Dự thảo tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu sử dụng một số khoáng vật phyllosilicat và tectosilicat để hạn chế tính linh động của kim loại nặng trong đất nông nghiệp khu vực huyện Văn Lâm, Hưng Yên

Chia sẻ: Acacia2510 _Acacia2510 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là đánh giá khả năng hạn chế tính linh động và tích lũy của Pb trong đất trồng lúa bằng việc bổ sung khoáng zeolite và bentonite vào môi trường đất và đề xuất một số giải pháp giảm thiểu tác động của Pb đến môi trường và con người.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Dự thảo tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu sử dụng một số khoáng vật phyllosilicat và tectosilicat để hạn chế tính linh động của kim loại nặng trong đất nông nghiệp khu vực huyện Văn Lâm, Hưng Yên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ---------------------------- NGUYỄN NGỌC TÚ NGHIÊN CÚU SỬ DỤNG MỘT SỐ KHOÁNG VẬT PHYLLOSILICAT VÀ TECTOSILICAT ĐỂ HẠN CHẾ TÍNH LINH ĐỘNG CỦA KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT NÔNG NGHIỆP KHU VỰC HUYỆN VĂN LÂM, HƢNG YÊN Chuyên ngành: Môi trường đất và nước Mã số: 9440301.02 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nội - 2019
Công trình được hoàn thành tại: Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Nguyễn Ngọc Minh 2. TS. Trịnh Quang Huy Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Phản biện: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên vào hồi giờ ngày tháng năm 20... 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 đề tài luận án Làng nghề Đông Mai thuộc xã Chỉ đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên hoạt động tái chế ắc quy chì và gây ra nhiều nguy cơ tiềm ẩn ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp và sức khỏe người dân. Khoáng sét, đặc biệt là khoáng silicate, bổ sung vào đất để hạn chế tính linh động của kim loại và giảm khả năng hấp thu của cây trồng là một trong những giải pháp xử lý tại chỗ được ưu tiên phát triển. Từ cơ sở khoa học và thực tiễn nêu trên, luận án được thực hiện với tiêu đề: “Nghiên cứu sử dụng một số khoáng vật phyllosilicat và tectosilicat để hạn chế tính linh động của kim loại nặng trong đất nông nghiệp khu vực huyện Văn Lâm, Hưng Yên”. 2. Mục tiêu của luận án Mục tiêu chung: Đánh giá khả năng hạn chế tính linh động và tích lũy của Pb trong đất trồng lúa bằng việc bổ sung khoáng zeolite và bentonite vào môi trường đất và đề xuất một số giải pháp giảm thiểu tác động của Pb đến môi trường và con người. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của luận án Đối tượng nghiên cứu được sử dụng trong luận án bao gồm: i/ Đất lúa tại khu vực xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên; ii/ Các khoáng vật silicate: nhóm zeolite và nhóm bentonite; iii/ Giống lúa Bắc Thơm 7 kháng bạc lá; iv/ Cấu trúc silic sinh học trong đất lúa, trong cây lúa. Phạm vi nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và trong nhà lưới. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 4.1 Ý nghĩa khoa học của luận án - Luận án đã bổ sung thêm thông tin về hiện trạng và các dạng tồn tại của Pb trong môi trường đất trồng lúa tại xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên, là khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi hoạt động tái chế ắc quy trong thời gian qua. - Luận án cung cấp cơ sở khoa học sử dụng các nhóm khoáng vật zeolite và bentonite để hạn chế tính linh động, và từ đó giảm lượng Pb tích lũy vào cây lúa/gạo.
