NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT CỦA CỎ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CẢI TẠO ĐẤT O NHIỄM

Thông tin tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- VÕ VĂN MINH NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT CỦA CỎ VETIVER VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CẢI TẠO ĐẤT Ô NHIỄM Chuyên ngành: Môi trường đất và nước Mã số: 62.85.02.05 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI – 2009 Công trình được hoàn thành tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN – ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Lê Văn Khoa PGS.TS. Lê Tự Hải Phản biện 1: PGS.TS. Lê Thái Bạt Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Thị Dần Phản biện 3: PGS.TSKH. Nguyễn Xuân Hải Luận án sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước họp tại trường Đại học Khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội Vào hồi: ……… giờ……ngày……tháng… năm 2009 Có thể tìm hiểu luận án tại: • Thư viện Quốc gia Việt Nam • Trung tâm Thông tin - Thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƯỢC CÔNG B Ố CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 1. Võ Văn Minh, Võ Châu Tuấn (2005), “Công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm KLN trong đất: hướng tiếp cận và triển vọng”, Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 4, 2005. 2. Võ Châu Tuấn, Võ Văn Minh (2007), “Khả năng xử lý Cr trong đất của cỏ Vetiver” Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 1-2007 3. Võ Văn Minh (2007), “Khả năng hấp thụ Cd của cỏ Vetiver”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 4-2007. 4. Võ Văn Minh (2007), “Khả năng hấp thụ Cd, Pb, Cr trong đất của cỏ Vetiver”, Tạp chí Khoa học Đất, số 27-2007. 5. Võ Văn Minh, Võ Châu Tuấn, Nguyễn Văn Khánh (2007), “Ảnh hưởng của nồng độ Pb trong đất đến khả năng sinh trường, phát triển và hấp thụ Pb của cỏ Vetiver”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 6-2007. 6. Võ Văn Minh (2008), “Khả năng tích lũy kẽm và đồng của cỏ Vetiver trong các môi trường đất khác nhau”, Tạp chí Khoa học Đất, số 30-2008. 7. Võ Văn Minh (2008), “Nghiên cứu khả năng hấp thụ KLN trong đất của cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides (Linn) Nash)”, Báo cáo kết quả đề tài NCKH cấp Bộ, Mã số: B2006-ĐN-03-03, Đà Nẵng, 03/2008. 24 7. Hiệu quả về kinh tế, xã hội và môi trường của việc trồng cỏ Vetiver tại các vùng đất ô nhiễm KLN là rất cao. Nghiên cứu trường hợp tại bãi rác Khánh Sơn (Đà Nẵng) cho thấy, phương án sử dụng cỏ Vetiver để phục hồi môi trường có thể tiết kiệm chi phí đầu tư so với các phương án khác được đề nghị từ 10 – 26 lần; lợi ích kinh tế hàng năm thu được lên đến 5 t ỷ đồng. Đây là giải pháp không chỉ góp phần cải tạo chất lượng đất, tránh nguy cơ ô nhiễm thực phẩm, kiểm soát sự phát tán chất ô nhiễm trong môi trường nước và không khí, tạo cảnh quan, phục hồi hệ sinh thái bản địa,… mà còn có thể khai thác được các lợi ích kinh tế khác thông qua việc sử dụng sinh khối làm nguyên liệu sản xuất hàng thủ công mỹ nghệ, chiết xuất tinh dầu và sản xuất nhiên liệ u sinh học, góp phần vào mục tiêu phát triển kinh tế cộng đồng và BVMT. Kiến nghị 1. Tiến hành khảo sát và triển khai trồng cỏ Vetiver đại trà tại các vùng đất ô nhiễm, đồng thời kết hợp tập huấn kỹ thuật canh tác cũng như khai thác nguyên liệu phục vụ cho các mục đích kinh tế. 2. Tiếp tục triển khai các nghiên cứu về kỹ thuật chuyển gen tích lũy KLN vào cỏ Vetiver, cũng như nghiên cứ u các yếu tố môi trường có liên quan đến quá trình hấp thụ và tích lũy KLN, nhằm tối ưu hóa hiệu quả cải tạo đất của đối tượng này. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ô nhiễm KLN trong đất đang diễn ra trên phạm vi toàn cầu, có nguy cơ đe dọa đến sức khỏe con người và các loài sinh vật. Đến nay, đã có rất nhiều phương pháp hóa - lý được sử dụng để xử lý KLN trong đất, tuy nhiên, hầu hết các phương pháp này đều đòi hỏi trình độ kỹ thuật và chi phí xử lý cao. Phương pháp sử dụng thực vật để xử lý ô nhiễm (Phytoremediation) là phương pháp được đánh giá có nhiều ưu điểm như: dễ thực hiện, không đòi hỏi trình độ kỹ thuật cao, chi phí xử lý thấp và đặc biệt là thân thiện với môi trường (Chaney & nnk., 1997). Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là trong t ự nhiên có rất ít loài thực vật hội tụ đủ các tiêu chí cơ bản như: phát triển được trong môi trường đất ô nhiễm; sinh trưởng nhanh; sinh khối cao, có khả năng hấp thụ được các chất ô nhiễm với nồng độ cao, biên độ sinh thái rộng và không có nguy cơ trở thành sinh vật ngoại lai. Trong những năm đây, cỏ Vetiver đã được biết đến với nhiều đặc điểm lý tưởng trong BVMT như có s ức sống rất mạnh, chống chịu tốt trong môi trường khắc nghiệt (Randloff et al., 1995, Knoll, 1997, Truong và Baker, 1998, Chen, 1999) và có thể hấp thụ được một số KLN. Tuy nhiên, ngoại trừ lĩnh vực chống xói mòn, sạt lở, xử lý nước thải đã được ứng dụng thành công, trong khi lĩnh vực cải tạo đất ô nhiễm KLN chưa được nghiên cứu một cách đầy đủ. Vì vậy, việc nghiên cứu khả năng hấ p thụ KLN của cỏ Vetiver trong các môi 2 trường đất khác nhau cũng như đánh giá hiệu quả cải tạo đất ô nhiễm KLN của chúng là rất cần thiết. 2. Ý nghĩa của đề tài 2.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài Nghiên cứu sẽ làm sáng tỏ khả năng sinh trưởng và hấp thụ KLN của cỏ Vetiver dưới ảnh hưởng của nồng độ các KLN trong các môi trường đất khác nhau. Đồng thời các kết quả của nghiên cứu này c ũng đóng góp những cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu và phát triển các cơ chế của công nghệ thực vật xử lý ô nhiễm. 2.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Về thực tiễn, đề tài tiến hành xác định tính khả thi của việc ứng dụng cỏ Vetiver để cải tạo đất ô nhiễm KLN trong điều kiện môi trường đất Việt Nam. 3. Mục đích nghiên cứ u - Xác định khả năng tích lũy một số KLN trong các bộ phận của cỏ Vetiver và hiệu quả hấp thụ KLN trong các nền đất khác nhau (thành phần cơ giới nặng/ nhẹ; giàu/nghèo hữu cơ) với các mức độ ô nhiễm KLN khác nhau. - Xác định khả năng hấp thụ KLN của cỏ Vetiver dưới tác động của hỗn hợp các KLN trong đất. - Đánh giá hiệu quả cải tạo môi trường đất ô nhi ễm KLN của cỏ Vetiver trong điều kiện sinh thái tự nhiên. Nhằm xác định tính khả thi của việc ứng dụng đối tượng này để cải tạo đất ô nhiễm. 4. Những đóng góp mới của đề tài - Lần đầu tiên, khả năng hấp thụ KLN của cỏ Vetiver được nghiên cứu một cách đầy đủ và hệ thống, dưới tác động của nhiều yếu tố khác nhau như : thành phần cơ giới đất, hàm lượng chất hữu 23 Cu - Cd là cặp kim loại tương tác cộng đồng, nhưng tương quan ở mức độ trung bình (r=0,56); các cặp Pb-Cd và Pb-Cu tương quan khá lỏng lẻo (r=0,37 và r=0,21). 5. Trong 3 nền đất ô nhiễm KLN, gồm: (1) đất bãi rác Khánh Sơn (Zn, Cu và Pb lần lượt vượt 1,3; 1,5 và 1,7 lần QCVN); (2) đất bãi thải mỏ vàng Bông Miêu (Cd, Zn, Cu và Pb lần lượt vượt 7,75; 1,19; 1,01; 1,56 lần QCVN) và (3) đất bãi thải phế liệu Hòa Minh (Zn và Pb lần lượt vượt 1,17 và 1,2 lầ n QCVN), cỏ Vetiver có khả năng sinh trưởng bình thường và các chỉ tiêu sinh trưởng vượt trội so với 2 loài thực vật bản địa là cỏ Gà và cỏ Mật đồi. Mặc dù khả năng hấp thụ và vận chuyển Cd, Zn, Cu và Pb của cỏ Vetiver tương đương hoặc thậm chí thấp hơn cỏ Gà và cỏ Mật đồi, nhưng lượng KLN tích lũy trong các cơ quan khí sinh của cỏ Vetiver luôn cao hơn rất nhiều lần so v ới các loài cỏ bản địa (lượng Zn tích lũy trong cơ quan khí sinh của cỏ Vetiver cao hơn các loài cỏ bản địa từ 2-3 lần; Cu từ 3 – 10 lần; Pb: 9 – 14 lần và đặc biệt Cd từ 5 – 186 lần). 