Dự thảo tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu thực trạng và đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm một số kim loại nặng (Cd, Pb, As) tro đất vùng trồng rau thành phố Thái Nguyên và phụ cận bằng thực vật

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHẠM THỊ MỸ PHƢƠNG

NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM MỘT SỐ KIM LOẠI NẶNG (Cd, Pb, As) TRONG ĐẤT VÙNG TRỒNG RAU THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN VÀ PHỤ CẬN BẰNG THỰC VẬT

Chuyên ngành: Môi trƣờng đất và nƣớc

Mã số: 62 44 03 03

DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ

KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2017

Công trình đƣợc hoàn thành tại:

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:

1. PGS.TS. NGUYỄN MẠNH KHẢI 2. GS.TS.

ĐẶNG THỊ KIM CHI

Phản biện 1:

Phản biện 2:

Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận án Tiến sĩ cấp Đại học Quốc gia tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội.

Vào hồi giờ ngày tháng năm

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

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận án

Ô nhiễm môi trường và vệ sinh an toàn thực phẩm đang trở thành vấn đề thời sự, mối quan tâm của toàn xã hội. Tại một số vùng chuyên canh rau, mức độ không an toàn về sản phẩm rau xanh và ô nhiễm môi trường canh tác rất cao do việc sử dụng phân bón và hóa chất bảo vệ thực vật không phù hợp, cùng với sự thiếu hiểu biết của người canh tác đã gây ra những tác động xấu đến môi trường, làm cho sản phẩm rau xanh cũng như môi trường canh tác bị ô nhiễm độc chất, đặc biệt là các kim loại nặng (KLN).

Vì vậy đề tài luận án: “ c u t ực trạ và đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm một số KLN (Cd, Pb, As) tro đất vùng trồng rau thành phố Thái Nguyên và phụ cận bằng thực vật” được đặt ra nhằm góp phần xác định cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xử lý ô nhiễm KLN (As, Cd, Pb) trong đất bằng phương pháp thực vật. 2. Mục đích nghiên cứu của luận án

Đánh giá được mức độ ô nhiễm của KLN (As, Cd, Pb) trong đất, nước tưới và rau tại một số vùng trồng rau chuyên canh của thành phố Thái Nguyên và phụ cận; trên cơ sở đó đánh giá được khả năng hấp thu (As, Cd, Pb) của 2 loại thực vật bản địa gồm cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.) nhằm đề xuất quy trình xử lý một số KLN tích lũy trong đất trồng rau bằng thực vật cho địa bàn nghiên cứu. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

- Bổ sung cơ sở dữ liệu về sự tích lũy hàm lượng KLN trong đất, nước tưới và trong rau ở vùng trồng rau thuộc thành phố Thái Nguyên và phụ cận, cũng như khả năng xử lý KLN (As, Cd, Pb) trong đất của cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.).

- Đề tài đã xây dựng được quy trình và có thể được ứng dụng trong thực tiễn nhằm xử lý một số KLN (Cd, Pb, As) trong đất trồng rau bằng việc chọn 2 loại thực vật bản địa trên địa bàn nghiên cứu 4. Những đóng góp mới của luận án

Kết quả của luận án đã đánh giá được 1 cách toàn diện về thực trạng tích lũy KLN (As, Cd, Pb) trong đất, nước tưới và trong rau ở vùng trồng rau thuộc thành phố Thái Nguyên và phụ cận;

Đã xác định được ngưỡng ô nhiễm giới hạn về KLN (As, Cd, Pb) và ảnh hưởng của độ chua, phân hữu cơ vi sinh và phức chất hữu cơ EDTA đến sự phát triển của cây cỏ mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.);

Đã xác định được tiềm năng sinh khối và thời gian thu hoạch hợp lý để sử

dụng 2 loại thực vật bản địa trong xử lý đất trồng rau bị ô nhiễm As, Cd, Pb.

1

5. Bố cục của luận án Luận án hoàn chỉnh gồm 116 trang (không kể phần phụ lục). Trong đó phần mở đầu 2 trang; Chương 1. Tổng quan tài liệu 28 trang; Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu 14 trang; Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 60 trang; Kết luận 2 trang; Danh mục công trình công bố 1 trang; Tài liệu tham khảo 6 trang gồm 59 tài liệu trong đó có 38 tài liệu tiếng Việt và 21 tài liệu tiếng Anh. Luận án có 64 bảng, 29 hình.

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Hàm lƣợng kim loại nặng trong đất 1.1.1. Khái niệm kim loại nặng Thuật ngữ “KLN” được từ điển hóa học định nghĩa là các kim loại có tỷ trọng lớn hơn 4,5 g/cm3. Trong tự nhiên có hơn 70 nguyên tố KLN. 1.1.2. Sự tồn tại và chuyển hóa KLN tro đất

Sự chuyển hóa KLN trong đất phụ thuộc rất nhiều vào các dạng hóa học và sự đặc

hiệu của kim loại. 1.2. Tình hình ô nhiễm KLN trong đất trên thế giới và Việt Nam 1.2.1. Tình hình ô nhiễm KLN tro đất trên thế giới Đất ô nhiễm KLN (KLN) là một mối quan tâm ở hầu hết các quốc gia. Phục hồi sinh thái đất bị ô nhiễm do các hoạt động của con người đang là một thách thức lớn trong những thập kỷ gần đây. Khoảng 1/6 tổng diện tích đất nông nghiệp ở Trung Quốc bị ô nhiễm KLN, hàm lượng KLN trong đất canh tác nông nghiệp vượt tiêu chuẩn chiếm 16,1%. Khoảng 3,5 triệu địa điểm ở Châu Âu được ước tính có khả năng bị ô nhiễm với 0,5 triệu địa điểm bị ô nhiễm cao và cần được khắc phục. Có 400.000 điểm ô nhiễm đất ở các nước châu Âu. Tại Mỹ, khoảng 600.000 ha các địa điểm đất đã bị ô nhiễm bằng KLN. Trên 43.000 vùng công nghiệp ở Mỹ trong tình trạng ô nhiễm, trong đó trên 40% là ô nhiễm KLN như Pb, Cd, Cr, As. Ở Phần Lan, hầu hết ô nhiễm KLN trong đất là do nước thải từ chế biến thực vật, nhà máy cưa, chế biến gỗ, khu vực săn bắn, gara ô tô và kho phế liệu. Trong năm 2001, 20.000 vùng đất đã bị nhiễm bẩn KLN, 38% những khu vực này bị đóng cửa để xử lý, trong đó nhiễm bẩn KLN là mối quan tâm lớn nhất. 1.2.2. Tình hình ô nhiễm KLN tro đất ở Việt Nam Ở Việt Nam, môi trường đất đang có dấu hiệu ô nhiễm. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng: Hàm lượng kim loại (Cu, Pb, Zn) trong các mẫu đất sử dụng nước tưới của sông Nhuệ có sự khác nhau giữa các khu vực nghiên cứu và giữa các mùa nghiên cứu. Hàm lượng đồng (Cu) và kẽm (Zn) đo được tại một số điểm lấy mẫu đất đã vượt quá tiêu chuẩn cho phép - QCVN 03:2008/BTNMT. Đất ở khu bãi thải mới của làng Hích, Thái Nguyên có hàm lượng chì và cadimi có hàm lượng chì và cadimi cao hơn tiêu chuẩn; đất ở làng nghề đúc nhôm, đồng tại Văn Môn - Yên Phong - Bắc Ninh hàm lượng KLN trong đất nông nghiệp của làng nghề này khá cao: trung bình hàm lượng Cd là 1 mg/kg; Cu là 41,4 mg/kg; Pb là 39,7 mg/kg và Zn là 100,3 mg/kg. Đất nông nghiệp của huyện Văn Lâm - Hưng Yên được cảnh báo nguy cơ ô nhiễm đồng, kẽm.

2

(Phyto-transformation) (Rhizosphere remediation)

(Rhizo-filtration) (Phyto-volatilization)

1.3. Xử lý KLN trong đất bằng thực vật 1.3.1. Biện pháp xử lý ô nhiễm KLN bằng thực vật Cho đến nay, việc sử dụng thực vật để xử lý các chất ô nhiễm đã được ứng dụng ở nhiều nơi và áp dụng cho nhiều loại chất ô nhiễm. Giải pháp công nghệ này bao gồm các quá trình cơ bản như sau: - Chuyển hoá chất ô nhiễm - Xử lý bằng vùng rễ - Công nghệ cố định các chất ô nhiễm (Phytostabilization) - Công nghệ chiết xuất bằng thực vật (Phytoextraction) - Công nghệ lọc bằng rễ - Công nghệ bay hơi qua lá cây 1.3.2. Các loài thực vật có khả ă xử lý đất ô nhiễm KLN Hiện nay có trên 450 loài thực vật có khả năng hấp thụ kim loại cao đã được công bố. Các họ thực vật chiếm ưu thế về số loài được xác định là “Siêu hấp thụ” là Asteraceae, Brassicaceae, Caryopyllaceae, Cyperaceae, Conouniaceae, Fabaceae, Flacuortiaceae, Lamiaceae, Poaceae, Violaceae and Euphobiaceae. 1.3.3. Các yếu tố ả ưở đến quá trình hấp thụ KLN của thực vật Tính linh động của các KLN chịu ảnh hưởng lớn bởi đặc tính lý hóa của môi trường đất như: hàm lượng các chất hữu cơ có trong đất, pH đất, thành phần cơ giới, CEC,....Thông thường pH thấp, thành phần cơ giới nhẹ, độ mùn thấp thì hút thu KLN của thực vật tăng. 1.3.4. Tình hình xử lý KLN bằng thực vật trên thế giới và ở Việt Nam Ở các phát triển Âu-Mỹ, hệ thực vật đã được khảo sát khá đầy đủ về khả năng chống chịu và hấp thu kim loại, hướng nghiên cứu này vẫn được duy trì và phát triển về cả lý luận và thực tiễn. Nhiều loại hình công nghệ xử lý ô nhiễm kim loại bằng thực vật đã được hình thành, phát triển và áp dụng thành công trong thực tiễn. Trong khoảng 10 năm trở lại đây các nhà khoa học tập trung nhiều nghiên cứu vào nhóm thực vật này bởi tầm quan trọng đối với cả khoa học và thực tiễn của chúng. Đối chiếu với các tài liệu đã công bố về hệ thực vật Việt Nam, trong danh sách các loài “siêu tích tụ” kim loại đã được công bố trên thế giới có 450 loài thì ở Việt Nam chỉ bắt gặp 27 loài. Trong số này, 4 loài là thực vật thủy sinh và 23 loài là thực vật trên cạn. Ở Việt Nam đã có nhiều công trình nghiên cứu khả năng xử lý KLN của các loài thực vật như sử dụng cây Sậy (Phragmites australis), cỏ vetiver, một số loài thực vật thuỷ sinh như bèo tây, bèo cái, rau muống, bèo tấm, ngổ, sậy,... 1.3.5. Đặc đ ểm sinh thái học của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực Cỏ mần trầu ( Eleusine indica L. Gaertn ), ngành Ngọc lan Magnoliophyta. Là cây thảo sống hằng năm, cao 15÷90cm, có rễ mọc khỏe. Lá mọc so le, hình dải nhọn; phiến lá nhẵn, mềm; bẹ lá có lông. Thân bò dài ở gốc, phân nhánh, sau mọc thẳng đứng thành bụi. Cây ra hoa thàng 3-11, mọc phổ biến ở nhiều nơi, thường gặp ở bờ ruộng, ven đường, bãi hoang. Cây lu lu đực (Solanum nigrum L) thuộc chi Solanum L. là một chi lớn nhất trong họ Cà Solanaceae. Cỏ hàng năm, cao 30-100 cm, nhẵn hoặc có lông tơ. Lá đơn mọc cách, mỏng như giấy, hình trứng, cỡ 3-11 x 1,5-6,5 cm, chóp nhọn, gốc hình nêm thót dần tới cuống. Mùa hoa quả tháng 6-11. Mọc rải rác trên các bãi hoang, ruộng hoang, ven đường, ở mọi độ cao đến 2500 m.

