Nghiên cứu ảnh hưởng của ph đến khả năng hấp thụ asen (As) và chì (Pb) của cây sậy (Phragmites Australis)

Trần Thị Phả và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 90(02): 101 - 105 101 NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA pH ĐẾN KHẢ NĂNG HẤP THỤ ASEN (As) VÀ CHÌ (Pb) CỦA CÂY SẬY (Phragmites australis) Trần Thị Phả1*, Đặng Văn Minh1, Lê Đức2, Đàm Xuân Vận1 1 Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên, 2 Đại học Khoa học tự nhiên – ĐH Quốc gia Hà Nội TÓM TẮT Nghiên cứu ảnh hƣởng của pH đến khả năng hấp thụ Asen và Chì của cây sậy cho thấy hàm lƣợng As và Pb đều đƣợc cây sậy tích lũy trong thân lá với các mức độ khác nhau tùy thuộc vào pH. Trong đó khả năng tích lũy As và Pb trong thân + lá và rễ của cây sậy tốt nhất ở CT1 là 20,12 ppm, 75,90ppm đối với As và 25,67ppm, 94,3 ppm đối với Pb. Khả năng xử lý đất ô nhiễm As giảm từ 2,10 lần đến 9,59 lần và trong đất ô nhiễm chì giảm từ 7,64 lần đến 12,32 lần so với ban đầu. Từ khóa: cây sậy, ô nhiễm đất, khả năng tích lũy, pH. ĐẶT VẤN ĐỀ* Vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đất ngày càng đáng quan tâm do ảnh hƣởng trực tiếp đến sức khỏe con ngƣời và cây trồng . Khả năng làm sạch môi trƣờng của thực vật đã đƣợc ghi chép từ thế kỷ XVIII nhƣng đến cuối thế kỷ XX , phƣơng pháp này mới đƣợc nhắc đến nhƣ một công nghệ tân tiến dùng đề xử lý môi trƣờng đất và nƣớc bị ô nhiễm bởi các kim loại nặng (KLN). Ở nƣớc ta thì đây là một phƣơng pháp xử lý rất mới mẻ và chƣa đƣợc quan tâm nhiều. Sậy là loài cây có thể sống trong những điều kiện thời tiết khắc nghiệt và rất phù hợp với khí hậu Việt Nam. Hệ sinh vật quanh rễ loại cây này có thể hấp thụ kim loại nặng và phân hủy chất hữu cơ. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tƣợng nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu là cây Sậy (Phragmites australis), là một loài cây lớn thuộc họ Hòa thảo (Poaceae) có nguồn gốc ở những vùng đất lầy ở cả khu vực nhiệt đới và ôn đới trên thế giới. KLN nghiên cứu là Cd và Zn đƣợc bổ sung vào đất dƣới dạng mối ở môi trƣờng đất có pH khác nhau. * Tel: 0982.091200, Email: phacam2004@yahoo.com Nội dung nghiên cứu - Đánh giá ảnh hƣởng của pH đến khả năng sinh trƣởng, hấp thụ Cd và Zn của cây sậy Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp xây dựng đường chuẩn - Xây dựng đƣờng chuẩn pH theo phƣơng pháp Jensen. Phương pháp kế thừa - Thu thập tài liệu, số liệu về tình hình đất bị ô nhiễm KLN tại Thái Nguyên Phương pháp bố trí thí nghiệm Thí nghiệm đƣợc đặt trong nhà lƣới, mỗi chậu 6 kg đất, gồm 2 thí nghiệm với 3 công thức, mỗi công thức nhắc lại 3 lần, tổng số chậu thí nghiệm: 2 thí nghiệm x 3 x 3 = 18 chậu. Thí nghiệm 1 Cho vào môi trƣờng đất muối Na2HAsO4. 