- Luận án đã làm rõ được "số phận" của dạng Pb tích lũy trong cây lúa (rơm rạ), tác động của dạng Pb này đối với môi trường đất và mối liên hệ với vấn đề sử dụng rơm rạ sau thu hoạch. 4.2 Ý nghĩa thực tiễn của luận án - Đánh giá được khả năng kiểm soát tính linh động của Pb trong đất lúa; ảnh hưởng của khoáng bổ sung đến tích lũy Pb trong lúa và trong gạo, mức độ ảnh hưởng của việc bổ sung khoáng silicat đến sinh trưởng và phát triển của cây lúa thí nghiệm. - Đưa ra một số giải pháp hạn chế ảnh hưởng của Pb tồn dư trong môi trường đất lúa đến con người và hệ sinh thái tại khu vực nghiên cứu. 5. Điểm mới của luận án - Luận án đã đánh giá được ảnh hưởng của việc bổ sung các loại khoáng zeolite và bentonite đến tính linh động của Pb trong môi trường đất lúa và khả năng tích lũy Pb của cây lúa và trong gạo. Đặc biệt, nghiên cứu của luận án còn thực hiện đánh giá một cách tương đối toàn diện những tác động của bổ sung khoáng silicate đến khả năng sinh trưởng và phát triển của cây lúa thí nghiệm. - Luận án đã đánh giá được các dạng tồn tại của Pb trong đất nghiên cứu (ví dụ: dạng tự do, dạng cacbonate, liên kết với chất hữu cơ và các oxit), đặc biệt phát hiện đất lúa nghiên cứu có chứa một lượng PhytPb (dạng Pb trong cấu trúc phytolith trong rơm rạ) là kết quả của quá trình hoàn trả rơm rạ (nhiễm Pb) lại cho đất. Kết quả nghiên cứu này có thể là tiền đề cho việc đề xuất giải pháp quản lý và xử lý rơm rạ nhiễm Pb. Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nguồn ô nhiễm Pb và một số biện pháp xử lý 1.1.1 Nguồn gốc ô nhiễm Pb trong môi trường đất a. Từ hóa chất nông nghiệp b. Từ phân gia súc và chất hữu cơ c. Từ nước thải và chất thải công nghiệp d. Từ không khí 1.1.2 Hợp chất vô cơ của Pb và chuyển hóa Pb trong đất
1.1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái tồn tại của Pb trong đất a. Ảnh hưởng của pH đất b. Ảnh hưởng của chất hữu cơ c. Ảnh hưởng của hàm lượng sét 1.1.4 Hiện trạng ô nhiễm Pb trong đất khu vực nghiên cứu 1.1.5 Một số biện pháp xử lý ô nhiễm Pb trong môi trường đất 1.2 Hấp thu, tích lũy và chuyển hóa Pb trong thực vật 1.2.1 Quá trình hấp thu Pb trong thực vật 1.2.2 Quá trình tích lũy và vận chuyển Pb trong thực vật 1.2.3 Ảnh hưởng của Pb đối với thực vật a. Tác động của Pb đến hoạt động của enzym b. Tác động của Pb đến hoạt động quang hợp c. Tác động của Pb đến khả năng hấp thu và tích lũy dinh dưỡng d. Khả năng đáp ứng độc tính Pb của thực vật 1.3 Ứng dụng khoáng vật zeolite và bentonite hạn chế tích lũy kim loại nặng trong thực vật 1.3.1 Tổng quan về vật liệu khoáng zeolite và bentonite 1.3.2 Zeolit giảm tích lũy kim loại nặng trong cây trồng 1.3.3 Bentonit giảm tích lũy của kim loại nặng trong cây trồng Chƣơng 