KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP THU CHÌ (Pb) CỦA CÂY THƠM ỔI (Lantana camara L.) TRONG ĐIỀU KIỆN CÓ BỔ SUNG TRÙN ĐẤT Pontoscolex corethrurus VÀ THỬ NGHIỆM LY TRÍCH DNA TỔNG SỐ CỦA HỆ VI SINH VẬT TỪ ĐẤT

 Nội dung thực hiện - Xác định hàm lượng chì Pb hấp thu lên thân và rễ, sự sinh trưởng của cây Thơm ổi trong điều kiện trồng cây trên đất nhiễm chì Pb có bổ sung và không bổ sung trùn đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

….  …

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP THU CHÌ (Pb) CỦA CÂY THƠM

ỔI (Lantana camara L.) TRONG ĐIỀU KIỆN CÓ BỔ SUNG TRÙN ĐẤT Pontoscolex corethrurus VÀ THỬ NGHIỆM

LY TRÍCH DNA TỔNG SỐ CỦA HỆ

VI SINH VẬT TỪ ĐẤT

Ngành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC Niên khóa: 2004 - 2008

Sinh viên thực hiện: HUỲNH HOÀNG PHÚC

Tháng 9/2008

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

….  …

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG HẤP THU CHÌ (Pb) CỦA CÂY THƠM

ỔI (Lantana camara L.) TRONG ĐIỀU KIỆN CÓ BỔ SUNG TRÙN ĐẤT Pontoscolex corethrurus VÀ THỬ NGHIỆM

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, con xin bày tỏ lòng kính yêu và biết ơn sâu sắc nhất đối với bố mẹ; cảm

ơn bố mẹ, anh chị và các em đã luôn tin tưởng, yêu thương, tạo mọi điều kiện cho con

học tập tốt

Em xin chân thành cảm ơn:

 Ban Giám Hiệu Trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, Ban Chủ

Nhiệm Bộ môn Công nghệ Sinh học, cùng tất cả Quý Thầy Cô đã truyền đạt kiến thức

cho em trong suốt thời gian học tập tại trường

 TS Lê Đình Đôn đã tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập và hoàn

thành khóa luận tốt nghiệp

 ThS Huỳnh Thị Mỹ Dung, Đại học Pari XII, người Cô và cũng là người chị

đã tận tình hướng dẫn em trong thời gian thực hiện khóa luận

 ThS Nguyễn Vũ Phong đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em trong thời gian

thực hiện khóa luận

 Anh Nguyễn Văn Lẫm, anh Phạm Văn Bình và các anh chị làm việc tại phòng

thí nghiệm Hóa Sinh đã tận tình giúp đỡ em trong thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp

ở Trung tâm

 Anh Huy, anh Bảng và các anh chị làm việc ở Trung tâm Công nghệ và Quản

lý Môi trường & Tài nguyên

 Các bạn lớp Công nghệ Sinh học K30 đã chia sẻ cùng tôi những vui buồn

trong thời gian học cũng như hết lòng hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong thời gian làm khóa luận

tốt nghiệp

Sinh viên thực hiện

HUỲNH HOÀNG PHÚC

TÓM TẮT

HUỲNH HOÀNG PHÚC, Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh Tháng

9/2008 “Khảo sát khả năng hấp thu chì (Pb) của cây Thơm ổi (Lantana camara L.)

trong điều kiện có bổ sung trùn đất Pontoscolex corethrurus và thử nghiệm ly

trích DNA tổng số của hệ vi sinh vật từ đất”

Giáo viên hướng dẫn: ThS HUỲNH THỊ MỸ DUNG

ThS NGUYỄN VŨ PHONG

Hiện nay vấn đề ô nhiễm kim loại nặng (Pb, Cd,…) đang trở thành vấn đề bức

thiết trên toàn thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng Tính độc của các kim loại

nặng (KLN) đã ảnh hưởng trực tiếp, sâu sắc đến môi trường và sức khỏe của con

người Chính vì vậy vấn đề giải ô nhiễm KLN đang là một vấn đề quan trọng và cấp

bách cần được giải quyết

Trong thời gian gần đây, phương pháp Phytoremediation dựa trên cơ sở sử dụng

thực vật để giải ô nhiễm KLN trong đất có chi phí đầu tư thấp, an toàn và thân thiện

với môi trường Bên cạnh những ưu điểm, phương pháp Phytoremediation cũng có

những nhược điểm như thời gian xử lý lâu và khả năng giải ô nhiễm chưa cao Với những lý do trên, chúng tôi thử áp dụng phương pháp Phytoremediation với

cây Thơm ổi (Lantana camara L.) để giải ô nhiễm chì (Pb) có bổ sung trùn đất

Pontoscolex corethrurus

 Nội dung thực hiện

- Xác định hàm lượng chì (Pb) hấp thu lên thân và rễ, sự sinh trưởng của cây

Thơm ổi trong điều kiện trồng cây trên đất nhiễm chì (Pb) có bổ sung và không bổ

sung trùn đất Pontoscolex corethrurus

- Nghiên cứu ảnh hưởng của trùn đất trong điều kiện ô nhiễm thông qua các đặc

điểm hóa lý của đất

 Kết quả

- Thông qua việc xác định hàm lượng chì hấp thu ở thân và rễ của cây Thơm ổi

sau thí nghiệm đã chứng minh rằng, khả năng giải ô nhiễm chì của cây Thơm ổi tăng

đáng kể khi có bổ sung trùn đất Pontoscolex corethrurus

- Trùn đất giúp cải thiện, nâng cao độ phì nhiêu cho đất thông qua việc làm tăng các chỉ tiêu hóa lý của đất như pH, mùn, Phospho dễ tiêu,…

- Cây sinh trưởng, phát triển nhanh hơn trong điều kiện có bổ sung trùn đất

- Hàm lượng chì tích tụ trong rễ cao hơn so với trong thân của cây Thơm ổi sau thời gian thí nghiệm 30 ngày

SUMMARY

HUYNH HOANG PHUC, Nong lam University, HCM city “Investigating

absorb Pb ability of Lantana camara L in Pontoscolex corethrurus earthworm

supplementary condition and experiment extract total DNA of soil microorganism system”

Supervisor: MSc HUYNH THI MY DUNG

MSc NGUYEN VU PHONG

Nowaday, heavy metal polution problem has become hot problem over on the world and in Viet Nam The toxic of heavy metals have direct influence, profound to environment and the health of man So, heavy metal polution solution problem is very important and need to slove tight away

In recent years, Phytoremediation method basic on using plant to slove polution heavy metal in soil with cheap spending, safe and friendly with environment However, beside advantages, Phytoremediation method still has disadvantages such as long time and low effect With these reason, we tested to apply Phytoremediation method with

Lantana camara L to slove Pb polution in Pontoscolex corethrurus earthworm

supplementary condition

 Contents

- Quantify Pb absorb on stem and root of tree, growth of Lantana camara L in soil

poison Pb in with earthworm supplementary condidion and with control

- Study effect of earthworm in pollution condition depend on physical chemistry characters

 Result

- Depend on quantify Pb absorb on stem and root of Lantana camara L after experiment, We prove that Pb polution solution ability of Lantana camara has many

increase when supplementary earthworm

- Earthworm help improve, raise fertile to soil depend on increasing physical - chemistry showings of soil such as pH, MO, Phospho,…

- The growth and development of the tree are better in earthworm supplementary condition

- Pb content absorb in root more than in tree - trunk of Lantana camara L

MỤC LỤC

TRANG

Lời cảm ơn iii

Tóm tắt iv

Summary vi

Mục lục vii

Danh sách các chữ viết tắt xi

Danh sách các bảng xii

Danh sách các hình xiii

Danh sách các biểu đồ xiv

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích, yêu cầu nghiên cứu 2

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Tình hình ô nhiễm chì và các giải pháp 3

