KHẢO SÁT TÁC ĐỘNG CỦA TRÙN ĐẤT (Pontoscolex corethrurus) LÊN THỰC VẬT SIÊU HẤP THU CHÌ CÂY THƠM ỔI (Lantana camara L.) VÀ THỬ NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT TRỰC TIẾP DNA VI SINH VẬT TỪ ĐẤT

HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC ***************** LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KHẢO SÁT TÁC ĐỘNG CỦA TRÙN ĐẤT Pontoscolex corethrurus LÊN THỰC VẬT SIÊU HẤP THU CHÌ CÂY THƠM ỔI Lantana

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

*****************

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT TÁC ĐỘNG CỦA TRÙN ĐẤT (Pontoscolex

corethrurus) LÊN THỰC VẬT SIÊU HẤP THU CHÌ CÂY

THƠM ỔI (Lantana camara L.) VÀ THỬ NGHIỆM

PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT TRỰC TIẾP

DNA VI SINH VẬT TỪ ĐẤT

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

Sinh viên thực hiện: MAI THỊ PHƯƠNG HOA

Tháng 9/2008

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

**************

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

KHẢO SÁT TÁC ĐỘNG CỦA TRÙN ĐẤT (Pontoscolex

corethrurus) LÊN THỰC VẬT SIÊU HẤP THU CHÌ CÂY

THƠM ỔI (Lantana camara L.) VÀ THỬ NGHIỆM

PHƯƠNG PHÁP TÁCH CHIẾT TRỰC TIẾP

DNA VI SINH VẬT TỪ ĐẤT

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

ThS HUỲNH THỊ MỸ DUNG MAI THỊ PHƯƠNG HOA ThS NGUYỄN VŨ PHONG

Tháng 9/2008

LỜI CẢM TẠ

Con xin cám ơn ba mẹ đã sinh thành dưỡng dục, hy sinh tất cả cho con ăn

học nên người và là chỗ dựa vững chắc cho con

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

những kiến thức quý báu cho em trong suốt 4 năm học

 Ban giám đốc cùng tập thể cán bộ Trung tâm Phân Tích Thí Nghiệm

trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh

 Em xin trân trọng biết ơn cô Huỳnh Thị Mỹ Dung và thầy Nguyễn Vũ

Phong đã hết lòng hướng dẫn và giúp đỡ cho em trong suốt quá trình thực hiện đề

tài tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Đình Đôn, thầy Bùi Minh Trí đã luôn

chỉ dẫn và giúp đỡ cho em trong suốt quá trình thực tập

Em xin gởi lời cảm ơn đến:

 Anh Lẫm, anh Dũng, anh Huy, chị Phượng cùng với các anh chị ở

Trung tâm phân tích Hóa Sinh trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh

đã luôn giúp đỡ em

 Các anh chị tại Trung tâm Công nghệ và Quản Lý Môi Trường & Tài

Nguyên thuộc trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh

 Các bạn lớp CNSH K30 thân yêu đã luôn cùng tôi chia sẻ, cổ vũ và giúp

đỡ nhau trong suốt thời gian thực tập tốt nghiệp

Mai Thị Phương Hoa

TÓM TẮT

Mai Thị Phương Hoa, Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh, tháng

9/2008, thực hiện đề tài: “Khảo sát tác động của trùn đất (Pontoscolex corethrurus)

lên thực vật siêu hấp thụ chì (Pb) Thơm ổi (Lantana camara L.) và thử nghiệm

phương pháp tách chiết trực tiếp DNA vi sinh vật từ đất”

Thời gian thực hiện từ 01/04/2008 - 30/9/2008 tại Trung tâm Phân tích Thí

nghiệm Hoá Sinh trường Đại học Nông Lâm thành phố Hồ Chí Minh

Hướng dẫn khoa học: ThS Huỳnh Thị Mỹ Dung

ThS Nguyễn Vũ Phong Thí nghiệm được bố trí theo kiểu CRD bao gồm 4 nghiệm thức, 3 lần lặp lại,

gồm 12 đơn vị, mỗi đơn vị là 1 cây và được bố trí trong 1 tháng

Nghiệm thức đầu tiên là đối chứng, thứ hai là đất ô nhiễm và Lantana camara

L., thứ ba là đất ô nhiễm và trùn Pontoscolex corethrurus, và nghiệm thức cuối cùng là

bao gồm tất cả các yếu tố trên Tất cả đều được xử lý cho nhiễm Pb từ nước thải của

công ty Pinaco

Thí nghiệm được tiến hành với hai nội dung chính:

- Khảo sát khả năng hấp thụ chì (Pb) của cây Thơm ổi Lantana camara L khi

được bổ sung trùn đất Pontoscolex corethrurus

- Khảo sát tác động của trùn đất lên cây thơm ổi Lantana camara L thông qua

sự thay đổi của các tính chất lý hóa của đất

Kết quả thử nghiệm :

Cây Thơm ổi Lantana camara L có thể gia tăng khả năng hấp thu chì khi được

bổ sung trùn đất Pontoscolex corethrurus

Trùn Pontoscolex corethrurus làm thay đổi đặc tính hoá học của đất đặc biệt là

thành phần khoáng như N, P, K dễ tiêu

Bước đầu thiết lập qui trình ly trích trực tiếp DNA vi sinh vật từ trong đất

SUMMARY

MAI THI PHUONG HOA, Department of Biotechnology, Nong Lam

University September, 2008 The title of thesis “Studying the influences of earthworm

Pontoscolex corethrurus on lead hyperaccumulation of Lantana camara L and

studing microbial DNA extraction method from soil.”

The research conducted from 01/04/08 to 30/09/08 at Biochemical Analysis and

Experimental Center, Nong Lam University

Supervisor: MSc HUYNH THI MY DUNG

MSc NGUYEN VU PHONG The experiment was laid out in Completely Randomized Design including 4

treatments, 3 repetitions, 12 experimental units; each experimental unit is one plant

and carried out within one month

The first treatment is control, the second is polluted soil and Lantana camara L

plant, the third is polluted soil and earthworm Pontoscolex corethrurus and the last is

the combination of all elements All treatments are supplied with Pb of Pinaco

company’s waste water

The study is aimed to:

-Investigate the influence of earthworm Pontoscolex corethrurus on the growth

and Pb absorbability of Lantana camara L

-Evaluate the effect of earthworms Pontoscolex corethrurus in physicochemical

characteristics of the soil

The results:

- The study provides the initial comprehension on growth characteristics and

lead accumulation of Lantana camara L in polluted soil

- Earthworm Pontoscolex corethrurus can increase the mineralization of soil

organic matter and lead absorbability of Lantana camara L

- Estalishing microbial DNA extraction protocol from soil

MỤC LỤC

Tiêu đề Trang

Lời cảm tạ iii

Tóm tắt iv

Summary v

Mục lục vi

Danh sách chữ viết tắt ix

Danh sách các bảng x

Danh sách các hình xi

Danh sách các sơ đồ và biểu đồ xii

Chương 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục đích của đề tài 1

1.3 Yêu cầu 2

1.4 Giới hạn đề tài 2

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 Chì và các tác hại của chì 3