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng và vật liệu nghiên cứu 2.1.1 Mẫu đất sử dụng trong nghiên cứu Vị trí tọa độ và sơ đồ lấy mẫu được trình bày trong Bảng 2.1 và Hình 2.1. Bảng 2.1: Vị trí tọa độ các điểm lấy mẫu đất lúa của luận án Kí hiệu Tọa độ vị trí lấy mẫu Mô tả vị trí lấy mẫu Đ01 20°59'9.98"N 106° 3'17.46"E Đất trồng lúa sau thu hoạch Đ02 20°59'12.75"N 106° 3'19.87"E Đất trồng lúa sau thu hoạch Đ03 20°59'13.93"N 106° 3'24.28"E Đất trồng lúa sau thu hoạch Đ04 20°59'15.04"N 106° 3'30.17"E Đất trồng lúa sau thu hoạch Đ05 20°59'20.87"N 106° 3'33.45"E Đất trồng lúa sau thu hoạch Đ06 20°59'9.55"N 106° 3'13.62"E Đất trồng lúa sau thu hoạch
Kí hiệu Tọa độ vị trí lấy mẫu Mô tả vị trí lấy mẫu Đ07 20°59'9.30"N 106° 3'9.86"E Đất trồng lúa sau thu hoạch Đ08 20°59'9.88"N 106° 3'6.82"E Đất trồng lúa sau thu hoạch Đ09 20°59'10.75"N 106° 3'2.75"E Đất trồng lúa sau thu hoạch Đ10 20°59'14.31"N 106° 3'0.22"E Đất trồng lúa sau thu hoạch Các mẫu đất được lấy tại lớp đất bề mặt có độ sâu từ 0 – 20cm. Mỗi thửa ruộng lấy 03 mẫu tại 3 vị trí khác nhau sau đó được trộn lại thành 1 mẫu hỗn hợp cho thửa ruộng đó. Hình 2.1: Sơ đồ lấy mẫu đất lúa trong nghiên cứu 2.1.2 Lúa, rơm rạ và gạo sử dụng trong nghiên cứu a/ Mẫu lúa: Lúa được sử dụng là giống Bắc Thơm 7 kháng bạc lá, là giống lúa cảm ôn, gieo cấy được 02 vụ trong năm, có thời gian sinh trưởng ngắn. Mạ sau 10 – 13 ngày tuổi sẽ được lựa chọn. b/ Mẫu rơm rạ: Mẫu rơm rạ là các mẫu đối chứng này không được bổ sung thêm khoáng nên mô phỏng tương tự như cây lúa ngoài thực địa. c/ Mẫu gạo: Các mẫu gạo được sử dụng trong nghiên cứu để đánh giá khả năng tích lũy Pb được thu hồi từ các công thức thí nghiệm trong chậu vại. 2.1.3 Mẫu vật liệu zeolite và bentonite sử dụng trong nghiên cứu 2.1.3.1 Vật liệu zeolite 4A và zeolite faujasite Các khoáng vật zeolite này là sản phẩm nghiên cứu đề tài khoa học công nghệ của Học viện Nông nghiệp Việt Nam, mã số: T2017-04-24.
Bảng 2.2: Đặc trưng của vật liệu zeolite 4A và zeolite faujasite TT Thông số Zeolite 4A Zeolite faujasite 1 CTHH Na12Al12Si12O48.27H2O Na2Al2Si2.5O9.6H2O 2 Kích thước, µm 2,5 4 -1 3 CEC, cmolc.100g 341 432 2+ 4 Hấp phụ Pb , % 82,67± 0,72 96,56 ± 0,53 2.1.3.2 Vật liệu bentonite tự nhiên và bentonite biến tính Bentonite tự nhiên (bentonite TN): nguồn bentonite tự nhiên sử dụng trong nghiên cứu được lấy từ mỏ bentonite ở xã Tam Bố, huyện Di Linh, tỉnh Lâm Đồng. Bentonite biến tính bằng chống cột (bentonite BT): Từ vật liệu bentonite Di Linh tự nhiên, thực hiện biến tính vật liệu bằng phương pháp hóa lý sử dụng tác nhân biến tính là Al3+ trên quy mô phòng thí nghiệm. Bảng 2.3: Tính chất khoáng bentonite sử dụng trong nghiên cứu TT Thông số Bentonite TN Bentonite BT -1 1 