2.1.1 Tính chất hóa lý của chì (Pb) 3

2.1.2 Tình hình ô nhiễm chì 3

2.1.3 Tính độc và ảnh hưởng của chì 5

2.1.3.1 Các con đường chì xâm nhập vào cơ thể 6

2.1.3.2 Tác hại của chì trên cơ thể người 6

2.1.3.3 Độc tính của chì đối với động vật và thực vật 7

2.2 Các phương pháp giải ô nhiễm chì và phương pháp Phytoremediation 7

2.2.1 Các phương pháp giải ô nhiễm chì 7

2.2.2 Phương pháp Phytoremediation 8

2.2.2.1 Giới thiệu 8

2.2.2.2 Định nghĩa Phytoremediation 9

2.2.2.3 Nguyên nhân thực vật hấp thu kim loại nặng 10

2.2.2.4 Cơ chế hấp thu kim loại vào rễ và vận chuyển đến các cơ quan ở thực vật 10

2.2.2.5 Những thuận lợi và bất lợi của phương pháp phytoremediation 11

2.2.2.6 Giải ô nhiễm bằng cây Thơm ổi (Lantana camara L.) 12

2.3 Trùn đất 14

2.3.1 Giới thiệu 14

2.3.2 Phân loại và phân nhóm 14

2.3.2.1 Phân loại học 14

2.3.2.2 Các nhóm chính 15

2.3.3.1 Đặc điểm hình thái 15

2.3.3.2 Đặc điểm cấu tạo 15

2.3.4 Điều kiện sinh sống 16

2.3.5 Sinh sản và sinh trưởng 17

2.3.5.1 Sinh sản 17

2.3.5.2 Sinh trưởng 18

2.3.6 Mối quan hệ giữa hệ vi sinh vật đất, thực vật và trùn đất 18

2.3.6.1 Mối quan hệ giữa vi sinh vật đất và thực vật 18

2.3.6.2 Mối quan hệ giữa trùn đất và thực vật 18

2.3.6.3 Mối quan hệ giữa trùn đất và vi sinh vật 20

2.3.6.4 Hạt kết 22

Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 25

3.1 Thời gian và địa điểm 25

3.2 Vật liệu, hóa chất và dụng cụ thí nghiệm 25

3.2.1 Vật liệu thí nghiệm 25

3.2.1.1 Đất 25

3.2.1.2 Thực vật 25

3.2.1.3 Trùn đất 25

3.2.1.4 Chì acetate 26

3.2.2 Hóa chất 26

3.2.3 Dụng cụ - Thiết bị 27

3.3 Nội dung thí nghiệm 28

3.4 Phương pháp 28

3.4.1 Bố trí và theo dõi thí nghiệm 28

3.4.1.1 Bố trí thí nghiệm 28

3.4.1.2 Theo dõi thí nghiệm 29

3.4.2 Thu mẫu 29

3.4.2.1 Thu mẫu thân và lá ngoài đồng sau thí nghiệm 29

3.4.2.2 Thu mẫu đất và rễ cây trong phòng thí nghiệm 30

3.4.3 Phân tích các chỉ tiêu của đất 31

3.4.3.1 Độ pH (pH H2O) 31

3.4.3.2 Nitơ tổng số 31

3.4.3.3 Phospho tổng số 33

3.4.3.4 Phospho dễ tiêu 34

3.4.3.5 Chất mùn (MO) 34

3.4.3.6 Nitơ dễ tiêu 35

3.4.3.7 K tổng số 35

3.4.4 Ly trích DNA từ đất 36

3.4.4.1 Phương pháp CTAB 36

3.4.4.2 Phương pháp SDS 37

3.5 Xử lý số liệu 38

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

4.1 Hàm lượng chì hấp thu của thân và rễ cây sau thí nghiệm 39

4.2 Sự sinh trưởng của cây Thơm ổi sau thời gian thí nghiệm 40

4.3 Kết quả phân tích đất 43

4.3.1 Chỉ tiêu pH (H2O) 43

4.3.2 Chỉ tiêu P2O5 dễ tiêu 44

4.3.3 Chỉ tiêu P2O5 tổng số 45

4.3.4 Chỉ tiêu N dễ tiêu 46

4.3.5 Chỉ tiêu N tổng số 46

4.3.6 Chỉ tiêu K tổng số 47

4.3.7 Chỉ tiêu Mùn (MO) 48

4.4 Kết quả ly trích DNA tổng số của hệ vi sinh vật từ đất 48

4.4.1 Phương pháp CTAB 48

4.4.2 Phương pháp SDS 49

4.5 Số lượng trùn đất sau thí nghiệm 50

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 52

5.1 Kết luận 52

5.2 Đề nghị 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

PHỤ LỤC 56

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CTAB: Cetyltrimethylammonium bromide

DNA: Deoxyribonucleic acid

EDTA: Ethylene diaminetetra acetic acid

EPA: Environmental Protection Agency

ITRC: Identity Theft Resource Center

UV: Ultra Violet

WHO: World Health Organization

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Hàm lượng chì trong đất tại một số nơi ở TP.HCM (ppm) 5

Bảng 2.2 Các loài thực vật có khả năng giải ô nhiễm kim loại nặng 8

Bảng 2.3 Một số loài thực vật có khả năng tích lũy kim loại nặng 9

Bảng 2.4 Chi phí thực hiện một số biện pháp giải ô nhiễm đất 14

Bảng 2.5 Thành phần dinh dưỡng của phân trùn nguyên chất 22

Bảng 3.1 Bố trí thí nghiệm 28

Bảng 3.2 Dựng đường chuẩn phospho tổng số 33

Bảng 4.1 Kết quả phân tích hàm lượng chì sau thí nghiệm 39

Bảng 4.2 Chiều cao cây Thơm ổi (cm) qua các thời điểm 7, 14, 21 và 28 ngày của các nghiệm thức 40

Bảng 4.3 Đường kính tán lá của cây Thơm ổi (cm) qua các thời điểm 7, 14, 21 và 28 ngày của các nghiệm thức 42

Bảng 4.4 Kết quả phân tích các chỉ tiêu đất 43

Bảng 4.5 Số lượng trùn đất sau thí nghiệm 50

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

Hình 2.1 Diễn biến nồng độ trung bình của chì từ năm 2000 đến năm 2007 5

Hình 2.2 Tác hại của chì lên cơ thể .6

Hình 2.3 Cây hấp thu chì theo cơ chế Phytoextraction .11

Hình 2.4 Cây Thơm ổi 13

Hình 2.5 Các nhóm trùn trong đất 15

Hình 2.6 Cấu tạo cơ thể của trùn đất 16

Hình 2.7 Trùn đất đào hang trong đất 19

Hình 3.1 Thu nhận đất 25

Hình 3.2 Trãi đất phơi 25

Hình 3.3 Đập và rây 25

Hình 3.4 Trùn đất khi thu nhận 26

Hình 3.5 Phơi đất trong phòng thí nghiệm 30

Hình 3.6 Hạt kết của trùn (AgV) 30

Hình 3.7 Hạt kết của rễ cây (AgP) 30

Hình 3.8 Hạt kết của trùn và rễ cây (AgPV) 30

Hình 4.1 Kết quả điện di khi ly trích bằng máy vortex 49

Hình 4.2 Kết quả điện di khi ly trích bằng máy đánh sóng 49

Hình 4.3 Kết quả điện di khi ly trích bằng SDS 50

DANH SÁCH CÁC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 4.1 Hàm lượng chì hấp thu của thân và rễ cây 40

Biểu đồ 4.2 Sự tăng trưởng chiều cao của cây Thơm ổi 41

Biểu đồ 4.3 Sự phát triển về đường kính tán lá của cây Thơm ổi 42

Biểu đồ 4.4 Giá trị trung bình pH của các nghiệm thức 44

Biểu đồ 4.5 Giá trị trung bình P2O5 dễ tiêu của các nghiệm thức 45

Biểu đồ 4.6 Giá trị trung bình P2O5 tổng số của các nghiệm thức 45

Biểu đồ 4.7 Giá trị trung bình N dễ tiêu của các nghiệm thức 46

Biểu đồ 4.8 Giá trị trung bình N tổng số của các nghiệm thức 47

Biểu đồ 4.9 Giá trị trung bình K tổng số của các nghiệm thức 47

Biểu đồ 4.10 Giá trị trung bình % MO của các nghiệm thức 48

Mg, Zn,…) đang ngày càng phức tạp và trở thành vấn đề nghiêm trọng ở hầu hết các nước trên thế giới, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và vật nuôi

