Nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver để cải tạo đất bị nhiễm chì (pb), Asen sau khi khai thác khoáng sản ở tỉnh Thái Nguyên

Mục Lục NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CỎ VETIVER ĐỂ CẢI TẠO ĐẤT BỊ NHIỄM CHÌ (Pb), Asen SAU KHI KHAI THÁC KHOÁNG SẢN Ở TỈNH THÁI NGUYÊN I. Đặt vấn đề Chì và Asen là những kim loại nặng độc hại và đang có dấu hiệu ô nhiễm trong môi trường đất, nước ở nhiều nơi trên thế giới. Có rất nhiều phương pháp khác nhau để xử lý đất bị ô nhiễm chì, trong đó phương pháp sử dụng thực vật là phương pháp đang được nhiều nhà khoa học quan tâm hiện nay bởi hiệu quả cao, chi phí thấp và thân thiện với môi trường,đặc biệt có khả nặng xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng.Và cỏ vetiver (vetiver zizanioides L.) được đưa vào Việt Nam năm 1999, hiện nay đã có 43 tỉnh thành trong nước trồng loài cỏ này với các mục đích khác nhau như: Chống sạt lở, xói mòn, ứng dụng xử lý nước thải từ các trại chăn nuôi,xử lý chất độc hóa học điôxin ở A lưới (Thừa thiên Huế).Qua một số kết quả nghiên cứu của Randoff et al. (1995); Knoll (1997); Truong và Baker (1998); Chen (2000) cho thấy cỏ Vetiver là đối tượng thực vật có nhiều đặc tính ưu việt trong lĩnh vực này. Tuy nhiên, việc ứng dụng một loài thực vật xử để lý ô nhiễm cần thiết phải đánh giá được khả năng sinh trưởng, phát triển cũng như hiệu quả hấp thu các chất trong môi trường đất ô nhiễm.Vì vậy nghiên cứu sử dụng cỏ vetiver để cải tạo đất bị nhiễm kim loại nặng chủ yếu là chì (Pb), As qua số liệu thu thập được ở các tỉnh thái nguyên là minh chứng cho khả năng cải tạo đất của cỏ vetiver, đồng thời đưa ra những giải pháp cụ thể khi sử dụng loài cỏ này nhằm cải tạo môi trường bị ô nhiễm. II. Đối tượng, Mục đích và phương pháp nghiên cứu. 2.1. Đối tượng nghiên cứu: - Thực vật sử dụng để nghiên cứu là loài cỏ vetiver (Vetiveria zizanioides L.). - Kim loại nghiên cứu là Pb, As những kim loại nặng độc hại, thường tích lũy cao trong các dây chuyền thực phẩm và đang được cảnh báo ô nhiễm trong đất với nồng độ cao, ở nhiều nơi trên thế giới và Việt Nam. 2.2. Mục tiêu nghiên cứu -Xác định tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường đât tại khu vực khai thác thiếc (xã Hà Thượng,Đại Từ) và khu vực khai thác chì (xã Tân Long, Đồng Hỷ) của tỉnh Thái Nguyên. -Đánh giá khả năng sinh trưởng và tích lũy Pb trong các bộ phận của cỏ vetiver trồng trên đất ô nhiễm chì. -Đề xuất một số biện pháp kỹ thuật sử dụng cỏ vetiver để cải tạo, xử lý đất ô nhiễm kim loại nặng do quá trình khai thác khoáng sản. 2.3. Phương pháp nghiên cứu - Chọn những cây cỏ có thời gian sinh trưởng như nhau, khỏe mạnh, rửa sạch và cắt ngắn để lại phần thân dài 35cm và phần rễ 5cm. Trồng 5 tép cỏ vào mỗi chậu và ổn định trong 30 ngày. - Bổ sung Pb vào đất dưới dạng dung dịch PbCl2 để được các nồng độ Pb trong đất tương ứng là 500, 750, 1000, 1500ppm và đối chứng không bổ sung Pb. Mỗi công thức được lặp lại 3 lần. * Phương