2.1.1 Đặc điểm của chì (Pb) 3

2.1.2 Các tác hại của chì 3

2.2 Tình hình ô nhiễm chì 4

2.2.1 Trên thế giới 4

2.2.2 Ở Việt Nam 4

2.3 Các biện pháp giải ô nhiễm 6

2.4 Phương pháp Phytoremediation 7

2.4.1 Định nghĩa 7

2.4.2 Thực vật siêu hấp thụ (Hyperaccumulator)……… 7

2.4.3 Cơ chế giải ô nhiễm ở thực vật 8

2.4.4 Ưu điểm 10

2.4.5 Hạn chế 10

2.4.6 Một số ứng dụng 10

2.5 Trùn đất 11

2.5.1 Phân loại 11

2.5.2 Đặc điểm cấu tạo 12

2.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình sinh trưởng và phát triển 13

2.5.3.1 Độ ẩm 13

2.5.3.2 Nhiệt độ 14

2.5.3.3 Độ pH 14

2.5.3.4 Kết cấu của đất 14

2.6 “Rhizosphere” và mối quan hệ giữa vi sinh vật, thực vật và trùn đất 16

2.6.1 Định nghĩa Rhizosphere 16

2.6.2 Những hoạt động của rễ trong vùng “rhizosphere” 16

2.6.3 Những hoạt động của hệ VSV trong vùng “Rhizosphere” 17

2.7 Mối quan hệ giữa trùn và vi sinh vật 17

2.8 “Drilosphere” và mối quan hệ giữa trùn với thực vật 18

2.8.1 Định nghĩa Drilosphere 18

2.8.2 Đặc điểm 19

2.9 Mối quan hệ giữa trùn và thực vật 19

2.10 Giới thiệu về trùn đất Pontoscolex corethrurus 21

2.11 Giới thiệu về cây Thơm ổi Lantana camara L 21

Chương 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 23

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 23

3.2 Vật liệu thí nghiệm 23

3.3 Phương pháp thí nghiệm 24

3.3.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát tác động của trùn đất lên sự hấp thu chì của cây Thơm ổi Lantana camara L 24

3.3.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát tác động của trùn đất và cây Thơm ổi Lantana camara L lên các đặc tính hóa lý của đất 24

3.3.3 Các phương pháp trong phòng thí nghiệm 26

3.3.3.1 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng đất và nước trong thí nghiệm 26

3.3.3.2 Phương pháp tách chiết trực tiếp DNA tổng số từ mẫu đất 31

3.3.3.3 Các phương pháp định lượng, định tính DNA 35

3.3.3.4 Phương pháp phân tích và xử lí số liệu 35

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36

4.1 Thí nghiệm 1: Khảo sát tác động của trùn đất lên sự hấp thu chì của cây Thơm ổi Lantana camara L 36

4.1.1 Kết quả sinh trưởng và phát triển của cây Thơm ổi Lantana camara L 36

4.1.2 Khả năng tích lũy Pb trong các bộ phận của cây Thơm ổi 37

4.2 Thí nghiệm 2: Khảo sát tác động của trùn đất và cây Thơm ổi Lantana camara L lên các đặc tính hóa lý của đất 39

4.2.1 Chỉ tiêu pH 39

4.2.2 Chỉ tiêu CEC 39

4.2.3 Chỉ tiêu MO 40

4.2.4 Chỉ tiêu N tổng số 40

4.2.5 Chỉ tiêu P tổng số 40

4.2.6 Chỉ tiêu K tổng số 40

4.2.7 Chỉ tiêu N dễ tiêu 40

4.2.8 Chỉ tiêu P dễ tiêu 40

4.3 Kết quả thử nghiệm quy trình ly trích trực tiếp DNA từ đất………41

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 41

5.1 Kết luận 43

5.2 Đề nghị 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CTAB: Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide

DNA: Deoxyribonucleic acid

EDTA: Ethylene diaminetetra acetic acid

KLN: Kim loại nặng

TAE: Tris Glacial Acetic Acid EDTA

PEG: Poly Ethylen Glycol

TC: tiêu chuẩn

TE: Tris EDTA

OD: Optical density

UV: Ultra Violet

WHO: World Health Organization

EPA: Environmental Protection Agency

ITRC: Identity Theft Resource Center

CRD: Completely Randomized Design

EB: Extract Buffer

LB: Lysis Buffer

MO: Matter Organic

BOD: Biochemical Oxygen Demand

COD: Chemical Oxygen Demand

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Sự phân bố của các nhóm trùn trong đất 12

Hình 2.2: Cấu tạo giun ít tơ 13

Hình 2.3:Một phần Rhizosphere 16

Hình 2.4: Cấu tạo của Drilosphere 18

Hình 2.5: Trùn đất (Pontoscolex corethrurus) 21

Hình 2.6: Cây Thơm ổi (Lantana camara L.) 21

Hình 3.1: Mẫu đất phơi ở phòng thí nghiệm 25

Hình 3.2: Hạt kết của trùn (AgV) 25

Hình 3.3: Hạt kết của cây (AgP) 25

Hình 3.4: Hạt kết của cây và trùn (AgPV) 25

Hình 3.5: Phễu nhồi làm CEC 27

Hình 3.6: Hệ thống phương pháp Kjeldahl 27

Hình 3.7: Các bước phân tích chỉ tiêu N tổng 28

Hình 3.8: Các bước phân tích chỉ tiêu P tổng 29

Hình 3.9: Các bước phân tích chỉ tiêu MO 30

Hình 3.10: Mẫu được cho dung dịch vào lắc 30

Hình 4.1: Kết quả mẫu ly trích (qui trình 1) 41

Hình 4.2: Kết quả ly trích (qui trình 2) 41

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Hàm lượng chì ô nhiễm trong đất tại thành phố Hồ Chí Minh (ppm) 5

Bảng 2.2: Các vi sinh vật hấp thụ kim loại 6

Bảng 2.3: Chi phí thực hiện một số biện pháp giải ô nhiễm đất 7

Bảng 2.4: Một số loài thực vật có khả năng tích lũy KLN cao 8

Bảng 2.5: Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý KLN.9 Bảng 2.6: Điều kiện chăm sóc tác động lên số lượng trùn 15

Bảng 3.1: Các chỉ tiêu phương pháp phân tích của đất và nước 25

Bảng 4.1: Kết quả xử lý khả năng hấp thụ Pb của các bộ phận 37

Bảng 4.2: Kết quả phân tích đất sau thí nghiệm 38

Bảng 4.3: Số liệu về nước thải công ty pin Pinaco 41

DANH SÁCH CÁC SƠ ĐỒ VÀ BIỂU ĐỒ

Sơ đồ

Sơ đồ 2.1: Mối liên hệ giữa cây trồng và vi sinh vật 17

Sơ đồ 2.2: Mối quan hệ của cây trồng, trùn đất và vi sinh vật 20

Sơ đồ 3.1: Các thực hiện đo pH 25

Sơ đồ 3.2: Các bước thực hiện chỉ tiêu CEC 25

Sơ đồ 3.3: Các bước thực hiện N tổng 27

Sơ đồ 3.4: Các bước thực hiện chỉ tiêu P tổng và K tổng 28

Sơ đồ 3.5: Các bước thực hiện chỉ tiêu MO 29

Sơ đồ 3.6: Các bước thực hiện chỉ tiêu N dễ tiêu, P dễ tiêu và K dễ tiêu 30

Sơ đồ 3.7: Các bước thực hiện qui trình 1 32

Sơ đồ 3.8: Các bước thực hiện qui trình 2 34

Biểu đồ Biểu đồ 4.1: Tốc độ phát triển chiều cao của cây hàng tuần (cm/ngày) 36

Biểu đồ 4.2: Tốc độ phát triển đường kính tán cây hàng tuần (cm/ngày) 36

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng (KLN) như Pb, Cd, Mg, Zn trong đất,

nước và không khí đang xảy ra phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới Đặc biệt ô nhiễm

kim loại nặng trong đất đã và đang làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và

sức khỏe con người Đây cũng là dạng ô nhiễm phức tạp và khó khắc phục nhất

Phương pháp xử lý ô nhiễm bằng thực vật (Phytoremediation) ra đời trong thời

gian gần đây góp phần cải thiện hiệu quả tình hình ô nhiễm KLN Dựa trên cơ chế hấp

thụ, chuyển hoá, chống chịu và loại bỏ kim loại nặng của một số loài thực vật, phương

pháp này được chú ý vì mang nhiều ưu điểm như mang tính chất cải tạo xanh, đòi hỏi

