1. Đặt vấn đề
Công nghệ thực vật trong xử lý ô nhiễm đang được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm bởi hiệu quả cao, chi phí thấp và thân thiện với môi trường. Cỏ Vetiver là đối tượng thực vật được biết có nhiều đặc tính ưu việc trong chống xói mòn, sạt lở (Truong, et al., 1995). Đồng thời loài cỏ này còn có khả năng sống tốt trong môi trường khắc nghiệt với hàm lượng kim loại nặng (KLN) cao (Randoff et al., 1995; Knoll, 1997; Truong và Baker, 1998; Chen, 2000) [2,3,4]. Ở Việt Nam, cỏ Vetiver cũng đã được sử dụng trong chống xói mòn, sạt lở ở đồng bằng Sông Hồng, đồng bằng Sông Cửu Long, các đoạn đường Hồ Chí Minh,… Tuy nhiên, việc sử dụng đối tượng này để xử lý ô nhiễm KLN trong đất chưa được quan tâm nghiên cứu. Bài báo này trình bày một số kết quả nghiên cứu về khả năng hấp thụ Cd, Pb và Cr trong đất của cỏ vetiver.
2. Đối tượng 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.) Nash).
- Kim loại nghiên cứu là Cd, Pb và Cr – là những KLN độc hại, thường tích lũy cao trong các dây chuyền thực phẩm và đang được cảnh báo ô nhiễm trong đất ở nhiều nơi trên thế giới và Việt Nam.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
* Bố trí thí nghiệm:
- Môi trường đất được chọn thí nghiệm là đất cát pha, có thành phần lý hóa như sau: N, P và K tổng số với các nồng độ lần lượt là: 0,062%; 0,043%; 0,51%; pH: 4,57; Cd: 0,22ppm; Pb: 0,25ppm; Cr: 0,31ppm. Đây là loại đất chua, nghèo dinh dưỡng và chưa ô nhiễm KLN.
- Cho 70 kg đất tươi vào mỗi chậu nhựa thí nghiệm (chiều cao 20cm, đường kính miệng 27cm, đáy 20cm).
- 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 các KLN vào đất dưới dạng các dung dịch muối với các nồng độ khác nhau (bảng)
Bảng 1. Nồng độ các muối KLN được bổ sung vào đất thí nghiệm
Muối KL | Nồng độ KLN (ppm) | ||||
PbCl2 | Đc | 500 | 750 | 1000 | 1500 |
Cd(NO3)2. 4H2O | Đc | 10 | 20 | 30 | 40 |
K2Cr2O7 | Đc | 150 | 200 | 250 | 300 |
- 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 Cd, Pb, Cr tích lũy trong cỏ và hàm lượng Cd, Pb và Cr 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; KLN theo phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (ASS); pH đo trực tiếp trên máy pH meter 710A, Inolab.[1]
* 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).
3. Kết quả nghiên cứu và bàn luận
3.1. Khả năng sinh trưởng và phát triển của cỏ vetiver dưới ảnh hưởng của các nồng độ KLN trong đất
Sau 70 ngày nghiên cứu, ở hầu hết các nồng độ KLN thí nghiệm, cỏ vetiver đều có khả năng sống sót. Đối với nồng độ Cd từ 10 – 40ppm và Pb từ 500 – 1500ppm cỏ vetiver vẫn có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt, thể hiện qua sự tăng chiều cao thân, chiều dài rễ, gia tăng sinh khối và tốc độ phân nhánh mạnh, không có sự khác nhau đáng kể với mức ý nghĩa a=0,05 so với đối chứng. Trong khi đó, ở các nồng độ Cr trong đất đã có sự phân hóa đáng kể về khả năng sinh trưởng, phát triển của cỏ vetiver. Trong 30 ngày đầu thí nghiệm, các nồng độ Cr từ 150-300ppm, cỏ vetiver có biểu hiện vàng lá, chậm phát triển. Tuy nhiên, sau 30 ngày ở các nồng độ Cr 150, 200ppm cỏ bắt đầu phục hồi và phát triển mạnh, đặc biệt sau 70 ngày cỏ tăng chiều cao xấp xỉ đối chứng. Nồng độ 250ppm cỏ vẫn có khả năng sinh trưởng, phát triển nhưng tốc độ chậm. Trong khi ở nồng độ 300ppm, trong 50 ngày đầu hoàn toàn khô lá, ngừng sinh trưởng, nhưng sau 50 ngày cỏ bắt đầu phục hồi trở lại. Như vậy, ở nồng độ này, cỏ vetiver vẫn có khả năng sống sót sau 70 ngày thí nghiệm, nhưng không có khả năng sinh trưởng và phát triển.