CEC, cmolc.100g 19,5 58,6 2 Khoảng cách cơ sở, A 0 12,99 16,81 3 Khả năng hấp phụ Pb, % 51,33 95,44 2.2 Nội dung nghiên cứu Luận án được thực hiện với 3 nội dung chính như sau: Nội dung 1: Tính chất đất và Pb trong đất lúa khu vực nghiên cứu Nội dung 2: Ảnh hưởng khoáng silicate đến Pb linh động trong đất lúa Nội dung 3: Đặc điểm tích lũy Pb trong đất lúa và cây lúa 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.3.1 Xác định một số đặc tính cơ bản của đất lúa 2.3.1.1 Xác định thành phần cơ giới đất 2.3.1.2 Xác định pH đất 2.3.1.3 Xác định độ dẫn điện 2.3.1.4 Xác định hàm lượng chất chữu cơ 2.3.1.5 Xác định dung tích trao đổi cation 2.3.1.6 Xác định thành phần hóa học 2.3.1.7 Xác định dạng tồn tại của Pb trong đất lúa
2.3.1.8 Xác định dạng Pb khác trong đất lúa a/ Thu hồi cấu trúc silic sinh học của đất lúa b/ Thành phần hóa học của cấu trúc silic sinh học của đất lúa c/ Xác định hàm lượng Pb trong cấu trúc silic sinh học của đất lúa 2.3.2 Xác định ảnh hưởng của zeolite và bentonite đến Pb linh động trong đất 2.3.2.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm trong chậu Bảng 2.4: Nguyên tắc bố trí các nghiệm thức thí nghiệm Tên mẫu Mẫu Mức Mức Mức Mức Mức ĐC 1 2 3 4 5 Tỷ lệ (khối lượng) 0% 1% 2% 3% 4% 5% Lượng khoáng, g 0 5 10 15 20 25 Lượng đất, g 5.000 4.995 4.990 4.985 4.980 4.975 Tổng lượng, g 5.000 5.000 5.000 5.000 5.000 5.000 - Chỉ tiêu phân tích: Pb linh động và Pb tổng số trong môi trường đất lúa, trước khi bắt đầu thí nghiệm, theo chu kỳ sinh trưởng của cây lúa; Pb tích lũy trong cây và hạt lúa. - Các chỉ tiêu theo dõi: chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây lúa. Chu kỳ sinh trưởng và phát triển của cây lúa trải qua 06 giai đoạn theo dõi (Bảng 2.5). Bảng 2.5: Các giai đoạn phát triển và thông số đánh giá thí nghiệm TT Giai đoạn Thời gian, ngày Chỉ tiêu 1 Mạ 13 - Pb tổng số, Pb linh động, pH 2 Đẻ nhánh 26 - Pb linh động, pH trong đất lúa 3 Vươn lóng 36 4 Làm đòng 49 5 Trỗ bông 61 - pH, Pb linh động, Pb trong lúa 6 Chín 109 (137) và gạo và các chỉ tiêu sinh trưởng 2.3.2.2 Phân tích các dạng Pb và khả năng sinh trưởng của cây lúa a. Xác định Pb linh động trong đất
Phương pháp chiết Pb linh động được thực hiện theo TCVN 7727:2007 – Chất lượng đất – Chiết các nguyên tố vết bằng dung dịch đệm DTPA (Diethylien Triamon Pentadiacetic Acid 0,005 M). b. Xác định Pb tổng số trong cây lúa Hàm lượng Pb tổng số trong cây lúa và gạo được xác định bằng phương pháp cường thủy. c. Xác định khả năng sinh trưởng của thực vật Các phương pháp đo đạc sinh trưởng của cây lúa được thực hiện theo QCVN 01-55 : 2011/BNNPTN như sau: Bảng 2.6: Phương pháp phân tích và đo đạc kết quả thí nghiệm STT Thông số Phƣơng pháp Đo bằng thước. Đo từ mặt đất đến đỉnh bông 1 Chiều cao thân* cao nhất, không kể râu hạt. Số cây mẫu: 10. 