7H2O với nồng độ là 140ppm cùng với As có trong đất là 3,85ppm. Vậy thí nghiệm 3, nồng độ As trong đất là 143,85ppm đƣợc bố trí ở 3 CT, 3 lần nhắc lại. Với CT1 cho vào đất 0(g)CaCO3,, CT2 cho vào đất 3(g) CaCO3, CT3 cho vào đất 54,6(g) CaCO3 tƣơng ứng với các mức pH cần làm thí nghiệm. Thí nghiệm 2 Cho vào môi trƣờng đất muối Pb(NO3)2 với nồng độ là 1000ppm cùng với Pb có trong đất là 16,49ppm. Thí nghiệm 2, nồng độ Pb trong đất là 1016,49ppm đƣợc bố trí ở 3 công thức Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trần Thị Phả và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 90(02): 101 - 105 102 (CT), 3 lần nhắc lại. Với CT1 cho vào đất 0(g)CaCO3,, CT2 cho vào đất 3(g)CaCO3, CT3 cho vào đất 54,6 (g)CaCO3 tƣơng với các mức pH cần làm thí nghiệm. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm Phân tích các chỉ tiêu trong đất pHKCl: Đƣợc chiết bằng KCl 1N, đo bằng máy pH meter Mùn (MO): Phân tích bằng phƣơng pháp tiu rin Đạn tổng số (N): Phân tích bằng phƣơng pháp Kieldahl Lân Tổng số (P2O5): Phân tích bằng phƣơng pháp so màu Dung tích trao đổi cation (mgđl/100g đất) CEC: Phân tích bằng phƣơng pháp Amoniaxetat As và Pb trong đất và cây đƣợc xác định bằng bằng máy ASS M6 - Thermo. Phương pháp xử lý số liệu - Số liệu đƣợc tổng hợp, phân tích và xử lý bằng phần mềm Microsoft Excel và SAS Các chỉ tiêu theo dõi - Chỉ tiêu về khả năng sinh trƣởng của cây thí nghiệm: chiều cao cây, số cây con, chiều dài lá, số lá. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Xây dựng đƣờng chuẩn pH - Xây dựng đƣờng chuẩn pH theo phƣơng pháp Jensen: Lấy 7 bình tam giác 100ml cho vào mỗi bình 10g đất khô đã rây qua rây có đƣớng kính 1mm đánh dấu từ 1 đến 7. Lần lƣợt cho vào bình tam giác nói trên một lƣợng Ca(OH)2 nồng độ 0,05N nhƣ sau: Cho vào bình số 1: 2ml Ca(OH)2 0,05N thêm nƣớc cất cho đủ 50ml có pH = 6,8 Cho vào bình số 2: 4ml Ca(OH)2 0,05N thêm nƣớc cất cho đủ 50ml có pH = 7,0 Cho vào bình số 3: 6ml Ca(OH)2 0,05N thêm nƣớc cất cho đủ 50ml có pH = 7,24 Cho vào bình số 4: 8ml Ca(OH)2 0,05N thêm nƣớc cất cho đủ 50ml có pH = 7,43 Cho vào bình số 5: 10ml Ca(OH)2 0,05N thêm nƣớc cất cho đủ 50ml có pH = 7,51 Cho vào bình số 6: 15ml Ca(OH)2 0,05N thêm nƣớc cất cho đủ 50ml có pH = 7,7 Cho vào bình số 7: 20ml Ca(OH)2 0,05N thêm nƣớc cất cho đủ 50ml có pH = 7,86 Lắc đều 30 phút rồi để yên 3 ngày, lọc qua giấy lọc, đo pH bằng máy. Hình 1. Biến thiên đường chuẩn pH Từ hình 1 ta có đƣờng chuẩn xây dựng mối tƣơng quan y = ax + b, y: là mật độ pH đo đƣợc, x: là hàm lƣợng Ca2+ trong mẫu. Qua đồ thị trên ta thấy hệ số tƣơng quan r đo ở mức quan hệ x và y trong quan hệ tuyến tính r = R 2 = 9133.0 = 0.956. Với giá trị R0.01<r = 0.956, nhƣ vậy tƣơng quan đƣờng chuẩn pH là tƣơng quan tuyến tính mạnh ở độ tin cậy là 99%. Đánh giá ảnh hƣởng của các pH khác nhau đến khả năng sinh trƣởng của cây Sậy trong môi trƣờng đất có chứa KLN Đặc tính hóa lý và hàm lượng kim loại nặng trong đất trước khi trồng cây Đặc tính môi trƣờng đất là: Đất chua và nghèo dinh dƣỡng bởi vì trong đất có pHKCl: 4,8, hàm lƣợng mùn là OM: 1,03%, kali tổng số K2O: 0,49% và lân tổng số P2O5: 0,06%, đạm tổng số N: 0,07%, dung tích trao đổi cation CEC: 15,25mgdl/100gam đất; Đất không ô nhiễm As và Pb với hàm lƣợng tổng số As: 3,85 ppm; Pb: 16,49 ppm (thấp hơn TCVN lần lƣợt là 3,12 lần và 4,24 lần). Thời gian thí nghiệm là 4 tháng (từ 05/01 – 05/05/2011). Các muối gồm: Na2HAsO4. 