6. Cỏ Vetiver có khả năng sống và phát triển tốt trên môi trường đất ô nhiễm tại bãi rác Khánh Sơn và bãi thải phế liệu Hòa Minh, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng. Hàm lượng KLN tích lũy trong cỏ Vetiver ở 3 tháng tuổi cao nhất, vì vậ y việc sử dụng cỏ Vetiver trong cải tạo đất ô nhiễm KLN, định kỳ 3 tháng trồng, nên cắt tỉa để kích thích cỏ phát triển và hút KLN. Sau 12 tháng trồng cỏ, mỗi m 2 đất, cỏ Vetiver có thể hút được 0,931g Zn; 0,075g Cu; 0,013g Pb (ở bãi rác Khánh Sơn) và 1,469g Zn; 0,026gPb (ở bãi thải phế liệu Hòa Minh). Đồng thời, chất lượng đất tại 2 địa điểm trên được cải thiện tốt hơn: chất hữu cơ tăng từ 9-13% so với ban đầu; Nts tăng từ 23% - 68%; nồng độ KLN trong đất đều giảm so với ban đầu (Zn giảm từ 13 – 16%; Pb giảm 7 – 12% và Cu giảm 17%). 22 qua các chỉ tiêu sinh trưởng (chiều cao, chiều dài rễ và số chồi mới phát sinh) giảm so với đối chứng thấp hơn 50%. 2. Cỏ Vetiver có khả năng hấp thụ Cd, Zn, Cu và Pb trong đất với các mức độ khác nhau. Cụ thể: Khả năng hấp thụ và vận chuyển Zn từ rễ lên thân + lá của cỏ Vetiver khá cao (hệ số BF: 0,74 – 1,14; hệ số TF: 0,56 – 0,89); có thể xếp cỏ Vetiver vào nhóm thực vật tích tụ Zn. Khả năng hấp thụ và vận chuyển Cu từ rễ lên thân + lá ở mức trung bình (hệ số BF: 0,2 – 0,47; hệ số TF: 0,24 – 0,86). Khả năng hấp thụ Pb của cỏ Vetiver rất thấp (hệ số BF: 0,04 – 0,13), nhưng khả năng vận chuyển Pb từ rễ lên thân + lá khá cao (hệ số TF: 0,16 – 0,88). Khả năng hấp thụ và vận chuyển Cd từ rễ lên thân + lá của cỏ Vetiver rất thấp (hệ số BF: 0,04 - 0,09; hệ số TF: 0,054 - 0,134). 3. Mặc dù khả năng hấp thụ KLN trong đất của cỏ Vetiver không cao (ngoại trừ Zn), nhưng nhờ khả năng cho sinh khối cao nên lượng KLN được cỏ Vetiver tích lũy trong cơ quan khí sinh khá lớn so với các loài thực vật khác, kể cả các loài siêu tích tụ (sau 3 tháng trồng, cỏ Vetiver tích lũy 0,052-0,229 mg Cd/ chậu; 19,778 – 39,511 mg Zn/ chậu; 0,681 – 3,354 mg Cu/ chậu; 0,275 – 5,873 mg Pb/ chậu). Đây là đặc điểm lý tưởng của loài thực vật này trong lĩnh vực cải t ạo đất ô nhiễm KLN. 4. Trong môi trường đất có mặt đồng thời của hỗn hợp Cd, Zn, Cu và Pb với các nồng độ tương ứng 10ppm, 300pp, 100ppm và 300ppm, cỏ Vetiver vẫn có khả năng sinh trưởng bình thường và hấp thụ được các KLN kể trên. Tuy nhiên, khả năng hấp thụ các KLN của cỏ Vetiver thấp hơn so với trường hợp chỉ có mặt 1 KLN duy nhất (Cd giảm 12,87%; Zn giảm 14,53%; Cu giảm 23,27%; Pb giảm 10,68%). Trong đó, Pb – Zn là cặp KLN đối kháng m ạnh nhất (r=- 0,80), tiếp đến là Zn – Cd (r=-0,65), Zn – Cu (r=-0,62). Ngược lại, 3 cơ, nồng độ các KLN trong đất và sự tương tác của hỗn hợp các ion KLN trong đất. - Phương pháp sử dụng thực vật xử lý KLN trong đất là phương pháp mới được nghiên cứu ứng dụng trên thế giới từ những năm 1990 trở lại đây. Đây là phương pháp thân thiện với môi trường và có nhiều triển vọng thay thế các công nghệ xử lý truyền thống. Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của phương pháp này là phụ thuộc vào điều kiện sinh thái địa phương. Lần đầu tiên ở Việt Nam, hướng nghiên cứu mới mẻ này được triển khai trên đối tượng cỏ Vetiver và bước đầu đã xác lập được cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc ứng dụng đối tượng thực vật này vào mục đích c ải tạo đất ô nhiễm KLN. - Mặt khác, đây cũng là lần đầu tiên ở Việt Nam, phương pháp đánh giá hiệu quả hấp thụ KLN trong đất thông qua các hệ số nồng độ sinh học (BF) và hệ số vận chuyển (TF) được áp dụng. Phương pháp này đã mở ra một triển vọng mới là có thể tiếp tục điều tra, khảo sát, thăm dò để phát hiện các đối tượng thực v ật tích tụ KLN khác, có vai trò trong xử lý đất ô nhiễm. 