2 Kích thước lá Đo bằng thước. 3 Số lượng bông* Đếm số bông có ít nhất 10 hạt chắc của một cây, số cây mẫu: 5. 4 Chiều dài hạt Đo đạc bằng thước kẹp với số lượng 20 hạt. 5 Khối lượng hạt* Cân 8 mẫu 100 hạt ở độ ẩm 14%, gam. 2.3.2.3 Phương pháp xử lý thống kê Các số liệu thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của việc bổ sung khoáng vật zeolit và bentonit đến Pb linh động trong đất lúa được xử lý và kiểm định sai khác giữa các giá trị trung bình bằng phân tích t – test 2.3.3 Quan hệ đất – lúa thông qua Pb trong cấu trúc silic sinh học 2.3.3.1 Xác định thành phần hóa học mẫu tro rơm rạ sau nung 2.3.3.2Xác định Pb trong cấu trúc silic sinh học của cây lúa Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tính chất đất và Pb trong đất lúa khu vực nghiên cứu 3.1.1 Thành phần và tính chất của đất lúa trong nghiên cứu 3.1.1.1 Một số tính chất hóa lý của đất lúa Kết quả phân tích một số tính chất cơ bản của đất lúa khu vực nghiên cứu tại thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên được trình
bày trong Bảng 3.1. Bảng 3.1: Một số tính chất vật lý, hóa học của đất nghiên cứu Các mẫu đất trong nghiên cứu Thông số Đ1 Đ2 Đ3 Đ4 Đ5 Đ6 Đ7 Đ8 Đ9 Đ10 3,40 3,59 3,41 3,90 4,14 3,92 4,65 4,59 3,69 5,20 pHKCl (0,01) (0,01) (0,01) (0,01) (0,01) (0,01) (0,02) (0,01) (0,01) (0,03) 2,44 2,24 2,39 2,09 1,89 2,90 2,04 2,12 2,60 1,33 OC (%) (0,02) (0,02) (0,05) (0,02) (0,02) (0,05) (0,02) (0,02) (0,05) (0,04) EC 305,3 339,3 234,3 163,3 178,7 165,2 129,5 156,2 163,5 92,6 -1 (S.cm ) (5,51) (9,71) (17,6) (2,46) (11,3) (4,07) (4,90) (4,16) (4,15) (2,2) CEC cmolc.100 13 15,4 12,2 11,4 11,6 13,2 12,7 11,9 13,5 12,8 Thành phần cơ giới các mẫu có tỷ lệ cấp hạt sét từ 3,67% đến 8,0%; limon từ 50,01% đến 63,13% và cát từ 32,10% đến 46,33%. Đất trong nghiên cứu thuộc loại đất thịt hoặc thịt pha cát. Hình 3.1: Kết quả phân tích thành phần cơ giới đất nghiên cứu Giá trị CEC trung bình khoảng 12,8 cmolc.100g-1, có dung tích trao đổi cation trung bình. Kết quả phân tích thành phần hóa học của các mẫu đất bằng phương pháp PIXE được trình bày trong Bảng 3.2.
Bảng 3.2: Thành phần hóa học của đất lúa trong nghiên cứu Nguyên tố Các mẫu đất lúa trong nghiên cứu Đ1 Đ2 Đ3 Đ4 Đ5 Đ6 Đ7 Đ8 Đ9 Đ10 Na1 0,223 0,140 0,195 0,185 0,193 0,191 0,236 0,217 0,186 0,226 1 Mg 0,39 0,40 0,37 0,40 0,42 0,40 0,43 0,40 0,43 0,44 1 Al 4,58 4,82 4,84 5,18 5,34 5,05 5,25 4,99 5,20 5,29 1 Si 11,81 12,38 11,69 12,54 12,53 12,67 12,36 11,58 12,81 12,91 1 K 0,93 1,00 1,01 1,09 1,09 1,03 1,08 1,05 1,06 1,08 1 Ca 0,59 0,47 0,61 0,73 0,96 0,75 0,71 0,70 0,60 0,51 1 Fe 2,96 2,73 2,58 2,77 3,41 2,55 3,08 2,83 2,71 3,70 2 Pb 1.116 921 1.014 