Các nhà khoa học trên thế giới đã tìm ra các giải pháp để giải ô nhiễm kim loại nặng trong đất như phương pháp vật lý, hóa học, sinh học, hóa lý,… Tuy nhiên tất cả các phương pháp kể trên có nhược điểm là đòi hỏi cần phải có thời gian dài, chi phí đầu tư và kỹ thuật cao, khó thực hiện

Trong những năm gần đây các nhà khoa học đã tìm ra được phương pháp mới Phytoremediation Đây là phương pháp dùng thực vật để giải ô nhiễm KLN trong đất bằng cách trồng các cây siêu hấp thu (hyperaccumulator) trên vùng đất bị ô nhiễm Mặc dù còn mới nhưng phương pháp Phytoremediation hứa hẹn là một phương pháp đầy triển vọng do có hiệu suất giải ô nhiễm cao, chất ô nhiễm có thể được tách khỏi đất, chi phí đầu tư thấp hơn hàng trăm lần so với các phương pháp khác, vừa tạo cảnh quan đẹp và thân thiện với môi trường

Để nâng cao khả năng xử lý ô nhiễm KLN trong đất, đặc biệt là chì (Pb) bằng phương pháp Phytoremediation, ở nước ta cũng đã có nhiều nghiên cứu sử dụng một

số loài thực vật siêu hấp thụ và có bổ sung thêm một số tác nhân như EDTA, kiểm soát pH, Trong tự nhiên có một yếu tố rất quan trọng nữa có khả năng tác động giúp cho cây tăng khả năng giải ô nhiễm, đó là trùn đất Trong nông nghiệp trùn đất có một ý nghĩa rất lớn trong việc nâng cao sản lượng cây trồng, do thông qua các hoạt động sống của mình trùn đất có khả năng gia tăng hoạt động của vùng rễ cây, giúp đất tơi xốp, thoáng khí, màu mỡ hơn Những hoạt động thiết thực của trùn đất nêu trên một câu hỏi được đặt ra là “liệu trùn đất có giúp làm gia tăng khả năng giải ô nhiễm KLN của thực vật hay không ?”

Từ câu hỏi trên, trong khoá luận tốt nghiệp này tôi đã thực hiện đề tài “Khảo sát

khả năng hấp thu chì (Pb) của cây Thơm ổi Lantana camara L trong điều kiện có

bổ sung trùn đất Pontoscolex corethrurus và thử nghiệm ly trích DNA tổng số của

hệ vi sinh vật từ đất.”

1.2 Mục đích, yêu cầu nghiên cứu

 Mục đích

- Khảo sát khả năng hấp thu Pb, sự tăng trưởng của cây Thơm ổi (Lantana camara L.) trong điều kiện có bổ sung và không có bổ sung trùn đất Pontoscolex corethrurus

- Nghiên cứu ảnh hưởng của trùn lên tính chất hóa lý của đất ô nhiễm chì

 Yêu cầu nghiên cứu

- Xác định hàm lượng chì hấp thu ở thân và rễ của cây Thơm ổi

- Đánh giá sự sinh trưởng của cây Thơm ổi thông qua các chỉ tiêu chiều cao, đường kính tán lá của cây

- Phân tích các chỉ tiêu hóa lý của đất như pH, P2O5 dễ tiêu, P2O5 tổng số, N dễ tiêu, N tổng số, K tổng số, % MO

- Ly trích DNA tổng số của hệ vi sinh vật từ đất

Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tình hình ô nhiễm chì và các giải pháp

2.1.1 Tính chất hóa lý của chì (Pb)

Chì là kim loại nặng (M=207,1, d=11,3g/cm3) có màu xám nhạt, nóng chảy ở

327oC và sôi ở 1744oC Mềm, dễ cắt và dễ định hình, có độ linh động kém, thời gian

bán hủy trong đất từ 800 – 6000 năm, dẫn điện kém và khá độc Trong tự nhiên, chì có

nhiều dưới dạng PbS và bị chuyển hóa thành PbSO4 do quá trình phong hóa Pb2+ sau khi được giải phóng sẽ tham gia vào nhiều quá trình Pb3(PO4)2 khác nhau trong đất như bị hấp phụ bởi các khoáng sét, chất hữu cơ hoặc oxit kim loại hoặc bị cố định dưới dạng các hợp chất Pb(OH)2, PbCO3, PbS, PbO, Pb3(PO4)2 Chì bị hấp phụ trao đổi chỉ chiếm một lượng nhỏ (<5%) hàm lượng chì trong đất Các chất hữu cơ có vai trò lớn trong việc tích lũy chì trong đất do hình thành các phức hệ với chì và chúng cũng làm

tăng tính hoạt động của chì khi các chất hữu cơ này có tính hoạt động cao

Chì là kim loại nặng có độc tính rất cao ảnh hưởng đến toàn cơ thể của con người

và vật nuôi, tác hại đến tất cả các mô ở bất kỳ nồng độ nào Do chì có thời gian phân hủy rất lâu nên chúng tồn tại nhiều trong môi trường nước, không khí và nhất là môi trường đất

2.1.2 Tình hình ô nhiễm chì

Hiện nay ô nhiễm chì đã ở mức báo động, mỗi ngày lượng chì thải vào môi trường là rất lớn Nguồn ô nhiễm chì đến từ nhiều nguồn khác nhau như trong tự nhiên (1 – 3 g/m3, cao nhất 7 – 9 g/m3), trong công nghiệp khai thác dầu mỏ, công nghiệp sản xuất pin, công nghiệp luyện kim, công nghiệp sản xuất hóa chất, khai thác chế biến quặng chì và các phế liệu có chì, sản xuất sơn pha chì, hàn cắt các hợp kim có chì, trong xăng,… Nguồn ô nhiễm chì trong không khí chủ yếu xuất phát từ việc đốt cháy nhiên liệu xăng chứa chì Chì được trộn thêm trong xăng dưới dạng Pb(CH3)4 và Pb(C2H5)4 cùng với các chất làm sạch 1,2 – dicloetan và 1,2 – dibrometan Chì được loại thải khỏi khí quyển nhờ vào quá trình sa lắng khô và ướt do đó làm ô nhiễm môi trường đất

 Trên thế giới

Lượng chì trong môi trường đã gia tăng khắp thế giới từ khi con người khai thác

và sử dụng chì vào 800 năm truớc công nguyên Hậu quả là ngày nay cơ thể con người gánh chịu một lượng chì gấp 500 lần so với thời kì trước công nghiệp hóa Xăng pha chì đang dần dần bị cấm ở nhiều nước, vì đấy là nguồn chì quan trọng đi vào con người qua đường hô hấp [12]

Ở thành phố Kabwe (Zambia) số người có thể bị tác động là 255000 người, nguồn ô nhiễm chủ yếu là do khai thác và chế biến chì Mức ô nhiễm chì ở Kabwe là rất lớn Tính trung bình, mức nhiễm chì ở trẻ em cao hơn chuẩn cho phép của Cơ quan Bảo vệ môi trường Mỹ từ 5 - 10 lần, và có thể thậm chí còn cao hơn mức gây tử vong [22]

Ở Superfund Site, nơi diễn ra hoạt động tái chế pin, xưởng đúc và hoạt động nấu kim loại bị ô nhiễm chì nghiêm trọng Tổng lượng chì trung bình là 55480 mg/kg có thể đạt mức tối đa 140500 mg/kg [7]

Là một thành phố công nghiệp, Thiên Anh (Trung Quốc) chiếm hơn một nửa sản lượng chì của Trung Quốc, thứ kim loại độc hại này ngấm vào nước và đất trồng của Thiên Anh và ngấm vào máu trẻ em sinh ra tại đây Đó có thể là nguyên nhân dẫn tới việc các em nhỏ ở Thiên Anh có chỉ số IQ thấp Qua kiểm tra, lúa mì trồng ở Thiên Anh chứa lượng chì cao gấp 24 lần chuẩn của Trung Quốc [22]

 Ở Việt Nam

Diễn biến nồng độ của chì thay đổi giảm đáng kể vào tháng 8-2001 do Chính phủ ban hành luật sử dụng xăng không pha chì, đến tháng 06-2005 theo kết quả quan trắc, nồng độ chì có xu hướng gia tăng Điều này có thể giải thích do lượng xe tăng đáng kể

và chất lượng của xăng không được bảo đảm

Nguyễn Đình Tuấn và cộng sự đã tiến hành quan trắc một cách có hệ thống chất lượng không khí tại TP.HCM cho biết, tại TP.HCM từ năm 2006 đến nay hàm lượng chì trong không khí có xu hướng tăng lên, lượng chì trong không khí đã tăng gấp đôi

từ 0,5μg/m3 lên đến trên 1μg/m3, vượt mức cho phép của WHO (1,5μg/m3)

Hình 2.1: Diễn biến nồng độ trung bình của chì từ năm 2000 đến năm 2007 [23]

Theo kết quả quan trắc môi trường không khí do Trạm quan trắc môi trường

Thành Phồ Cần Thơ thực hiện từ đầu năm 2007 đến nay cho thấy hàm lượng chì (Pb)

trong không khí tại nhiều điểm trên địa bàn đang tăng đến mức đáng báo động, vượt

mức cho phép đến hơn 200 lần [24]

Bảng 2.1: Hàm lượng chì trong đất tại một số nơi ở TP.HCM (ppm) [7]

Nhà máy Pin Acquy Đồng Nai 10900

2.1.3 Tính độc và ảnh hưởng của chì

Chì và các hợp chất của nó đều độc, tác hại đến các mô ở bất kỳ nồng độ nào, các

hợp chất chì càng dễ hòa tan càng độc Chì gây ngộ độc cho con người và thực vật ở

nồng độ rất thấp

Ở Việt Nam, chì là một trong 8 kim loại nặng được quy định chặt chẽ trong chất

lượng vệ sinh an toàn thực phẩm (7 kim loại còn lại bao gồm: As, Cu, Sn, Zn, Hg, Cd,

Sb) (Quyết định 867/QĐ-BYT ban hành ngày 4/4/1998 về Tiêu chuẩn Vệ sinh đối với

Lương thực, Thực phẩm)

2.1.3.1 Các con đường chì xâm nhập vào cơ thể

Chì có thể xâm nhập vào cơ thể theo những đường khác nhau như hô hấp (do hít

phải bụi chì và hơi chì), ăn uống (khi tay bẩn có dính chì, ăn các loại rau củ có chứa

chì) hay qua các vết thương, các vết xây xát ở da

2.1.3.2 Tác hại của chì trên cơ thể người

Tác hại đến hệ thống tạo máu: Tác động lên sự hình thành, thoái hóa hemoglobin

và hồng cầu Trong nhiễm độc chì, số lượng hồng cầu thường giảm, trong máu xuất

hiện các hồng cầu hạt kiềm

Tác hại trên thận: Tổn thương ống lượn gần, chức năng lọc cầu thận giảm, tổn

thương mạch máu thận và tình trạng xơ hóa, tiểu máu vi thể, protein niệu và cao huyết áp

Tác hại đến hệ thần kinh: Gây viêm não chì biểu hiện chủ yếu là vật vã kích thích,

đau đầu, run cơ, hoang tưởng và mất trí nhớ Nặng hơn có thể co giật, liệt và hôn mê

Liệt do chì xuất hiện vài năm sau khi nhiễm chì, hồi phục chậm và không hoàn toàn

Tác hại đến hệ tiêu hóa: Thể hiện bằng

cơn đau bụng chì cấp tính và hội chứng viêm

dạ dày ruột mạn tính

Ảnh hưởng đến sinh sản: Sinh non ở phụ

nữ, Panova (1972) nêu lên những tỷ lệ rối

loạn rụng trứng và mối liên quan giữa chu kỳ

không rụng trứng với sự xuất hiện δALA niệu

cao 8 – 10 mg/l Đối với nam gây tổn thương

tinh hoàn, vô sinh, liệt dương

Những ảnh hưởng khác: Ngoài ra chì

còn tác hại đến cơ thể ở các cơ quan khác như

tim mạch (gây cao huyết áp), đau khớp,…[26]

2.1.3.3 Độc tính của chì đối với động vật và thực vật

- Chì nhiễm vào cơ thể động vật chủ yếu qua con đường tiêu hóa như ăn lá cây có dính chì (hay những cây hấp thu chì rồi tích tụ chì trong lá), uống nước bị ô nhiễm chì Các hợp chất của chì đều độc đối với động vật Khi xâm nhập vào cơ thể động vật chì gây rối loạn tổng hợp hemoglobin, giảm thời gian sống của hồng cầu, thay đổi hình dạng tế bào, xơ vữa động mạch, mất cảm giác

- Trong nước nồng độ chì lớn hơn 5 mg/l thì thực vật bị ô nhiễm [24]

Như vậy ta thấy chì là một kim loại nặng có độc tính rất cao ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người, cây trồng và vật nuôi Theo tình hình ô nhiễm chì trên thế giới và

ở Việt Nam nói trên thì ta thấy ô nhiễm chì đã ở mức báo động và cần phải có các biện pháp giải ô nhiễm

2.2 Các phương pháp giải ô nhiễm chì và phương pháp Phytoremediation

2.2.1 Các phương pháp giải ô nhiễm chì

- Biện pháp vật lý: Sử dụng các lực vật lý tác động vào môi trường đất làm thay đổi cấu trúc của các chất ô nhiễm nhưng không có bản chất hoá học

- Biện pháp hóa học: Làm thay đổi tính chất của chất ô nhiễm, biến đổi chúng thành dạng ít ô nhiễm hơn

- Phương pháp hóa lý: Trao đổi ion, cố định chất ô nhiễm (solidification/stabilization), Electrokinetic, Thủy tinh hóa (vitrification), Lấp đất (landfilling) Ôxi hóa hóa học, nung đất (incineration)

- Biện pháp sinh học: Dùng các đối tượng sinh học như vi sinh vật, nấm hay thực vật để hấp thu, phân hủy các chất ô nhiễm

+ Sử dụng vi sinh vật: Phân hủy các chất ô nhiễm bằng cách cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng và không khí cho chúng

+ Sử dụng thực vật: Thực vật sống trên đất và hấp thu kim loại vì nhu cầu dinh dưỡng Trong số đó có những loài đặc biệt tồn tại hoặc có khả năng hấp thu và tích lũy kim loại nặng nói chung và chì nói riêng với nồng độ rất cao Dựa vào đặc tính đó, người ta đã phát triển một phương pháp mới để giải ô nhiễm đất, gọi là

“Phytoremediation”, tức là dùng thực vật siêu hấp thu (hyperaccumulator) để giải ô nhiễm Đây là một phương pháp đầy triển vọng [7]

Bảng 2.2: Các loài thực vật có khả năng giải ô nhiễm kim loại nặng

Thực vật Chất ô nhiễm

Brassica family (Indian

Mustard & Broccoli)

Se, S, Pb, Cd Chromium, Ni, Zn, Cu, Ce, Strontium

1,3,5 triazine (RDX)

2.2.2 Phương pháp Phytoremediation

2.2.2.1 Giới thiệu

Sử dụng thực vật để làm sạch đất bị ô nhiễm kim loại là một công nghệ mới được

nghiên cứu trong những năm gần đây Kỹ thuật này ngày càng phát triển nhờ vào tính

hiệu quả, kinh tế và tránh được những hậu quả phụ so với sử dụng những kỹ thuật

khác (Lasat, 2002)

Theo Robinson và ctv (1997), chiến lược mới trong giải ô nhiễm đất bị nhiễm

kim loại nặng theo hướng sinh học bởi cơ chế thực vật chiết tách (phytoextraction) và

tích lũy (phytoaccumulation) với các loài thực vật siêu hấp thụ (hyperaccumulator), đã dẫn đến phong trào quan tâm đến những loài thực vật có khả năng siêu hấp thụ

2.2.2.2 Định nghĩa Phytoremediation

Phytoremediation (Phyto: thực vật, remediation: cải tạo) là một kỹ thuật sử dụng thực vật siêu hấp thụ kim loại nặng (hyperaccumulator) để cải tạo môi trường đất bị ô

nhiễm kim loại nặng

 Khái niệm thực vật siêu hấp thụ

Thực vật siêu hấp thụ là những loài có khả năng hấp thu một lượng kim loại nặng nhiều gấp trăm lần những loài bình thường

Bảng 2.3: Một số loài thực vật có khả năng tích lũy kim loại nặng [10]

Tên loài

Nồng độ kim loại tích luỹ trong thân (g/g trọng lượng khô)

Tác giả và năm công bố

Arabidopsis halleri

Thlaspi caerulescens 12000 Cd Mádico và ctv, 1992

Thlaspi rotundifolium 8200 Pb Reeves & Brooks, 1983

Thlaspi geosingense 12000 Ni Reeves & Brooks, 1983

Alyssum bertholonii 13400 Ni Brooks & Radford, 1978

Alyssum pintodasilvae 9000 Ni Brooks & Radford, 1978

Psychotria douarrei 47500 Ni Baker và ctv., 1985

Melastoma

Qua khảo sát cho thấy có ít nhất 400 loài phân bố trong 45 họ thực vật được cho

là thực vật siêu hấp thụ Các loài này là các loài thực vật thân thảo hoặc thân gỗ có khả năng tích lũy và không có biểu hiện về mặt hình thái khi nồng độ kim loại nặng trong

thân cao hơn hàng trăm lần so với các loài bình thường khác Các loài thực vật này thích nghi một cách đặc biệt với các điều kiện môi trường và khả năng tích lũy cao hàm lượng kim loại nặng nói chung và chì nói riêng có thể góp phần ngăn cản các loài sâu bọ và sự nhiễm nấm

2.2.2.3 Nguyên nhân thực vật hấp thu kim loại nặng

Để phát triển toàn diện, ngoài các nguyên tố đa lượng (N, P, K, S,Ca, Mg) thực vật còn cần có các nguyên tố vi lượng như Pb, Zn, Fe,…Thực vật có những cơ chế đặc biệt để hấp thu, chuyển hóa và dự trữ các chất dinh dưỡng

Theo Boyd và Marten (1994), Pollard và Baker (1997) thì sự tích lũy kim loại trên bộ lá cho phép những cây đó tránh được những vi sinh vật gây hại như: nấm, vi khuẩn, sâu,…

Do qui luật sinh tồn, một số loài thực vật có khả năng biến đổi di truyền để chịu đựng dần với nồng độ kim loại cao trong đất

2.2.2.4 Cơ chế hấp thu kim loại vào rễ và vận chuyển đến các cơ quan ở thực vật

Thực vật hấp thu kim loại nặng do bộ rễ hút hoặc qua lá nhưng rễ là phổ biến hơn

cả Kim loại nặng được hút vào rễ theo khuynh hướng nồng độ xuyên qua màng tế bào

Vì có điện tích nên ion kim loại không thể di chuyển tự do qua màng tế bào có cấu trúc lipophilic Do đó, ion vận chuyển vào tế bào phải nhờ trung gian là các protein màng có chức năng vận chuyển, thường được biết đến như là chất vận chuyển (transporter) Chất vận chuyển xuyên màng có một vùng (domain) liên kết màng kết nối vùng ngoại bào và nội bào Vùng liên kết chỉ nhận diện các ion đặc hiệu, và chịu trách nhiệm về chất vận chuyển đặc trưng Cấu trúc xuyên màng cho phép quá trình chuyển ion từ không gian ngoại bào xuyên qua môi trường kỵ nước của màng, vào trong tế bào được dễ dàng

Chất ô nhiễm có thể được dự trữ trong các bộ phận của cây (phytoextraction), được thực vật làm bay hơi (phytovolatilization) hay được thực vật tập trung, cố định trong vùng rễ (phytostabilization) hoặc được thực vật tiêu hóa (phytodegradation)… [7] Hấp thu kim loại vào tế bào rễ là một bước quan trọng của quá trình phytoextraction (kim loại được vận chuyển từ rễ lên thân, lá) Sự di chuyển của nhựa cây chứa kèm theo kim loại từ rễ lên cành được điều khiển bởi 2 yếu tố: Áp suất rễ và thoát hơi nước của lá Đi theo dòng vận chuyển lên lá, kim loại có thể được tái hấp thụ vào trong tế bào lá

Quá trình vận chuyển kim loại xảy ra trong rễ và vận chuyển đến các cơ quan khác như sau:

- Kim loại bám vào rễ

- Kim loại di chuyển ngang qua màng tế bào vào trong tế bào rễ

- Một phần nhỏ kim loại hút vào rễ được cố định trong không bào

- Kim loại di động trong nội bào ngang qua màng tế bào đi vào xylem

- Kim loại được vận chuyển từ rễ đi lên các mô bên trên như lá, cành

Chì được rễ

cây hút vào

Chì được vận chuyển lên thân và lá

Chì được rễ cây hút vào

Hình 2.3: Cây hấp thu chì theo cơ chế Phytoextraction [13]

2.2.2.5 Những thuận lợi và bất lợi của phương pháp phytoremediation

- Đòi hỏi ít kinh phí đầu tư hơn so với các phương pháp truyền thống Theo kết quả nghiên cứu của Cục môi trường Châu Âu (EEA), 1998 cho thấy chi phí trung bình của phương pháp truyền thống trên 1 hecta đất từ 0,27 đến 1,6 triệu USD, trong khi phương pháp sử dụng thực vật chi phí thấp hơn 10 đến 1000 lần [10]

- Không cần công nghệ cao và nhiều chuyên gia, có thể thực hiện một cách dễ dàng

 Bất lợi

- Hạn chế về độ sâu của rễ cây

- Phụ thuộc vào điều kiện thời tiết Theo EPA (2000), khí hậu bất lợi cũng làm hạn chế sự phát triển của thực vật và sự tăng sinh khối của cây, làm giảm hiệu quả xử

lý

- Quá trình này diễn ra trong một thời gian khá dài, và có thể hấp thu không hoàn

toàn lượng chì trong đất

- Trong điều kiện không kiểm soát tốt, thực vật siêu hấp thụ có thể phát triển nhanh chóng và mạnh mẽ, xâm lấn các loài thực vật bản địa làm ảnh hưởng đến sự đa dạng sinh học

2.2.2.6 Giải ô nhiễm bằng cây Thơm ổi (Lantana camara L.)

Loài: L camara [27]

 Đặc điểm chung của cây Thơm ổi

Ngoài tên Thơm ổi Lantana còn có những tên khác như: Ngũ sắc, trâm ổi, tỷ mụi,

yellowsage, Wildsage

Lantana camara L thuộc họ cỏ roi ngựa (Verbenaceae), là một loài cỏ dại, thân

bụi phát triển rất mạnh ở những nơi khô hạn trên cao nguyên hoặc ven bờ biển Cây cao 1 – 1,5 m, thân có 4 cạnh, có gai nhỏ cong, nhiều, lá có phiến rất nhám, rìa có răng cưa Hoa đầu có nách lá và ngọn, có nhiều màu vàng, cam, đỏ Quả nhân cứng, đen,

ngọt, ăn được, khi còn non thì độc (do có chứa lantadiens), nhân có 1 – 2 hột Đây là

loại cây vừa sinh sản hữu tính vừa sinh sản vô tính bằng gốc hoặc cành

Khoảng pH thích hợp cho cây là từ 6,6 đến 7,5 (trung tính)

Có nguồn gốc từ Trung Mỹ Lantana

mọc tự nhiên ở những nơi có thời tiết nhiệt

đới và cận nhiệt đới như Châu Phi, Châu Á,

Châu Úc, Hawaii, Guam,…

Theo Anonymous (2000), Lantana

mọc được trên nhiều loại đất, nhận lượng

mưa từ 250 - 290 mm Chúng có thể chịu

hạn và chịu mặn tốt Phần trên không của

cây có thể bị chết ở nhiệt độ ở -2oC nhưng

cây vẫn có thể sống lại được Hình 2.4: Cây Thơm ổi [39]