ít kinh phí, kỹ thuật và công nghệ không quá phức tạp

Tại Việt Nam, nghiên cứu của Diệp Thị Mỹ Hạnh (2003) đã chứng minh cây

Thơm ổi Lantana camara L là loài thực vật siêu hấp thu chì (Pb) khả năng hấp thu Pb

của cây trong đất có thể đạt đến nồng độ 10.000 ppm (trong rễ cây) Tuy nhiên, bên

cạnh các ưu điểm thì phương pháp Phytoremediation lại đòi hỏi thời gian xử lý dài Vì

vậy, để cải thiện phương pháp Phytoremediation trong việc xử lý ô nhiễm chì (Pb)

trong đất, chúng tôi chú trọng đến việc gia tăng khả năng hoạt động của vùng rễ thông

qua tính đa dạng của hệ vi sinh vật đất bằng việc bổ sung trùn đất Pontoscolex

corethrurus

Từ ý nghĩa thiết thực trên, trong phạm vi báo cáo tốt nghiệp, chúng tôi đã thực

hiện đề tài: “Khảo sát tác động của trùn đất (Pontoscolex corethrurus) lên thực vật

siêu hấp thụ chì (Pb) Thơm ổi (Lantana camara L.) và thử nghiệm phương pháp tách

chiết trực tiếp DNA vi sinh vật từ đất”

1.2 Mục đích của đề tài

- Khảo sát khả năng hấp thụ chì (Pb) của cây Thơm ổi Lantana camara L khi

bổ sung trùn đất Pontoscolex corethrurus

- Khảo sát tác động của Trùn đất (Pontoscolex corethrurus) đến tính chất lý hóa

của đất

- Xây dựng qui trình tách chiết trực tiếp DNA của vi sinh vật từ trong đất

1.3 Yêu cầu

- Khảo sát khả năng phát triển của cây Thơm ổi Lantana camara L

- Xác định bộ phận có khả năng tích lũy chì (Pb) của cây Thơm ổi Lantana

camara L

- Phân tích các chỉ tiêu lý hóa của đất trước và sau thí nghiệm

- Thử nghiệm qui trình ly trích trực tiếp DNA vi sinh vật từ trong đất

1.4 Giới hạn đề tài

Đề tài thực hiện trong thời gian từ tháng 4/2008 đến tháng 9/2008

Bố trí thí nghiệm tại Vườn thực vật Bộ Môn Bảo Vệ Thực Vật Trường Đại học

Nông Lâm TP.HCM với hai đối tượng nghiên cứu cơ bản là cây Thơm ổi (Lantana

camara L.) và trùn đất (Pontoscolex corethrurus)

Chương 2

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Chì và các tác hại của chì

2.1.1 Đặc điểm của chì (Pb)

Chì là kim loại nặng màu xám xanh nhạt (M = 207.1; d = 11,3 g/cm3), mềm

dẻo, dễ cán mỏng, dễ cắt, dễ định hình Có độ linh động kém, thời gian bán hủy trong

đất từ 800 – 6000 năm, dẫn điện kém và rất độc Chì nóng chảy ở 3270C và sôi ở

17440C nhưng ở 5000C chì đã bay hơi, nhiệt độ càng cao sự bay hơi càng mạnh, hơi

chì bay lên sẽ kết hợp với oxy trong không khí tạo thành oxyt chì Chì thường thấy ở

dạng sunfua (PbS), oxyt chì vàng (PbO), sunfat chì (PbSO4) và hợp chất chì với các

oxyt kim loại khác như cromat chì, silicat chì

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

phospho hóa khác nhau trong đất và 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,

phospho hóa 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 Pb khi các chất hữu cơ

này có tính hoạt động cao

Chì có khả năng kết hợp với các chất hữu cơ hình thành các chất bay hơi như

(CH3)4Pb Trong đất, chì có khả năng thay thế ion K+ trong các phức hệ hấp phụ có

nguồn gốc hữu cơ hoặc khoáng sét Khả năng hấp phụ chì tăng dần theo pH mà tại đó

hình thành kết tủa Pb(OH)2 (Lê Huy Bá, 2000)

2.1.2 Các tác hại của chì

- Chì có rất nhiều độc tính như: làm ảnh hưởng đến hệ thống tạo máu, sự hình

thành và thoái hóa hemoglobin gây ra các rối loạn về huyết học

- Tác hại lên thận: làm suy giảm chức năng tuyến thượng thận, lọc cầu thận bị

giảm, gây ra hiện tượng đái máu vi thể và cao huyết áp

- Tác hại lên hệ thần kinh: gây rối loạn dẫn truyền, viêm não, đau đầu, run cơ,

hoang tưởng và mất trí nhớ Nặng hơn có thể bị co giật, liệt và hôn mê

- Tác hại lên hệ tiêu hóa: gây ra các cơn đau bụng cấp tính, viêm dạ dày ruột

mãn tính

- Tác hại lên hệ sinh sản: làm cho phụ nữ đẻ non, trẻ em chết khi mới sinh, còn

nam giới tổn thương tinh hoàn, vô sinh và liệt dương Ngoài ra, chì còn có khả năng

gây ra ung thư ở người

2.2 Tình hình ô nhiễm chì

2.2.1 Trên thế giới

Hiện nay, nhiều vùng trên thế giới đã được xác định là bị ô nhiễm kim loại nặng

chì (Pb) ở mức độ cao Tại Canada, hằng năm người ta phun thuốc diệt côn trùng trong

các vườn cây cà chua hàm lượng Pb là 8,7 kg/ha, làm cho hàm lượng chì trong đất bị ô

nhiễm lên đến 14.000 ppm (Mai Trọng Nhuận, 2001)

Ở Anh theo kết quả điều tra đất tại 53 thành phố và thị xã cho thấy,ở các điểm

khảo sát hầu hết hàm lượng chì tổng số trong đất đã vượt trên 200 ppm, ở nhiều vùng

công nghiệp đã vượt quá 500 ppm, trong khi hàm lượng chì trong tiêu chuẩn đất bình

thường không bị nhiễm bẩn phải <100 ppm (Lê Văn Khoa, 2000)

Ở Mỹ, hiện có hơn 217.000 điểm cần phải xử lý, trong đó trên 10.000 điểm bị ô

nhiễm KLN và nhiều điểm bị ô nhiễm với nồng độ rất cao

Ngoài ra vùng Superfund Site, nơi diễn ra hoạt động tái chế pin, xưởng đúc với

các hoạt động nấu kim loại, làm ô nhiễm chì nghiêm trọng Tổng lượng chì trung bình

là 55.480 ppm và có thể đạt mức tối đa 140.500 ppm (EPA, 2000)