1.090 1.766 972 816 827 1.064 404 : Hàm lượng %; : Hàm lượng: mg.kg-1 1 2 3.1.1.2 Thành phần khoáng học của đất lúa Theo kết quả XRD tại Hình 3.2 thì các thành phần khoáng vật học chính tại đất lúa khu vực thôn Đông Mai, xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm chủ yếu là Quartz, Kaolinite và Illite. Hình 3.2: Phổ nhiễu xạ tia X của cấp hạt sét (< 2 m) xử lý ở các điều kiện khác nhau: (i) xử lý ở 550C, (ii) bão hòa với KCl, (iii) bão hòa với MgCl2 và (iv) solvat hóa trong ethyleneglycol
3.1.2 Các dạng tồn tại của Pb trong đất lúa khu vực nghiên cứu Các dạng tồn tại của Pb trong đất lúa thu được từ các quá trình chiết được mô tả trong Bảng 3.3. Bảng 3.3: Các dạng tồn tại của Pb trong đất nghiên cứu Các mẫu đất trong nghiên cứu, mg.kg-1 Dạng liên kết Đ1 Đ2 Đ3 Đ4 Đ5 Đ6 Đ7 Đ8 Đ9 Đ10 Trao đổi 166,9 154,0 180,6 153,4 164,6 87,4 50,7 55,0 101,3 29,6 Liên kết carbonate 419,5 337,5 351,1 388,0 481,4 279,8 216,6 259,2 300,8 136,0 Liên kết Fe, Mn 233,4 178,8 190,5 234,0 353,6 223,3 175,1 198,5 217,1 100,5 Liên kết hữu cơ 0,02 0,02 0,02 0,12 0,31 0,02 0,26 0,47 0,08 0,7 Chiết bằng CaCl2 25,3 11,8 20,2 2,8 2,6 5,5 1,2 0,4 3,6 1,7 Hàm lượng tổng* 1.116 921 1.014 1.090 1.766 972 816 827 1.064 404 Hầu hết Pb trong đất ở nghiên cứu này được tồn tại chủ yếu dưới dạng trao đổi (114,4  53,3 mg.kg-1), dạng liên kết với carbonate (317,0  95,9 mg.kg-1) và dạng liên kết với các oxit Fe và Mn (210,5  60,6 mg.kg-1). Hàm lượng Pb dưới dạng liên kết với chất hữu cơ ở mức thấp (0,3  0,2 mg.kg-1). Hình 3.3: Các dạng tồn tại của Pb trong môi trường đất 3.1.3 Dạng Pb trong cấu trúc silic sinh học trong đất lúa
Pb trong cấu trúc silic sinh học là dạng Pb "đặc biệt", xuất hiện trong đất khi rơm rạ hoặc tàn dư cây lúa chứa Pb được quay vòng lại đồng ruộng. Hình 3.4 Cấu trúc silic sinh học ("xương cây") trong thân cây lúa được tái tạo nhờ công nghệ chụp cắt lớp siêu hiển vi (µCT) Kết quả cho thấy hàm lượng của các cấu trúc silic trong các mẫu đất này biến thiên trong khoảng rộng khi thay đổi từ 1,76 đến 8,67 g.kg-1 (Hình 3.5). Hình 3.5: Hàm lượng cấu trúc silic sinh học của đất lúa
Hình 3.6: Hình thái cấu trúc silic sinh học của đất (a), thành phần hóa học bằng phổ EDS (b) Cấu trúc silic sinh học được tách ra từ các mẫu đất lúa tại khu vực nghiên cứu tồn tại dưới nhiều hình dạng khác nhau: dạng que, song tinh, tấm bản. Hàm lượng Pb có trong các cấu trúc silic sinh học này dao động từ 0,43 đến 0,73 mg.g-1 khi chiết bằng dung dịch cường thủy. Hình 3.7: Hàm lượng Pb trong cấu trúc silic sinh học của đất lúa Với hàm lượng của cấu trúc silic sinh học trong đất dao động trong khoảng từ 1,76 đến 8,67 g.kg-1 nên hàm lượng Pb tích lũy trong cấu trúc này dao động từ 1,29 đến 4,89 mg.kg-1.