Cỏ vetiver sau 70 ngày thí nghiệm xử lý KLN
3.2. Khả năng tích luỹ Pb, Cd, Cr trong các bộ phận của cỏ vetiver
Khả năng tích lũy Pb, Cd và Cr trong các bộ phận của cỏ vetiver được trình bày ở bảng 2.
Bảng 2. Hàm lượng Pb, Cd và Cr trong các bộ phận của cỏ vetiver dưới ảnh hưởng của các nồng độ KLN trong đất khác nhau theo thời gian (mg)
KLN | Bộ phận thực vật | Nồng độ (ppm) | Thời gian (ngày) | ||
30 | 50 | 70 | |||
Pb | Thân và lá | 500 | a13,37a | a16,43b | a16,23b |
750 | b18,99a | b27,57b | b27,94b | ||
1000 | c27,13a | c40,59b | c40,24b | ||
1500 | d35,60a | d54,21b | d54,33b | ||
Rễ | 500 | a19,92a | a33,42b | a29,46b | |
750 | b32,24a | b48,38b | b48,05b | ||
1000 | c37,52a | c59,67b | c57,55b | ||
1500 | d47,24a | d71,75b | d68,44b | ||
Cd | Thân và lá | 10 | a0,057a | a0,062a | a0,111b |
20 | a0,068a | a0,079a | b0,164b | ||
30 | a0,072a | b0,103b | b0,154c | ||
40 | a0,075a | b0,101b | b0,152c | ||
Rễ | 10 | a0,061a | a0,077a | a0,142b | |
20 | a0,078a | a0,110ab | a0,114b | ||
30 | a0,091a | ab0,131b | b0,232c | ||
40 | a0,091a | b0,160b | b0,225c | ||
Cr | Thân và lá | 150 | a0,42a | a0,63a | a1,01b |
200 | a0,31a | b0,47a | a1,25b | ||
250 | - | b0,38a | a0,95b | ||
300 | - | - | - | ||
Rễ | 150 | a3,83a | a6,95b | a8,16c | |
200 | a3,27a | a6,46b | a8,37c | ||
250 | - | b4,53a | b7,25b | ||
300 | - | - | - | ||
Ghi chú: - Các số có cùng chữ cái ở cùng 1 phía không có sự sai khác đáng kể với mức ý nghĩa a=0,05
- Các chữ cái ở góc phải biểu thị sự khác nhau theo thời gian
- Các chữ cái ở góc trái biểu thị sự khác nhau theo nồng độ.
Kết quả ở bảng 2 cho thấy, hàm lượng Pb, Cd và Cr tích lũy trong rễ cao hơn thân và lá. Nồng độ KLN trong đất càng cao thì sự tích lũy KLN trong cỏ càng lớn. Hàm lượng Pb tích lũy trong các bộ phận của cỏ vetiver đã có sự khác nhau đáng kể giữa các nồng độ xử lý ở ngay cả 30 ngày đầu thí nghiệm. Tốc độ tích lũy Pb trong thân + lá và rễ rất nhanh giữa 30 và 50 ngày, nhưng 20 ngày tiếp theo tốc độ tích lũy chậm lại và không có sự khác nhau đáng kể (a=0,05). Hàm lượng Cd tích lũy trong thân + lá và rễ chưa có sự khác nhau đáng kể giữa các nồng độ ở 30 ngày đầu thí nghiệm, tuy nhiên sau 30 ngày đã có sự phân hóa khác nhau giữa các nồng độ. Ở các nồng độ khác nhau thì tốc độ tích lũy Cd trong cỏ khác nhau, nồng độ Cd trong đất càng cao thì tốc độ tích lũy Cd trong cỏ càng lớn. Ngược lại, khả năng tích lũy Cr trong cỏ còn phụ thuộc vào tốc độ sinh trưởng và phát triển của cỏ. Hàm lượng Cr tích lũy trong cỏ cao nhất ở nồng độ Cr trong đất là 200ppm. Ở nồng độ Cr 250ppm, mặc dù cỏ vẫn có khả năng tích lũy trong cỏ nhưng thấp hơn vì khả năng sinh trưởng, phát triển của cỏ chậm.