Ở Bayonne, New Jersey có nhà máy chế tạo cáp thì nồng độ chì trong đất bề

mặt (0-15 cm) trung bình là 2.055 ppm, thay đổi từ 1.000 đến 6.500 ppm Ở lớp đất

sâu hơn (15-30 cm) nồng độ chì thấp hơn, thay đổi từ 780 đến 2.100 ppm, với nồng độ

trung bình là 1.280 ppm, và ở độ sâu hơn (30 – 45 cm) nồng độ chì thay đổi từ 280 đến

8.800 ppm

2.2.2 Ở Việt Nam

Nước ta hiện nay có trên 800.000 cơ sở sản xuất công nghiệp với gần 70 khu

chế xuất – khu công nghiệp nhiều khu công nghiệp với cơ sở hạ tầng kém nên nước

thải công nghiệp được đưa ra ngoài môi trường mà không qua xử lý gây ô nhiễm

nghiêm trọng

Dưới đây là một số khu vực ở thành phố Hồ Chí Minh có biểu hiện ô nhiễm chì

đã được công bố

Bảng 2.1: Hàm lượng chì ô nhiễm trong đất tại thành phố Hồ Chí Minh (ppm)

tỉnh Đồng Nai thải một khối lượng nước thải công nghiệp lớn ra sông Đồng Nai là

30.420 m3 nước thải/ngày làm thiệt hại 9.000 – 10.000 USD/năm

Ở Hà Nội với 318 cơ sở công nghiệp quốc doanh với 20 ngành chủ yếu như cơ

khí, hóa chất, dệt nhuộm, thực phẩm Phần lớn các nhà máy đều xây dựng từ khá lâu

nên hệ thống xử lý nước thải không triệt để gây ô nhiễm ra các khu vực xung quanh

Theo nghiên cứu về hàm lượng độc chất kim loại trong nghêu, sò, ốc hến ở Hồ

Tây của Viện Công Nghệ Sinh Học thì hàm lượng chì tại đây đã lên đến 138,4 ppm

vượt hơn tiêu chuẩn (0,007 ppm) 19.780 lần

Đồng thời, con người cũng làm khuếch tán Pb trong không khí khi thêm chì

dạng tetramethyl vào xăng Theo thống kê cho thấy lượng chì thải ra trong xăng là

0,625 ppm Ngoài ra, khi thác thác quặng mỏ, nấu kim loại và phát triển các nhà máy

pin cũng làm gia tăng một lượng Pb đáng kể vào môi trường

Theo thống kê năm 1985 lượng chì thải ra từ các phương tiện giao thông chiếm

85% tổng lượng Pb thải ra là 20.100 tấn chì, đến năm 1993 lượng chì thải ra là 33% so

với 4.900 tấn Pb được thải ra trong năm

2.3 Các biện pháp giải ô nhiễm

Trước tình hình ô nhiễm KLN đặc biệt là ô nhiễm chì (Pb) ngày càng diễn ra

nghiêm trọng thì việc nghiên cứu và đưa ra một phương pháp xử lý giải ô nhiễm hiệu

quả, ít tốn kém ngày càng trở nên cấp bách Có nhiều phương pháp giải ô nhiễm KLN

khác nhau như:

Biện pháp vật lí: 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 hóa học

Biện pháp hóa học: làm thay đổi tính chất của chất ô nhiễm, biến đổi chúng

thành dạng ít ô nhiễm hơn

Biện pháp hóa lý: dùng nhiệt in situ; nung đất (incineration); rửa đất (soil

washing hay soil flushing); trao đổi ion; cố định chất ô nhiễm (solidification/

stabilization); biện pháp oxy hóa hóa học; thủy tinh hóa (vitrification) hay biện pháp

cơ học là lấp đất (landfilling)

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 Trong môi trường tự nhiên có nhiều loài có

khả năng hấp thu KLN được trình bày trong bảng 2.2

Bảng 2.2: Các vi sinh vật hấp thụ kim loại

Loại Vi sinh vật Nguyên tố Khả năng hấp thu

(% trọng lượng khô)

Vi khuẩn

S.viridochromogenes Citrobacter sp

Zoogloea

Uranium Chì Cadmium Uranium Cobalt Đồng

những hợp chất hữu cơ như TCE (trichloroethylene)…

Những hạn chế: những nơi có nồng độ chất ô nhiễm cao sẽ gây độc cho VSV

nên chưa được ứng dụng nhiều trong việc giải ô nhiễm đất Thông thường phương

pháp sinh học được kết hợp với biện pháp phytoremediation để làm gia tăng khả năng

hấp thu kim loại trong đất của thực vật (Liesbet Cauwenberghe và cs, 1998)

Tuy nhiên hầu hết các phương pháp đều rất tốn kém về kinh phí, giới hạn về kĩ

thuật và hạn chế về diện tích được xử lý Vì vậy phương pháp Phytoremediation ra đời

trong những năm gần đây sẽ cải thiện những khuyết điểm trên, đồng thời mang nhiều

tính chất phù hợp với điều kiện ở Việt Nam

Bảng 2.3: Chi phí thực hiện một số biện pháp giải ô nhiễm đất

Biện pháp Chi phí (USD/ tấn)

Như vậy để giải ô nhiễm cho 1 tấn đất, phương pháp electrokinetic cần chi phí

gấp 5 lần và phương pháp hóa học cần hơn 10 lần so với biện pháp sử dụng thực vật

2.4 Phương pháp Phytoremediation

2.4.1 Định nghĩa

Phytoremedation (Phyto: thực vật Remediation: cải tạo) là phương pháp sử

dụng thực vật để cải tạo môi trường đất bị ô nhiễm dựa trên cơ sở khả năng hấp thụ

kim loại trên mức bình thường của thực vật (Hyperaccumulator) Đây là một phương

pháp đầy triển vọng (ITRC, 1999) mang nhiều ưu điểm như mang tính chất cải tạo

xanh, đòi hỏi ít chi phí, kĩ thuật và công nghệ không quá phức tạp

2.4.2 Thực vật siêu hấp thụ (Hyperaccumulator)

Thực vật siêu hấp thụ: là những loài có khả năng hấp thu và tích lũy KLN nhiều

gấp trăm lần so với những loại thực vật thông thường Do đó, loài siêu hấp thu phải

hấp thu được 10 ppm Hg , 1000 ppm đối với Cd, 1.000 ppm đối với Co, Cr, Cu, Pb và

10.000 ppm đối với Ni và Zn

Hiện nay, có ít nhất 400 loài phân bố trong 45 họ thực vật được cho là thực vật

siêu hấp thu Các loài này là các loài thực vật thân thảo hoặc thân gỗ, có khả năng tích

lũy và không có biểu hiện bất thường về mặt hình thái khi nồng độ KLN 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 bị ô nhiễm Khả năng tích lũy

hàm lượng kim loại cao có thể góp phần ngăn cản các loài sâu bọ và sự nhiễm nấm

Hầu hết các loài thực vật ở dạng siêu hấp thu Ni khoảng 30 loài hấp thu cả Co,

Cu và Zn, một số ít loài hấp thu Mn và Cd (Reeves và Baker, 1999)