3

CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tƣợng và địa điểm nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Thực vật được sử dụng trong nghiên cứu: Hai loài thực vật có khả năng hấp thu KLN: cỏ mần trầu (Eleusine indica L.), cây lu lu đực (Solanum nigrum L.). - Cây trồng sử dụng trong thí nghiệm là cây gieo từ hạt, cây khoảng 4 – lá non và có chiều cao đồng đều nhau, cây được trồng trên đất sạch không bị ô nhiễm KLN. - KLN nghiên cứu As, Cd, Pb được bổ sung dưới dạng các muối Na2HAsO4.7H2O, Pb(NO3)2, Cd(NO3)2.4 H2O ở các hàm lượng khác nhau tùy theo mục đích từng thí nghiệm. Địa đ ểm nghiên c u: Khu vực trồng rau ở thành phố Thái Nguyên và vùng phụ cận 2.2. Nội dung nghiên cứu

1) Nghiên cứu thực trạng ô nhiễm As, Cd, Pb trong đất, nước và rau tại một số vùng

chuyên canh rau ở thành phố Thái Nguyên và phụ cận.

2) Nghiên cứu khả năng ứng dụng cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu

đực (Solanum nigrum L.) để xử lý As, Cd, Pb trong đất ở điều kiện nhà lưới.

3) Nghiên cứu ảnh hưởng của độ chua, phân hữu cơ vi sinh và phức chất hữu cơ EDTA đến khả năng tích lũy As, Cd, Pb của cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.) trong đất trồng rau ở điều kiện nhà lưới. 4) Nghiên cứu ứng dụng 2 loại thực vật gồm cây cỏ Mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.) để xử lý ô nhiễm As, Pb, Cd trong đất trồng rau 5) Nghiên cứu đề xuất quy trình xử lý đất ô nhiễm As, Cd, Pb ở vùng trồng rau

2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1. P ươ p áp đ ều tra thực địa và thu thập thông tin th cấp 2.3.2. P ươ p áp lấy mẫu nghiên c u Mẫu nước: Lấy 25 mẫu theo TCVN 5996:1995. Mẫu đất: Lấy 39 mẫu ở độ sâu 0 - 20 cm, theo TCVN 367:1999. Mẫu rau: Lấy 39 mẫu, lấy mẫu phần ăn được (lá hoặc quả). Mẫu nước, đất và rau được tiến hành làm 2 đợt (5/2012; 12/2013). 2.3.3. Vật liệu và p ươ p áp bố trí thí nghiệm 2.3.3.1. Vật liệu thí nghiệm - Cây sử dụng trong thí nghiệm là cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực được gieo từ hạt, cây được 4 - 5 lá non và có chiều cao đồng đều nhau. - Các KLN (As, Cd, Pb) được bổ sung trong thí nghiệm dưới dạng các muối Na2HAsO4.7H2O, Pb(NO3)2, Cd(NO3)2.4 H2O là các hóa chất của Merk. 2.3.3.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm trong nhà lưới

Bố trí 4 thí nghiệm, mỗi thí nghiệm có 3 công thức trong đó mỗi công thức lặp lại 6 lần. Thí nghiệm nhà lưới được tiến hành trong chậu nhựa hình trụ tròn (cao 30 cm, đường kính đáy 20 cm, đường kính trên 25 cm, có bổ sung các vật liệu thí nghiệm theo các tỷ lệ khác nhau đối với từng nội dung nghiên cứu. Đất dùng trong thí nghiệm nhà lưới là đất được lấy ở độ sâu 0-20 cm từ vùng trồng rau. Các đặc tính cơ bản của đất thí nghiệm trong chậu được mô tả trong bảng 1.

4

Bảng 1. Thành phần và tính chất của đất trƣớc thí nghiệm nhà lƣới P2O5 (%)

CEC (meq/100gđ)

K2O (%)

N (%)

pHKCl OM (%)

Dung trọng (g/cm3)

Thành phần cơ giới đất

As tổng số (mg/kg)

Pb tổng số (mg/kg)

Cd tổng số (mg/kg)

4,8

1,62

9,62

5,13

145

2,58

1,26

0,141

0,105 0,76 Thịt nhẹ

Đất sau khi lấy về, phơi khô không khí, nhặt sạch rễ cây, bổ sung phân bón nền NPK Lượng phân bón nền (NPK) được bổ sung một lần duy nhất vào thời điểm bắt đầu thí nghiệm, mỗi chậu thí nghiệm được bón 0,26 gam đạm urê + 0,22 gam lân supe +0,08 gam phân kali clorua/chậu chứa 1 kg đất. Tương ứng với 300 kg N + 100 kg P2O5 + 100 kg K2O/ha. Các loại phân khoáng sử dụng bao gồm: Phân đạm urê Hà Bắc (46% N), phân KCl (60% K2O), phân lân supe Lâm Thao (20% P2O5). Thí nghiệm 1: Nghiên cứu khả năng hấp thu một số KLN (Cd, Pb, As) của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực. Thí nghiệm nhà lưới 1.1: Lượng Cd bổ sung vào các chậu thí nghiệm ở các mức 0, 25, 50, 100, 200 mg Cd2+/kg dưới dạng Cd(NO3)2.4 H2O. Thí nghiệm nhà lưới 1.2: Lượng Pb bổ sung vào các chậu thí nghiệm ở các mức là 0, 500, 1000, 1500, 2000, 3000 mg Pb2+/kg dưới dạng Pb(NO3)2. Thí nghiệm nhà lưới 1.3: Lượng As bổ sung vào các chậu thí nghiệm ở các mức 0, 25,50, 100, 200 mg As5+/kg dưới dạng Na2 HAsO4.7H2O. Sau 3 tháng tiến hành thu hoạch để đánh giá khả năng tích lũy KLN của các cây thí nghiệm. Thí nghiệm 2: Nghiên cứu thời điểm thu hái đến khả năng hút thu KLN của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực. Thí nghiệm nhà lưới 2.1: Lượng Cd bổ sung vào các chậu thí nghiệm là 50 mg Cd2+/kg dưới dạng Cd(NO3)2.4 H2O. Thí nghiệm nhà lưới 2.2: Lượng Pb bổ sung vào các chậu thí nghiệm ở các mức là 1500 mg Pb2+/kg dưới dạng Pb(NO3)2. Thí nghiệm nhà lưới 2.3: Lượng As bổ sung vào các chậu thí nghiệm ở các mức 100 mg As5+/kg dưới dạng Na2 HAsO4.7H2O. Thời điểm thu mẫu sau 1, 2, 3 và 4 tháng thí nghiệm. Thí nghiệm 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đến khả năng hút thu KLN của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực. Thí nghiệm với các giá trị pH là 4,0; 5,0 và 7,0. Thí nghiệm được tiến hành trong 3 tháng. Thí nghiệm nhà lưới 3.1: Lượng Cd bổ sung vào các chậu thí nghiệm là 50 mg Cd2+/kg dưới dạng Cd(NO3)2.4 H2O. Thí nghiệm nhà lưới 3.2: Lượng Pb bổ sung vào các chậu thí nghiệm ở các mức là 1500 mg Pb2+/kg dưới dạng Pb(NO3)2. Thí nghiệm nhà lưới 3.3: Lượng As bổ sung vào các chậu thí nghiệm ở các mức 100 mg As5+/kg dưới dạng Na2 HAsO4.7H2O. Thí nghiệm nhà lưới 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón lên sinh trưởng và tích luỹ KLN của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực. Thí nghiệm được tiến hành trong 3 tháng. Thí nghiệm với các công thức phân bón khác nhau:

5

Bảng 2. Thí nghiệm khả năng hấp thu KLN ở chế độ phân bón khác nhau

Phân bón

TT

Thí nghiệm Thí nghiệm Thí nghiệm nhà lƣới 4.1 nhà lƣới 4.1 nhà lƣới 4.1 50mgCd2+/kg 1500 mgPb2+/kg 100 mgAs5+/kg PBPb-1 PBPb-2 PBPb-3 PBPb-4 PBPb-5

PBAs-1 PBAs -2 PBAs -3 PBAs -4 PBAs -5 PBCd-1 PBCd-2 PBCd-3 PBCd-4 PBCd-5

HCVS Không 100% (4,0 g) 75% (3,0 g) 50% (2,0 g) 25% (1,0 g)

1 2 3 4 5

NPK Không Không 25% (0,5 g) 50% (1,0 g) 75% (1,5 g) Thí nghiệm nhà lưới 5. Mục đích nghiên cứu ảnh hưởng của EDTA lên khả năng sinh

trưởng và tích lũy Cd , Pb, As của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực.

Bảng 2.15. Thí nghiệm về khả năng hấp thu Cd ở các mức EDTA khác nhau

TT Công thức

Lƣợng KLN bổ sung

1 EDTACd-1

EDTA (mmol/kg) 0

2 EDTACd-2

3 EDTACd-3 4 EDTACd-4

1 2 3

5 EDTACd-5

4

6 EDTACd-6

1000 mg/kg Pb2+ + 25 mg/kg Cd2+ + 50 mg/kg As5+ 1000 mg/kg Pb2+ + 25 mg/kg Cd2+ + 50 mg/kg As5+ 1000 mg/kg Pb2+ + 25 mg/kg Cd2+ + 50 mg/kg As5+ 1000 mg/kg Pb2+ + 25 mg/kg Cd2+ + 50 mg/kg As5+ 1000 mg/kg Pb2+ + 25 mg/kg Cd2+ + 50 mg/kg As5+ 1000 kg Pb2+ + 25 mg/kg Cd2+ + 50 mg/kg As5+

5

Nghiên cứu thử nghiệm mô hình ứng dụng biện pháp sinh học xử lý ô nhiễm một số kim loại nặng (Pb, Cd, As) trong đất trồng rau

Mô hình được triển khai tại vùng trồng rau phường Túc Duyên, thành phố Thái Nguyên với diện tích 200 m2/mô hình x 2 mô hình, nhằm đánh giá hiệu quả xử lý ô nhiễm KLN trong đất trồng rau của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực. 2.3.4. P ươ p áp nghiên c u trong phòng thí nghiệm Phân tích các thông số lý và hóa học trong đất theo TCVN hiện hành, bao gồm các chỉ tiêu như: thành phần cơ giới, dung trọng, độ ẩm đất, CEC, Chất hữu cơ (OM), pHKCl, Nts, Ndt, P2O5ts, P2O5dt, K2Ots, K2Odt, Asts, Cdts, Pbdt; phân tích nước ( pH, As, Cd, Pb); rau (As, Cd, Pb tổng số). 2.3.5. P ươ p áp xử lý số liệu

Các số liệu nghiên cứu được xử lý thống kê toán học trên các phần mềm Excel

và SAS 9.1.

6

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Thực trạng sản xuất rau và hàm lƣợng KLN trong đất trồng rau ở thành phố Thái Nguyên và vùng phụ cận - Môi trường đất: Hàm lượng Pb dao động 22,12-145,05 mg/kg, hàm lượng Cd dao động 0,32-3,23 mg/kg, hàm lượng As dao động 4,27-8,39 mg/kg - Môi trường nước: Hàm lượng Pb trong khoảng 0,015 - 0,135 mg/l, hàm lượng Cd trong khoảng 0,002 - 0,032 mg/l, hàm lượng As trong khoảng 0,015 - 0,094 mg/l. 3.2. Kết quả nghiên cứu lựa chọn cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực để xử lý KLN trong đất trồng rau 3.2.1. Kết quả nghiên c u khả ă c ống chịu và tíc lũy Cd của 2 loài thực vật Khi tăng lượng Cd2+ bổ sung và các công thứ thí nghiệm (CTTN) thì sinh khối cỏ mần trầu giảm dần so với mẫu đối chứng. Cụ thể ở công thức BSCd-2 sinh khối cây giảm còn 86,75%, BSCd-3 sinh khối giảm còn 84,03% so với BSCd-1. Khi hàm lượng Cd cao thì sinh khối của cây giảm rõ rệt, cụ thể: ở BSCd-4 sinh khối còn 62,96%, ở BSCd-5 sinh khối còn 44,22% (Hình 3.1). Từ hình 3.1 có thể thấy khả năng tích lũy Cd trong cây cỏ mần trầu tăng khi hàm lượng Cd trong đất tăng.

