học khác cũng có thể gây ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và phát triển của cải canh (Brassica juncea). Tuy nhiên, trong suốt thời gian thí nghiệm không quan sát thấy có dấu hiệu ảnh hưởng đến sự phát triển của cải canh (Brassica juncea) khi nhiễm thêm vào đất hỗn hợp Cs, Sr, Th, U. Ở nồng độ đưa thêm vào các loại đất là 250mg/kg với mỗi nguyên tố của hỗn hợp Cs, Sr và U (riêng đối với đất ACf hàm lượng Th tổng cộng là 369 mg/kg đất) cải canh vẫn sống và phát triển bình thường, không thể hiện triệu chứng ngộ độc như bệnh vàng lá, cháy lá và chết trong thí nghiệm.
Cải canh trồng trên các loại đất khác nhau khi nhiễm thêm hỗn hợp Cs, Sr, Th, U vào đất đều phát triển tốt ở điều kiện tự nhiên, không cho thêm bất kỳ chất dinh dưỡng nào vào đất trong suốt thời gian thí nghiệm 35 ngày. Kết quả này cho thấy hàm lượng hỗn hợp Cs, Sr, Th, U cao trong đất ít ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng và phát triển của cây.
Sinh khối thu hoạch của cải canh tính theo khối lượng khô (g/chậu) trong thí nghiệm với các hàm lượng 100 mg/kg và 250 mg/kg từng nguyên tố Cs, Sr, Th và U so với rau trồng trên đất đối chứng (không nhiễm thêm Cs, Sr, Th và U) được trình bày trên hình 3.8. 0 0 .2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 Đ/c 100 250 Hàm lượng Cs, Sr, Th, U trong đất (mg/kg) Si nh k hố i k hô (g /c hậ u) Đất FLe Đất ACh Đất ACf Đất FLt
Hình 3.8. Ảnh hưởng của hàm lượng hỗn hợp Cs, Sr, Th, U nhiễm thêm vào đất đến sinh khối cải canh trồng trên các nền đất khác nhau
105
Kết quả trên hình 3.8 cho thấy sinh khối của cải canh trồng trên các loại đất bị nhiễm thêm hỗn hợp Cs, Sr, Th, U không bị ảnh hưởng nhiều so với sinh khối rau trồng trên đất đối. Trên đất đối chứng, khối lượng sinh khối của cải canh cao nhất thu được từ đất FLe (Hà Nội) là (1,26±0,06) g/chậu và thấp nhất thu được trên đất ACf (Phú Thọ) là (0,71±0,03) g/chậu. Khi đưa thêm hàm lượng hỗn hợp Cs, Sr, Th, U vào đất, tại hàm lượng 100 mg/kg đất đối với mỗi nguyên tố, sinh khối của cải canh tăng lên khi trồng trên đất ACh (Bắc Giang), đạt (1,30±0,06) g/chậu), trên đất ACf (Phú Thọ) là (0,80±0,04) g/chậu, trên đất FLt (Hải Phòng) là (1,08±0,05) g/chậu và giảm khi trồng trên đất FLe xuống còn (0,97±0,05) g/chậu, so với sinh khối trên các loại đất đối chứng tương ứng. Tại hàm lượng đưa thêm 250mg/kg đất đối với mỗi nguyên tố của hỗn hợp Cs, Sr, Th và U, sinh khối của cải canh tăng trên đất ACf và thu được (0,71±0,04) g/chậu), trên đất FLt là (1,15±0,06) g/chậu nhưng giảm khi trồng trên đất