HIỆU QUẢ CỦA SỰ KẾT HỢP THỰC VẬT - VI SINH VẬT
ĐẾN MỨC ĐỘ TÍCH LŨY KIM LOẠI NẶNG TRONG SINH KHỐI
THỰC VẬT BẢN ĐỊA TRỒNG Ở XÃ CHỈ ĐẠO, VĂN LÂM, HƯNG YÊN
Lê Như Kiểu
(1)
, Nguyễn Viết Hiệp
(1)
,
Lê Thị Thanh Thủy
(1)
, Nguyễn Hữu Thành
(2)
, Phan
Quốc Hưng
(2)
SUMMARY
Effect of the combination of microorganisms and plants to accumulative level of heavy
metals in local plant biomass planting on Chi Dao, Van Lam, Hung Yen
Experiments were carried out to accurate assessment of the effect of the combination of 04
selected microorganism strains with 05 local plant variety that have capacity to uptake heavy metal.
The results show that the injection of the mix of 04 selected strains not only increased biomass of
plant (Enydra fluctuans Lour - 27,57%; Bidens pilosa - 12,96%; Helianthus annuus - 11,11%;
Ludwigia hyssopofolia - 8,33% comparing with control) but also increased the value of Zn, Cu, Pb
accumulated in biomass of plants. Zn accumulative level in biomass were increased in all local
plants. However, Cu accumulated were only increased in Enydra fluctuans Lour, Helianthus
annuus, Ludwigia hyssopofolia (16,75%, 12,30%, 11,24% respectfully) and Pb accumulated in
Helianthus annuus, Ludwigia hyssopofolia, Bidens pilosa was 69,51%; 35,87%; 25,36%
respectfully. The results denote that should be use Helianthus annuus and Bidens pilosa. L. in high
land zones and Ludwigia hyssopofolia and Enydra fluctuans Lour) combinated with 4 strains
belong to with B. subtiis; Saccharomyces cerevisiae; Glomus australe và Gibberela sp. that have
against to toxicity and accumulation of heavy metal in biomass of microorganism in low land zones
so that will be removed considerable amount of heavy metal from polluted soil.
Keywords: Heavy metal, accumulation, microorganisms
1. §ÆT VÊN §Ò
Sử dụng các loài vi sinh vật kết hợp với
thực vật có khả năng tích luỹ kim loại nặng
để xử lý đất bị ô nhiễm đang là một xu
hướng phổ biến được ứng dụng nhiều trên
thế giới, thu hút sự quan tâm nghiên cứu
của nhiều nhà khoa học. Phương pháp này
còn giúp cho việc tăng cường sự hoạt động
cũng như sự đa dạng của các vi sinh vật đất,
giữ cho hệ sinh thái “khỏe” (Zueng, 2007).
Công nghệ sử dụng các biện pháp sinh
học để xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất
và nước là công nghệ có triển vọng lớn vì nó
kết hợp được 2 đặc điểm của thực vật và vi
sinh vật là: Khả năng cho sinh khối cao và
cơ chế siêu tích tụ sẽ xử lý thành công kim
loại nặng trong môi trường. Mặc dù công
nghệ này có nhược điểm là phải mất nhiều
năm mới phân hủy hoàn toàn. Tuy nhiên, với
chi phí xử lý thấp hơn 10 - 1.000 lần so với
các phương pháp truyền thống và lại thân
thiện với môi trường nên sử dụng biện pháp
sinh học (kết hợp giữa thực vật và vi sinh
vật) được xem là giải pháp khả thi.
Để làm cơ sở cho việc lựa chọn loài
thực vật bản địa, cũng như đánh giá hiệu
lực của hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật đã
tuyển chọn khi kết hợp với thực vật, xây
dựng các thử nghiệm đồng ruộng nhằm xác
định công thức có sự tích lũy kim loại nặng
lớn nhất trong sinh khối để từ đó tiến hành
xây dựng mô hình ứng dụng chế phNm vi
sinh và thực vật.
II. VËT LIÖU Vµ PH¦¥NG PH¸P NGHI£N CøU
1. Vật liệu nghiên cứu
1
Viện Thổ nhưỡng Nông hoá,
2
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội
- Đất thí nghiệm: Hàm lượng sét
54,54%, thuộc loại đất thịt nặng (theo thang
đánh giá phân loại của Kachinski), pH
KCl
=
5,21; OC% = 1,49%; N% = 0,20%; K% =
1,91%; P
2
O
5
%= 0,09%; Cu(ts) = 88,67
mg/kg đất khô; Pb(ts) = 794,36 mg/kg đất
khô; Zn(ts) = 208,87 mg/kg đất khô.
- Thực vật thí nghiệm: Cây đơn buốt
(Bidens pilosa. L.), cây mương đứng
(Ludwigia hyssopofolia (G. Don) Exell), cây
dừa nước (Ludwidgra adscendens (L) Hara),
cây hướng dương (Helianthus annuus) và
cây ngổ dại (Enydra fluctuans Lour). Các
loại cây này được nhân giống trong nhà lưới
của Khoa Tài nguyên đất và Môi trường,
trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội.
- 4 chủng vi sinh vật thuộc các loài:
B. subtiis; Saccharomyces cerevisiae;
Glomus australe và Gibberela sp. Các
chủng này được lên men riêng rẽ, phối trộn
vào trong than bùn. Sử dụng nhiễm cho
thực vật bản địa dưới dạng chế phNm vi
sinh thử nghiệm.
2. Phương pháp nghiên cứu
- Công thức thí nghiệm: Thí nghiệm
gồm 14 công thức với 4 lần nhắc lại. Mỗi ô
thí nghiệm 10 - 20m
2
. CT01R: Đơn buốt;
CT02R: Đơn buốt + Hỗn hợp 4 chủng vi
sinh vật; CT03R: Dừa nước; CT04R: Dừa
nước + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật;
CT05R: Mương đứng; CT06R: Mương đứng
+ Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật; CT07R:
Mương đứng + Dừa nước; CT08R: Mương
đứng + Dừa nước + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh
vật; CT09R: N gổ dại; CT10R: N gổ dại +
Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật; CT11R: N gổ
dại + Mương đứng; CT12R: N gổ dại +
Mương đứng + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật;
CT13R: Hướng dương; CT14R: Hướng
dương + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật.
- Mật độ trồng thực vật: 20 x 20cm với
đơn buốt, 30 x 30cm với hướng dương, 10
x 10cm với ngổ dại, dừa nước và 25 x 25cm
với mương đứng. Hỗn hợp 4 chủng vi sinh
vật được lây nhiễm cho cây dưới dạng chế
phNm. Lượng chế phNm sử dụng: 0,1 tấn/ha
(mật độ vi sinh vật >10
8
cfu/g).
- Chỉ tiêu theo dõi: Zn, Cu, Pb tổng số
trong đất (xác định theo TCVN 6496 ISO
11047:1995); Zn, Cu, Pb tổng số trong cây
bằng (phương pháp quang phổ hấp thụ
nguyên tử, công phá mẫu bằng phương
pháp tro hóa ướt ở 550
0
C).
III. KÕT QU¶ Vµ TH¶O LUËN
1. Ảnh hưởng của sự kết hợp vi sinh vật
- thực vật đến sinh trưởng nhóm thực
vật bản địa trồng trên đất nông nghiệp
bị ô nhiễm
Trong quá trình thực nghiệm, đánh giá
hiệu quả xử lý đất nông nghiệp bị ô nhiễm
kim loại nặng bằng kết hợp thực vật với vi
sinh vật thì việc lựa chọn các chủng làm
tăng kích thích sinh trưởng của thực vật bản
địa thường là tiêu chí lựa chọn đầu tiên
(Baker, A. J. M, R. D. Reeves and A. S. M.
Hajar, 1994; Rufes L Chaney và cộng sự,
2007).
Số liệu bảng 1 cho thấy:
Ảnh hưởng của kết hợp 4 chủng vi sinh
tuyển chọn đến sinh trưởng của thực vật
bản địa trong điều kiện đồng ruộng sau thời
gian 45 ngày kể từ khi trồng, thì một số loại
thực vật bản địa có khả năng hấp thu kim
loại nặng trong đất nông nghiệp bị ô nhiễm
ở thôn Đông Mai, Chỉ Đạo, Văn Lâm,
Hưng Yên được ghi nhận với các mức độ
phản ứng khác nhau.
N gổ dại có phản ứng dương tính nhất
với mức tăng 27,59%, sau đó đến đơn buốt
(12,96%), hướng dương (11,11%) và
mương đứng (8,33%).
Bổ sung hỗn hợp chủng vi sinh vật vẫn
không gây hiệu quả tăng sinh khối cây dừa
nước so với đối chứng (CTR04 so với CTR03) (Bảng 1).
Bảng 1. Sinh khối thu hoạch của các cây trồng thí nghiệm
TT Công thức Sinh khối tổng số khi thu hoạch
(kg/ha)
1 CTR01: Đơn buốt 5233,80
2 CTR02: Đơn buốt + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật 5912,30
3 CTR03: Dừa nước 3375,40
4 CTR04: Dừa nước + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật 3491,70
5 CTR05: Mương đứng 9218,90
6 CTR06: Mương đứng + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật 9986,50
7 CTR07: Mương đứng + Dừa nước 11277,00
8 CTR08: Mương đứng + Dừa nước + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật 11631,00
9 CTR09: Ngổ dại 6041,70
10 CTR10: Ngổ dại + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật 7708,30
11 CTR11: Ngổ dại + Mương đứng 13766,89
12 CTR12: Ngổ dại + Mương đứng + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật 14877,45
13 CTR13: Hướng dương 8079,10
14 CTR14: Hướng dương + Hỗn hợp 4 chủng vi sinh vật 8976,50
CV (%) 9,23
LSD 0,05 178,89
Với mô hình sử dụng cùng lúc 2 loài
thực vật, hỗn hợp chủng vi sinh vật thử
nghiệm tỏ ra không có hiệu quả đáng kể với
dừa nước - mương đứng, tuy nhiên với ngổ
dại - mương đứng thì cũng có biểu hiện dù
mức tăng sinh khối không cao (8,07% so
với đối chứng).
Khi có bổ sung vi sinh vật, mô hình ngổ
dại - mương đứng cho tổng sinh khối thực
vật thử nghiệm lớn nhất, đạt 14877,45
kg/ha sau đó đến mương đứng (9986,5
kg/ha), hướng dương (8976,5 kg/ha), ngổ
dại (7708,3 kg/ha), đơn buốt (5912,3 kg/ha)
và thấp nhất là dừa nước (3491,67 kg/ha).
So sánh hiệu lực kích thích sinh trưởng của
chế phNm vi sinh với loài cây mà các tác giả
nước ngoài đã công bố (Hambuckers-
Berhin, F., and J. Remacle, 1990; Isao.
Hasegawa, 2002) cho thấy mức tăng sinh
thực vật trồng trên các vùng đất nông
nghiệp bị ô nhiễm kim loại nặng của 4
chủng vi sinh vật phân lập được là khá
ngang bằng.
Trong sự tương tác thực vật - vi sinh
vật, hệ thống rễ của thực vật hình thành
mối quan hệ tương hỗ, cộng sinh với một
số lớn các vi sinh vật khác nhau sống
quanh nó. Các mối quan hệ này được coi
như là các nhân tố chủ yếu xác định sự tồn
tại, phát triển của các thực vật lẫn vi sinh
vật sống trong đó (Nies, D. H.,1992). Sự
kết hợp này trong đất bị ô nhiễm kim loại
nặng có thể bị ảnh hưởng từ 2 chiều (vi
sinh vật lẫn chiều từ thực vật ký chủ).
Trong mối quan hệ cộng sinh, tương hỗ
này, thực vật cung cấp cho vi sinh vật
vùng rễ những nguồn cácbon hữu cơ khác
nhau giúp cho vi sinh vật tiến hành các
hoạt động trao đổi chất cũng như chuyển
hóa năng lượng. Đến lượt mình, vi sinh vật
ngoài việc cung cấp dinh dưỡng cho cây
trồng còn sinh ra các chất kích thích sinh