Bảng 2.4: Một số loài thực vật có khả năng tích lũy KLN cao

Tên loài KLN Nồng độ tích luỹ

trong thân (ppm) Tác giả và năm công bố

Arabidopsis halleri

(Cardaminopsis halleri) Zn 13.600 Ernst, 1968

Thlaspi caerulescens Cd 12.000 Mádico và cs, 1992

Thlaspi rotundifolium Pb 8.200 Reeves và Brooks, 1983

Thlaspi geosingense Ni 12.000 Reeves và Brooks, 1983

Alyssum bertholonii Ni 13.400 Brooks và Radford, 1978

Alyssum pintodasilvae Ni 9.000 Brooks và Radford, 1978

Psychotria douarrei Ni 47.00 Baker và cs., 1985

Miconia lutescens Al 6.800 Bech và cs 1997

Melastoma

malabathricum Al 10.000 Watanabe và cs, 1998

(Võ Văn Minh và Võ Châu Tuấn, 2005)

2.4.3 Cơ chế giải ô nhiễm ở thực vật

Thực vật hấp thu KLN thông qua bộ rễ hút hoặc qua lá nhưng qua rễ là phổ

biến hơn cả KLN được hút vào rễ theo khuynh độ nồng độ xuyên qua màng tế bào

Nguyên tắc cơ bản của phương pháp Phytoremediation

- Phytoextraction: sử dụng thực vật hấp thụ KLN và tích lũy KLN trong các bộ

phận của cây như lá, thân và rễ Sau đó KLN được loại bỏ qua lá khô, rửa trôi qua biểu

bì hoặc bị đốt cháy và KLN được thu nhận trở lại

- Phytostabilization: thực vật cố định KLN trong vùng rễ nhờ cơ chế hấp thụ

hoặc kết tủa Quá trình này làm giảm khả năng linh động của kim loại, ngăn chặn ô

nhiễm nước ngầm và làm giảm hàm lượng kim loại khuếch tán vào trong các chuỗi

thức ăn

Bảng 2.5: Một số loài thực vật cho sinh khối nhanh có thể sử dụng để xử lý KLN

Tên loài Khả năng xử lý Tác giả và năm công bố

Salix KLN trong đất, nước Greger và Landberg, 1999

Populus Ni trong đất, nước Punshon và Adriano, 2003

Cannabis sativa Chất phóng xạ, Cd trong đất Ostwald, 2000

Helianthus Pb, Cd trong đất EPA, 2000; Elkatib, 2001

Typha sp Mn, Cu, Se trong chất thải mỏ

Glyceria fluitans KLN trong chất thải mỏ

Lemna minor KLN trong nước Zayed và cs, 1998

(Võ Văn Minh và Võ Châu Tuấn, 2005)

- Phytodegration: kim loại nặng được hấp thụ và tiêu hóa bằng cách tạo ra phức

chất không độc chuyển đến các bộ phận của tế bào tích luỹ ở dạng các hợp chất hữu cơ

hoặc vô cơ

- Phytovolatilization: kim loại nặng được hấp thụ và được thực vật làm bay hơi

thông qua hệ thống lá (ITRC, 2001)

Ngoài ra, sự tích lũy kim loại cũng là cơ chế giúp thực vật chống lại các loài vi

khuẩn gây bệnh, nấm ký sinh và các loài sinh vật ăn lá (Võ Văn Minh và Võ Châu

Tuấn, 2005)

2.4.4 Ưu điểm

Phytoremediation là một kỹ thuật xanh nên nếu thực hiện đúng đắn thì sẽ là kỹ

thuật thân thiện với môi trường giúp làm đẹp cảnh quan, mang lại sự dễ chịu đối với

con người Phương pháp này còn có thể xử lý lâu dài ở một vùng rộng chứa nhiều chất

ô nhiễm (Diệp Thị Mỹ Hạnh, 2003)

Lợi thế quan trọng là các chất hữu cơ và vô cơ khác nhau đều có thể được xử lý

bằng kỹ thuật phytoremediation

Phytoremediation là phương pháp xử lý ô nhiễm tại chỗ nên được ứng dụng

thường xuyên mà không gây xáo trộn đất và môi trường xung quanh đồng thời giảm

bớt sự lan tràn ô nhiễm vào không khí và nguồn nước Phương pháp này có thể được

áp dụng để xử lý lâu dài trong một vùng rộng bị ô nhiễm Hơn cả, thế mạnh của

phương pháp là chi phí cho việc thực hiện thấp hơn nhiều so với kỹ thuật ex situ truyền

thống, không yêu cầu những thiết bị đắt tiền hay nhân sự có chuyên môn cao mà vẫn

có thể thực hiện một cách dễ dàng

2.4.5 Hạn chế

Phytoremediation cho hiệu quả cao ở những vùng có mức ô nhiễm KLN từ thấp

đến trung bình Tuy nhiên, nếu mức độ ô nhiễm cao sẽ làm hạn chế sự phát triển chiều

sâu của rễ cây

Nếu áp dụng phương pháp Phytoremediation sẽ cần thời gian dài, có thể là vài

năm và đôi khi chất ô nhiễm không được loại bỏ hoàn toàn

Sinh khối thực vật thu hoạch có thể được xếp vào nhóm chất thải nguy hiểm

Nếu không quản lý tốt khi áp dụng phương pháp phytoremediation có thể làm

giảm sự đa dạng sinh học của các giống thực vật bản địa

Khí hậu bất lợi cũng làm hạn chế sự phát triển của thực vật và sự tăng sinh khối

dẫn đến giảm hiệu quả xử lý (EPA, 2000)

2.4.6 Một số ứng dụng

Trên thế giới đã có rất nhiều công trình được công bố về các ứng dụng sử dụng

thực vật giải ô nhiễm Một số kết quả được trình bày trong bảng 2.4 và 2.5

Tại Việt Nam, công trình nghiên cứu của Diệp Thị Mỹ Hạnh, E Garnier Zarli

và cs, 2003 về cây Thơm ổi (Lantana camara L.) Cho thấy cây Thơm ổi (Lantana

camara L.) có khả năng hấp thụ Pb trong đất lên đến 10000 ppm Kết quả nghiên cứu

cũng cho thấy rằng, cây Thơm ổi là loại có triển vọng cao nhờ khả năng thích nghi tốt

với điều kiện môi trường sống tốt, sinh trưởng nhanh và cạnh tranh mạnh nên thường

được sử dụng phổ biến trong điều kiện khí hậu ở nước ta

Ngoài ra còn có một số nghiên cứu khác như sử dụng bèo và rau muống để hấp

thụ KLN ở làng nghề tái chế chì thuộc xã Chỉ Đạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên

Thông qua những nghiên cứu về loài Thơm ổi ở nước ta cho thấy đây là loài

thực vật có triển vọng phát triển cao nhờ khả năng thích nghi với điều kiện môi trường

tốt, sinh trưởng nhanh và cạnh tranh mạnh Mục đích lâu dài của các nhà nghiên cứu là

làm sao cải thiện phương pháp Phytoremediation trở thành một phương pháp tối ưu

2.5 Trùn đất

Trùn đất là loài sinh vật sống quan trọng trong đất Từ thập kỉ 19, Charles

Darwin đã chứng minh tầm quan trọng của trùn trong việc cải thiện cấu trúc đất, phân

hủy các hợp chất hữu cơ và vai trò trong các chu trình chuyển hóa chất dinh dưỡng

Trùn đất là loài động vật không xương, thường sống ở những khu vực đất ẩm

ướt có nhiều mùn hữu cơ, phần lớn trùn có đường kính thân chỉ khoảng vài mm, cũng

có loài có kích thước cỡ lớn hơn (0,5 – 50 mm) có thể dài tới 3 m (như loài

Megascolides australis)