800

1400

700

Thân lá

Rễ

677.29

Thân lá

1200

600

) g k

1000

533.17

/ g m

500

) g k

482.08

800

/ g m

440.7

( y ũ

426.05

(

l

400

y ũ

365.09

l

600

274.13

300

250.08

400

200

195.21

h c í t d C g n ợ ƣ L

200

h c í t d C g n ợ ƣ L

107.12

100

98.87

108.8

75.61

0

24.05

9.93

0

BSCd-1 BSCd-2 BSCd-3 BSCd-4 BSCd-5

BSCd-1 BSCd-2

BSCd-3 BSCd-4 BSCd-5

Công thức thí nghiệm

Công thức thí nghiệm

Hình 3.2. Ảnh hưởng của Cd đến tích lũy Cd trong thân và rễ cây lu lu đực

Hình 3.1. Ảnh hưởng của Cd đến tích lũy Cd trong thân và rễ cây cỏ mần trầu

Cây lu lu đực (Solanum nigrum L.) Cũng giống cỏ mần trầu, khi bổ sung thêm Cd sinh khối cây lu lu đực giảm dần so với mẫu đối chứng BSCd-1, cụ thể ở công thức BSCd-2 sinh khối giảm còn 98,99%, ở công thức BSCd-3 giảm còn 83,36%, ở công thức BSCd-4 giảm còn 55,78%, ở công thức BSCd- 5 còn 38,43% so với đối chứng. Khi bổ sung hàm lượng Cd tăng lên thì khả năng tích lũy Cd trong cây lu lu đực tăng lên thể hiện ở cả thân và rễ cỏ. Ở công thức BSCd-2 hàm lượng Cd tích lũy trong thân tăng 3,4 lần so với ở công thức đối chứng BSCd-1 thì ở công thức BSCd-3 là 7,2 lần, công thức BSCd-4 là 11,4 lần và công thức BSCd-5 là 15,3 lần. Tương tự đối với rễ cỏ khả năng hấp thu và tích lũy Cd ở các công thức BSCd-2, BSCd-3, BSCd-4 và BSCd- 5 tăng tương ứng so với công thức đối chứng BSCd-1 tương ứng là 3,5; 6,8; 8,2 và 8,9 lần. Tuy nhiên, khả năng loại bỏ Cd ra khỏi đất lại tốt nhất với công thức đối chứng BSCd-4 (bổ sung 100 mg Cd/kg đất), loại bỏ được 5,210 mg Cd ra khỏi đất. Điều này có thể lí giải vì ở công thức đối chứng BSCd-4 sinh khối của cây lu lu đực là khá cao (22,3 mg) nên tuy khả năng tích lũy Cd trong thân và rễ không phải là cao nhất so với

7

các công thức khác nhưng khả năng loại bỏ Cd ra khỏi đất là cao nhất. Do vậy nếu đất ô nhiễm Cd thì nên dùng cây lu lu đực và cây cỏ mần trầu để xử lý vì khả năng sinh trưởng và phát triển cũng hấp tích lũy Cd của cây tương đối cao. 3.2.1.2. Kết quả nghiên cứu khả năng chống chịu và tích lũy Pb của 2 loài thực vật

Bảng 3.11. Ảnh hƣởng của Pb đến sinh khối và tích lũy Pb của cây cỏ mần trầu.

Sinh khối (g)

Tích lũy (mg/kg)

CTTN

Tổng (mgPb/cây)

Thân lá

Rễ

Tổng

Thân lá

Rễ

BSPb-1

17,29±2,78a

6,25±1,12a

23,54±3,12a

58,7±3,11a

435,31±5,24a

3,735

BSPb-2 18,78±2,81ba

6,45±1,01b

25,23±4,23ba

64,78±5,13b

505,84±9,14b

4,479

BSPb-3 24,23±2,83bc 10,20±1,45bc 34,38±5,22bc

115,72±7,12c

567,27±11,13c

8,590

BSPb-4 23,18±2,34cd

7,94±1,32c

31,12±4,27c

149,25±7,23d

1332,65±13,16d

14,040

BSPb-5

19,87±2,16d

6,68±1,23c

26,55±3,16c

172,95±8,17e

1582,92±14,13e

14,010

BSPb-6

12,53±1,53e

4,35±0,87d

16,88±1,17d

189,6±8,19e

2754,6±15,34f

14,358

3,05

1,06

4,47

7,98

12,67

LSD0,05

CV (%)

3,2

2,7

4,2

5,35

2,89

3500

Thân lá

Rễ

Tổng

3000

) g k

2500

/ g m

(

y ũ

2000

l

1500

1000

h c í t b P g n ợ ƣ L

500

0

BSPb - 1

BSPb - 3

BSPb - 4

BSPb - 6

Kết quả bảng 3.11 và hình 3.3 cho thấy, cỏ mần trầu sống được ở tất cả các CTTN, khối lượng thân ở các CTTN cao hơn ở rễ, khả năng sinh trưởng và hấp thu Pb có khác nhau. Khi Pb là 500 mg Pb/kg đất (BSPb-2) sinh khối 25,23±4,23 g, tăng 7,18% so với đối chứng BSPb-1. Khi tăng hàm lượng Pb lên thì sinh khối cây cũng có xu hướng tăng, cụ thể ở BSPb- Pb bổ sung vào là 1000 mg Pb/kg đất thì sinh khối đạt 34,38±5,22g, tăng 46,05% so đối chứng.

BSPb - BSPb - 2 5 Công thức thí nghiệm

Hình 3.3. Ảnh hưởng của Pb đến tích lũy Pb trong thân lá, rễ cây cỏ mần trầu Khi tăng tiếp lượng Pb vào đất, sinh trưởng của cỏ mần trầu bắt đầu giảm, cụ thể ở BSPb -4 (1500 mg Pb/kg đất) thì sinh khối là 31,12±4,27 g thấp hơn ở BSPb-3, tuy nhiên vẫn tăng hơn 32,20% so với đối chứng BSPb-1. Còn khi tăng lên 3000 mg Pb/kg đất (ở công thức BSPb – 6) thì sinh khối giảm còn 16,88±1,17 g, giảm 28,29% so với đối chứng. Kết quả tương tự với nghiên cứu của Đặng Đình Kim (2007) bổ sung 500 mg Pb/kg đất thì sinh khối cây đạt 21,09 g; khi bổ sung 1000 mg Pb/kg sinh khối đạt 37,3 g; khi tăng hàm lượng Pb lên 3000 mg/kg thì sinh khối giảm xuống.

Lượng Pb cây hấp thu chủ yếu là ở phần rễ. Khả năng hấp thu của cây ở cả phần thân lá và phần rễ đều tỷ lệ với lượng Pb trong đất. Cũng theo Đặng Đình Kim và cộng sự (2007), khi bổ sung 500 và 2000 mg Pb/kg đất thì ượng Pb cây hấp thu tăng 7,676 lần và 53,238 lần so với đối chứng.

Bảng 3.12. Ảnh hƣởng của Pb đến sinh khối và tích lũy Pb của cây lu lu đực

CTTN

Sinh khối (g)

Tích lũy (mg/kg)

Tổng

8

Thân lá 98,9±2,11a

Thân lá 25,16±3,11a

Rễ 3,43±0,54a

Tổng 28,59±3,13a

BSPb-1 BSPb-2 25,72±3,15ab 3,75±0,58ba 29,47±3,15bc 125,82±3,16b 165,19±5,24c BSPb-3 278,54±6,14d BSPb-4 293,95±6,12e BSPb-5 311,27±5,56f BSPb-6 5,61 LSD0,05 2,23 CV(%)

32,19±3,19b 29,73±3,15b 24,73±2,17c 19,14±2,11d 2,5 7,63

28,04±3,27b 25,91±2,67b 21,32±2,53c 16,13±2,11d 2,16 7,13

4,15±0,65ba 3,82±0,60bc 3,41±0,51bc 3,01±0,43c 0,59 3,79

Rễ 324,82±3,16a 401,15±6,26b 539,72±7,21c 1255,37±7,36d 1304,15±7,89e 1902,73±10,35f 56,41 2,65

(mgPb/cây) 3,603 4,740 6,870 12,012 10,714 10,748

Kết quả ở bảng 3.12 cho thấy sinh khối của cây lu lu đực tập trung chủ yếu ở phần trên mặt đất, sinh khối phần rễ ít hơn so với cây cỏ mần trầu, ở công thức BSPb-3 cây cho sinh khối lớn nhất (32,19±3,19 g), tăng 12,59% so với đối chứng công thức BSPb-1.

2500

Thân lá

Rễ

Tổng

) g k

/ g m

2000

( y ũ

l

1500

1000

h c í t b P g n ợ ƣ L

500

0

BSPb - 1 BSPb - 2 BSPb - 3 BSPb - 4 BSPb - 5 BSPb - 6

Công thức thí nghiệm

Hình 3.4. Ảnh hưởng của Pb đến tích lũy Pb trong thân lá, rễ cây lu lu đực So với đối chứng BSPb-1, lượng Pb mà cây hấp thu được trong thân và rễ tăng lên rất nhiều (Hình 3.4). Nếu như công thức BSPb-2 Pb tích lũy trong thân tăng 1,27 lần thì ở BSPb-3 là 1,67 lần, BSPb-4 là 2,82 lần, BSPb-5 là 2,97 lần và BSPb-6 là 3,14 lần. Tương tự đối với rễ cỏ khả năng hấp thu và tích lũy Pb ở các CT BSPb-2, BSPb-3, BSPb-4, BSPb-5 và BSPb-6 tăng so với đối chứng BSPb-1 tương ứng là 1,23; 1,66; 3,86; 4,01 và 5,86 lần. Vì vậy, ở BSPb-4 hiệu quả hấp thu Pb là cao nhất, khả năng loại bỏ Pb ra khỏi đất là 12,012 mg/cây.

Kết quả ở bảng 3.13 và hình 3.5 cho thấy cỏ mần trầu sống được ở tất cả các CTTN nhưng khả năng sinh trưởng và hấp thu As có khác nhau. Khi bổ sung As, so với đối chứng thì sinh khối cỏ mần trầu giảm dần, cụ thể: ở BSAs-2 đạt 28,12±2,60 g giảm còn 88,15%; Ở BSAs-3 đạt 24,76±2,59 g, giảm còn 77,61%; Ở BSAs-4 đạt 23,54±2,57 g, giảm còn 73,79% và BSAs-5 sinh giảm còn 64,48% .

Khả năng hấp thu As ở phần rễ cũng cao hơn phần thân lá, lượng As được tích lũy ở phần thân lá và phần rễ cao nhất ở công thức BSAs- 5, tương ứng là 76,68±2,14 mg/kg và 85,94±7,17 mg/kg, lượng As tách ra là 1,627 mg/kg đất.