pháp phân tích: Sau 30, 50 và 70 ngày tiến hành xác định các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển; hàm lượng Pb tích lũy trong cỏ và hàm lượng Pb còn lại trong các chậu thí nghiệm. - Xác định chiều cao thân, chiều dài rễ, trọng lượng khô, khả năng phân nhánh theo phương pháp cân, đo. - Xác định Nts theo phương pháp Kjeldahl; Pts theo phương pháp so màu; Kts theo phương pháp quang kế ngọn lửa; Pb theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ASS; Ph đo trực tiếp trên máy pH meter 710A, Inolab. * Xử lý số liệu: -Các số liệu được xử lý bằng phương pháp thống kê: xác định phương sai của dữ liệu và giá trị trung bình bằng phương pháp phân tích ANOVA; so sánh các giá trị trung bình bằng phương pháp LSD (giới hạn sai khác nhỏ nhất - Least Significant Difference). III. ý nghĩa của việc nghiên cứu. Trồng cỏ vetiver trên đất ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản,có khả nắng chống chịu và tích lũy chì,với hàm lượng cao trong cây. Những nghiên cứu ngoài thực địa nhằm mục đích tăng cường khả năng cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng của cỏ vetiver, và đây là cơ sở khoa học raats có ý nghĩa cho việc nghiên cứu và sử dụng cỏ vetiver để cải tạo đất ô nhiễm nói chung,đặc biệt là những vùng đất ô nhiễm kim loại nặng do quá trình khai thác khoáng sản. IV. Kết quả nghiên cứu và bàn luận 4.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chì trong đất đến sự tạo thành sinh khối của cỏ Vetiver Khả năng hấp thụ kim loại nặng của cỏ vetiver không cao như một số cây tích lũy khác nhưng do có sinh khối lớn và khả năng tái sinh mạnh mẽ nên cỏ vetiver vẫn được chọn là đối tượng để xử lý những vùng đât ô nhiễm Bảng 1.1: Ảnh hưởng hàm lượng chì đến sinh khối cỏ vetiver (n=3,mean±sd) Kết quả ở bảng cho thấy sau 45 ngày cây bắt đâu thích nghi với môi trường đất, nên mới sinh trưởng chậm, sinh khối thu được chưa cao. Đến giai đoạn 90 ngày công thức 2 có sinh khối cỏ cao nhất là 1055,13 mg Pb/kg đất, còn thấp nhất là công thức 5 với lượng Pb là 2906,12 mg/kg đất.Khi kết thúc thí nghiệm, khối lượng thân lá ở công thức đối chứng đạt 82.96 gam, các công thức còn lại đều thấp hơn đối chứng và thấp nhất là công thức 5 đạt 41.,17 gam. Như vậy, Vetiver vẫn có khả năng cho sinh khối cao khi trồng trong đất ô nhiễm chì.Đây là ưu thế của cỏ vetiver so với một số dối tượng cây trồng như dương xỉ, cỏ mần trầu… 4.2. Khả năng tích lũy chì (Pb) trong rễ và trong thân,lá của cỏ Vetiver Khả năng tích lũy tích lũy kim loại nặng của cỏ Vetiver trong các bộ phận thân lá và rễ được coi là con đường chính loại bỏ kim loại ra khỏi đất của cỏ vetiver. Bảng 1.2: Hàm lượng Pb trong thân lá của cỏ vetiver trong các giai đoạn sinh trưởng khác nhau Kết quả phân tích ở bảng cho thấy,hàm lượng chì tích lũy trong lá tỷ lệ thuận với hàm lượng chì trong đất và thời gian thực nghiệm.Ỏ mức ô nhiễm cao nhất là 2906,12 mg Pb/kg đất,hàm lượng chì trong thân lá tăng rõ rệt, đạt 14,01 mg/kg (giai đoạn 45 ngày),đến 23,82 mg/kg 9giai đoạn 90 ngày) và đạt 26,32 mg/kg 9giai đoạn 150 ngày). Như vậy hàm lượng chì chủ yếu được tích lũy trong rễ cỏ (3,56-474,02)mg/kg một phân nhỏ được vận chuyển lên thân lá (0,84-26,32).Điều này chứng tỏ có sự tích lũy chì trong rễ sau đó mới vận chuyển lên lá. 4.3. Tương quan giữa hàm lượng chì trong đất và cỏ vetiver Mối quan hệ trong đất được thể hiện qua đồ thị hàm lượng tương quan trong bảng 1.3 sau: Bảng 1.3 Tương quan giữa hàm lượng chì trong đất với hàm lượng chì trong thân lá và trong rễ của cỏ vetiver Kết quả cho thấy hàm lương chì trong đất với hàm lượng chì trong thân lá và hàm lương chì trong đất với hàm lượng chì trong rễ có mối tương quan thuận, hệ số R=0,5546 (đất-lá) và R=0,8816 (đất-rễ). Hàm lượng chì trong thân lá và rễ đều tăng nhanh khi hàm lượng chì trong đất < 2000mg/kg,vượt qua ngưỡng này hàm lượng chì tích lũy trong cỏ chậm dần. 4.4. Ảnh hưởng của hàm lượng As trong đất đến sự tạo thành sinh khối của cỏ Vetiver Bảng 2.1. ảnh hưởng của hàm lượng As trong đất đến sự tạo thành sinh khối của cỏ vetiver (n=3, mean±sd) Ở giai đoạn đầu sau khi trồng, sự khai thác về sinh khối của cỏ vetiver trồng trên đất ô nhiễm so với công thức đối chứng là không đáng kể.Đến giai đoạn 3 tháng sau khi trồng, khối lượng thân lá và khối lượng rễ của cỏ giảm hẳn do sự ức chế của quá trình trao đổi chất của nguyên tố As.Kết quả sinh khối đo được ở công thức không pha trộn (100% đất ô nhiễm As) chỉ bằng 1/2 so với công thức đối chứng (khối lượng thân lá đạt 28,23 gam/khóm và lượng rễ đạt 10,51 gam/khóm). Tiếp đến giai đoạn 150 ngày ,ở công thức có sinh khối thấp nhất, cỏ vẫn có khối lượng thân lá là 30,37 gam/khóm và khối lượng rễ là 23,57 gam/khóm.Đây là cơ sở quan trọng cho những nghiên cứu tiếp theo phục vụ cho mục đích sử dụng cỏ vetiver cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng. 4.5. Khả năng tích lũy As trong rễ và trong thân, lá của cỏ Vetiver Hình 2.2. Hàm lượng As trong thân lá của cỏ Vetiver trong các giai đoạn sinh trưởng khác nhau Kết quả nghiên cứu ở hình 2.2 cho thấy, hàm lượng kim loại nặng trong thân lá của cỏ tỷ lệ thuận với hàm lượng As trong đất và thời gian thực nghiệm.sau 150 ngày , ở công thức đối chứng, hàm lượng As trong thân lá chỉ tăng 1,43 lần nhưng ở công thức chứa hàm lượng As 1137,17 mg/kg đất tỷ lệ này tăng lên đến 11,25 lần so với ban đầu. Hình 2.3. Hàm lượng As trong rễ của cỏ Vetiver trong các giai đoạn sinh trưởng khác nhau Kết quả ở hình 2.3 cho thấy, mối tương quan giữa hàm lượng As trong đất với hàm lượng As trong cây khá cao .