 Khả năng hấp thu chì của cây Thơm ổi

Đây là một loài thực vật siêu hấp thu, có khả năng sống trong vùng đất bị ô

nhiễm chì và hấp thu chì ở nồng độ rất cao Trong nghiên cứu khả năng hấp thu chì ở

cây Thơm ổi của DiệpThị Mỹ Hạnh thì trong quá trình thí nghiệm có 2 cá thể Lantana

có khả năng hấp thụ 10000 và 20000 ppm chì, do đó Thơm ổi là nguồn vật liệu quý để

tiếp tục nghiên cứu về cây siêu hấp thu (hyperaccumulator)

Thơm ổi có sự tăng trưởng nhanh, cung cấp nhiều sinh khối để hấp thu chì Khả

năng hấp thu chì hơn 1 % trọng lượng khô của chúng

Trong điều kiện ô nhiễm đất đến 4000 ppm chì, cây Thơm ổi vẫn có thể sống và

hấp thu chì Hấp thu chì trong hệ rễ của Thơm ổi quan trọng lúc đầu, có sự tương quan

tốt giữa nồng độ chì trong đất và nồng độ chì hấp thụ trong cây Thơm ổi Nhưng sau

đó chì được vận chuyển lên tích lũy trong thân và lá (phytoextraction)

 Ứng dụng của cây Thơm ổi

- Dùng làm cảnh, trang trí

- Dầu Lantana, hỗn hợp chất thơm có nhiều mùi từ các chủng khác nhau được sản

xuất cho xuất khẩu như từ Brazil

- Theo Liogier (1990), dịch chiết từ Thơm ổi được dùng làm thuốc hạ sốt rất hiệu nghiệm

- Lal (1987) cho rằng dịch chiết từ lá Thơm ổi có hoạt tính trừ sâu và trừ vi sinh

rất mạnh Phát hiện thấy trong nhiều thí nghiệm, xử lý khoai tây với lá cây Lantana có

thể tránh được Phthimaea operculella zeller, một loại sâu đục thân kiểu khoai tây

 Những nhược điểm của cây Thơm ổi

Theo Kumar và Rohatgi (1999), ở một số vùng, Thơm ổi cạnh tranh với các loài

khác do đó làm giảm đa dạng sinh học Trái xanh có chứa độc tố có thể gây chết trẻ em

Từ các phương pháp giải ô nhiễm trên ta thấy phương pháp Phytoremediation

thật sự là một phương pháp hay, hứa hẹn nhiều triển vọng, do có hiệu suất giải ô

nhiễm cao, thân thiện với môi trường mà chi phí đầu tư lại thấp hơn rất nhiều so với

các phương pháp khác

Bảng 2.4: Chi phí thực hiện một số biện pháp giải ô nhiễm đất

Thủy tinh hóa (Vitrification) 75- 425

Lấp đất (Landfilling) 100 – 500 Hóa học (Chemical treatment) 100 – 500

2.3 Trùn đất

2.3.1 Giới thiệu

Trùn đất hay còn gọi là giun đất, là một loại động vật nhỏ thường sống chui rút

trong đất ẩm, nhiều bùn rác, là động vật có ích cho nông nghiệp, làm tơi xốp đất màu

và cũng làm thức ăn cho nhiều loài động vật khác

2.3.2 Phân loại và phân nhóm

Loài: Pontoscolex corethrurus [28]

2.3.2.2 Các nhóm chính

Trùn đất là một loại động vật bậc thấp, tùy theo đặc điểm sống và dinh dưỡng

trùn đất được xếp thành các nhóm khác nhau Theo David Ernst (1995), C.A Edwards,

P J Bohlen, Chapman và Hall (1996) thì trùn đất được chia thành 3 nhóm sau:

- Nhóm epigeic: Đây là nhóm sống ở tầng thảm mặt đất, chỉ sống ở bề mặt và ăn

thảm vụn thực vật Đây là loài chuyển hóa

đất rất ít

- Nhóm endogeic: Nhóm này sống ở

tầng đất giữa ở độ sâu khoảng 5,08 – 7,62

cm trong đất Đây là nhóm rất có lợi cho

cây trồng, chúng di chuyển nhiều trong đất

tạo các đường hang giúp đất tơi xốp, thoáng

khí hơn, từ đó giúp cho cây trồng phát triển

Trùn đất trưởng thành dài khoảng 20-30 cm với trên dưới 100 đốt tương đối

giống nhau, có nhiều đốt, giữa các đốt có vách ngăn, mỗi đốt có vòng tơ là một phần

của cơ thể có thể tự điều chỉnh ở một mức độ nhất định hoạt động chung của cơ thể

Màu sắc cơ thể trùn đất rất khác nhau, thường là màu xám đỏ có ánh kim, mặt

bụng sáng hơn mặt lưng

Có đầu, đuôi, đai sinh dục và lỗ sinh dục Đầu có miệng, cơ quan tiêu hóa bắt đầu

từ miệng và kết thúc ở hậu môn, khắp người chúng giống như một ống hoa văn có 2

đầu nhọn Cơ thể nhẵn và có nhiều chất nhờn

2.3.3.2 Đặc điểm cấu tạo

Hệ tiêu hóa có sự phân hóa rõ ràng Từ đầu ra sau có lỗ miệng, xoang miệng, hầu,

thực quản, mề, dạ dày, ruột giữa, ruột thẳng và hậu môn

Trùn đất có hệ tuần hoàn kín gồm hệ mạch máu trung tâm, hệ mạch máu quanh

ruột và các cung tuần hoàn ngoại biên

Hệ thần kinh kiểu chuỗi hạch gồm có não, vòng thần kinh hầu, hạch dưới hầu và chuỗi hạch thần kinh bụng

Cơ quan bài tiết điển hình là hậu đơn thận, có khi gồm nhiều vi thận, là dạng biến đổi của hậu đơn thận

Trùn đất là động vật lưỡng tính nên trong một cá thể có cả hệ sinh dục đực và hệ sinh dục cái

Đặc điểm cấu tạo của trùn đất được thể hiện rõ trong hình 2.6

Hình 2.6: Cấu tạo cơ thể của trùn đất

2.3.4 Điều kiện sinh sống

Trùn đất sống chui rút trong đất ở những nơi đất ẩm ướt như cống rãnh, gần hố rác, rừng, vườn cây trái,…

- Nhiệt độ: Nhiệt độ thích hợp cho trùn là từ 5 – 300C Nhiệt độ thích hợp cho sinh sản, sinh trưởng là 20 – 280C Trên 320C trùn ngừng sinh trưởng, trên 400C trùn chết

- Ẩm độ: Nước chiếm 75 – 95 % trọng lượng cơ thể Ở nhiệt độ 20 – 280C trùn cần ẩm độ nền và ẩm độ thức ăn 60 – 70 % mới sinh trưởng tốt

- Ánh sáng: Trùn đất không có mắt, chỉ có tế bào cảm nhận ở phía dưới miệng Trùn chỉ thích hợp ánh sáng mờ

- Không khí: Trùn hô hấp qua da nên cần môi trường thoáng khí nhiều ôxy Trùn rất nhạy cảm với mùi thối như H2S, mùi khai NH3, khí Clo (Cl2), khí Metan Willis

(1995) và Edward (1998) cho rằng P.excavatus không thể sống tốt trong chất thải hữu

cơ chứa nhiều NH3

- pH: Trùn đất thích nghi ở pH trung tính, pH trong khoảng từ 6 đến 8

- Thức ăn: Thức ăn của trùn đất gồm có đất, thân lá mục, chất hữu cơ thực vật, bã của nhà máy chế biến thực phẩm, gỗ, giấy, ngoài ra chúng còn ăn các loại phân gia súc của bò, ngựa, thỏ, dê, cừu,… Sau khi tiêu hóa thức ăn thì trùn thải phân ra ngoài vào trong đất hay trên mặt đất, những phân này rất giàu chất dinh dưỡng, là môi trường tốt

để các vi sinh vật có lợi cho cây phát triển, góp phần cải tạo đất, làm giàu chất dinh dưỡng cho đất và giúp cho cây trồng phát triển tốt hơn

Trong điều kiện quá lạnh (mùa đông) hoặc quá nóng (mùa hè), trùn nằm cuộn mình trong hang và hạn chế hoạt động Trọng lượng cơ thể của chúng trong mùa này

có thể bị giảm đi một nửa Khi thời tiết thuận lợi trở lại, nhất là đến mùa mưa thì chúng hoạt động trở lại rất mạnh