3.2 Ảnh hƣởng của các khoáng vật zeolite và bentonite đến sự linh động của Pb trong đất và sự tích lũy Pb trong cây 3.2.1 Ảnh hưởng khoáng vật zeolite và bentonite đến linh động của Pb trong đất Sau 3 vụ thí nghiệm, từ hàm lượng Pb linh động trong các mẫu đối chứng trung bình khoảng 54,34 mg.kg-1, hàm lượng Pb linh động còn lại trong đất khoảng 32,41 mg.kg-1, đạt hiệu suất giảm khả năng linh động của Pb khoảng 40,25%. Hình 3.8: Pb linh động trong đất với công thức bổ sung khoáng. Bảng 3.4: Kiểm định sự sai khác có ý nghĩa của giá trị trung bình của Pb linh động, mg.kg-1 Khoáng ĐC Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 4 Mức 5 a a b c Bentonite tự 52,74 36,25 35,55 33,16 33,01 31.07c nhiên (±1,02) (±3,00) (±4,25) (±2,11) (±2,56) (±3,88) Bentonite biến 59,81 36,25a 35,20a 34,70b 34,12c 32,71c tính (±5,03) (±4,49) (±3,15) (±2,82) (±2,68) (±2,38) 51,56 34,37a 32,14b 28,69c 29,66c 29,25c Zeolite 4A (±3,79) (±2,39) (±5,50) (±5,09) (±4,93) (±2,33) Zeolite 51,64 31,85a 30,50b 30,65b 30,02b 28,96c Faujasite (±3,03) (±3,46) (±1,92) (±0,86) (±1,47) (±1,60) Kiểm định ở mức ý nghĩa α = 0,05 Các giá trị a, b, c thể hiện sự khác biệt giữa các mức bổ sung khoáng
Hàm lượng của Pb linh động giảm tương đối nhanh khi bổ sung khoáng ở mức tối thiểu (mức 1), chỉ với một hàm lượng tối thiểu khoáng (1% đối với tất cả các khoáng) cũng đã ảnh hưởng rất lớn đến việc giảm tính linh động của Pb2+ trong đất. Hình 3.9: Biến động pH đất với các mức bổ sung vật liệu khoáng Khoáng bentonite có CEC thấp (19 cmolc.100g-1 đối với bentonite tự nhiên và 58,6 cmolc.100g-1 đối với bentonite biến tính), khoáng nhân tạo thuộc nhóm zeolite lại có giá trị CEC cao hơn tương đối nhiều, lần lượt là 342 và 432 cmolc.100g-1 đối với zeolite 4A và zeolite faujasite. Hình 3.10: Biến động của hàm lượng Pb trong đất
Sau thời gian 3 vụ thí nghiệm, hàm lượng Pb linh động trong đất ở các công thức thí nghiệm ổn định trong khoảng 32,41 mg.kg-1 (Bảng 3.4). 3.2.2 Ảnh hưởng khoáng vật zeolite và bentonite đến linh động của Pb trong cây lúa Khả năng kiểm soát tích lũy Pb trong lúa của 4 loại khoáng trong nghiên cứu dao động từ 24% đến 58% so với mẫu đối chứng, các khoáng zeolite 4A và zeolite faujasite lần lượt là 58% và 56%, tốt hơn so với khoáng bentionte biến tính và bentonite tự nhiên lần lượt là Hình 3.11: Hàm lượng Pb tích lũy 44% và 24% trong lúa Mức khoáng bổ sung càng cao thì lượng Pb tích lũy càng thấp. Trong các loại khoáng bổ sung thì hiệu quả kiểm soát Pb trong lúa sắp xếp theo thứ tự giảm dần: zeolite 4A, zeolite faujasite, khoáng bentonite biến tính và cuối cùng là khoáng bentonite tự nhiên. Pb trong cây lúa càng thấp, nhưng hiệu quả hạn chế là không giống nhau giữa các công thức thí nghiệm. Hình 3.12: Tương quan giữa khoáng Hình 3.13: Tương quan giữa khoáng với hàm lượng Pb tích lũy trong cây với hàm lượng Pb tích lũy trong cây lúa (n=18) lúa (n=18)