Trùn đất hay còn gọi là giun đất, chiếm phần lớn trong phân lớp Oligochaeta

thuộc ngành Annelida

2.5.1 Phân loại

Theo thống kê trên thế giới có khoảng hơn 3000 loại trùn khác nhau nhưng dựa

trên đặc điểm sống và hoạt động có thể chia làm 3 nhóm chính:

- Nhóm “epigeic” sống chủ yếu ở lớp đất bề mặt tầng thảm mặt đất, ăn thảm

vụn thực vật Số lượng của chúng không nhiều trong đất nông nghiệp Đây là loài

chuyển hóa đất rất ít, một số còn có thể làm phân bón như trùn Eisenia foetida

- Nhóm “endogeic” sống ở tầng đất giữa (5,08 cm – 7,62 cm) Chúng sống chủ

yếu nhờ sự phân rã các chất của hệ vi sinh vật Chúng ăn và hoạt động mạnh tạo ra

thể ăn và chuyển hóa đất tương tự như

nhóm endogeic Trong đó loài Lumbricus

terrestris là loài thường gặp nhất ở Châu

Âu (David Ernst, 1995)

2.5.2 Đặc điểm cấu tạo

Cơ thể của trùn có cấu tạo: lớp

cutin bao ngoài trong suốt và có nhiều gờ

chéo nên bền vững Các lớp biểu mô xen

lẫn là các tế bào tuyến và tế bào cảm

giác Chức năng của tế bào tuyến là tiết

chất nhầy, đôi khi dính đất, sỏi, cát tạo

thành vỏ tách khỏi lớp cutin hay tạo

thành đai sinh dục

Hệ tiêu hóa có 3 phần ruột trước, ruột giữa và ruột sau Ruột trước biến đổi

nhiều tùy theo hình thức dinh dưỡng, phía sau hầu có nhiều tuyến tiêu hoá đơn bào Ví

dụ ở giun đất Pheretima aspergillum, vùng hầu có nhiều bó cơ khỏe giúp cho quá trình

co bóp, trong hầu có hàm kitin để phù hợp với lối ăn mùn, đất

Ngoài ra để làm tăng khả năng tác động của trùn thì số lượng trùn trong đất

cũng là một vấn đề quan tâm Nó liên quan đến quá trình sinh sản, đặc biệt là hệ sinh

dục: Trùn là loài động vật lưỡng tính, chu kì sinh sản nhanh và số lượng nhiều Hình

thức sinh sản có 2 kiểu sinh sản hữu tính và sinh sản vô tính

Sinh sản vô tính: Thường gặp ở giun ít tơ, sống ở vùng nước ngọt và thuộc họ

Acoelomatidae và Naididae Ở nhóm này, cơ thể có vùng sinh trưởng được hình thành

từ phần đầu của cá thể sau và phần đuôi của cá thể trước Các phần này có thể hình

thành trước hay sau khi cá thể con tách rời cá thể mẹ Nhiều khi cá thể con chưa tách

rời khỏi cá thể mẹ đã hình thành thế hệ tiếp theo, kết quả tạo thành chuỗi cá thể

Sinh sản hữu tính: bằng cách quay chéo đầu nhau áp mặt bụng vào nhau và trao

đổi tinh dịch Tinh trùng có thể chuyển đổi qua lại dưới dạng tinh dịch hay khối tinh

(spermatozeugma) hay bao tinh (spermatophora)

(Nguồn: www.elearning.hueuni.edu.vn/file.php/57/PDF/GTDVKXS-10_Chuong8.pdf)

Trong thời gian trứng chín, kén được hình thành Kén có kích thước, hình dạng,

số lượng trứng thay đổi tùy loài Ví dụ kén của trùn đất Pheretima có kích thước là 7

mm x 5 mm, còn của Megascolides auslalis lớn tới 75 mm x 22 mm Trứng ít noãn

hoàng, phôi dùng albumin trong kén làm thức ăn Phát triển không qua ấu trùng, con

non chui khỏi kén sau 8 – 10 ngày Thời gian phát triển phụ thuộc vào sự thay đổi của

môi trường và đặc điểm của mỗi loài

2.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình sinh trưởng và phát triển

2.5.3.1 Độ ẩm

Trùn là loài hô hấp qua da nên da trùn phải luôn đảm bảo có độ ẩm ổn định

Nếu da khô do thiếu nước, trùn có thể chui xuống tầng đất phía dưới để giữ ẩm, hoặc

cũng có thể chết nếu quá khô, ngoài ra còn có thể chuyển sang trạng thái “ngủ đông”

Hình 2.2 Cấu tạo cơ thể giun

(A) Hình dạng ngoài; (B) Cấu tạo trong:1 Miệng; 2 Não; 3 Hầu; 4 Tim bên; 5 Thực

quản; 6 Mạch máu lưng; 7 Ruột; 8 Vách ngăn; 9 Cơ dọc; 10 Thận; 11 Cơ vòng; 12

Mạch máu bụng; 13 Chuỗi thần kinh; 14 Tuyến sinh dục cái; 15 Tuyến sinh dục đực;

16 Đai sinh dục; 17 Các vách; 18 Các đốt

Khi độ ẩm giảm cũng làm cho việc di chuyển của trùn gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên,

trong điều kiện đó thì trứng trùn lại có khả năng sống sót cao hơn trùn trưởng thành

Nhờ khả năng của bản thân, chúng ức chế quá trình phát triển cơ thể trong thời gian

dài cho đến khi gặp điều kiện thuận lợi thì tiếp tục phát triển

Trùn có thể sống trong điều kiện nước mặn nếu thành phần oxy trong nước đủ

cho chúng hô hấp Hầu như các trường hợp trùn chết là do lượng oxi quá thấp trong

môi trường ngập nước, nên về mùa mưa ta thường thấy hiện tượng trùn di chuyển lên

trên bề mặt để hô hấp Ngoài ra trùn còn có một đặc điểm nữa là sống trong đất có tỉ lệ

mùn cao vì tại đây lớp da của chúng không bị cọ sát, đảm bảo ẩm độ phù hợp, dễ dàng

di chuyển

2.5.3.2 Nhiệt độ

Trùn không có khả năng chịu được điều kiện quá lạnh hoặc quá nóng, chẳng

hạn như nếu nhiệt độ ở 350C kéo dài trong một thời gian dài thì trùn sẽ chết Hoặc

trong điều kiện đó chúng sẽ di chuyển xuống các tầng đất sâu để cho cơ thể giảm khả

năng mất nước, ngược lại so với điều kiện nhiệt độ quá thấp Và mọi hoạt động cơ thể

sẽ trở lại bình thường khi gặp nhiệt độ thích hợp là 10-150C

2.5.3.3 Độ pH

Trùn sống chủ yếu ở môi trường có pH trung tính (5-8) Cơ thể của chúng cũng

có khả năng chuyển hóa môi trường axit thành trung tính Tuy nhiên, tùy vào mức độ

cho phép của cơ thể mà chúng điều khiển môi trường theo cách tối ưu nhằm giúp cho

cơ thể thích ứng Theo các nhà khoa học, ruột trùn như que thông trung hòa độ pH

Đối với các chất đi qua ruột trùn thì pH thường có sự điều chỉnh lại tương ứng về mức

độ trung tính

2.5.3.4 Kết cấu của đất

Trong quá trình sử dụng đất của con người, một số các hoạt động đã làm tăng

mật độ trùn nhưng như có thể làm giảm mật độ trùn như:

 Hoạt động có lợi cho trùn

Quá trình cày xới đất hợp lý và hiệu quả giúp điều hòa các chất dinh dưỡng,

làm cho đất tơi xốp và thoáng khí tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật phát triển

mạnh (Mitxustin và Nhiacôp, 1956)