4 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU Các kết quả nghiên cứu của một số tác giả trên thế giới như: Chen (1999), Chomchalow (2000), Roongtanakiat & Chairoj (2002), Truong (1996, 1998, 2004), Shu & Xia (2003), Xia, Ao & Liu (1998, 2002), Zhao & cs (2000),… cho thấy, cỏ Vetiver có đặc điểm thích nghi rộng, chống chịu tốt, có sinh khối cao, đồng thời có thể tích lũy KLN trong cây. Với đặc điểm này, người ta đã thử nghiệm khả năng trồng cỏ Vetiver để bảo vệ môi trường tại một số n ước như Australia, Trung Quốc, Thái lan,… và bước đầu đã có kết quả khả quan. Vấn đề đặt ra là cỏ Vetiver có thể sinh trưởng và hấp thụ được các KLN trên các môi trường đất khác nhau với các mức độ ô nhiễm KLN lớn hay không? Nếu sinh trưởng và hấp thụ được KLN trong các môi trường đó, thì mức độ hấp thụ là bao nhiêu? hiệu quả hấp thụ KLN trong đất như thế nào và việc ứng dụng cỏ Vetiver để cải tạo đất ô nhiễm có tính khả thi không? Trong những điều kiện môi trường cụ thể ở Việt Nam, cỏ Vetiver có phát huy được hiệu quả cải tạo đất hay không? Đây cũng chính là những câu hỏi cần đặt ra cho tất cả các đối tượng thực vật được chọn làm đối tượng xử lý ô nhiễm. Các nghiên cứu trong luận án này sẽ nhằm góp phần vào việc giải quyết các vấ n đề được đặt ra ở trên. 21 3.6. Hiệu quả về kinh tế - môi trường và những triển vọng ứng dụng cỏ Vetiver trong cải tạo đất ô nhiễm KLN ở Việt Nam Ở nước ta, đất bị ô nhiễm KLN có xu hướng gia tăng do các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và khai thác khoáng sản. Ô nhiễm KLN trong đất không chỉ tác động đến năng suất cây trồng mà còn làm giảm chất lượng nông sản, đe dọ a đến sức khỏe con người. Các phương pháp xử lý bằng hóa học, vật lý đòi hỏi kỹ thuật và chi phí đầu tư cao nên không có tính thi trong cải tạo đất ô nhiễm ở Việt Nam, nhất là tại những vùng có diện tích rộng. Việc sử dụng cỏ Vetiver để cải tạo đất ô nhiễm là giải pháp có tính khả thi cao do chi phí đầu tư thấp và dễ dàng thực hiện. Nghiên cứu trường hợp tại bãi rác Khánh S ơn cho thấy, nếu sử dụng cỏ Vetiver để cải tạo đất chi phí đầu tư cho 9,8ha đất chỉ có 1,8 tỷ đồng, chi phí vận hành hàng năm khoảng 105 triệu đồng, nhưng hiệu quả kinh tế thu được từ quá trình cải tạo đất kết hợp với xử lý nước rỉ rác, hấp thụ CO 2 theo cơ chế phát triển sạch cũng như việc thu hoạch sinh khối hàng năm có thể lên đến 5 tỷ đồng. Đây là phương án tiết kiệm chi phí đầu tư nhất, đồng thời là giải pháp thân thiện với môi trường và có nhiều triển vọng phát triển ở Việt Nam. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 1. Nồng độ các KLN (Cd, Zn, Cu và Pb) trong đất càng tăng, khả năng sinh trưởng của cỏ Vetiver có xu hướng giảm. Tuy nhiên, với các nồng độ Cd từ 5 – 60ppm (vượt QCVN từ 2,5-30 lần); Zn từ 200 – 500ppm (vượt QCVN từ 1-4 lần); Cu từ 50 – 100ppm (vượt QCVN từ 1 – 2 lần); Pb từ 100 – 700ppm (vượt QCVN từ 1,5 – 10 lần), cỏ Vetiver vẫn có khả năng sinh trưởng bình thường, biểu hiện 20 3.5. Đánh giá hiệu quả cải tạo đất ô nhiễm KLN trong điều kiện thí nghiệm ngoài đồng ruộng Sau 12 tháng thí nghiệm tại bãi rác Khánh Sơn và bãi thải phế liệu Hòa Minh, cỏ Vetiver đều có khả năng sống và sinh trưởng bình thường. Sinh khối khô của cỏ Vetvier ở bãi rác Khánh Sơn đạt 3,24kg cỏ khô/m 2 và ở bãi thải phế liệu Hòa Minh đạt 4,73kg cỏ khô/m 2 . Hàm lượng KLN tích lũy trong thân + lá của cỏ Vetiver giảm dần theo thời gian thí nghiệm. Thời điểm 3 tháng tuổi, cỏ Vetiver tích lũy KLN cao nhất với 342,39ppm Zn; 30,32ppm Cu và 5,55ppm Pb ở đất bãi rác Khánh Sơn và 336,35ppm Zn; 6,38ppm Pb ở đất bãi thải phế liệu Hòa Minh. So với kết quả nghiên cứu trong nhà lưới (thí nghiệm 