7H2O và Pb(NO3)2 y = 0.0567x + 6.8362 R2 = 0.9133 6.6 6.8 7 7.2 7.4 7.6 7.8 8 8.2 0 5 10 15 20 25 Ca(OH)2 p H pH Linear (pH) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trần Thị Phả và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 90(02): 101 - 105 103 Bảng 1. Đặc tính lý hóa và hàm lượng kim loại nặng trong đất trước khi trồng cây Chỉ tiêu pHKCl OM (%) N (%) P2O5 (%) K2O (%) CEC(mgdl/100gam đất) Cdts (ppm) Znts (ppm) Hàm lƣợng 4,8 1,03 0,07 0,06 0,49 15,25 1,89 77,25 Đánh giá ảnh hưởng của các pH khác nhau đến khả năng sinh trưởng của cây Sậy trong môi trường đất có chứa As và Pb Kết quả xác định khả năng sinh trƣởng của cây Sậy dƣới ảnh hƣởng của các pH trong cùng một nồng độ As và Pb trong đất đƣợc trình bày ở bảng 2. Bảng 2. Ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng của cây Sậy trong môi trường đất có chứa As và Pb Thí nghiệm CT Số cây Chiều cao cây (cm) Chiều dài lá (cm) Thí nghiệm 1 (As) CT1 6,1 ± 0,26 a 36,9 ± 0,14 a 33,64 ± 0,55 a CT2 5,2 ± 0,1 b 34,13 ± 0,81 b 31,67± 0,42 b CT3 4,7 ± 0,15 c 34,58 ± 0,27 c 30,61± 0,26 c LSD0,05 0,56 1,52 1,29 Thí nghiệm 2 (Pb) CT1 5,4 ± 0,26 a 29,6 ± 0,17 a 25,63 ± 0,50 a CT2 5,57 ± 0,15 b 40,33 ± 0,15 b 38,43 ± 0,25 b CT3 7,4 ± 0,20 c 54 ± 0,36 c 43,7 ± 0,1 c LSD0,05 0,64 0,74 0,99 Ghi chú: các số có chữ a,b,c (theo cột) không có sự sai khác ở mức y nghĩa 0,05 Kết quả ở bảng 2 cho thấy, pH trong đất từ 4,8 – 8,9, với nồng độ As trong đất là 143,85ppm cây Sậy vẫn có thể sống và sinh trƣởng bình thƣờng. Tuy nhiên, ở môi trƣờng đất có pH khác nhau khì khả năng sinh trƣởng của cây Sậy cũng khác nhau. pH càng tăng thì sự sinh trƣởng của cây sậy càng giảm và ngƣợc lại pH càng thấp thì sự sinh trƣởng của cây Sậy càng tăng cụ thể: chiều cao của cây cao nhất đạt 36,9 cm ở CT1 (pH = 4,8) và cây thấp nhất là 34,13cm ở CT2 với pH = 6,9. Tƣơng tự, số cây nhiều nhất là 6,1 cây ở CT1 và thấp nhất là 4,7 cây ở CT3; chiều dài lá dài nhất là 33,64cm ở CT1, ngắn nhất là 30,61cm ở CT3 trong đất chứa As. Ngƣợc lại ở trong thí nghiệm đất chứa Pb thì pH càng tăng thì sự phát triển của cây cũng càng tăng và pH giảm thì sự sinh trƣởng và phát triển của cây sậy cũng càng giảm cụ thể: chiều cao của cây cao nhất đạt 54cm, số cây nhiều nhất là 7,4, số lá dài nhất là 43,7 cm (đều tƣơng ứng với CT3, pH= 8,9). Trong khi đó chiều cao thấp và chiều dài lá ngắn nhất lần lƣợt là 29,6 cm và 25,63 cm, số cây ít nhất là 5,4 (đều tƣơng ứng với CT1, pH=4,8). Qua đây cho thấy mức độ nhảy cảm với độc tính As và Pb của cây Sậy còn phụ thuộc vào pH trong đất và trong đất ô nhiễm As và Pb với các môi trƣờng pH khác nhau cây Sậy vẫn có thể sống và sinh trƣởng tốt. Đánh giá khả năng tích lũy KLN của cây Sậy trong môi trường pH khác nhau Bảng 3. Hàm lượng As, Pb tích lũy trong thân, lá và rễ của cây Sậy sau 4 tháng trồng trong môi trường pH khác nhau (n=3, Mean ± Sd) Công thức Hàm lƣợng As trong thân + lá (ppm) Hàm lƣợng As trong rễ (ppm) Hàm lƣợng Pb trong thân + lá (ppm) Hàm lƣợng Pb trong rễ (ppm) CT1 20,12 ± 0,3 a 75,90 ± 0,62 a 25,67 ± 0,96 a 94,3 ± 2,65 a CT2 14,08 ± 0,34 b 57,63 ± 2,97 b 23,79 ± 0,42 b 79,98 ± 2,05 b CT3 13,92 ± 0,18 c 48,75± 