Điều này chứng tỏ hàm lượng As trong đất càng cao, hàm lượng tích lũy trong cỏ càng nhiều.Tuy nhiên, khả năng tích lũy As của cỏ Vetiver chỉ tăng mạnh trong giới hạn đất ô nhiễm từ 0 -500 mgAs/kg đất, sau đó khả năng này giảm dần. Nhận xét chung: Như vậy, trên đất ô nhiễm chì với hàm lượng tối đa là 2906,12 mg Pb/kg đất và đất ô nhiễm As với hàm lượng tối đa là 1137,17 mg As/kg đất cỏ vetiver có thể sinh trưởng, phát triển và cho sinh khối khá cao.Mặt khác, cỏ vetiver còn có khả năng tích lũy Pb, As trong các bộ phận thân lá và bộ rễ. Tuy nhiên, kim loại nặng chủ yếu được tích lũy tại rễ, chỉ một phần nhỏ được vận chuyển lên lá.Trong giới hạn từ 1055,13-2906,12 mg Pb/kg đất và 248,19-1137,13 mg As/kg đất, kim loại nặng trong đất có mối tương quan thuận và khá chặt chẽ với hàm lượng kim loại nặng trong cây. V. Kết luận và đóng góp mới từ đề tài nghiên cứu. 5.1. Kết luận Đất ô nhiễm thuộc xã Tân Long có chứa nhiều Pb, Zn và Cd, đất ô nhiễm thuộc xã Hà Thượng tập trung nhiều As. Hàm lượng kim loại nặng trong các mẫu đất nghiên cứu đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép trong đất nông nghiệp của Việt Nam nhiều lần. Trồng cỏ trên đất ô nhiễm với hàm lượng Pb từ 1055,13-2906,12 mg/kg đất và hàm lượng As từ 248,19-1137,17 mg/kg đất, cỏ Vetiver vẫn có khả năng sinh trưởng, phát triển bình thường và tăng sinh khối qua các giai đoạn thí nghiệm. Tuy nhiên, khả năng sinh trưởng, phát triển của cỏ Vetiver giảm dần khi hàm lượng kim loại nặng trong đất tăng dần. Khả năng tích lũy kim loại nặng của cỏ vetiver tỷ lệ thuận với hàm lượng kim loại nặng trong đất và thời gian thực nghiệm. Kim loại nặng chủ yếu được tích lũy tại rễ, chỉ một phần nhỏ được vận chuyển lên thân lá. Có thể sử dụng cỏ Vetiver để cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng vượt quá tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. 5.2. Đóng góp từ đề tài và kiến nghị * Đóng góp từ đề tài Đây là nghiên cứu đầu tiên về khả năng tích lũy chì và cải tạo đất bị ô nhiễm kim loại nặng do quá trình khai thác khoáng sản của cỏ vetiver ở Việt Nam. Kết quả nghiên cứu khẳng định, cỏ vetiver có thẻ sinh trưởng, phát triển bình thường và tích lũy chì khá cao trong các bộ phận của cỏ trông môi trường đất nông nghiệp bị ô nhiễm chì ở phạm vi từ 1055,13-2906,12 mg/kg, và ô nhiễm As với hàm lượng từ 248,19 -1137,17 mg/kg. Nghiên cứu và tìm hiểu công dụng của cỏ vetiver, phổ biến, tuyên truyền tới người dân về tác dụng và hiệu quả của việc sử dụng cỏ vetiver trong việc cải đất. *Kiến nghị: Cần phân tích thêm dạng linh động của các kim loại nặng để phản ánh đầy đủ tráng thái ảnh hưởng của chúng đối với cây trồng Phổ biến kỹ thuật và nhân rộng mô hình cỏ vetiver trên nhưng khu vực bị ô nhiễm kim loại nặng do khai thác khoáng sản. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Đức và cộng sự, 2004, Một số phương pháp phân tích môi trường, NXB ĐHQG Hà Nội. 2. Chantachon Somsaguan et al., 2002, Phytoextraction of lead from contaminated soil by vetiver grass (Vetiveria sp.), Thailand. 3. Paul Truong, 1999, The global impact of vetiver grass technology on the environment,Resource Sciences Queensland centre, Department of Natural Resources Brisbane,Australia. 4. Thares Srisatit et al., 2003, Efficiency of arsenic removal from soil by vetiveria zizanioides and Vetiveria nemoralis, Thailand. 5. 6.