4) thì khả năng hấp thụ KLN của cỏ Vetiver ngoài thực địa cao hơn. Sau 12 tháng trồng cỏ, lượng Zn tích lũy trong thân + lá của cỏ Vetiver là 0,931g/ m 2 (bãi rác Khánh Sơn) và 1,469g/ m 2 (bãi phế liệu Hòa Minh), tương tự Cu là 0,075g/m 2 (bãi rác Khánh Sơn) và Pb là 0,013g/m 2 (bãi rác Khánh Sơn), 0,026g/m 2 (bãi phế liệu Hòa Minh). Mặt khác, hàm lượng chất hữu cơ (OM) và Nitơ tổng số trong đất sau 3 tháng trồng cỏ có xu hướng tăng so với ban đầu (OM tăng từ 9-13%, Nts tăng từ 23% - 68%). Ngược lại, nồng độ KLN trong đất có xu hướng giảm so với ban đầu (Zn giảm từ 13 – 16%; Pb giảm 7 – 12% và Cu giảm 17%). Kết quả này một lần nữa đã khẳng định được tính khả thi của việc sử dụng c ỏ Vetiver để cải tạo đất ô nhiễm KLN. 5 Chương 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu đề cập đến khả năng hấp thụ một số KLN như Cd, Zn, Cu và Pb của cỏ Vetiver trong các nền đất khác nhau như: đất có thành phần cơ giới nặng/ nhẹ, giàu/ nghèo hữu cơ với các mức độ ô nhiễm KLN trong đất khác nhau. Ngoài ra, đề tài còn tiế n hành đánh giá hiệu quả cải tạo đất ô nhiễm KLN của cỏ Vetiver thông qua khả năng hấp thụ KLN và cải thiện độ phì đất. Đối tượng nghiên cứu là cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides (Linn) Nash), thuộc họ Graminae, họ phụ Panicoideae (Hình PL. 6.1) và 3 loại đất: (a) Đất cát biển (FAO-UNESCO: Haplie Arenosols); (b) Đất đỏ vàng trên đá granit (FAO-UNESCO: Haplic Acrisols) và (c) Đất phù sa sông Vu Gia (FAO-UNESCO: Dystric Fluvisols). KLN nghiên cứu là Cd, Zn, Cu, và Pb được bổ sung vào đất dưới dạng các muối với các nồng độ khác nhau, tùy theo mục đích của từng thí nghiệm. Thử nghiệm ngoài đồng ruộng được tiến hành trên môi trường đất ô nhiễm KLN tại bãi rác Khánh Sơn và bãi thải phế liệu phường Hòa Minh, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng. 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Thí nghiệm trong chậu ở nhà lưới * Thí nghiệm 1: Mục đích là nghiên cứu khả năng sinh trưởng của cỏ Vetiver dưới ảnh hưởng của nồng độ các KLN, nhằm xác định ng ưỡng nồng độ KLN cỏ Vetiver sinh trưởng tốt nhất. Thí nghiệm được thiết kế trồng trong chậu (10 kg đất). Trước khi tiến hành thí 6 nghiệm, tiến hành bổ sung phân chuồng nhằm tăng độ phì của đất. Đặc tính lý hóa của đất được xác định như sau: thành phần cơ giới nhẹ, OM: 2,713%, N(ts): 0,244%; P 2 O 5 (ts): 0,182%; K 2 O(ts): 1,312% và pH KCl : 6,5. Thời gian thí nghiệm 3 tháng. Các KLN thí nghiệm gồm: Cd, Zn, Cu và Pb được bổ sung dưới dạng các muối CdCl 2 , ZnCl 2 , CuCl 2 và Pb(NO 3 ) 2 với các nồng độ tương ứng ở bảng 2.2. Thí nghiệm với 3 lần lặp lại. Bảng 2.2. Nồng độ các KLN được chọn nghiên cứu ở thí nghiệm 1 KLN Nồng độ KLN được chọn thí nghiệm (ppm) QCVN Ngưỡng chống chịu (*) Cd đ/c 5 10 20 30 40 50 60 2 60 Zn đ/c 200 300 400 500 600 700 800 200 >750 Cu đ/c 50 60 70 80 90 100 110 50 100 Pb đ/c 100 300 500 700 900 1100 1300 70 >1500 Ghi chú: (*) ngưỡng chống chịu KLN của cỏ Vetiver theo Truong (2004) * Thí nghiệm 2:Mục đích là xác định hấp thụ Cd, Zn, Cu và Pb của cỏ Vetiver dưới ảnh hưởng của một số nồng độ KLN trong các nền đất khác nhau. Thí nghiệm được thiết kế trồng trong chậu (10kg đất), với 4 công thức đất thí nghiệm gồm: (1) Đất có thành phần cơ giới nhẹ, giàu hữu cơ (MĐ1), (2) Đất có thành phần cơ giới nhẹ, nghèo hữu cơ (MĐ2), Đất có thành phầ n cơ giới nặng, giàu hữu cơ (MĐ3) và Đất có thành phần cơ giới nặng, nghèo hữu cơ (MĐ4). Đặc tính lý hóa của các nền đất thí nghiệm được trình bày ở bảng 2.3. Thời gian thí nghiệm 3 tháng. Các KLN thí nghiệm được bổ sung dưới dạng các muối CdCl 2 , ZnCl 2 , CuCl 2 và Pb(NO 3 ) 2 với các nồng độ khác nhau: Cd: 10, 30 và 60ppm; Zn: 200, 300 và 400ppm; Cu: 50, 70và 100ppm; Pb: 100, 300 và 700ppm. Thí nghiệm được thiết kế với 3 lần lặp lại. 19 3.4. Đánh giá khả năng cải tạo đất ô nhiễm KLN của cỏ Vetiver trong điều kiện thí nghiệm nhà lưới Kết quả nghiên cứu cho thấy, sau 3 tháng trồng cỏ Vetiver và 2 loài thực vật bản địa (cỏ Mật đồi và cỏ Gà) trên 3 môi trường đất ô nhiễm là (1) đất bãi rác Khánh Sơn (Đà Nẵ ng), (2) đất bãi thải mỏ vàng Bông Miêu (Quảng Nam) và (3) đất bãi thải phế liệu Hòa Minh (Đà Nẵng), cho thấy cả 3 loài cỏ đều có khả năng sống và sinh trưởng. Trong đó, các chỉ tiêu sinh trưởng của cỏ Vetiver đều vượt trội so với cỏ Gà và cỏ Mật đồi. Cả 3 loài thực vật nghiên cứu đều có khả năng hấp thụ và tích lũy KLN trong cây. Trong đó, Cu và Zn là những nguyên tố vi lượng cần thiế t cho cây với hàm lượng vượt ngưỡng chống chịu của thực vật không cao (Cu: 50,5 – 75,67ppm; Zn: 138 – 253,15 ppm), do đó các loài cỏ bản địa có xu hướng hấp thụ Cu và Zn cao hơn cỏ Vetiver. Ngược lại, Pb và Cd là những KLN không cần thiết cho cây, cỏ Vetiver là loài hấp thụ chiếm ưu thế hơn. Mặc dù, khả năng hấp thụ và vận chuyển Cd, Zn, Cu và Pb của cỏ Vetiver tương đương hoặc thậm chí thấp hơn so với cỏ Gà và c ỏ Mật đồi, nhưng lượng KLN tích lũy trong các cơ quan khí sinh của cỏ Vetiver luôn cao hơn rất nhiều lần so với các loài thực vật bản địa. Cụ thể, lượng Zn tích lũy trong cơ quan khí sinh của cỏ Vetiver cao hơn các loài cỏ bản địa từ 2-3 lần; Cu từ 3 – 10 lần; Pb: 9 – 14 lần và đặc biệt Cd từ 5 – 186 lần. 18 Mặc dù, có sự khác nhau nhất định về khả năng hấp thụ và vận chuyển KLN từ rễ lên thân + lá, nhưng nhìn chung nhờ sinh khối của cỏ Vetiver khá cao, do đó lượng KLN được cỏ Vetiver loại bỏ ra khỏi môi trường đất là khá lớn. Đây chính là đặc điểm lý tưởng và quyết định tính khả thi của giải pháp ứng dụng cỏ Vetiver trong xử lý đất ô nhiễm KLN. 3.3. Khả năng sinh trưởng và h ấp thụ KLN của cỏ Vetiver dưới ảnh hưởng của hỗn hợp 4 KLN (Cd, Zn, Cu và Pb) trong đất Dưới ảnh hưởng của hỗn hợp Cd, Zn, Cu và Pb trong đất, cỏ Vetiver vẫn có khả năng sinh trưởng bình thường và không có sự khác biệt đáng kể so với trường hợp chịu tác động của từng KLN riêng lẽ trong đất. Khả năng hấp thụ KLN của cỏ Vetiver dưới tác động của hỗn hợ p Cd, Zn, Cu và Pb trong đất thấp hơn so với trường hợp chịu tác động của từng KLN riêng lẽ. Hàm lượng Cd, Zn, Cu và Pb tích lũy trong cỏ Vetiver dưới tác động của hỗn hợp KLN thấp hơn so với thí nghiệm tác động của các KLN riêng lẽ lần lượt là 12,87%; 14,53%; 23,27%; 10,68%. Kết quả phân tích mối tương quan giữa hàm lượng các KLN tích lũy trong cỏ Vetiver cho thấy, Pb và Zn là cặp kim loại có sự đối kháng rất cao (r=-0,80), tiếp đến là Zn – Cd (r=-0,65), Zn – Cu (r=- 0,62). Ngược lại, Cu và Cd là cặ p kim loại tương tác cộng đồng, nhưng mức độ tương quan chỉ ở mức trung bình (r=0,56). Trong khi đó các căp kim loại Pb-Cd và Pb-Cu tương quan khá lỏng lẻo (r=0,37 và r = 0,21). 7 Bảng 2.3. Đặc tính lý hóa học và hàm lượng KLN trong đất ở thí nghiệm 2 Loại đất Chỉ tiêu Đơn vị tính MĐ1 MĐ2 MĐ3 MĐ4 pH KCl 5,360 4,760 6,280 4,417 OM % 4,690 0,601 5,593 0,39 N (ts) % 0,303 0,003 0,175 0,004 P 2 O 5(ts) % 0,152 0,021 0,065 0,037 K 2 O (ts) % 0, 823 0,214 0,964 0,399 Cd ppm 0,069 0,071 0,191 0,08 Zn ppm 37,9 31,55 103,1 136,28 Cu ppm 15,75 15,94 35,38 34,28 Pb ppm 2,625 3,400 6,775 5,675 * Thí nghiệm 3: Mục đích là xác định khả năng sinh trưởng và hấp thụ KLN của cỏ Vetiver trong điều kiện chịu tác động của hỗn hợp Cd, Zn, Cu và Pb. Thí nghiệm được thiết kế trồng trong chậu (10kg đất), sau khi đã bổ sung phân chuồng, đặc tính lý hóa đất như sau: thành phần cơ giới nhẹ, pH KCl : 6,57; OM: 4,68%; N (ts) : 0,145%; P 2 O 5(ts) : 0,093%; K2O (ts) : 1,025%. Thời gian thí nghiệm 3 tháng. Hỗn hợp muối bao gồm: Cd(NO 3 ) 2 , Zn(NO 3 ) 2 , Cu(NO 3 ) 2 và Pb(NO 3 ) 2 với nồng độ các ion Cd 2+ , Zn 2+ , Cu 2+ và Pb 2+ lần lượt là: 30ppm, 300ppm, 100ppm và 300ppm, đây là các nồng độ mà cỏ Vetiver có khả năng sinh trưởng và hấp thụ KLN cao nhất ở thí nghiệm 2. Thí nghiệm được thiết kế với 5 lần lặp lại. * Thí nghiệm 4: Mục đích là đánh giá hiệu quả cải tạo đất bị ô nhiễm KLN của cỏ Vetiver thông qua khả năng hấp thụ KLN ở điều kiện thí nghiệm trồng trong chậu. Đất thí nghi ệm gồm: (1) Đất bãi thải mỏ vàng Bông Miêu (Quảng Nam), (2) Đất bãi rác Khánh Sơn và (3) Đất bãi thải phế liệu phường Hòa Minh (Đà Nẵng) với các đặc điểm được trình bày ở bảng 2.6. 8 Bảng 2.6. Đặc tính lý hóa và hàm lượng KLN trong các môi trường đất chọn thí nghiệm Môi trường đất thí nghiệm Chỉ tiêu Đơn vị Bải rác K.Sơn Mỏ vàng B.Miêu Bải thải H. Minh Thành phần cơ giới pH KCl Nặng 5,82 Nặng 4,94 Nhẹ 6,67 OM (%) 2,473 0,941 1,893 N ts (%) 0,220 0,064 0,272 P 2 O 5dt (mg/100gđ) 9,741 6,423 9,245 K 2 O dt (mg/100gđ) 7,320 3,214 10,068 Cd ts (ppm) 0,811 15,442 1,084 Zn ts (ppm) 253,150 238,321 234,205 Cu ts (ppm) 75,673 50,508 36,731 Pb ts (ppm) 120,715 109,026 83,412 Mỗi chậu thí nghiệm cho 10 kg đất ô nhiễm, trồng cỏ Vetiver và 2 loài cỏ bản địa là cỏ Gà (Cynodon dactylon) và cỏ Mật đồi (Sorghum propinguum) để so sánh. Thời gian thí nghiệm kéo dài 3 tháng. Thí nghiệm được bố trí với 3 lần lặp lại. 2.2.2. Thử nghiệm ngoài thực địa: Mục đích là đánh giá hiệu quả cải tạo đất bị ô nhiễm KLN của cỏ Vetiver trong điều kiện đồng ruộng. Th ử nghiệm được bố trí tại: (1) bãi chôn lấp rác Khánh Sơn và (2) bãi thải phế liệu phường Hòa Minh, quận Liên Chiểu, thành phố Đà Nẵng. Tại mỗi địa điểm nghiên cứu, chọn 1 lô có diện tích 50m 2 để bố trí thí nghiệm. Cỏ được trồng với mật độ 20 tép/m 2 , thời gian thí nghiệm kéo dài 12 tháng. 2.2.3. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm Xác định các chỉ tiêu hóa học đất bằng các phương pháp được dùng phổ biến trong các phòng phân tích đất ở Việt Nam, gồm: phân tích hàm lượng chất hữu cơ theo phương pháp Walkley – Black; N tổng số theo Kenđan; P 2 O 5 tổng số bằng so màu xanh molipden; K 2 O 17 Hình 3.16. Hàm lượng Pb (ppm) trong thân + lá và rễ của cỏ Vetiver sau 3 tháng trồng trong các nền đất khác nhau * Nhận xét chung về thí nghiệm 2: Trong 4 nền đất thí nghiệm, nồng độ KLN trong đất càng cao, cỏ Vetiver hấp thụ KLN càng lớn. Khả năng hấp thụ KLN của cỏ Vetiver trong các môi trường thí nghiệm khác nhau là không giống nhau. Cỏ hấp thụ KLN mạnh nhất trong môi trường MĐ1, tiếp đến là MĐ2 và thấp nhất là MĐ3 và MĐ4. Trong đó, ở môi trường M Đ3 cỏ Vetiver luôn sinh trưởng mạnh hơn so với môi trường MĐ2, tuy nhiên khả năng hấp thụ KLN của cỏ Vetiver ở MĐ2 luôn cao hơn so với MĐ3. Kết quả này cho thấy, khả năng hấp thụ KLN của cỏ Vetiver không chỉ phụ thuộc vào khả năng sinh trưởng của cỏ mà còn phụ thuộc vào tính chất đất, đặc biệt là khả năng di động của các KLN trong đất. [...]... 700ppm, cỏ Vetiver đều có khả năng sống và tăng trưởng 3.2.1 Khả năng hấp thụ Cd Kết quả nghiên cứu cho thấy, trong các nền đất thí nghiệm, cỏ Vetiver đều có khả năng tích lũy Cd trong thân + lá và rễ Tuy nhiên, hàm lượng Cd tích lũy trong cỏ không cao (cao nhất là 3,052ppm trong thân + lá và 43,236ppm trong rễ) Bảng 3.7 Hiệu quả hấp thụ Cd trong đất của cỏ Vetiver Hình 3.10 Hàm lượng Zn (ppm) trong thân... giá hiệu quả hấp thụ KLN của cỏ Vetiver: bằng hệ số nồng độ sinh học BF (Bioconcentration factor) hay còn gọi là hệ số Bảng 3.16 Hiệu quả hấp thụ Pb trong đất của cỏ Vetiver tích lũy sinh học (Bioaccumulation factor) và hệ số vận chuyển TF (Translocation factor) Hệ số BF được tính bằng tỷ lệ giữa nồng độ MTđất MĐ1 MĐ2 MĐ3 MĐ4 [Pb] trong đất (ppm) 100 300 700 100 300 700 100 300 700 100 300 700 Hệ số. .. thân + lá và rễ cao nhất lần lượt là 538,808 ppm và 825,238 ppm Bảng 3.10 Hiệu quả hấp thụ Zn trong đất của cỏ Vetiver MT đất MĐ1 MĐ2 Hình 3.7 Hàm lượng Cd (ppm) trong thân + lá và rễ của cỏ Vetiver sau 3 tháng trồng trong các nền đất khác nhau Khả năng hấp thụ và vận chuyển Cd từ rễ lên thân, lá của cỏ Vetiver rất thấp (BF: 0,04 – 0,09; TF: 0,054 – 0,134) Tuy nhiên, lượng Cd được cỏ tích lũy trong cơ... 3.2.4 Khả năng hấp thụ Pb tổng số o bằng quang kế ngọn lửa; P 2O5 dễ tiêu theo Oniani; K 2O dễ Hàm lượng Pb tích lũy trong thân + lá và rễ cao nhất lần lượt tiêu theo Kiecxanop; Xác định hàm lượng KLN di động trong đất là 74,652ppm và 85,715ppm, cao hơn một số loài thực vật được đánh bằng phương pháp chiết dung dịch đệm amoni axetat (pH = 4,8) Xác giá là có khả năng tích tụ Pb như Sesbania drummodii và. .. trong thân + lá và rễ của cỏ MT đất Vetiver sau 3 tháng trồng trong các nền đất khác nhau MĐ1 3.2.3 Khả năng hấp thụ Cu Hàm lượng Cu tích lũy trong thân + lá và rễ của cỏ Vetiver cao MĐ2 nhất lần lượt là 46,54 ppm và 58,88 ppm Khả năng hấp thụ và vận chuyển Cu từ rễ lên thân, lá của cỏ vetiver ở mức trung bình (BF: 0,2 MĐ3 – 0,47; TF: 0,24 – 0,86) Tuy nhiên, lượng Cu được cỏ tích lũy trong cơ quan khí... 2,758 0,681 1,687 2,407 Hình 3.5 Mức độ giảm khả năng sinh trưởng của cỏ Vetiver giữa các lô thí nghiệm so với lô đối chứng Hình 3.13 Hàm lượng Cu (ppm) trong thân + lá và rễ của cỏ Vetiver sau 3 tháng trồng trong các nền đất khác nhau 11 14 3.2 Khả năng sinh trưởng và hấp thụ KLN của cỏ Vetiver trong các nền đất khác nhau Qua 3 tháng trồng cỏ trong 4 nền đất thí nghiệm với các nồng độ Cd từ 10 – 60ppm;... lũy trong rễ (Wei & nnk, 2006) 2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu: bằng các phương pháp thống kê, được xử lý trên phần mềm excell 15 10 Bảng 3.13 Hiệu quả hấp thụ Cu trong đất của cỏ Vetiver Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN MTđất [Cu] (ppm) 3.1 Khả năng sinh trưởng của cỏ Vetiver dưới ảnh hưởng của nồng độ KLN trong đất MĐ1 Kết quả nghiên cứu cho thấy, với các nồng độ Cd từ 5 – 60ppm (vượt QCVN từ... tổng số bằng phương pháp quang phổ hấp thụ Khả năng hấp thụ Pb của cỏ Vetiver rất thấp (BF: 0,04 – 0,13), nhưng nguyên tử (AAS); công phá mẫu đất bằng HNO3 và H 2O2 30% và khả năng vận chuyển Pb từ rễ lên thân, lá khá cao (TF: 0,16 – 0,88) Đồng thời lượng Pb được cỏ Vetiver tích lũy trong cơ quan khí sinh công phá mẫu thực vật bằng hỗn hợp axit H2SO4, HNO3 và HClO4 khá lớn (0,275 – 5,873mg/chậu) 2.2.4 Đánh. .. giá là có khả năng tích tụ Cd như: cây Kết quả bảng 3.10 cho thấy, khả năng hấp thụ và vận chuyển Thlaspi caerulescens, cây thuốc lá (Nicotina tobacum), Ngô (Zea Zn từ rễ lên thân, lá của cỏ Vetiver khá mạnh (BF: 0,74 – 1,14; TF: may),… 0,56 – 0,89) Đồng thời với khả năng cho sinh khối cao, nên lượng Zn tích lũy trong cơ quan khí sinh của cỏ Vetiver rất lớn (19,778 – 39,511mg/chậu) ... 60 Hệ số TF 0,101 0,063 0,071 0,106 0,063 0,069 0,108 0,069 0,077 0,134 0,054 0,062 Hệ số BF 0,09 0,05 0,05 0,08 0,06 0,05 0,08 0,05 0,05 0,07 0,04 0,04 MCd (mg/chậu) 0,067 0,121 0,229 0,060 0,126 0,210 0,059 0,113 0,188 0,052 0,080 0,136 13 12 3.2.2 Khả năng hấp thụ Zn Cỏ Vetiver có khả năng hấp thụ Zn với hàm lượng khá lớn trong tất cả các nền đất thí nghiệm khác nhau Hàm lượng Zn tích lũy trong thân

Ngày đăng: 22/04/2013, 10:23

Xem thêm: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT CỦA CỎ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CẢI TẠO ĐẤT O NHIỄM, NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG HẤP THỤ MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT CỦA CỎ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CẢI TẠO ĐẤT O NHIỄM