Mối tương quan giữa các mức độ bổ sung khoáng với hàm lượng Pb tích lũy trong cây lúa được thể hiện tại các Hình 3.12 và Hình 3.13. 3.2.3 Ảnh hưởng của khoáng vật zeolite và bentonite đến sự tích lũy Pb trong gạo Kết quả phân tích hàm lượng trung bình Pb tích lũy trong gạo tại các công thức thí nghiệm được trình bày trong Bảng 3.5. Bảng 3.5: Hàm lượng Pb tích lũy trong gạo sau thí nghiệm Hàm lƣợng Pb tích lũy trong gạo, µg/g Loại khoáng Đối chứng Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 4 Mức 5 Bent TN 0,81 0,42 0,57 0,65 0,39 0,42 Bent BT 0,78 0,40 0,54 0,56 0,38 0,38 Zeolite 4A 0,75 0,58 0,37 0,26 0,20 0,24 Z. Faujasite 0,67 0,35 0,23 0,23 0,12 0,11 Hiệu quả kiểm soát tích lũy Pb trong gạo của các khoáng zeolite faujasite, zeolite 4A, bentonit biến tính và bentonit và so với mẫu đối chứng lần lượt là 69%, 56%, 42% và 40%. 3.2.4 Ảnh hưởng khoáng bổ sung đến sinh trưởng của cây lúa 3.2.4.1 Ảnh hưởng đến chiều cao sinh trưởng của cây lúa Hình 3.14: Chiều cao sinh trưởng của cây lúa thí nghiệm
Chiều cao cây lúa ở tất cả công thức thí nghiệm đạt giá trị trung bình 67,65cm, tại mẫu đối chứng là 84,25cm, ở công thức bổ sung bentonite tự nhiên là 74,33cm, thấp nhất xảy ra tại thí nghiệm bổ sung khoáng zeolite faujasite, chỉ đạt 66,64 cm. Chiều cao trung bình của cây lúa ở 2 công thức được bổ sung zeolite 4A và bentonite biến tính lần lượt là 73,38cm và 70,77cm (Hình 3.14). Hình 3.15: Sự phát triển tương đối đồng đều (a) và hiện tượng cây thí nghiệm chết với việc bổ sung khoáng zeolite faujasite trong vụ thứ nhất (b) Hình 3.16: Diễn biến chiều cao sinh trưởng ở các công thức thí nghiệm với các mức bổ sung khoáng vật khác nhau 3.2.4.2 Ảnh hưởng đến độ rộng phiến lá Giá trị độ rộng trung bình của lá lúa thí nghiệm tại thời điểm trưởng thành dao động từ 0,87cm (công thức bổ sung khoáng zeolite faujasite) đến 1,45cm (công thức bổ sung khoáng bentonite tự nhiên). Công thức đối chứng có độ rộng phiến lá trung bình là 1,53cm (Hình 3.17).
Hình 3.17: Độ rộng phiến lá ở các công thức thí nghiệm Với giá trị trung bình dao động từ 0,87 – 1,45cm thì độ rộng phiến lá tại 4 công thức thí nghiệm đều thấp hơn tương đối nhiều so với kết quả sinh trưởng bình thường của giống lúa ngoài đồng ruộng. 3.2.4.3 Ảnh hưởng đến số lượng bông lúa Hình 3.18: Số lượng bông lúa tại các công thức thí nghiệm Số lượng trung bình các bông lúa được thống kê sau thời gian 3 vụ thí nghiệm được thể hiện trong Hình 3.18. Số lượng bông lúa trung bình thu được trong các thí nghiệm bổ sung khoáng bentonite tự nhiên, bentonite biến tính và zeolite 4A lần lượt là 11,20, 12,37 và 12,80 bông/vụ, khoáng