Vào những ngày trời mưa nhiều ta sẽ thấy trùn đất bò lên mặt đất, nguyên nhân là

do trùn đất hô hấp bằng da nên khi trời mưa nhiều nước ngập làm cho trùn bị ngạt

2.3.5 Sinh sản và sinh trưởng

2.3.5.1 Sinh sản

Trùn đất là sinh vật lưỡng tính, chúng có cả hai cơ quan sinh dục đực và cái Mặc

dù vậy chúng không thể tự sinh sản được mà phải tìm một con khác ghép đôi để trao đổi tinh trùng

Một đặc điểm rất quan trọng ở trùn đất là tốc độ sinh sản của chúng rất nhanh, chúng sinh sản liên tục, mỗi tuần 1 lần, mỗi lần chúng sinh ra một cái kén, trong đó có

từ 2 - 20 trứng Sau 3 tuần trứng nở và sau 3 tháng trùn con đã trưởng thành và bắt đầu sinh sản như trùn mẹ Trong khi đó con mẹ vẫn tiếp tục sinh sản Như vậy nhiều thế hệ nối tiếp nhau cùng sinh sản Do đó việc sinh sản của chúng tăng theo cấp số nhân

2.3.5.2 Sinh trưởng

Theo Arellano (1997), trùn con khi mới nở nhỏ như đầu kim, màu trắng, khoảng

2 - 3 mm, sau 5 - 7 ngày cơ thể chuyển dần sang màu đỏ và bắt đầu xuất hiện một lằn

đỏ thẫm trên lưng, dài 1 - 2 cm Trùn sinh trưởng bằng cách tăng số lượng đốt thân hoặc tăng tiết diện đốt

2.3.6 Mối quan hệ giữa hệ vi sinh vật đất, thực vật và trùn đất

2.3.6.1 Mối quan hệ giữa vi sinh vật đất và thực vật

Mỗi loại cây đều có một khu hệ vi sinh vật vùng rễ đặc trưng cho cây đó bởi vì rễ thực vật thường tiết ra một lượng lớn các chất hữu cơ và vô cơ, các chất sinh trưởng,…Thành phần và số lượng của các chất đó khác nhau tùy loại cây Những chất tiết của rễ có ảnh hưởng quan trọng đến hệ vi sinh vật vùng rễ Trên bề mặt rễ và lớp đất nằm sát rễ chứa nhiều chất dinh dưỡng nên tập trung vi sinh vật với số lượng lớn (vùng này còn có tên gọi là Rhizosphere) Càng xa rễ số lượng vi sinh vật càng giảm đi Thành phần vi sinh vật vùng rễ không những phụ thuộc vào loại cây trồng mà còn phụ thuộc vào thời kỳ phát triển của cây Vi sinh vật phân giải cellulose có rất ít khi cây còn non nhưng khi cây già thì rất nhiều Điều đó chứng tỏ vi sinh vật không những

sử dụng các chất tiết của rễ mà còn phân hủy rễ khi rễ cây già, chết đi

Vi sinh vật sống trong vùng rễ có quan hệ mật thiết với cây, chúng sử dụng những chất tiết của cây làm chất dinh dưỡng, đồng thời cung cấp chất dinh dưỡng cho cây qua quá trình hoạt động phân giải của mình Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ của cây bằng cách tiết ra các loại men phân hủy chúng, ngoài ra chúng còn tiết ra các vitamin và chất sinh trưởng có lợi đối với cây trồng

2.3.6.2 Mối quan hệ giữa trùn đất và thực vật

Trùn đất sống trong đất, chúng di chuyển tạo các đường hang ngang dọc trong đất, điều này làm ảnh hưởng đến đặc tính của đất như: Làm đất tơi xốp hơn, tạo sự thoáng khí cho đất, nước sẽ đi theo các đường hang đó vào trong đất góp phần giữ độ ẩm cho đất và rễ cây Từ đó giúp cho hệ vi sinh vật của rễ cây hoạt hóa mạnh biến các chất khó tiêu trong đất thành những chất dễ tiêu đối với cây giúp cây hút đầy đủ chất dinh dưỡng và phát triển tốt Theo Hoop và Slater (1949), Teotia (1950) và Giuld (1952) thì đất có trùn rút nước 4 – 10 lần nhanh hơn đất không có trùn

Hình 2.7: Trùn đất đào hang trong đất

Theo Patrick Lavelle (1997), Brown và ctv (1999) thì trùn đất có ảnh hưởng rất tốt đối với sự phát triển của cây

Nguyễn Kim Vũ (2000) cho rằng trong ruột trùn đất có các axit mùn, chúng có khả năng phân hủy cenlulose, là thành phần cấu trúc 15 – 50% mô thực vật như lá, thân, và

rễ Trong quá trình tiêu hóa ở ruột có đến 30 – 80% màng cellulose bị phân hủy Màng cellulose được phân hóa để hình thành những hợp chất khoáng đơn giản mà cây xanh

dễ dàng hấp thu được Kết thúc quá trình khoáng hóa sẽ cho ra sản phẩm là những hợp chất dễ hấp thụ và có ích cho cây xanh

Theo Joshi và Kelkar (1952), sự hiện diện của một lượng nhỏ hơn của cát và lượng đất lớn hơn trong phân trùn so với vùng đất xung quanh được xem như là bằng chứng cho việc trùn đất có thể nghiền nhỏ hay phá vỡ những viên khoáng thành những thành phần nhỏ hơn

Chất thải của trùn chứa nhiều chất dinh dưỡng cho cây hơn đất xung quanh Khi đem đi phân tích thì phân thải có chứa Nitơ nhiều gấp 5 lần, Phospho gấp 7 lần, Postassium nhiều gấp 11 lần, Magnesium gấp 3 lần so với đất thường Điều đó chứng

tỏ trùn đất đóng một vai trò rất lớn trong việc tạo chất dinh dưỡng cho cây

Trùn đất không những tác động rất tốt đến sự sinh trưởng, phát triển của cây mà trong quá trình ăn trùn đất còn giúp tiêu diệt các loài vi sinh vật có hại Phân của chúng là môi trường tốt để các loại vi sinh hữu ích phát triển, các loại này tạo ra chất

kháng sinh chống lại một số dòng vi khuẩn gây bệnh không acid (non-acidfast) và vi khuẩn hoại sinh (saprophytic mycobacteria), làm dừng lại sự tăng trưởng của một số

loài nấm nhất định có thể gây hại cho cây Khambata và Bhatt (1947) đã nhận thấy

rằng E.coli thường vắng mặt trong đường ruột của Pheretima, dù trùn đất thường sống

trong đất được bón đều đặn phân người, họ đề nghị rằng chất thải trong đường ruột trùn đất có lẽ đã ngăn ngừa sự tăng trưởng của loại vi khuẩn gây bệnh này và các loài khác nữa

Trùn đất có vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình phân hủy xác vụn hữu cơ, tạo mùn, tăng độ phì, cải tạo đất Chúng xứng đáng với tên gọi “lưỡi cày mãi mãi cày đất” mà Darwin đã đặt từ thế kỷ trước [8]

2.3.6.3 Mối quan hệ giữa trùn đất và vi sinh vật

Trùn đất là nhóm động vật đất hoại sinh, giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình phân hủy xác vụn thực vật và chuyển hóa chất hữu cơ trong đất Chúng tham gia trực tiếp vào các quá trình phân hủy cơ học xác vụn thực vật, phân hủy cellulose, chuyển hóa xác vụn thực vật, vật chất hữu cơ và các khoáng chất khác thông qua hệ dịch men trong cơ thể

Trong ống tiêu hóa của cơ thể trùn, xác vụn thực vật, đất và chất thải hữu cơ được nghiền cơ học, sau đó lại được tiếp tục phân giải hóa học nhờ hoạt động của hệ enzyme gồm cellulase, invertase, protease, amylase, peroxidase, urease, phosphatase

và dehydrogenase Kết thúc quá trình tiêu hóa trùn sẽ thải ra phân, đây là một hỗn hợp rất tốt đối với cây do trong phân trùn có chứa nhiều chất dinh dưỡng mà cây có thể hấp thu ngay

Trong quá trình mùn hóa và khoáng hóa vật chất hữu cơ tạo chất dinh dưỡng cho cây, sự kết hợp và cùng hoạt động của trùn đất đối với vi sinh vật được thực hiện rất chặt chẽ, không tách rời và đôi khi khó phân biệt giới hạn rõ ràng Trùn đất như thành phần phân hủy xác thực vật và vi sinh vật như thành phần duy nhất thực hiện sự biến đổi khoáng hóa và mùn hóa chất hữu cơ Trong ống ruột trùn đất, các chất mà trùn ăn vào chịu những biến đổi sâu sắc, nhiều nhóm vi sinh vật có khả năng phát triển mạnh

mẽ, chúng sẽ phân hủy tiếp lượng chất thải hữu cơ này khi chúng được thải ra bên ngoài cơ thể trùn đất Trong cơ chế phân hủy sinh thái này trùn đất có vai trò như nhóm tiêu thụ, còn vi sinh vật được xem như nhóm khử [8]

Theo Ghilarov (1963), trùn đất có ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật sống trong đất

Có bằng chứng chứng minh rằng trùn đất là quan trọng trong việc mang đến cho đất những vi sinh vật mà phân của chúng thì chứa đầy vi sinh vật đất và được trùn mang đi rải rác khắp nơi

 Phân trùn

Phân trùn (vermicompost) có màu nâu sẫm, dạng than bùn, kết cấu dạng viên, bền chắc, tơi, xốp, thoáng khí, có tính giữ nước và thoát nước tốt Thông qua các hoạt động của trùn, một lượng lớn phân trùn sẽ được thải lên mặt đất

Phân trùn có tác dụng hữu ích rất lớn, đây là những hạt xốp nhỏ, có nguồn gốc hữu cơ, là môi trường thích hợp cho nhiều nhóm vi sinh vật có ích sống và phát triển Các tính toán khoa học cho biết, nếu trung bình cứ 1 m2 mặt đất có 150 con trùn, thì hàng năm mỗi hecta đất sẽ được trùn cung cấp 120 tấn phân trùn, trong đó 20 tấn được đùn lên trên mặt

Nhiều nhà nghiên cứu đã cho thấy rằng phân trùn chứa nhiều hơn các khối kết hợp bền vững trong nước so với đất không chứa phân trùn Có một giả thuyết rằng những viên đất trong phân trùn thì được làm cho trở nên bền vững bằng cách tập trung những chất gôm đường đa được tạo ra bởi những vi khuẩn đường ruột (Satchell, 1958) Đồng thời, chúng còn là một công cụ trong việc gieo rắc nấm hoặc vi khuẩn bằng cách nuốt những bào tử của vi sinh vật ở nột nơi và thải ra ở một nơi khác, điều đó giúp vi sinh vật phát tán rộng rãi thúc đẩy việc phân giải những vật liệu hữu cơ trong đất Acid humid trong phân trùn kích thích sự phát triển của cây trồng, thậm chí ngay

cả ở nồng độ thấp Trong phân trùn acid humid ở trang thái mà cây trồng hấp thu dễ dàng nhất Ngoài ra acid humid cũng kích thích sự phát triển của vi khuẩn trong đất Trong phân trùn có chứa các nhóm vi khuẩn, đặc biệt là hệ vi khuẩn cố định đạm

(Azotobacter), vi khuẩn phân giải lân, phân giải cellulose và chất xúc tác sinh học Do

đó phân trùn cung cấp các chất khoáng cần thiết cho sự phát triển của cây trồng như nitrat, phospho, kali, canxi Khi phân tích các thành phần dinh dưỡng trong phân trùn thu được kết quả như bảng 2.5

Bảng 2.5: Thành phần dinh dưỡng của phân trùn nguyên chất [2]

Vi khuẩn phân hủy chất xơ 45 c/g

Vi khuẩn phân hủy chất bột đường 84,5 x 108 c/g

Vi khuẩn nitơ hóa 140 x 104 c/g

Hạt kết ở đây được hiểu như là sự pha trộn giữa đất và các vật chất của vi sinh

vật do trùn và rễ cây tạo ra Nó có cấu trúc ổn định, có độ bền cao có thể phân biệt

được so với các hạt đất thông thường Hay nói cách khác, đây là sự liên kết của các hạt

đất ở nhiều kích thước với vi sinh vật (nấm, vi khuẩn,….), sự liên kết này giúp bảo vệ

các thành phần dinh dưỡng và hệ vi sinh vật sống trong đó

Đất có kết cấu từ những hạt nhỏ liên kết với nhau tạo thành cấu trúc đoàn lạp của

đất Vậy yếu tố nào đã liên kết các hạt đất với nhau?

Có quan điểm cho rằng vi sinh vật đóng vai trò gián tiếp trong sự liên kết các hạt

đất với nhau Hoạt động của vi sinh vật, nhất là nhóm háo khí đã hình thành nên một

thành phần của mùn là acid humid Các muối của acid humid tác dụng với ion canxi tạo thành một chất dẻo gắn kết những hạt đất với nhau Sau này người ta đã tìm ra vai trò trực tiếp của vi sinh vật trong việc tạo thành kết cấu đất: Trong quá trình phân giải chất hữu cơ, nấm mốc và xạ khuẩn phát triển một hệ khuẩn ti khá lớn trong đất Khi nấm mốc và xạ khuẩn chết đi, vi khuẩn phân giải chúng tạo thành các chất dẻo có khả năng kết dính các hạt đất với nhau “Nấm đất, xạ khuẩn có cấu tạo sợi phát triển xung quanh chất hữu cơ và sử dụng chúng làm nguồn thức ăn, các sợi này phát triển sâu vào các hạt nhỏ bé của đất gắn chúng thành những trạng thái bền vững góp phần tạo nên cấu trúc của đất” (Mixustin, 1956) Bản thân vi khuẩn chết đi và tự phân huỷ cũng tạo thành các chất kết dính Ngoài ra một số vi khuẩn khác có khả năng tiết ra những chất

nhầy (như Azotobacter), nhờ những chất nhầy này mà các phân tử đất kết dính và tạo

nên những cấu trúc của đất

Genxe - một nhà nghiên cứu về kết cấu đã nhận xét rằng: khi bón vào đất những chất như cellulose và protein thì kết cấu của đất được cải thiện Đó là do vi sinh vật phân giải cellulose và protein đã phát triển mạnh mẽ, các sản phẩm phân giải của chúng và các chất tiết trong quá trình sống của chúng đã liên kết các hạt đất với nhau tạo nên cấu trúc đất [13]

Rudacop khi nghiên cứu về kết cấu đoàn lạp ở đất trồng cây họ đậu đã kết luận rằng: Nhân tố kết dính các hạt đất trong đất trồng cây chính là mùn hoạt tính Mùn không những là nơi tích lũy chất hữu cơ làm nên độ phì nhiêu của đất mà còn là nhân

tố tạo nên kết cấu đất Sự hình thành và phân giải mùn đều do vi sinh vật đóng vai trò tích cực Vì vậy các điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng đến vi sinh vật cũng ảnh hưởng đến hàm lượng mùn trong đất Đặc biệt nước ta ở trong vùng nhiệt đới nóng ẩm, sự hoạt động của vi sinh vật rất mạnh ảnh hưởng rất lớn đến sự tích luỹ và phân giải mùn Các biện pháp canh tác như cày bừa, bón phân, luân canh,…đều ảnh hưởng trực tiếp đến vi sinh vật và qua đó làm ảnh hưởng đến hàm lượng mùn trong đất [13]

Mamytov (1953), Low (1955) và Guild (1955) cho rằng có sự hình thành những viên đất kết hợp, những viên hỗn hợp này là những hạt khoáng nhỏ trộn vào nhau theo một cách thức chống lại được sự ẩm ướt, sự xói mòn hay sự nén chặt mà vẫn giữ được

sự tơi xốp dù đất khô hay đất ướt Một loại đất giàu có những viên hỗn hợp sẽ giữ được sự thoáng khí và rút nước tốt, nên sự hình thành những viên hỗn hợp có một tầm quan trọng thiết yếu cho sự màu mỡ của đất