Bảng 2.6: Điều kiện chăm sóc tác động lên số lượng trùn

Việc trồng trọt Điều kiện Số lượng trùn

(E.J Kladivko,1993)

Chế độ luân canh cây trồng sẽ làm hệ VSV đất cân đối và phong phú hơn bởi

vì mỗi loài cây trồng có một khu hệ VSV đặc trưng sống trong vùng rễ của nó Ngoài

ra, người ta thường luân canh các loại cây trồng khác với cây họ đậu để tăng cường

hàm lượng đạm cho đất cũng như làm tăng thành phần dinh dưỡng cho trùn Như vùng

rễ cây họ đậu thường phân bố nhóm vi khuẩn cố định N cộng sinh còn ở vùng rễ cây

lúa phân bố nhóm vi khuẩn cố định N tự do hoặc nội sinh (Lê Xuân Phương, 2007)

Phần còn lại sau các mùa vụ như rễ, lá, mảnh vụn của thân là nguồn dinh dưỡng

phong phú cho trùn Chúng còn là điều kiện bao bọc môi trường sống của trùn, giúp

trùn hoạt động ổn định và tránh sự phát hiện của các loài chim ăn thịt

Tại những khu vực trồng trọt việc bổ sung bùn và bón phân làm tăng lượng vi

sinh vật trong đất, tăng tính đa dạng và phong phú của hệ vi sinh vật sẽ kéo theo sự

tăng độ màu mỡ của đất và gia tăng số lượng trùn, đồng thời là nguồn thức ăn giàu

dinh dưỡng cho trùn vì tỉ lệ C:N cao

Bón vôi: có tác dụng cải thiện tính chất lý hoá của đất, làm tăng cường hoạt

động của vi sinh vật, nhất là đối với đất chua, mặn và bạc màu

 Hoạt động có hại cho trùn

Cày xới đất trong quá trình trồng trọt thái quá làm cho lượng trùn giảm rất

nhiều Việc sử dụng đất mà không chú ý đến quá trình cải tạo lại đất làm cho đất quá

chua hay quá mặn đều có ảnh hưởng xấu đến trùn cũng như cây trồng Thành phần

Hình 2.3: Một phần Rhizosphere

(Michelle Watt và cs, 2005)

dinh dưỡng của đất thường suy giảm sau mỗi lần thu hoạch làm mất đi nguồn dinh

dưỡng của trùn

Việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu trên đồng ruộng có độc tố cao có thể làm

trùn ngộ độc và chết như Organophosphates, Carbamates (Patrick J Bohlen, 1996)

2.6 “Rhizosphere” và mối quan hệ giữa vi sinh vật, thực vật và trùn đất

2.6.1 Định nghĩa Rhizosphere

Rhizosphere là vùng đất bao xung

quanh rễ (đường kính <0,5 mm) (George

G Brown, 2000), có hoạt tính sinh học và

hóa học cao hơn so với các khu vực xung

quanh Khi rễ cây phát triển phóng phóng

thích ra các amino acid, đường và các acid

hữu cơ làm thức ăn cho hệ VSV Hệ VSV

hoạt hoá nguồn dinh dưỡng này trong

vùng Rhizosphere và cung cấp ngược lại

cho cây (http://www.dpi.nsw.gov.au)

2.6.2 Những hoạt động của rễ trong vùng “rhizosphere”

Rễ tiết ra dịch chất có các thành phần là amino acid, acid hữu cơ, carbohydrate,

đường, vitamin, chất nhầy và protein Những chất này có nhiệm vụ dẫn truyền thông

tin kích thích hoạt động sinh học và thúc đẩy quá trình chuyển hóa vật chất trong vùng

rhizosphere, tạo ra mối quan hệ qua lại giữa rễ và hệ VSV trong đất Nhờ đó mà rễ

phát triển mạnh kích thích sự sinh trưởng của cây

 Tác động của các chất tiết

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 tiết khác nhau tùy loại cây Những

chất tiết của rễ có ảnh hưởng quan trọng đến vi sinh vật vùng rễ Chúng tạo ra:

- Các protein giúp rễ chống lại các mầm bệnh từ vi sinh vật gây bệnh

- Độ ẩm và mức độ dinh dưỡng trong vùng “rhizosphere” tạo ra thường cao hơn

các vùng lân cận nên trở thành nơi tập trung của nhiều dạng VSV với mật độ cao 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, càng xa rễ số lượng vi sinh vật càng giảm đi

- Vùng “rhizosphere” có vai trò rất lớn trong việc giữ độ ẩm cho đất, bảo vệ rễ

khỏi bị khô hạn Chất tiết đượcc phóng thích vào ban đêm giúp rễ cây mở rộng vùng

hoạt động Ban ngày các chất này bám xung quanh rễ tạo ra độ ẩm giúp cây điều hoà

nhiệt độ

- Các chất tiết ra giúp rễ gia tăng khả năng hấp thụ nhiều ion tư do trong đất,

cung cấp cho cây Ví dụ như dịch tiết “flavonoid” trong rễ cây họ đậu hoạt hoá vi

khuẩn Rhizobium meliloti nhằm gia tăng khả năng hấp thu N tự do trong đất

Dịch nhầy tạo ra kết hợp với cac hạt đất hình thành nên các hạt kết ổn định Các

hạt kết này bao bọc xung quanh vùng rễ làm cho rễ cây phát triển tốt hơn

2.6.3 Những hoạt động của hệ VSV trong vùng “Rhizosphere”

Rễ cây tiết ra các dịch chất là nguồn dinh dưỡng quan trọng và cần thiết cho hệ

vi sinh vật hoạt động Với nguồn dinh dưỡng dồi dào thu hút và tập trung nhiều loại vi

sinh vật phong phú như hệ vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm

Các vi sinh vật trong đất thông qua quá trình chuyển hóa C, N, P sẽ biến đổi các

vật chất hữu cơ thành các chất dinh dưỡng cần thiết cung cấp cho cây trồng

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

Sơ đồ 2.1: Mối liên hệ giữa cây trồng và vi sinh vật

2.7 Mối quan hệ giữa trùn và vi sinh vật

Thức ăn đi vào đường ruột được các enzyme (cellulase, amylase, invertase,

protease, peroxidase, urease, phosphatase và dehydrogenase) và dịch tiết nhào trộn

thông qua các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, pH kích thích hoạt động của hệ VSV và phân

giải thành các chất dinh dưỡng phức tạp thành các chất đơn giản (như phân hủy

cellulose hình thành những hợp chất khoáng dễ tiêu giúp cây hấp thụ dễ dàng)