Như vậy, khả năng tích lũy Pb, Cd và Cr trong cỏ vetiver là tương đối cao và phụ thuộc vào nồng độ KLN trong đất.
3.3. Hàm lượng Pb trong đất còn lại sau thời gian xử lý
Hàm lượng Pb, Cd và Cr còn lại trong đất sau thời gian 70 xử lý được trình bày ở bảng 3.
Bảng 3. Biến động hàm lượng KLN trong đất trồng cỏ vetiver theo thời gian
KLN | Nồng độ (ppm) | Thời gian (ngày) | |||||
30 | 50 | 70 | |||||
ppm | % so với ban đầu | ppm | % so với ban đầu | ppm | % so với ban đầu | ||
Pb | 500 | a368,66a | 73,73 | a191,97b | 38,39 | a183,27b | 36,65 |
750 | b543,84a | 72,51 | b313,79b | 41,84 | b208,06c | 27,74 | |
1000 | c712,35a | 71,24 | c511,88b | 51,19 | c334,24c | 33,42 | |
1500 | d1105,33a | 73,69 | d836,99b | 55,80 | d633,76c | 42,25 | |
Cd | 10 | a7,63a | 76,3 | a6,83a | 68,3 | a4,60b | 46,0 |
20 | b13,55a | 67,6 | b11,32a | 56,6 | b8,34b | 41,7 | |
30 | b15,55a | 51,8 | b12,05b | 40,0 | b9,17c | 30,5 | |
40 | c21,23a | 53,0 | c14,95b | 37,0 | b11,57c | 28,9 | |
Cr | 150 | a88,30a | 58,9 | a73,75b | 49,2 | a58,15c | 38,8 |
200 | b136,85a | 68,4 | b103,75 b | 51,9 | b75,55c | 37,8 | |
250 | - | - | c143,30a | 57,3 | c114,30b | 45,7 | |
300 | - | - | - | - | - | - | |
Ghi chú: - Tương tự bảng 2.
Kết quả ở bảng 3 cho thấy, ở tất cả các nồng độ xử lý, hàm lượng KLN trong đất giảm khá nhanh theo thời gian. Sau 30 ngày xử lý, hàm lượng Pb trong đất còn lại từ 71,24-73,73%, nhưng sau 70 ngày hàm lượng Pb còn lại trong đất chỉ còn 27,74-42,25%. Tương tự đối với Cd và Cr sau 70 ngày xử lý, hàm lượng Cd và Cr còn lại trong đất lần lượt là 28,9-46,0% và 37,8-45,7%. Như vậy, sau 70 ngày xử lý, nhìn chung cỏ vetiver có thể sống sót, sinh trưởng và phát triển ở các nồng độ Pb, Cd và Cr rất cao và có khả năng loại bỏ các kim loại này ra khỏi đất rất nhanh (>50%). Kết quả này có thể khẳng định có khả năng sử dụng cỏ vetiver để khôi phục các vùng đất bị ô nhiễm Pb, Cd và Cr.
4. Kết luận
- Cỏ vetiver có khả năng sinh trưởng và phát triển tốt dưới ảnh hưởng của các nồng độ Pb trong đất từ 500-1500ppm; Cd từ 10-40ppm; Cr từ 150-200ppm. Nồng độ Cr 250ppm trong đất cỏ vetiver ngừng sinh trưởng trong 30 ngày đầu, nhưng sau đó vẫn có khả năng phục hồi và phát triển, trong khi nồng độ Cr 300ppm cỏ chỉ có khả năng sống sót sau 70 ngày thí nghiệm, nhưng không có khả năng sinh trưởng.
- Hàm lượng Pb, Cd và Cr tích lũy trong rễ cao hơn thân và lá; Hàm lượng KLN tích lũy trong cỏ tỷ lệ thuận với nồng độ KLN trong đất và thời gian xử lý.
- Hàm lượng Pb, Cd và Cr trong đất ở các chậu thí nghiệm giảm khá nhanh theo thời gian ở tất cả các nồng độ. Sau 70 ngày xử lý, hàm lượng các KLN còn lại trong đất thấp hơn 46%, đặc biệt có lô thí nghiệm chỉ còn lại 27,74% so với ban đầu (ở nồng độ Pb 750ppm) hay 28,9% (ở nồng độ Cd 40ppm).
- Có thể sử dụng cỏ vetiver để phục hồi các vùng đất bị ô nhiễm Pb, Cd và Cr.
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.