CTTN

Bảng 3.13. Ảnh hƣởng của As đến sinh khối và tích lũy As của cây cỏ mần trầu Tổng (mgAs/cây)

Sinh khối (g) Rễ

Tổng

Thân lá 1,02±0,13a 2,45±0,15b 8,51±0,18c

Tích lũy (mg/kg) Rễ 1,37±0,16a 8,65±0,57a 31,90±2,65a 5,56±1,13b 7,94±0,55b 28,12±2,60b 6,75±0,44c 24,76±2,59cb 11,68±2,16c 6,25±0,45c 23,54±2,57cb 15,15±1,11d 42,38±4,16d 5,42±0,34d 20,57±2,45d 76,68±2,14e 85,94±7,17d

0,035 0,093 0,232 0,526 1,627

Thân lá 23,25±2,57a 20,18±2,55ba 18,01±2,54bc 17,29±2,43dc 15,15±2,14d 3,12

0,57

3,04

1,15

4,61

BSAs-1 BSAs-2 BSAs-3 BSAs-4 BSAs-5 LSD0,05

9

CV (%)

3,8

6,75

9,67

4,6

3,07

Kết ở bảng 3.14 hình 3.6 cho thấy lu lu đực sống được ở tất cả các CTTN, tuy nhiên khả năng sinh trưởng và hấp thu As ở từng công thức cũng khác nhau. Nhìn chung khi hàm lượng As tăng thì sinh khối của cây giảm so với công thức đối chứng BSAs- 1, cụ thể sinh khối thu được ở BSAs-1 là 28,59g, BSAs-2 là 21,79 g; BSAs-3 là: 22,19 g; BSAs-4 là: 23,79 g và BSA-5 là: 20,03g.

Bảng 3.14. Ảnh hƣởng của As đến sinh khối và tích lũy As của cây lu lu đực

CTTN

Sinh khối (g)

Tích lũy (mg/kg)

Tổng (mgAs/cây)

Thân lá

Rễ

Tổng

Thân lá

Rễ

BSAs-1

25,16±3,15a

3,43±0,18a

28,59±3,17a

15,7±0,17a

42,15±0,45a

0,539

BSAs-2

19,36±2,16b

2,43±0,18b

21,79±2,53b

60,67±0,35b

95,56±2,65b

1,406

BSAs-3 19,72±2,23cb 2,47±0,21c 22,19±2,54cb

98,52±0,58c

131,98±4,16c

2,268

BSAs-4 21,04±2,54cb 2,75±0,23c 23,79±2,54cb 148,28±1,17d 299,15±6,18d

3,942

BSAs-5

17,91±2,10c

2,12±0,15d

20,03±2,18c

185,54±2,34e 338,82±8,21e

4,041

LSD0,05

2,68

0,22

3,18

5,32

2,43

CV (%)

10,6

6,83

11,26

2,08

5,3

Khả năng tích lũy As trong cây tăng khi hàm lượng As trong đất tăng, ở phần rễ tăng hơn phần thân lá. Khả năng loại bỏ As ra khỏi đất của cây lu lu đực cao hơn cây cỏ mần trầu. So với đối chứng BSAs-1, hàm lượng As tích lũy trong thân ở công thức BSAs-2 tăng 3,86 lần; BSAs-3 là 6,28 lần; BSAs-4 là 9,44 lần; BSAs-5 là 11,8 lần. Tương tự đối với rễ cỏ khả năng hấp thu và tích lũy As ở các công thức BSAs – 2, BSAs-3, BSAs-4 và BSAs-5 tăng tương ứng so với đối chứng 2,27; 3,13; 7,09 và 8,04 lần. Hàm lượng As tích lũy đạt cao nhất trong thân và rễ của cây lu lu đực tương ứng là 185,54±2,34 mg/kg và 338,82±8,21 mg/kg ở đất có bổ sung 100 mg/kg As. Như vậy với đất ô nhiễm As thấp thì ta có thể sử dụng cây lu lu đực để xử lý.

Có thể kết luận rằng cỏ mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.) có khả năng hấp thu Pb ở hàm lượng cao và nó phát triển tốt trên đất bị nhiễm Pb, điều này cũng phù hợp với nghiên cứu của Đặng Đình Kim và cộng sự khi nghiên cứu cải tạo đất ô nhiễm ở vùng khai thác khoáng sản. 3.3. Kết quả nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến hấp thu KLN của thực vật

3.3.1. Kết quả nghiên c u khả ă tíc lũy KL t eo t ời gian

Khả năng tích lũy Cd

Loại cây Lƣợng Cd tích lũy trong thân lá (mg/kg)

Cỏ mần trầu

Sinh khối khô của cây (g) 4,84±0,5a 16,85±1,1a 25,52±2,0b 26,26±3,1c 1,53 6,77 3,01±0,6a 23,41±1,75a 40,44±2,94b 72,41±3,58c 65,57±3,83d 1,59 2,57 28,72±2,31a Lƣợng Cd tích lũy trong rễ (mg/kg) 80,97±3,02a 214,91±14,18b 343,8±29,07c 340,44±29,75d 24,24 8,04 156,4±11,6a

Bảng 3.16. Khả năng tích lũy Cd của cây theo thời gian Công thứcTN TGCd-1 TGCd-2 TGCd-3 TGCd-4 LSD0,05 CV (%) Lu lu đực TGCd-1

10

TGCd-2 TGCd-3 TGCd-4 LSD0,05 CV (%) 17,89±0,9a 26,75±2,1b 26,58±1.8c 1,4 6,12 402,51±22,4b 745,08±32,5c 781,26±34,6d 23,39 3,65

65,82±5,22a 153,26±10,51b 156,34±12,62c 7,62 6,13 Đối với cây cỏ mần trầu, sau 1 tháng trồng cây thì hàm lượng Cd tích lũy trong phần thân lá là 23,41±1,75 mg/kg, nhưng sau 2 tháng hàm lượng Cd tích lũy trong thân của cây đã tăng lên 40,44±2,94 mg/kg cao hơn gấp 1,7 lần và sau 3 tháng là 72,41±3,58 mg/kg, gấp 3,1 lần so với cây trồng sau 1 tháng; Sau 4 tháng thì khả năng tích lũy có phần giảm xuống so với cây trồng sau 3 tháng, khả năng tích lũy Cd trong phần thân lá còn 65,57±3,83 mg/kg. Tương tự với hàm lượng Cd tích lũy trong rễ của cây. Ở tháng thứ nhất, Cd tích lũy trong rễ là 80,97±3,02 mg/kg, nhưng sau 2 tháng đã tăng lên 214,91±14,18 mg/kg cao hơn gấp 2,6 lần, sau 3 tháng và 4 tháng thì hàm lượng Cd tích lũy trong rễ cây đã tăng lên tương ứng là 343,8±29,07 mg/kg, 340,44±29,75 mg/kg cao hơn gấp 4,1 và 3,9 lần so với tháng thứ nhất. Như vậy sau 3 tháng trồng ta nên thu hoạch cây dể xử lý sinh khối.

Đối với cây lu lu đực, khả năng tích Cd tăng dần theo thời gian. Ở tháng thứ nhất, hàm lượng Cd tích lũy trong thân của cây lu lu đực là 28,72±2,31 mg/kg, nhưng sau 2 tháng Cd tích lũy trong thân của cây đã tăng lên 65,82±5,22 mg/kg, gấp hơn 2 lần, sau 3 tháng và 4 tháng trồng thì Cd tích lũy trong thân cây đã tăng lên tương ứng là 153,26 ± 10,51 mg/kg và 156,34±12,62 mg/kg, tăng hơn gấp 5 lần so với cây trồng sau 1 tháng. So với cây trồng sau 3 tháng thì khả năng tích lũy Cd trong thân lá của cây lu lu đực sau 4 tháng là không đáng kể. Khả năng tích lũy Cd của cây sau 3 tháng và 4 tháng trồng là không nhiều, do đó ta cũng nên thu cây sau 3 tháng trồng để xử lý Cd.

Khả năng tích lũy Pb Kết quả thu được cho thấy, khả năng tích lũy KLN của cây cỏ mần trầu (Eleusine indica L.) tăng dần theo thời gian, hàm lượng Pb tích lũy trong thân lá ở tháng thứ nhất là 38,56±1,33 mg/kg (TGPb-1), nhưng đến tháng thứ 2 (TGPb-2) đã tăng lên 65,59±4,26 mg/kg cao hơn gấp 1,7 lần và tháng thứ 3 (TGPb-3), thứ 4 (TGPb-4) thì đã tăng lên tương ứng là 139,20±6,10 mg/kg và 143,98±6,20 mg/kg cao hơn gấp 3,6 và 3,7 lần so với tháng thứ nhất.

Bảng 3.18. Khả năng tích lũy Pb của cây theo thời gian

Loại cây Lƣợng Pb tích lũy trong rễ (mg/kg)

Cỏ mần trầu

Lu lu đực

Sinh khối khô của cây (g) 5,12±0,50a 20,27±2,60a 33,38±2,91b 35,07±2,85c 2,25 7,79 3,8±0,60a 18,2±2,30a 31,05±2,91b 30,54±2,80c 2,2 Lƣợng Pb tích lũy trong thân lá (mg/kg) 38,56±1,33a 65,59±4,26a 139,20±6,10b 143,98±6,20c 6,58 5,52 97,18±8,31a 175,99±17,78b 271,48±25,76c 333,09±28,01b 14,41 278,45±16,04a 717,82±24,41a 1292,27±62,61b 1335.07±41,51c 52,84 7,74 198,15±9,26a 618,61±26,66a 1252,27±56,28b 1240,60±55,06c 49,65 Công thức TN TGPb-1 TGPb-2 TGPb-3 TGPb-4 LSD0,05 CV (%) TGPb-1 TGPb-2 TGPb-3 TGPb-4 LSD0,05

11

CV (%) 8,85 5,34 4,88

Kết quả cũng thu được tương tự với hàm lượng Pb tích lũy trong rễ của cây cỏ mần trầu, sau 1 tháng là 278,45±16,04 mg/kg đã tăng lên 717,82±24,41mg/kg cao hơn gấp 2,6 lần, sau 3 tháng và 4 tháng thì tăng lên tương ứng là 1292,27±62,61 mg/kg và 1335,07±41,51 mg/kg cao hơn gấp 4,8 và 4,9 lần so với tháng thứ nhất.

Có thể thấy rằng khả năng hấp thu Pb ở cả phần thân lá và phần rễ là cao nhất, tuy nhiên nó tăng không đáng kể so với sau 3 tháng. Tương tự đối với cây lu lu đực, hàm lượng Pb tích lũy trong thân sau 1 tháng là 97,18±8,31 mg/kg, nhưng sau 2 tháng đã tăng lên 175,99±17,78 mg/kg, đến tháng thứ 3, thứ 4 thì tăng lên tương ứng là 271,48±25,76 và 333,09±28,01mg/kg.

Hàm lượng Pb tích lũy trong rễ của cây lu lu đực sau 1 tháng là 198,15±9,26 mg/kg, sau 2 tháng đã tăng lên 618,61±26,66 mg/kg, sau 3 tháng và sau 4 tháng thì tăng lên tương ứng là 1252,27±56,28 và 1240,60±55,06 mg/kg. Lượng Pb được cây lấy ra khỏi đất sau 3 tháng trồng là 47,31 mg, sau 4 tháng là 48,06 mg, tăng không đáng kể so với thời gian trồng 3 tháng, do đó thời gian thu cây thích hợp là sau 3 tháng trồng, lúc đó sinh khối của cây cũng lớn nhất và tích lũy Pb của cây cũng cao.

Khả năng tích lũy As

Bảng 3.20. Khả năng tích lũy As của cây theo thời gian

Loại cây Lƣợng As tích lũy trong thân lá(mg/kg)

Cỏ mần trầu

Lu lu đực

Công thức TN TGAs-1 TGAs-2 TGAs-3 TGAs-4 LSD0,05 CV (%) TGAs-1 TGAs-2 TGAs-3 TGAs-4 LSD0,05 CV (%) Sinh khối khô của cây (g) 4,75±0,4a 17,65±2,2a 28,12±3,0b 29,90±3,2c 2,21 8,92 3,01±0,65a 16,32±1,14b 29,08±2,34c 30,62±2,18d 1,51 6,21 Lƣợng As tích lũy trong rễ (mg/kg) 10,33±1,14a 26,78±2,32a 42,38±3,24b 40,46±3,21c 2,39 6,47 96,50±2,75a 165,15±8,31a 294,83±20,85b 287,69±14,41c 9 3,46

4,91±0,71a 8,33±1,05a 15,13±2,13b 14,01±2,12c 1,14 8,71 37,75±1,59a 64,64±0,1,79b 143,73±5,22c 145,85±8,89d 5,71 4,74 Đối với cây cỏ mần trầu: Kết quả thu được cho thấy, khả năng tích lũy KLN của cây cỏ mần trầu tăng dần theo thời gian, hàm lượng As tích lũy trong thân cây ở tháng thứ nhất, là 4,91±0,71 mg/kg, nhưng đến tháng thứ 2 đã tăng lên 8,33±1,05 mg/kg cao hơn gấp 1,7 lần, tháng thứ 3 và tháng thứ 4 thì đã tăng lên tương ứng là 15,13 ± 2,13 và 14,01± 2,12 mg/kg cao hơn gấp 3,1 và 2,9 lần so với tháng thứ nhất.

Đối với cây lu lu đực: Ở tháng thứ nhất, hàm lượng As tích lũy trong thân của cây lu lu đực là 37,75±1,59 mg/kg, đến tháng thứ 2 đã tăng lên 64,64±0,1,79 mg/kg, tháng thứ 3, thứ 4 thì tăng lên tương ứng là 143,73±5,22 và 145,85±8,89 mg/kg.

Tương tự với hàm lượng As tích lũy trong rễ của cây lu lu đực, ở tháng thứ nhất là 96,50±2,75 mg/kg, nhưng đến tháng thứ 2 đã tăng lên 165,15±8,31 mg/kg, tháng thứ 3 thì tăng lên tương ứng là 294,83±20,85 mg/kg, tháng thứ 4 có tăng nhưng không đáng kể so với tháng thứ 3, đạt 287,69±14,41 mg/kg. Như vậy cây lu lu đực và cây cỏ mần trầu có thể thu hoạch để xử lý sinh khối tại thời điểm sau 3 tháng.

12

3.3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của pH đến sinh trƣởng và tích lũy KLN của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực

Khả năng hấp thu Cd Đối với cây cỏ mần trầu, ở công thức đối chứng (pH = 4,8) hàm lượng Cd tích lũy ở phần thân lá và rễ tương ứng là 72,55±3,30 mg/kg và 363,24±21,07 mg/kg. Ở pH = 5,0 hàm lượng Cd tích lũy ở phần thân là 76,13±3,20 mg/kg và rễ là 355,02±21,18 mg/kg. So với công thức đối chứng thì không có sự sai khác có ý nghĩa về mặt thống kê. Khi pH tăng lên 7,0 thì hàm lượng Cd được hấp thu qua phần thân lá là 75,24±3,50 mg/kg, cao hơn so với ĐC, nhưng phần rễ lại có xu hướng giảm, cụ thể là 339,48±35,24 mg/kg.

Bảng 3.22. Ảnh hƣởng của pH đến khả năng tích lũy Cd

Loại cây

Cỏ mần Công thứcTN pHCd-1 pHCd -2 pHCd -3 pHCd -4 Sinh khối khô của cây (g) 25,13±1,4a - 27,76±1,8b 27,47±1,3c Lƣợng Cd tích lũy trong thân lá (mg/kg) 72,55±3,30a - 76,13±3,20b 75,24±3,50c Lƣợng Cd tích lũy trong rễ (mg/kg) 363,24±21,07a - 355,02±21,18a 339,48±35,24b trầu 1,23 2,06 21,75 LSD0,05

Lu lu đực

CV (%) pHCd-1 pHCd -2 pHCd -3 pHCd -4 LSD0,05 CV (%) 4,99 26,37±1,6a - 29,05±1,7b 28,78±1,8c 1,05 4,06 2,99 153,26±7,40a - 159,28±10,43b 151,25±9,57c 7,88 5,52 7,09 746,75±23,48a - 765,45±25,89c 737,29±29,03d 24,16 3,49

Đối với cây lu lu đực ở pH = 5,0 hàm lượng Cd tích lũy ở phần thân lá và phần rễ là lớn nhất, tương ứng là 159,28±10,43 và 765,45±25,89 mg/kg. Ở công thức pH=7 thì khả năng hấp thu ở phần thân lá và phần rễ thấp hơn so với công thức đối chứng (pH=4,8), tương ứng là 151,25±9,57 và 737,29±29,03 mg/kg, do tính linh động của Cd do đó cây trồng dễ hấp thu hơn so với môi trường đất trung tính.

13

Bảng 3.24. Ảnh hƣởng của pH đến khả năng tích lũy Pb

Loại cây Lƣợng Pb tích lũy trong thân lá (mg/kg)

Cỏ mần trầu

Lu lu đực

Công thức pHPb-1 pHPb -2 pHPb -3 pHPb -4 LSD0,05 CV (%) pHPb-1 pHPb -2 pHPb -3 pHPb -4 LSD0,05 CV (%) Sinh khối khô của cây (g) 31,19±2,50a - 34,60±2,52b 29,74±2,45c 1,54 5,23 28,52±2,26a - 35,42±2,36c 32,32±2,25d 1,41 4,77 119,2±6,05a - 115,3±5,08c 98,5±4,72d 3,33 3,25 328,50±12,52a - 315,30±12,78c 296,40±10,82d 22,01 7,6 Lƣợng Pb tích lũy trong rễ (mg/kg) 1132,6±45,36a - 1102,4±40,54b 902,3±32,18c 33,62 3,48 825,60±25,45a - 813,40±35,82a 805,30±15,78b 36,76 4,74

Khả năng tích lũy As Từ kết quả phân tích cho thấy: Tại pH = 5,0 cây cỏ mần trầu có khả năng hấp thu As cao nhất, phần thân lá 15,41±0,79 mg/kg và rễ 42,31±3,50 mg/kg, ở pH = 7,0 phần thân lá 14,54±1,1 mg/kg, ở phần rễ là 39,62 ± 2,54 mg/kg; Đối với cây lu lu đực: Khả năng hấp thu As của cây lu lu đực cao nhất ở công thức pH = 5,0. Tại mức pH này thì thân lá hấp thu được 165,52±16,15 mg/kg, phần rễ 314,69±18,24 mg/kg. Ở công thức pH = 7,0 khả năng hấp thu của cây lu lu đực giảm hẳn, ở phần thân lá là 139,02±4,67 mg/kg, ở phần rễ là 276,85±12,26 mg/kg.

Bảng 3.26. Ảnh hƣởng của pH đến khả năng tích lũy As

Loại cây Sinh khối khô của cây (g) Lƣợng As tích lũy trong thân lá (mg/kg) Lƣợng As tích lũy trong rễ (mg/kg)

Cỏ mần trầu

Lu lu đực

Công thức pHAs-1 pHAs-2 pHAs-3 pHAs-4 LSD0,05 CV (%) pHAs-1 pHAs-2 pHAs-3 pHAs-4 LSD0,05 CV (%) 27,05±2,3a - 30,05±1,8b 30,16±2,0c 1,72 6,41 28,13±1,6a - 31,15±1,7b 31,76±1,9c 1,07 3,85 42,38±3,75a - 42,31±3,50a 39,62±2,54b 2,85 7,46 294,81±13,08a - 314,69±18,24c 276,85±12,26d 14,55 5,33

14,98±0,61a - 15,41±0,79b 14,54±1,1c 0,7 5,03 151,61±13,62a - 165,52±16,15b 139,02±4,67c 14,22 10,13 3.3.3. Kết quả nghiên c u ả ưởng của p â bó đế s trưởng và tích luỹ KLN của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực Khả năng hấp thu Cd của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực khác nhau ở các công thức bón phân khác nhau, ở công thức PBCd-4 khả năng tích lũy Cd trong cây là lớn nhất, phần thân lá hấp 72,58± 3,58 mg/kg, phần rễ 333,80±16,04 mg/kg. Khả năng loại bỏ Cd khi bón phân tăng so với đối chứng PBCd-1 là: PBCd -2 tăng 24%, PBCd-3 tăng 47%, PBCd-4 tăng 90% và PBCd-5 tăng 32%.

14

CTTN

Loại cây

Sinh khối khô rễ (g)

Bảng 3.28. Ảnh hƣởng của phân bón đến khả năng tích lũy Cd Lƣợng Cd tích lũy trong rễ (mg/kg)

Lƣợng Cd tích lũy trong thân lá (mg/kg)

Sinh khối khô thân lá (g)

Cỏ mần trầu

1,84 2,44

Lu lu đực

Lƣợng Cd đƣợc cây lấy ra (mg/cây) 1,77 2,20 2,60 3,37 2,35 2,22 3,47 3,88 5,54 4,59

3,85 2,34

5,06±0,42a 6,01±0,45b 6,52±0,48c 8,04±0,51d 6,26±0,46e 0,24 3,09 2,42±0,21a 2,17±0,20b 2,64±0,24c 3,21±0,31d 3,02±0,30e 0,18 5,45

297,19±16,33a 315,32±12,83ab 321,57±13,73bc 333,80±16,04cd 309,52±16,95d 14,33 3,74 382,88±9,58a 666,89±21,87b 616,49±16,94b 758,11±22,80c 662,58±25,47d 22,89 3,07

56,61±3,54a 9,72±0,83a 11,24±0,91b 58,81±3,56b 14,33±1,12c 63,88±3,23c 17,53±1,43d 72,58±3,58c 12,91±1,05e 58,84±3,28d 0,62 3,85 13,38±0,87a 118,11±7,15a 17,72±0,88b 129,94±7,25b 19,31±0,92c 135,15±7,08c 23,57±1,14d 152,52±7,34d 21,18±1,11e 142,83±7,24e 0,55 2,38

PBCd-1 PBCd-2 PBCd-3 PBCd-4 PBCd-5 LSD0,05 CV (%) PBCd-1 PBCd-2 PBCd-3 PBCd-4 PBCd-5 LSD0,05 CV (%) Kết quả thu được với cây lu lu đực cũng tương tự như vậy, ở công thức PBCd-4 khả năng tích lũy Cd trong cây là lớn nhất, phần thân lá 152,52±7,34 mg/kg, phần rễ 758,11±22,8 mg/kg. Ở công thức PBCd-2, PBCd-3 và PBCd-5 thì khả năng hấp thu Cd của cây lu lu đực tương đối lớn nhưng vẫn nhỏ hơn công thức PBCd-4, ở phần thân lá tương ứng là 129,94±7,25, 135,15±7,08 và 142,83±7,24 mg/kg, ở phần rễ tương ứng là 666,89±21,87, 616,49±16,94 và 662,58±25,47 mg/kg. Nếu coi khả năng loại bỏ Cd của cây ra khỏi đất ở đối chứng PBCd-1 là 100% thì khả năng loại bỏ Cd của cây ở các công thức bón phân tăng so với đối chứng là: PBCd-2 tăng 56%, PBCd-3 tăng 75%, PBCd-4 tăng 150% và PBCd-5 tăng 106%. Vì vậy, nếu muốn tăng hiệu quả loại bỏ Cd ra khỏi đất thì cần bón kết hợp cả phân hữu cơ khoáng. Khả năng tích lũy Pb Ở các công thức bón phân khác nhau khả năng hấp thu Pb của cây cỏ mần trầu cũng khác nhau, ở PBPb-4 khả năng tích lũy Pb trong cây là lớn nhất, phần thân lá 145,8± 7,15 mg/kg, phần rễ 1365,98±109,07 mg/kg; PBPb-3 khả năng tích lũy Pb trong thân lá và rễ tương ứng là 117,89±6,35 và 1294,42±113,10 mg/kg. Như vậy so với công thức PBPb- 4 thì khả năng hấp thu chì ở phần thân lá và phần rễ không có sự khác biệt về mặt thống kê, nhưng vì sinh khối của cây ở PBPb-4 lớn hơn nên lượng Pb mà cây hấp thu được là lớn hơn. Ở PBPb-2 và PBPb-5 thì khả năng hấp thu Pb của cây cỏ mần trầu ở phần thân lá tương ứng là 120,03±6,38 và 119,4±6,37 mg/kg, ở phần rễ tương ứng là 1189,89±108,03 và 1259,74±186,98 mg/kg, ở PBPb-2 tăng 37%, PBPb-3 tăng 57%, PBPb-4 tăng 83,9% và PBPb-5 tăng 56% so với đối chứng. Đối với cây lu lu đực kết quả thu được cũng tương tự cỏ mần trầu, ở công thức PBPb-3 và PBPb-4 khả năng tích lũy Pb ở phần thân lá và phần rễ tương đối cao, tương ứng là 261,49±9,37 và 278,54±9,78 mg/kg và 1195,00±119,32 và 1355,25±124,04 mg/kg, theo thứ tự, giữa 2 công thức này không có có sự sai khác có ý nghĩa, tuy nhiên do sinh khối cây ở PBPb-4 cao nên khă năng loại bỏ Pb ra khỏi đất cao hơn. Khi bón hoàn toàn phân vô cơ hoặc hữu cơ thì khả năng hấp thu Pb của cây lu lu đực giảm hẳn so với bón kết hợp

15

cả phân hữu cơ và vô cơ. Khả năng loại bỏ Pb của cây ra khỏi đất ở PBPb-2 tăng 24%, PBPb-3 tăng 51,7%, PBPb-4 tăng 92% và PBPb-5 tăng 47% so với đối chứng PBPb-1. Như vậy, hiệu quả loại bỏ Pb ra khỏi đất tăng cao khi bón kết hợp cả phân hữu cơ vi sinh và vô cơ cho cây với tỷ lệ 50:50%.

Bảng 3.30. Khả năng tích lũy Pb của cây

Loại cây

Công thức

Lƣợng Pb tích lũy trong rễ (mg/kg)

Sinh khối khô của rễ (g)

Tổng Pb tích lũy (mg)

Cỏ mần trầu

Lu lu đực

Sinh khối khô thân lá (g) 15,37±1,73a 17,08±1,92b 19,89±2,34b 23,18±2,46c 20,70±2,38d 1,21 4,14 18,51±2,16a 21,63±2,18a 24,38±2,34b 25,91±2,39b 22,97±2,33c 1,87 6,76

Lƣợng Pb tích lũy trong thân lá (mg/kg) 112,54±6,34a 120,03±6,38b 117,89±6,35b 145,8±7,15b 119,4±6,37c 5,33 3,57 210,98±8,15a 243,22±9,21b 261,49±9,37b 278,54±9,78b 255,01±9,25c 17,36 5,66

5,98±0,51a 7,15±0,68ba 7,58±0,73bc 7,94±0,75c 7,64±0,74d 0,5 5,61 3,34±0,31a 3,51±0,35b 3,75±0,37c 4,82±0,38c 3,49±0,41c 0,26 5,73

1003,00±82,21a 1189,89±108,03bc 1294,42±113,10bc 1365,98±109,07bc 1259,74±186,98c 125,44 8,51 970,46±29,34a 1141,07±135,20a 1195,00±119,32b 1355,25±124,04b 1340,75±152,21c 160,89 10,6

7,729 10,551 12,156 14,226 12,095 7,146 9,266 10,856 13,749 10,536

PBPb-1 PBPb-2 PBPb-3 PBPb-4 PBPb-5 LSD0,05 CV (%) PBPb-1 PBPb-2 PBPb-3 PBPb-4 PBPb-5 LSD0,05 CV (%)

Khả năng tích lũy As

Bảng 3.32. Khả năng tăng sinh khối và tích lũy As của cây cỏ mần trầu CTTN

Sinh khối khô cây (g)

Sinh khối khô rễ (g)

Loại cây

Lƣợng As tích lũy trong thân lá (mg/kg)

Lƣợng As tích lũy trong rễ (mg/kg)

Cỏ mần trầu

Lu lu đực

Lƣợng As cây lấy khỏi đất (mg) 0,28 0,45 0,39 0,64 0,53 1,90 2,63 3,23 5,00 3,11

5,58±0,54a 5,85±0,55b 6,83±0,61b 7,94±0,67c 7,32±0,64c 0,62 7,58 2,69±0,15a 2,75±0,23b 2,87±0,19cb 4,18±0,30c 2,45±0,14d 0,2 5,52

29,38±2,15a 41,15±2,47b 31,37±2,16c 42,38±2,48d 34,72±2,26e 1,26 2,89 127,00±7,12a 204,49±8,23b 243,68±8,43c 298,56±9,12d 262,25±8,29e 6,64 2,41

13,92±1,41a 15,97±1,43b 17,36±1,45b 20,18±1,55c 18,56±1,65d 0,81 3,86 16,04±1,60a 17,03±1,70b 20,82±1,90c 25,01±1,90d 18,73±1,60e 0,96 4,12

PBAs-1 PBAs-2 PBAs-3 PBAs-4 PBAs-5 LSD0,05 CV (%) PBAs-1 PBA -2 PBAs-3 PBAs-4 PBAs-5 LSD0,05 CV (%)

8,16±0,34a 12,77±0,36a 10,39±0,35b 15,15±0,38b 14,80±0,35c 1,31 8,62 97,03±2,88a 121,12±11,02b 121,58±12,67cb 149,90±14,54c 131,65±9,93d 14,48 9,69

16

Ở các công thức bón phân khác nhau khả năng hấp thu As của cây cỏ mần trầu cũng khác nhau, ở PBAs-4 khả năng tích lũy As trong cây là lớn nhất, phần thân lá 15,15±0,38 mg/kg, phần rễ 42,38± 2,48mg/kg, khả năng loại bỏ As ra khỏi cây là 0,64 mg/kg đất, tăng gấp 2,78 lần so với đối chứng. Điều đó chứng tỏ khi bón phối hợp cả 2 loại phân với tỷ lệ 50:50% khả năng hấp thu As của cây là cao nhất. Ở công thức PBAs-2, PBAs-3 và PBAs-5 thì khả năng hấp thu As ở phần thân lá tương ứng là 12,77±0,36, 10,39±0,35 và 14,8±0,35 mg/kg, ở phần rễ tương ứng là 41,15±2,47, 31,37±2,16 và 34,72±2,26 mg/kg. Khả năng loại bỏ As của cây ra khỏi đất ở PBAs-2, PBAs-3 và PBAs- 5 tương ứng tăng 1,61 lần, 1,39 lần và 1,89 lần là so với đối chứng. Kết quả về cây lu lu đực cũng tương tự như với cây cỏ mần trầu, so với đối chứng, khả năng hấp thu As của cây lu lu đực ở PBAs-4 là lớn nhất, tích lũy chủ yếu ở phần rễ 298,56±9,12 mg/kg và còn phần thân lá 149,90±14,54 mg/kg, khả năng loại bỏ As ra khỏi đất của cây là 5 mg/kg đất, tăng gấp 2,6 lần, tiếp đến là PBAs-3 (bón 75% phân hữu cơ vi sinh và 25% phân vô cơ) khả năng loại bỏ As của cây là 3,23 mg/kg đất, tăng gấp 1,8 lần, còn ở PBAs-2 và PBAs-5 tương ứng gấp 1,3 lần và 1,6 lần. Như vậy việc áp dụng các kỹ thuật bổ sung phân bón có thể cải thiện kết quả hấp thu KLN của cây, do các hợp chất hữu cơ, như phân hữu cơ vi sinh, làm tăng các chất dinh dưỡng dễ tiêu đối với nhu cầu phát triển của cây và kích thích hoạt động sinh học đất làm tăng khả năng hấp thu KLN. 3.3.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của EDTA đến sinh trƣởng và tích luỹ KLN của cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực

Bảng 3.34. Khả năng tích lũy Cd của cây cỏ Mần trầu và cây Lu lu đực

CTTN

Loại cây

Sinh khối khô thân lá (g)

Sinh khối khô của rễ (g)

Lƣợng Cd tích lũy trong rễ (mg/kg)

Cỏ mần trầu

Lƣợng Cd cây lấy khỏi đất (mg) 1,862 3,498 2,616 2,625 1,67 1,395 2,341 2,809 4,201 3,53 1,93

Lu lu đực

EDTACd-1 EDTACd-2 EDTACd-3 EDTACd-4 EDTACd-5 EDTACd-6 LSD0,05 CV (%) EDTACd-1 EDTACd-2 EDTACd-3 EDTACd-4 EDTACd-5 EDTACd-6 LSD0,05 CV (%)

17,96±1,46a 28,17±2,18a 25,01±2,11b 26,76±2,15c 14,62±1,37d 13,04±1,32e 1,44 5,76 23,77±2,14a 24,64±2,15b 34,05±2,67c 31,16±2,61c 20,89±1,85d 19,69±1,76e 1,65 5,33

Lƣợng Cd tích lũy trong thân lá (mg/kg) 22,15±2,14a 29,15±2,17b 24,19±2,16c 21,619±2,11c 19,559±1,45d 18,039±1,42e 1,09 3,72 65,23±5,15a 75,53±5,43b 84,14±5,49c 77,78±5,43d 60,35±4,28d 55,53±3,15e 3,79 4,54

6,15±0,63a 7,98±0,68ba 7,12±0,71ba 7,38±0,73c 5,46±0,59d 5,03±0,57d 0,52 6,72 3,25±0,34a 3,46±0,36a 4,15±0,37b 3,84±0,36b 2,71±0,21c 2,11±0,21d 0,27 6,93

238,142±6,78a 335,495±6,79b 282,491±6,72b 277,235±6,78c 253,546±6,78d 230,523±6,75e 3,23 1,00 243,25±6,16a 274,02±7,15b 321,96±7,26c 287,99±7,25d 246,83±6,24d 242,85±6,18d 5,3 1,65

1,606

Khả năng tích lũy Cd Hàm lượng Cd tích lũy trong cây cỏ Mần trầu tốt nhất ở công thức EDTACd-2 (EDTA=1 mmol/kg), tích lũy trong thân lá và rễ tương ứng là 29,15±2,17b và 335,495±6,79 mg/kg. Ở EDTACd-3 (EDTA=2 mmol/kg) và EDTACd-4 (EDTA=3 mmol/kg). Hàm lượng Cd tích lũy trong cây cao hơn đối chứng và giữa các công thức sai

17

khác không nhiều, ở phần thân lá tương ứng là 24,19±2,16 và 21,619±2,11 mg/kg, ở phần rễ tương ứng là 282,491±6,72 và 277,235±6,78 mg/kg. Sự tích lũy trong cây giảm dần ở EDTACd-5 và EDTACd-6, tương ứng với mức bổ sung EDTA là 4 mmol/kg và 5 mmol/kg. Khả năng loại bỏ Cd của cây ở các công thức bổ sung EDTA so với đối chứng EDTACd-1 cụ thể là: EDTACd-2 tăng 88%, EDTACd-3 tăng 41%, EDTACd-4 tăng 41%, EDTACd-5 giảm 10% và EDTACd-6 giảm 25%. Với cây Lu lu đực, hàm lượng Cd tích lũy ở cây đạt cao ở công thức EDTACd-3 với lượng EDTA bổ sung 2 mmol/kg thì lượng tích lũy đạt cao nhất, cụ thể ở phần thân 84,14±5,49 và phần rễ 321,96±7,26 mg/kg, tiếp đến ở EDTACd-4 (EDTA=3 mmol/kg), lượng Cd tích lũy trong thân lá 77,78 ±5,43 và ở rễ 287,99±7,25 mg/kg. Ở EDTACd-2 tích lũy trong thân lá 75,53±5,43 và ở rễ là 274,02±7,15 mg/kg. Khi bổ sung EDTA ở hàm lượng thấp thì tích lũy Cd của cây tăng, tuy nhiên khi tăng dần lượng EDTA bổ sung thì tích lũy Cd của cây lại giảm đi. So với đối chứng, lượng Cd được cây lấy ra khỏi đất tăng lên ở các CTTN EDTACd-2,EDTACd-3 vàEDTACd-4 là 20%, 79% và 51%, nhưng lại giảm ở EDTACd-5 và EDTACd-6 tương ứng là 18 và 31%.Kết quả này cho thấy cây cỏ mần trầu và lu lu đực có thể tích lũy Cd ở cả phần thân lá và phần rễ, tuy nhiên tích lũy trong rễ là chủ yếu, Và để làm tăng hiệu quả xử lý Cd thì nên bổ sung EDTA với hàm lượng từ 1-3mmol/kg,