1,502 c 17,29 ± 1,24 c 87,16 ± 1,456 c LSD0,05 0,85 5,97 2,84 6,38 Ghi chú: các số có chữ a,b,c (theo cột) không có sự sai khác ở mức y nghĩa 0,05 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trần Thị Phả và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 90(02): 101 - 105 104 Bảng 4. Khả năng xử lý As và Pb trong đất của cây Sậy ở đất có pH khác nhau Công thức Trước khi trồng Sau khi trồng Đất chứa As CT1 143,85 14,99± 0,79 a CT2 143,85 39,49 ± 0,91 b CT3 143,85 68,61± 0,56 c LSD0,05 2,32 Đất chứa Pb CT1 1016,49 82,49± 0,57 a CT2 1016,49 117,18 ± 0,76 b CT3 1016,49 132,99± 0,98 c LSD0,05 2,37 Kết quả phân tích hàm lƣợng As và Pb tích lũy trong thân, lá và rễ của cây sậy sau 4 tháng trồng đƣợc thể hiện qua bảng 3. Qua bảng 3 cho thấy trong 3 công thức với các môi trƣờng pH khác nhau của cùng một nồng độ As và nồng độ Pb đƣợc chọn làm thí nghiệm, cây Sậy đều có khả năng tích lũy As và Pb trong thân + lá và rễ. Nồng độ tích lũy As và Pb trong CT1(pH = 4,8) là cao nhất, cụ thể hàm lƣợng As và Pb trong thân + lá, rễ lần lƣợt là 20,12 ppm, 25,67 ppm và 75,90 ppm, 94,3 ppm. Còn hàm lƣợng As, Pb trong thân + lá, rễ thấp nhất ở CT3 (pH = 8,9) với hàm lƣợng tƣơng ứng là 13,92 ppm và 75,90 ppm đối với As và 25,67 ppm, 94,3 ppm đối với Pb. Hàm lƣợng As và Pb tích lũy trong rễ của cây sậy cao hơn rất nhiều so với trong thân + lá, xẩy ra ở tất cả các môi trƣờng pH của các công thức. Mặc dù khả năng sinh trƣởng của cây Sậy ở CT3 với pH = 8,9 cao hơn ở CT1 với pH = 4,8, nhƣng khả năng tích lũy As và Pb trong cây Sậy ở CT1 lại cao hơn ở CT3. Kết quả này cho thấy ở môi trƣờng đất có pH thấp thì khả năng linh động của As và Pb cao, nên cây Sậy hút đƣợc As và Pb nhiều hơn. Đánh giá khả năng xử lý KLN trong đất của cây Sậy trong môi trường đất pH khác nhau Kết quả xử lý As và Pb trong đất của cây sậy ở trong các môi trƣờng có pH khác nhau đƣợc thể hiện qua bảng 4. Qua bảng 4 cho thấy, khả năng hấp thụ đất bị ô nhiễm As và Pb của cây Sậy là rất tốt. Với một hàm lƣợng As và Pb trong đất trƣớc khi trồng là 143,85ppm và 1016,49 ppm sau 4 tháng trồng trong 3 môi trƣờng đất có pH khác nhau thì hiệu quả hấp thụ As và Pb trong đất của cây Sậy cao nhất là ở CT1 cụ thể là: As ban đầu là 143,85ppm xuống còn 14,99 ppm giảm 9,59 lần so với ban đầu và Pb từ 1016,49 ppm xuống còn 82,49 ppm giảm 12,32 lần so với ban đầu, thấp nhất là CT3 chỉ giảm 2,10 lần ở đất ô nhiễm As và 7,64 lần ở đất ô nhiễm Pb so với ban đầu. Từ kết quả trên cho ta thấy rằng, trong môi trƣờng đất có nồng độ pH cao thì khả năng hấp thụ As và Pb của cây Sậy là thấp hơn so với môi trƣờng đất có pH thấp. Hiện tƣợng này do trong môi trƣờng pH = 4,8 thì khả năng hòa tan As và Pb trong đất là cao hơn dẫn đến khả năng hấp thụ As và Pb của cây Sậy tốt hơn. KẾT LUẬN - Nồng độ As và Pb là cao hơn so với TCVN 11,99 lần đối với As và 14,52 lần đối với Pb thì khả năng sinh trƣởng của cây Sậy vẫn bình thƣờng. Tuy nhiên, ở các mức pH khác nhau thì khả năng sinh trƣởng của cây Sậy cũng khác nhau, biểu hiện qua các chỉ tiêu sinh trƣởng (số cây, chiều cao cây, chiều dài lá) ở mức pH = 