Hoạt động của vi sinh vật được kích thích, nhất là nhóm VSV háo khí đã hình

thành nên một thành phần của mùn là acid humic Axit humic làm tăng số lượng vi

Cây Chất tiết ra từ Vi sinh vật

Phân giải các chất Vitamin, chất sinh trưởng

sinh vật sẵn có trong đất, đặc biệt là vi sinh vật phân giải xenluloza, phân giải protein

và nguyên sinh động vật

Trong phân trùn mật độ các nhóm VSV có ích sống và phát triển khá cao, đặc

biệt là nhóm vi khuẩn cố định đạm (Azotobacter), vi khuẩn phân giải lân, phân giải

cellulose và chất xúc tác sinh học có tác dụng thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển của

vi sinh vật đất vì nó có các nguyên tố N, P, K, Ca, vi lượng rất cần thiết cho vi sinh

vật

Ngoài ra trong quá trình di chuyển trùn cày xới, đảo trộn có tác dụng điều hoà

chất dinh dưỡng, làm đất thoáng khí tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển mạnh hơn

và giúp VSV phân tán Trong quá trình này chúng hình thành nên các hạt kết (đất kết

hợp với nước) làm cho đất thoáng khí và tăng khả năng giữ nước, gia tăng thành phần

dinh dưỡng trong đất

2.8 “Drilosphere” và mối quan hệ giữa trùn với thực vật

2.8.1 Định nghĩa Drilosphere

Theo P Lavelle (1998): “drilosphere” là vùng do trùn tạo ra với đường kính

khoảng 2 mm Trùn tiết ra các dịch nhầy liên kết các hạt đất lại với nhau, đồng thời

trùn ăn đất, chuyển hóa vật chất thông qua hệ tiêu hóa và thải ra phân trùn có chứa đa

dạng hệ VSV sống, hoạt động và có hàm lượng chất hữu cơ cao

Hình 2.4: Cấu tạo của Drilosphere (Brown George,2004)

2.8.2 Đặc điểm

Drilosphere có khoảng 70% độ thoáng khí, có hệ VSV đa dạng và phong phú

Đồng thời drilosphere có thành phần N, P, K và mùn

- Bằng sự di chuyển của mình, trùn đất đã tạo nên vùng drilosphere với các

đường hang bền vững, giúp cho sự thông thoáng khí và sự di chuyển của nước dễ

dàng

- Phạm vi hoạt động của drilosphere phụ thuộc vào các vi sinh vật và các loại

trùn sinh sống tại khu vực

- Dịch nhầy do trùn tiết ra gắn kết các hạt đất lại với nhau hình thành lên hạt kết

trùn và gia tăng độ tơi xốp của đất

2.9 Mối quan hệ giữa trùn và thực vật

Trùn có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của cây đặc biệt là giai đoạn trưởng

thành của cây (Brown và cs, 1999; Lavelle, 1997) Mối quan hệ giữa trùn và cây trồng

là mối quan hệ tác động qua lại Cây trồng tác động trực tiếp lên trùn đất thông qua

hoạt động của rễ cây Rễ tiết ra các dịch rỉ có hàm lượng cao các chất hữu cơ, đồng

thời sự phát triển mạnh mẽ của bộ rễ cũng tạo nên sự cạnh tranh về mặt cư trú

Hệ thống đường hang do trùn tạo ra giúp gia tăng khả năng vận chuyển khí và

nước vào trong đất cung cấp kịp thời cho hệ thống cây trồng Đồng thời, hệ thống

đường hang cũng giúp cho rễ phát triển và lan rộng dễ dàng

Hệ tiêu hóa của trùn kích thích hệ VSV hoạt động và hệ enzyme hoạt hoá mạnh

mẽ, tu do giúp việc chuyển hóa các chất dinh dưỡng phức tạp, khó hấp thu thành các

chất dễ tiêu giúp cho cây hấp thụ dễ dàng

- Hạt kết được hình thành gồm các hạt đất và các dịch nhầy do trùn tạo ra Hạt

kết có cấu trúc ổn định, có độ bền cao so với các hạt đất thông thường Các hạt kết có

khả năng giữ nước và các thành phần dinh dưỡng của đất cao làm cho đất tránh hiện

tượng xói mòn và thất thoát các chất dinh dưỡng cho cây trồng

- Cung cấp dinh dưỡng cho cây: phân trùn có nhiều N, P, K và Ca, khả năng

trao đổi cation cao hơn các phần đất xung quanh Một số nguyên tố vi lượng như là

Zinc, Bo được cung cấp nhiều hơn trong quá trình giải kim loại nặng

Tiêu diệt những VSV gây hại cho cây như tuyến trùng bằng cách ăn chúng làm

giảm các sinh vật gây hại trong đất Khi ăn lá cây, chúng ăn và tiêu hóa luôn những

mầm nấm mốc

Trong ruột trùn, hoạt động của vi khuẩn được kích thích sau vài giờ ở hệ tiêu

hóa Nước và các chất hòa tan của dịch ruột làm cho hệ sinh vật không hoạt động hoạt

động trở lại, từ đó làm gia tăng quá trình phân hủy đất của VSV Ngoài ra trong phân

trùn còn có nhiều dinh dưỡng như N, P, K và Mg có thể cải tạo thành phần dinh dưỡng

của đất và rút ngắn thời gian khoáng hóa

Trùn đất có vai trò rất quan trọng trong hệ sinh thái Chúng làm phong phú hệ

VSV trong đất, cung cấp nguồn dinh dưỡng cho thực vật Trong quá trình sống giúp

cho VSV phân phối đều trong đất Các đường hang tạo ra làm thông thoáng khí giúp

cho quá trình thủy giải dễ dàng, giúp thực vật và VSV phát triển tốt Nói chung trùn

đất trong tự nhiên có thể cải thiện kết cấu của đất, độ màu mỡ, và làm tăng số lượng vi

sinh vật trong đất

Sơ đồ 2.2: Mối quan hệ của cây trồng, trùn đất và vi sinh vật

Chất tiết ra từ rễ Đất

Phân giải các chất

Vitamin, chất khoáng, chất sinh trưởng Phân trùn

2.10 Giới thiệu về trùn đất Pontoscolex corethrurus

Trùn đất Pontoscolex corethrurus được định danh bởi Patrick Lavelle trung tâm

IRD – Pháp Loại trùn đất được sử dụng có kích thước khoảng 10 cm, có màu nâu đỏ,

sống trong khu vực đất ẩm ướt gần các đường nước

Hình 2.5: Trùn đất (Pontoscolex corethrurus)

2.11 Giới thiệu về cây Thơm ổi Lantana camara L

Giới (regnum): Plantae

Ngành (divisio): Magnoliophyta

Lớp (class): Magnoliopsida

Bộ (ordo): Lamiales

Họ (familia): Verbenaceae

Chi (genus): Lantana

Loài (species): L camara

Loài: Pontoscolex corethrurus

Tên khác: Thơm ổi, Ngũ sắc, Trâm ổi, Tỷ muội, Yellowsage, Lantana

Là cây thân bụi, cao 1 -1.5 m, thân có 4 cạnh, có gai nhỏ cong 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 chứa lantadiens), nhân có 1-2

hột

Căn cứ trên màu sắc của hoa người ta chia thành ba nhóm chính :

- Var mista Bail : ngoài vàng đỏ, trong vàng gạch tôm

- Var crocea Bail : hoa vàng tươi

- Var sanguinea Bail: hoa vàng đỏ

Khoảng pH thích hợp: 6,6 đến 7,5 (trung tính)

Có nguồn gốc từ Trung Mỹ, phần lớn Lantana mọc tự nhiên ở khu vực nhiệt

đới và cận nhiệt đới như Châu Á, Châu Úc

Lantana camara L sống được trên nhiều loại đất và thích nghi với nhiều điều

kiện khác nhau, cây có khả năng chịu hạn và chịu mặn rất tốt (Anomymous, 2000)

Tốc độ sinh trưởng và phát triển cao Trong trường hợp không có sự kiểm soát,

Lantana có khả năng phát triển mạnh mẽ và nhanh chóng, cạnh tranh với các loài khác,

làm giảm đa dạng sinh học thực vật của vùng (Kumar và Rohatgi, 1999)

Hình 2.6: Cây Thơm ổi

(Lantana camara L.)