Khả năng tích lũy Pb Bảng 3.35. Khả năng tích lũy Pb của cây cỏ Mần trầu và cây Lu lu đực

CTTN

Loại cây

Sinh khối khô thân lá (g)

Sinh khối khô của rễ (g)

Lƣợng Pb tích lũy trong rễ (mg/kg)

Cỏ mần trầu

lu

Lu đực

17,96±1,46a 28,17±2,18a 25,01±2,11b 26,76±2,15c 14,62±1,37d 13,04±1,32e 1,44 5,76 23,77±2,14a 24,64±2,15b 34,05±2,67c 31,16±2,61c 20,89±1,85d 19,69±1,76e 1,65 5,33

672,14±8,15a 788,92±10,34b 725,5±10,12c 742,62±10,22d 654,79±8,14d 667,42±8,15e 7,55 0,89 592,56±6,81a 605,12±6,85b 652,15±7,53c 637,12±7,52d 563,17±6,62e 501,78±6,18f 5,11 0,73

6,15±0,63a 7,98±0,68ba 7,12±0,71ba 7,38±0,73c 5,46±0,59d 5,03±0,57d 0,52 6,72 3,25±0,34a 3,46±0,36a 4,15±0,37b 3,84±0,36b 2,71±0,21c 2,11±0,21d 0,27 6,93

Lƣợng Pb cây lấy khỏi đất (mg) 5,85 9,21 7,60 8,14 4,93 4,54 4,26 5,04 7,68 6,41 3,54 2,93

Lƣợng Pb tích lũy trong thân lá (mg/kg) 95,7±7,15a 103,4±7,26a 97,5±7,17b 99,2±7,19b 92,7±7,10b 90,5±6,98c 3,39 2,93 98,3±5,5a 119,5±6,5b 146,2±7,5c 127,3±6,5d 96,5±5,5d 94,8±5,5d 4,61 3,39

EDTAPb-1 EDTAPb-2 EDTAPb-3 EDTAPb-4 EDTAPb-5 EDTAPb-6 LSD0,05 CV (%) EDTAPb-1 EDTAPb-2 EDTAPb-3 EDTAPb-4 EDTAPb-5 EDTAPb-6 LSD0,05 CV (%) Đối với cây Cỏ Mần trầu hàm lượng Pb tích lũy trong cây cao nhất ở công thức EDTAPb-2 bổ sung 1 mmol/kg, Pb tích lũy trong thân lá và rễ tương ứng là 103,4±7,26 và 788,92±10,34 mg/kg. Ở EDTAPb-3 và EDTAPb-4 lượng Pb tích lũy trong cây tương

18

đối cao, cụ thể ở EDTAPb-3 (EDTA=2 mmol/kg) trong thân lá 97,5 ±7,17 mg/kg, rễ 725,5±10,12 mg/kg, còn ở EDTAPb-4 (EDTA=1 mmol/kg) phần thân 99,2 ±7,19 và phần rễ 742,62±10,22 mg/kg. Khi lượng EDTA bổ sung lớn thì khả năng tích lũy trong cây lại giảm dần. Khả năng loại bỏ Pb của cây ở các công thức bổ sung EDTA so với đối chứng EDTAPb-1 cụ thể như sau: EDTAPb-2 tăng 57%, EDTAPb-3 tăng 30%, EDTAPb-4 tăng39%, EDTAPb-5 giảm 15% và EDTAPb-6 giảm 22%. Với cây Lu lu đực: hàm lượng Pb tích lũy ở cây rất cao ở các công thức EDTAPb- 2, EDTAPb-3 và EDTAPb-4. Hàm lượng Pb tích lũy trong thân, lá ở công thức EDTAPb- 2 và EDTAPb-4 tương ứng là 119,5 mg/kg và 127,3±6,5 mg/kg, ở rễ là 605,12±6,85mg/kg và 637,12±7,52 mg/kg; cao nhất ở công thức EDTAPb-3 (phần thân là 146,2±7,5 mg/kg và phần rễ là 652,15±7,53 mg/kg). Khả năng loại bỏ Pb của cây ở các công thức bổ sung EDTA so với công thức đối chứng EDTAPb-1 như sau: công thức EDTAPb-2, EDTAPb-3 và EDTAPb-4 tăng lần lượt là18%, 80% và 50%, công thức EDTAPb-5 giảm 17% và công thức EDTAPb-6 giảm 31,2%. Kết quả trên cho thấy cây cỏ Mần trầu và Lu lu đực có khả năng tích lũy Pb ở cả phần thân lá và phần rễ, tuy nhiên Pb được tích lũy trong rễ là chủ yếu. Để làm tăng hiệu quả xử lý Pb thì ta nên bổ sung EDTA với hàm lượng từ 1-3 mmol/kg.

Khả năng tích lũy As

Bảng 3.36. Khả năng tích lũy As của cây cỏ Mần trầu và cây Lu lu đực CTTN

Loại cây

Sinh khối khô thân lá (g)

Lƣợng As tích lũy trong thân lá (mg/kg)

Sinh khối khô của rễ (g)

Lƣợng As tích lũy trong rễ (mg/kg)

Cỏ mần trầu

lu

Lu đực

Lƣợng As cây lấy khỏi đất (mg) 0,36 0,56 0,49 0,51 0,29 0,25 2,65 2,83 4,24 3,67 2,30 2,32

17,96±1,46a 28,17±2,18a 25,01±2,11b 26,76±2,15c 14,62±1,37d 13,04±1,32e 1,44 5,76 23,77±2,14a 24,64±2,15b 34,05±2,67c 31,16±2,61c 20,89±1,85d 19,69±1,76e 1,65 5,33

10,12±0,71a 10,36±0,72ba 11,04±0,75bc 10,54±0,72dc 9,51±0,63de 9,31±0,61e 0,6 4,93 92,01±6,53a 94,02±6,55a 103,63±7,21b 96,94±6,57cb 91,66±6,43cb 103,62±7,23cb 4,53 3,91

28,45±1,12a 33,56±1,16b 30,10±1,15c 30,54±1,14d 27,28±1,08e 26,54±1,06f 0,54 2,54 142,21±7,24a 149,10±7,25a 171,90±7,45b 170,23±8,15c 142,22±7,24c 132,50±7,25d 4,81 2,66

6,15±0,63a 7,98±0,68ba 7,12±0,71ba 7,38±0,73c 5,46±0,59d 5,03±0,57d 0,52 6,72 3,25±0,34a 3,46±0,36a 4,15±0,37b 3,84±0,36b 2,71±0,21c 2,11±0,21d 0,27 6,93

EDTAAs-1 EDTAAs-2 EDTAAs-3 EDTAAs-4 EDTAAs-5 EDTAAs-6 LSD0,05 CV (%) EDTAAs-1 EDTAAs-2 EDTAAs-3 EDTAAs-4 EDTAAs-5 EDTAAs-6 LSD0,05 CV (%) Đối với cây cỏ mần trầu, hàm lượng As tích lũy cao nhất ở các công thức EDTAAs-2, EDTAAs-3 và EDTAAs-4 tăng 0,36 - 0,56 lần so với đối chứng EDTAAs-1. Hàm lượng As tích lũy trong thân, lá ở công thức EDTAAs-2 là 10,36±0,72, EDTAAs-3 đạt 11,04±0,75 và EDTAAs-4 là 10,54±0,72 mg/kg. Hàm lượng As tích lũy trong rễ ở các công thức EDTAAs-2, EDTAAs-3 và EDTAAs-4 lần lượt là 33,56±1,16, 30,10±1,15 và

19

30,54±1,14 mg/kg. Hàm lượng As tích lũy trong cây giảm dần ở EDTAAs-1, EDTAAs-5 và EDTAAs-6. Khả năng loại bỏ As của cây ở EDTAAs-2 tăng 56%, EDTAAs-3 tăng 36%, EDTAAs-4 tăng 42% so với đối chứng EDTAAs-1. Ở công thức EDTAAs-5 thì khả năng loại bỏ As ra khỏi đất giảm 19% và EDTAAs-6 giảm 29% so với đối chứng. Với cây Lu lu đực: Hàm lượng As tích lũy ở cây đạt cao nhất ở công thức EDTAAs-3 (ở thân, lá là 103,63±7,21mg/kg và rễ là 171,90±7,45mg/kg) và EDTAAs-4 (trong thân, lá 96,94±6,57mg/kg, ở rễ 170,23±8,15 mg/kg. Ở công thức EDTAAs-5 và EDTAAs-6 khi hàm lượng EDTA bổ sung vào đất cao thì khả năng tích lũy As của cây lu lu đực giảm đi đáng kể. Khả năng loại bỏ As của cây thay đổi so với đối chứng EDTAAs- 1 cụ thể: EDTAAs-2, EDTAAs-5 và EDTAAs-6 giảm lần lượt là 6,8%, 13% và 12%, công thức EDTAAs-3 tăng 60% và EDTAAs-4 tăng 39%. 3.4. Kết quả nghiên cứu thử nghiệm mô hình ứng dụng biện pháp sinh học xử lý ô nhiễm một số KLN (Pb, Cd, As) trong đất trồng rau

TPCG

P2O5 (%)

K2O (%)

4,8

N (%) 0,141 0,104 0,74 Thịt nhẹ

Bảng 3.37. Một số tính chất đất của mô hình trồng cây CEC (meq/100gđ) 9,71

Pb (mg/kg) 145,05

Cd (mg/kg) 3,23

As (mg/kg) 7,84

pHKCl OM (%) 1,57 Đất thí nghiệm có hàm lượng chất hữu cơ nghèo, đất chua, hàm lượng dinh dưỡng N và P ở mức giàu, hàm lượng K ở mức nghèo. Đất có thành phần cơ giới là thịt nhẹ. Hàm lượng Pb dạng tổng số là 145,05 mg/kg, Cd 3,23 mg/kg và As 7,84 mg/kg. 3.4.1. Mô hình trồ cây lu lu đực

Loại thực vật Chiều dài rễ sau TN (cm)

lu Cây lu đực Bảng 3.38. Khả năng sinh trƣởng và phát triển của cây Lu lu đực Các đợt trồng Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Chiều dài rễ trƣớc TN (cm) 1,5 - 1,8 1,5 - 2,1 1,3 - 1,8 1,6 - 2,1 Chiều cao cây sau TN (cm) 62,4 58,5 60,4 61,8 Chiều cao cây trƣớc TN (cm) 8,3 - 8,6 7,2 - 8,6 7,4 - 8,2 7,5 - 8,5 16,7 - 20,1 15,4 - 17,8 15,3 - 19,2 14,8 - 19,9 Khối lƣợng khô cây sau TN (g/cây) 35,82 33,16 34,48 35,78

Kết quả thu được về khả năng sinh trưởng và phát triển của cây lu lu đực thể hiện ở bảng 3.39. Sau 3 tháng trồng và chăm sóc, cây cao trung bình khoảng 58,4 - 61,8 cm, đồng thời rễ cũng dài khoảng 14,8 -20,1 cm. Đây là thời điểm nên thu hoạch cây.

Bảng 3.39. Sinh khối khô của cây Lu lu đực

Loại thực vật Sinh khối khô TB (1 ha/năm) Sinh khối khô TB ở mô hình 200 (m2/vụ)

Sinh khối khô thân lá (kg) Sinh khối khô rễ (kg) Lu lu đực Sinh khối khô thân lá (kg) 158,15±17,37 Sinh khối khô rễ (kg) 62,43±5,25 31630 12486

Sinh khối khô của cây ở mô hình thu được sau 4 vụ trồng trung bình đạt 220,58 kg/vụ, trong đó phần thân lá là 158,15±17,37 kg và sinh khối khô phần rễ là 62,43±5,25 kg. Như vậy năng suất cỏ/ha một năm sẽ là: Thân lá: 158,15 kg/vụ x 4 vụ x 50 = 31630 kg (31,63 tấn/năm); Rễ: 62,43 kg/vụ x 4 vụ x 50 = 12486 kg (12,486 tấn/năm). Bảng 3.40. Khả năng hấp thu KLN của cây Lu lu đực ở mô hình

Loại thực vật KLN Khả năng hấp thu KLN (mg/kg)

20

Thân lá Rễ

21,32 ± 2,15 109,73 ± 2,11 Cd

98,9 ± 2,11 324,82 ± 3,16 Cây lu lu đực

Pb As

42,15 ± 0,45

15,7 ± 0,17 Phần thân lá và phần rễ của cây lu lu đực có khả năng hấp thu Cd tương ứng là 21,32±2,15 và 109,73±2,11 mg/kg, hấp thu Pb là 98,9±2,11 và 324,82±3,16 mg/kg, hấp thu As là 15,7±0,17 và 42,15±0,45 mg/kg. Như vậy nếu tính trên 1 ha thì trong 1 năm cây lu lu đực loại bỏ được 2,04 kg Cd, 18 kg Pb và 1,02 kg As. Sau 4 vụ trồng hàm lượng KLN trong đất đã giảm, đối với Cd đã về dưới mức cho phép còn Pb do hàm lượng lớn nên cần nhiều thời gian hơn mới xử lý về được mức cho phép. 3.4.2. Mô hình trồng cây cỏ Mần trầu

Loài

Bảng 3.41. Khả năng sinh trƣởng và phát triển của cây cỏ Mần trầu Các đợt trồng Đợt 1 Chiều dài rễ sau TN (cm) 14,3 - 17,4 Chiều cao cây trƣớc TN(cm) 5,0 - 6,1 Chiều dài rễ trƣớc TN (cm) 1,3 ± 0,3 Chiều cao cây sau TN (cm) 55,5 ± 2,6 lƣợng Khối khô cây sau TN (g/cây) 34,12 ± 1,96

Đợt 2 5,3 - 6,5 47,5 ± 2,2 1,5 ± 0,4 13,5 - 17,8 32,15 ± 1,92

Cỏ mần trầu Đợt 3 5,5 - 6,8 54,3 ± 2,5 2,1 ± 0,5 13,5 - 17,9 33,32 ± 1,94

Đợt 4 5,2 - 6,3 55,7 ± 2,6 1,5 ± 0,4 14,2 - 17,2 34,52 ± 1,97

Kết quả nghiên cứu thu được về khả năng sinh trưởng và phát triển của cây cỏ mần trầu thể hiện ở bảng 3.41. Sau 3 tháng trồng và chăm sóc, cây phát triển rất tốt với chiều cao cây từ 47,5-55,7 cm, rễ dài 13,5-17,9 cm, sinh khối tương đối cao, nên ta có thể thu hoạch để xử lý sinh khối.

Bảng 3.42. Sinh khối khô của cây cỏ Mần trầu

Loài thực vật Sinh khối khô TB (1 ha/năm) Sinh khối TB ở mô hình (200 m2/vụ)

Sinh khối thân lá (kg) Sinh khối rễ (kg) Sinh khối khô thân lá (kg) Sinh khối khô rễ (kg) Cỏ mần trầu 133,80±11,5 108,25±10,4 26760±30,5 21650±27,9

Sinh khối khô của cây ở mô hình thu được sau 4 vụ trồng trung bình đạt 242,05 kg/vụ, trong đó phần thân lá là 133,80±11,5 kg và sinh khối khô phần rễ là 108,25±10,4 kg. Như vậy năng suất cỏ/1ha một năm sẽ là: Thân lá: 133,8 kg x 4 vụ x 50 = 26760 kg ( 26,76 tấn/năm); Rễ: 108,25 kg x 4 vụ x 50 = 21650 kg (21,65 tấn/năm).

Bảng 3.43. Khả năng hấp thu KLN của cây cỏ Mần trầu ở mô hình

Khả năng hấp thu KLN (mg/kg) Loài thực vật KLN Thân lá Rễ

Cd 9,93 ± 1,56 98,87 ± 1,65

Pb 58,7 ± 2,12 435,8 ± 12,08 Cỏ mần trầu

As 1,02 ± 0,09 1,37 ± 0,12

Phần thân lá và phần rễ của cây cỏ mần trầu có khả năng hấp thu Cd tương ứng là 9,93±1,56 và 98,87±1,65 mg/kg, Pb là 58,7±2,12 mg/kg và 435,8±12,08 mg/kg. Như vậy

21

nếu tính trên 1 ha thì trong 1 năm cỏ mần trầu loại bỏ được 2,41 kg Cd, 11,01 kg Pb. Do lượng As trong đất thấp nên lượng As cây mần trầu hấp thu được không đáng kể. Qua kết quả mô hình cho thấy việc sử dụng cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực để xử lý đất ô nhiễm Pb và Cd là rất khả thi mà lại thân thiện với môi trường. 3.5. Xây dựng bản hƣớng dẫn kỹ thuật sử dụng cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực để xử lý một số KLN (Pb, Cd, As) trong đất trồng rau

Sơ đồ bản hướng dẫn :

Bước 1: Nhận biết môi trường đất bị ô nhiễm Xác định hàm lượng Pb, Cd, As trong đất và các thành phần khác của đất như pH, N, P

Bước 2: Cải tạo đất để trồng cây Cày xới, điều chỉnh pH về trung tính (pH: 5,0 – 7,0)

Bước 3: Biện pháp làm tăng khả năng hấp thu kim loại Bón phân vô cơ + phân hữu cơ, bổ sung EDTA 1-2 mmol/kg

Bước 4: Lựa chọn loại thực vật cho xử lý Trồng cây Eleusine indica L. (cỏ mần trầu) và cây Solanum nigrum L. (cây lu lu đực) trên đất ô nhiễm Pb, Cd, As sau khi cải tạo

Bước 5: Thu hoạch Thu hoạch phần thân và rễ của cây cỏ mần trầu 3 tháng/lần và thu phần thân lá hoặc cả cây của cây lu lu đực 2- 3 tháng/lần

Bước 6: Xử lý sinh khối Phơi khô, đốt, chôn lấp tro hoặc bê tông hoá

22

KẾT LUẬN

1. Khu vực đất trồng rau ở thành phố Thái Nguyên và vùng phụ cận có hàm lượng Pb trong khoảng 22,12-145,05 mg/kg, Cd : 0,32-3,23 mg/kg, As: 4,27 - 8,39 mg/kg. Môi trường nước có hàm lượng Pb dao động 0,015-,135 mg/l, Cd từ 0,002 – 0,032 mg/l, As từ 0,015 - 0,094 mg/l.

2. Đề xuất 2 loài đó là cây lu lu đực và cây cỏ mần trầu để xử lý ô nhiễm KLN

trong đất cho vùng trồng rau ở Thái Nguyên

- Thời gian thu hoạch cây để xử lý sinh khối thích hợp nhất là 03 tháng, khi đó sinh khối của cây cũng lớn nhất và cho khả năng tích lũy KLN cao, cụ thể: khả năng tích lũy As của cây cỏ mần trầu ở phần thân lá và rễ tương ứng là 15,13±2,13 và 42,38±3,24 mg/kg, của cây lu lu đực ở phần thân lá và rễ tương ứng là 143,73±1,81 và 294,83±20,85 mg/kg; tích lũy Pb của cây cỏ mần trầu ở phần thân lá và rễ tương ứng là 139,20±6,10 và 1292,27±62,61 mg/kg; của cây lu lu đực là 271,48±25,70 và 1252,27±56,28 mg/kg; tích lũy Cd của cây cỏ mần trầu ở phần thân lá và rễ tương ứng là 72,41±3,58 và 343,80±25,01mg/kg; của cây lu lu đực là 153,26±10,51 và 745,08±32,5mg/kg.

- Cây cỏ mần trầu và cây lu đực phát triển tốt và loại bỏ KLN ra khỏi đất cao ở

môi trường pH trung tính.

- Cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực cho sinh khối cao nhất khi bón kết hợp hai loại phân hữu cơ vi sinh và vô cơ với tỷ lệ 50 : 50. Công thức này cây cũng hấp thu kim loại nặng lớn nhất, cụ thể: khả năng hấp thu Pb ở thân lá và rễ của cỏ mần trầu tương ứng là 145,8±7,15 và 1365,98±109,07 mg/kg, của cây lu lu đực là 278,54±9,78 và 1355,25±124,04 mg/kg; khả năng hấp thu Cd của cỏ mần trầu ở phần thân lá và rễ tương ứng là 72,58±3,58 và 333,80±16,04 mg/kg, của cây lu lu đực là 152,52±7,34 và 758,11±22,80 mg/kg;

- Bổ sung 1 mmol/kg EDTA thì sinh khối của cây cỏ mần trầu lớn nhất, tăng 50% so với đối chứng. Khả năng loại bỏ As ra khỏi đất của cây tăng 56%, loại bỏ Pb tăng 57% và Cd tăng 88% so với ĐC.

So với đối chứng, bổ sung 2 mmol/kg EDTA thì sinh khối cây lu lu đực cao nhất, tăng 41%; Khả năng loại bỏ As tăng 60%, Pb tăng 80% và Cd tăng 79%. Ở các công thức bổ sung EDTA từ 1-3 mmol/kg cây đều phát triển tốt và hấp thu KLN cao, ở công thức bổ sung EDTA từ 4-5 mmol/kg cây phát triển kém và khả năng hấp thu giảm.

3. Hiệu quả xử lý KLN của 2 loài thực vật ở mô hình rất cao, trung bình 1 năm cây cỏ mần trầu và cây lu lu đực lấy ra khỏi đất một lượng Cd tương ứng là 2,41 kg Cd/ha/năm và 2,04 kg Cd/ha/năm; lượng Pb tương ứng là 11,01 kg Pb/ha/năm và 7,18 mg/kg. Lượng As trong đất nghiên cứu thấp nên lượng As cây mần trầu hấp thu được không đáng kể. Cây lu lu đực lấy ra khỏi đất 0,89 kg As/ha/năm.

Xử lý KLN bằng thực vật đơn giản, chi phí thấp, dễ áp dụng và mang tính hiệu

quả cao, thân thiện với môi trường.

23

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ ĐƢỢC CÔNG BỐ

CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Phạm Thị Mỹ Phƣơng, Lê Tất Khương, Nguyễn Mạnh Khải, Đặng Thị Kim Chi (2015), “Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đất đến khả năng sinh trưởng và hấp thu chì (Pb) của cây cỏ mần trầu (Eleusine indica L.) và cây lu lu đực (Solanum nigrum L.) ”, Tạp chí Khoa học, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 31 (1S), tr.71-77.

2. Phạm Thị Mỹ Phƣơng, Lê Tất Khương, Đặng Thị Kim Chi, Nguyễn Mạnh Khải (2016), “Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng cadimi (Cd) và chì (Pb) trong đất đến khả năng sinh trưởng và hấp thu chì Cd, Pb của cây lu lu đực (Solanum nigrum L.) ”, Tạp chí Khoa học, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 32 (4), tr.29-35.

24