4,8 thấp hơn ở mức pH = 8,9. - Cây Sậy có khả năng hấp thụ As và Pb trong đất với các mức độ khác nhau. Cụ thể: khả năng hấp thụ As của cây Sậy là khá cao cụ thể là ở pH = 4,8 trong thân + lá là 20,12 ppm và trong rễ là 75,90 ppm, ở pH = 6,9 trong thân + lá là 14,08 ppm trong rễ là 57,63 ppm, còn ở pH = 8,9 trong thân + lá là 13,92 ppm và rễ là 48,75ppm. Khả năng hấp thụ Pb của cây Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trần Thị Phả và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 90(02): 101 - 105 105 Sậy là ở pH=4,8 trong thân + lá là 25,67 ppm và trong rễ là 94,3 ppm, ở pH = 6,9 trong thân + lá là 23,79 ppm trong rễ là 79,98 ppm, còn ở pH = 8,9 trong thân + lá là 17,29ppm và trong rễ là 87,16 ppm. - Khả năng xử lý As và Pb của cây sậy trong đất ở môi trƣờng pH khác nhau là khác nhau. Nồng độ As là 143,85ppm và Pb là 1016,49 ppm ở môi trƣờng pH thấp khả năng xử lý As và Pb của cây Sậy là cao nhất ở CT1 với pH = 4,8 thì hàm lƣợng As trong đất còn 14,99 ppm giảm 9,59 lần và Pb trong đất còn 82,49 ppm giảm 12,32 lần so với ban đầu, tiếp đó là CT2 với pH = 6,9 As trong đất còn 39,49 ppm giảm 3,64 lần so với ban đầu và Pb còn 117,18 ppm giảm 8,67 lần so với trƣớc khi trồng, khả năng xử lý thấp nhất là ở CT3 với pH = 8,9 As trong đất còn 68,61ppm giảm 2,10 và Pb giảm 7,64 lần so với ban đầu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lê Đức, Nguyễn Xuân Cự, Trần Thị Tuyết Thu (2004), “Bài giảng ô nhiễm đất và các biện pháp xử lý”, Trƣờng ĐHKHTN Hà Nội. [2]. Lê Trƣờng Giang, “Công trình xử lý nước thải bằng phương pháp rễ cây sậy” tại Bệnh viện Nhân Ái”, huyện Thác Mơ - tỉnh Bình Phƣớc. [3]. Phan Hiếu Hiền (2001), “Phương pháp bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu”, Nxb. Nông nghiệp, Thành phố Hồ Chí Minh. [4]. Võ Văn Minh (2009), “Nghiên cứu khả năng hấp thụ một số KLN trong đất của cỏ vetiver và đánh giá hiệu quả cải tạo đất ô nhiễm” Luận án tiến sĩ khoa học môi trƣờng, trƣờng Đại học Quốc Gia Hà Nội. [5]. Trần Thị Phả, Đàm Xuân Vận (2011), "Nghiên cứu khả năng cải tạo đất ô nhiễm kim loại nặng bằng thực vật bản địa tại mỏ khai thác khoáng sản Trại Cau và làng Hích, huyện Đồng Hỷ, tỉnh Thái Nguyên SUMMARY EFFECTS OF pH STUDY TO ABSORBENCY As AND Pb OF REED (Phragmites australis) Tran Thi Pha 1* , Dang Van Minh 1 , Le Duc 2 , Dam Xuan Van 1 1 College of Agriculture and Forestry - TNU, 2 University of Natural Sciences –Vietnam National University To study the effect of pH on absorption of Asen and Lead content of reed that As and Pb are accumulated in reed leaves with different levels and pH dependent. In that capacity to accumulate As and Pb in leaves and roots of the body, leaf reed in treament 1 is 20,12 ppm, 75,90 of As and 25,67ppm, 94,3 ppm of Pb. Ability to handle contaminated soil As decreased from 2,10 times to 9,59 times and in soil contaminated with Pb is reduced from 7,64 times to 12,32 times the original Key words: reed, soil contamination, the ability to accumulate * Tel: 0982.091200, Email: phacam2004@yahoo.com Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên