Nội dung

Tạp chí phân tích Hóa, Lý và Sinh học – Tập 20, số 4/2015 NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH LŨY Cu KHI CÓ MẶT Pb VÀ Zn LÊN SINH KHỐI CỦ KHOAI TÂY (Solanum tuberosum) Đến tòa soạn 27-2-2015 Nguyễn Ngọc Tuấn Viện nghiên cứu hạt nhân, Đà Lạt Lê Thị Thanh Trân Khoa Hóa học, trường Đại học Đà Lạt Nguyễn Thị Thu Sinh, Phạm Thị Bê Trường cao đẳng sư phạm Đà Lạt SUMMARY STUDY ON THE ACCUMULATION OF Cu IN THE PRESENCE OF Pb AND Zn INTO BIOMASS OF POTATOES (Solanum tuberosum) Polluted soil often contain more than one heavy metal. The behavior of a heavy metal from soil to plant will be affected by the presence of other metals. In this study, we have investigated the accumulation of Cu, Pb, Zn into biomass of potato planted on the soil contaminated by these metals. The result of this research showed that the presence of Zn2+ inhibited the accumulation of Cu from soil into potato while the presence of Pb2+ stimulated the accumulation of Cu from soil into biomass of this plant. 1. MỞ ĐẦU loại riêng rẽ lên quá trình tích lũy của Khả năng hấp thu và tích lũy kim loại nặng từ môi trường canh tác vào cây trồng đang chúng trong rau xanh mà chưa làm rõ được quá trình hấp thu cạnh tranh giữa các kim thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học [1,3]. Các nghiên cứu thường thực hiện trên loại trong môi trường ô nhiễm. Trong khi đó, trên thực tế, khi môi trường đất bị ô mẫu là rau xanh, ít có nghiên cứu đề cập đến vấn đề ảnh hưởng của các kim loại nhiễm thì khả năng tích lũy của các kim loại lên sinh khối cây trồng sẽ thay đổi so nặng lên sinh khối của các loại nông sản. Mặt khác, các nghiên cứu trước chỉ làm rõ với khi chúng tồn tại riêng rẽ [4, 5]. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiến hành mối quan hệ giữa hàm lượng của từng kim nghiên cứu sự tích lũy của kim loại Cu khi 203 có mặt kim loại Pb và Zn lên sinh khối củ khoai tây được trồng trên nền đất chuyên canh rau Đà Lạt. 2. PHẦN THỰC NGHIỆM 2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất 2.1.1. Thiết bị, dụng cụ - Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử Shimadzu AA – 6800 có các đèn catôt rỗng của Cu, Pb và Zn hấp thụ ở các bước sóng Cu = 324.66nm, Pb = 283.16nm và λZn = 213.81nm. - Hệ thống khí nén và khí Ar. - Bếp điện Fisher Science, Cộng hòa Liên bang Đức. - Cân phân tích có độ nhạy 10-4 của hãng Satorius, Cộng hòa Liên bang Đức. - Máy đo pH, độ chính xác  0,1 đơn vị pH. - Cốc, phễu, bình tam giác, bình định mức các loại của Cộng hòa Liên bang Đức. - Pipet các loại, micropipet của Vương quốc Anh. 2.1.2. Hóa chất - Các axit: HCl 37%, HNO3 65% (P.A) - Các muối: CuSO4.5H2O, Pb(NO3)2, ZnSO4.7H2O của hãng Mecrk (cộng hòa Liên bang Đức). - Nước cất hai lần 2.2. Phương pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp triển khai mô hình thực nghiệm Khoai tây được trồng trong các thùng xốp và xếp thành 3 mô hình thí nghiệm: - Mô hình 1: Khảo sát mức độ tích lũy từng kim loại Cu, Pb và Zn lên sinh khối củ khoai tây, áp dụng chế độ canh tác như thực tế, sử dụng đất trồng ô nhiễm từng kim loại với các cấp hàm lượng khác nhau. 204 - Mô hình 2: Khảo sát mức độ hấp thu cạnh tranh giữa Cu và Pb, áp dụng chế độ canh tác như thực tế, sử dụng đất trồng ô nhiễm hỗn hợp hai kim loại với các cấp hàm lượng khác nhau. - Mô hình 3: Khảo sát mức độ hấp thu cạnh tranh giữa Cu và Zn, áp dụng chế độ canh tác như thực tế, sử dụng nước tưới ô nhiễm hỗn hợp hai kim loại với các cấp hàm lượng khác nhau. - Lô đối chứng: Chế độ canh tác giống hoàn toàn như các mô hình trên, sử dụng đất trồng không ô nhiễm các kim loại Cu, Pb và Zn (đất ban đầu chưa bổ sung các ion kim loại trên). 2.2.2. Thu thập và xử lý mẫu Mẫu củ khoai tây lấy ở điểm trồng thực nghiệm tại thời điểm thu hoạch được rửa sạch, cho vào trong túi nilon và đưa về phòng thí nghiệm. Rửa lại củ bằng nước cất một vài lần, để ráo nước, cân khối lượng tươi; sau đó, cắt nhỏ bằng dao inox, sấy ở nhiệt độ 100oC cho đến khi khối lượng không đổi; cân xác định khối lượng khô, nghiền mịn, cho vào lọ PE, dán nhãn, bảo quản nơi khô ráo, thoáng mát. Các mẫu sau khi xử lý sơ bộ được vô cơ hóa mẫu như sau: Cân trên cân phân tích một lượng mẫu chính xác (khoảng 0,5g) cho vào bình tam giác, thêm vào bình 15 mL dung dịch HNO3 đặc, 5 mL dung dịch HCl đặc; đậy bình bằng kính đồng hồ, để qua đêm. Sau đó, đun trên bếp cách cát cho đến khi dung dịch trong suốt và không còn khí màu nâu đỏ thoát ra. Chuyển mẫu sang cốc thủy tinh, tiếp tục đun đến cạn để đuổi hết lượng axit dư. Nếu mẫu chưa tan hết thì lặp lại quá trình trên một lần nữa. Sau đó, dùng dung dịch HNO3 0,5 N để hòa tan mẫu và chuyển định lượng vào bình định mức dung tích 10 ml, định mức bằng dung dịch HNO3 0,5N. 2.2.3. Phương pháp xác định Cu, Pb và Zn Hàm lượng Cu, Pb và Zn trong các mẫu thử nghiệm được xác định bằng phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử với kỹ thuật nguyên tử hóa ngọn lửa (F-AAS). 3. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 3.1. Sự tích lũy của từng kim loại Cu, Pb, Zn lên sinh khối củ khoai tây khi được trồng trên nền đất ô nhiễm. Kết quả khảo sát mức độ tích lũy của từng kim loại Cu, Zn và Pb trong môi trường đất vào sinh khối củ khoai tây được kết quả như bảng 1: Bảng 1. Mức độ tích lũy Cu từ đất trồng lên sinh khối củ khoai tây Hàm lượng Tên mẫu Cu trong đất trồng (mg/kg đất) Hàm lượng Cu trong củ khoai Bảng 2. Mức độ tích lũy ion Pb từ đất trồng lên sinh khối củ khoai tây Hàm lượng Tên mẫu Pb trong đất trồng (mg/kg đất) Hàm lượng Pb trong củ khoai tây (mg/kg tươi) Mẫu 5 100 0,15 ± 0,02 Mẫu 6 200 0,24 ± 0,02 Mẫu 7 300 0,29 ± 0,03 Mẫu 8 400 0,32 ± 0,03 (Giá trị trên là kết quả của 03 lần xác định) Bảng 3. Mức độ tích lũy ion Zn từ đất trồng lên sinh khối củ khoai tây Hàm lượng Tên mẫu Zn trong đất trồng (mg/kg đất) Hàm lượng Zn trong củ khoai tây (mg/kg tươi) tây (mg/kg tươi) Mẫu 9 100 9,55 ± 1,21 Mẫu 1 100 0,64 ± 0,08 Mẫu 10 200 14,24 ± 1,37 Mẫu 2 200 0,72 ± 0,08 Mẫu 11 300 16,60 ± 1,51 Mẫu 3 300 0,83 ± 0.08 Mẫu 12 400 34,99 ± 2,15 Mẫu 4 400 1,03 ± 0,09 (Giá trị trên là kết quả của 03 lần xác định) (Giá trị trên là kết quả của 03 lần xác định) hlg ion kl trong củ (mg/kg tươi) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Cu trong củ khoai tây Pb trong củ khoai tây Zn trong củ khoai tây 100 200 300 400 hàm lượng ion kim loại trong đất (mg/kg đất ) Đồ thị 1. Mức độ tích lũy của Cu, Pb và Zn từ đất trồng vào sinh khối củ khoai tây 205 Từ kết quả nhận được cho thấy: khi đất hấp thu và tích lũy khác nhau của chúng từ trồng bị nhiễm kim loại Cu, Pb và Zn, trong sinh khối củ khoai tây cũng sẽ tích lũy các đất vào trong sinh khối củ khoai tây. Để làm rõ mối quan hệ này chúng tôi làm 2 mô kim loại này. Tuy nhiên, có thể thấy khi tồn tại riêng rẽ trong đất thì khả năng hấp thu hình khảo sát: - Khảo sát mức độ tích lũy Cu lên sinh và tích lũy lên sinh khối củ khoai tây của kim loại Pb là thấp nhất, sau đó đến Cu và khối củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm đồng thời Cu và Pb với mức hàm lượng cao nhất là Zn. 3.2. Mức độ hấp thu cạnh tranh giữa Cu bằng nhau; kết quả thu được ở bảng 4. - Khảo sát mức độ tích lũy Cu lên sinh và Pb khi cùng có mặt trong đất trồng Kết quả nghiên cứu cho thấy khi trong đất khối củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm đồng thời Cu và Pb với mức hàm lượng trồng có mặt 2 kim loại Cu và Pb thì có sự khác nhau; kết quả thu được ở bảng 5. Bảng 4. Hàm lượng các kim loại trong sinh khối củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm đồng thời Cu và Pb với mức hàm lượng bằng nhau Hàm lượng Cu Hàm lượng Pb Hàm lượng Cu Hàm lượng Pb Tên mẫu trong đất trồng (mg/kg đất) trong đất trồng (mg/kg đất) trong củ khoai tây (mg/kg tươi) trong củ khoai tây (mg/kg tươi) Mẫu 13 100 100 1,54 ± 0,15 0,05 ± 0,008 Mẫu 14 200 200 2,20 ± 0,19 0,56 ± 0,08 Mẫu 15 300 300 1,78 ± 0,16 0,52 ± 0,07 Mẫu 16 400 400 2,24 ± 0,19 0,30 ± 0,07 (Giá trị trên là kết quả của 03 lần xác định) Kết quả trên cho thấy, khi trong đất trồng hàm lượng trong đất trồng đối với cả hai có mặt 2 kim loại Cu và Pb với mức hàm lượng bằng nhau đã xảy ra sự hấp thu cạnh kim loại. Khi có mặt trong đất trồng ở mức cùng hàm lượng, Pb đã làm tăng sự hấp thu tranh giữa chúng từ đất trồng lên sinh khối củ khoai tây. Khi tồn tại riêng lẻ trong môi của Cu lên sinh khối củ khoai tây. Ngược lại, khi tăng hàm lượng cả hai kim loại trường đất, nếu hàm lượng Cu là 100 ppm thì hàm lượng Cu tích lũy trong khoai tây là trong đất trồng thì hàm lượng Pb tích lũy trong sinh khối củ khoai tây lại giảm 0,64 ppm. Nhưng khi có mặt Pb ở cùng xuống. Như vậy, sự có mặt của Cu đã ức mức hàm lượng thì Cu tích lũy trong sinh khối củ khoai tây tăng lên là 1,54 ppm. chế khả năng hấp thu và tích lũy của Pb lên sinh khối củ khoai tây. Điều này cũng xảy ra tương tự khi tăng 206 Bảng 5. Hàm lượng kim loại Cu và Pb trong sinh khối củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm đồng thời Cu và Pb với mức hàm lượng khác nhau Hàm lượng Cu Hàm lượng Pb Hàm lượng Cu Hàm lượng Pb Tên mẫu trong đất trồng (mg/kg đất) trong đất trồng (mg/kg đất) trong củ khoai tây (mg/kg tươi) trong củ khoai tây (mg/kg tươi) Mẫu 17 100 200 1,83 ± 0,18 0,26 ± 0,04 Mẫu 18 100 300 1,92 ± 0,19 0,95 ± 0,12 Mẫu 19 100 400 2,26 ± 0,20 0,65 ± 0,08 Mẫu 20 200 100 2,20 ± 0,19 0,35 ± 0,04 Mẫu 21 300 100 2,23 ± 0,19 0,38 ± 0,04 Mẫu 22 400 100 3,03 ± 0,24 0,17 ± 0,03 (Giá trị trên là kết quả của 03 lần xác định) Kết quả nhận được cho thấy, khi hàm lượng khi Pb tồn tại riêng rẽ trong đất trồng Pb gấp đôi hàm lượng Cu thì sự hấp thu và tích lũy Cu lên sinh khối củ khoai tây cao nhưng khi tăng hàm lượng Cu thì sự hấp thu và tích lũy của Pb lại giảm xuống. Như gấp 3 lần so với khi Cu tồn tại riêng rẽ trong đất trồng. Khi tiếp tục tăng hàm vậy, khi có mặt Cu với hàm lượng đủ lớn trong đất trồng sẽ ức chế sự hấp thu của Pb lượng Pb lên gấp 3, 4 lần hàm lượng Cu thì sự tích lũy của Cu trong sinh khối củ khoai lên sinh khối củ khoai tây. tây cũng tăng theo. Hàm lượng Cu trong sinh khối khoai tây dao động từ 1,83 đến và Zn khi cùng có mặt trong đất trồng Khảo sát mức độ tích lũy Cu lên sinh khối 2,26 ppm khi được trồng trên đất nhiễm Cu 100 ppm. Điều này chứng tỏ sự có mặt của củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm đồng thời 2 kim loại Cu và Zn với mức hàm Pb trong đất trồng với mức hàm lượng khác nhau đã tăng cường sự hấp thu của Cu lên lượng bằng nhau cho thấy khi trong đất trồng có mặt 2 kim loại Cu và Zn với mức sinh khối củ khoai tây. Trong khi đó, sự hàm lượng bằng nhau thì sự hấp thu và tích hấp thu của Pb cũng chịu ảnh hưởng của Cu. Khi hàm lượng Cu gấp đôi hàm lượng lũy lên sinh khối củ khoai tây có sự khác biệt so với khi chúng tồn tại riêng rẽ trong Pb thì sự hấp thu và tích lũy Pb lên sinh khối củ khoai tây cao gấp hơn 2 lần so với đất. 3.3. Mức độ hấp thu cạnh tranh giữa Cu 207 Bảng 6. Hàm lượng các kim loại Cu và Zn trong sinh khối củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm đồng thời 2 kim loại Cu và Zn với mức hàm lượng bằng nhau Hàm lượng Cu Hàm lượng Zn Hàm lượng Cu Hàm lượng Pb Tên mẫu trong đất trồng (mg/kg đất) trong đất trồng (mg/kg đất) trong củ khoai tây (mg/kg tươi) trong củ khoai tây (mg/kg tươi) Mẫu 23 100 100 3,79 ±0,42 4,20 ± 0,62 Mẫu 24 200 200 2,73 ± 0,28 26,67 ± 2,84 Mẫu 25 300 300 3,12 ± 0,40 47,30 ± 4,09 (Giá trị trên là kết quả của 03 lần xác định) Nếu như hàm lượng Cu tích lũy trong khoai mức hàm lượng. Như vậy, Cu và Zn khi có tây dao động từ 0,64 ppm đến 1,03 ppm khi nó tồn tại riêng lẻ trong đất thì khi có mặt mặt trong đất trồng đã có tác dụng hỗ trợ, tăng cường khả năng hấp thu và tích lũy lẫn Zn cùng hàm lượng, Cu tích lũy trong củ khoai tây tăng lên, dao động từ 2,73 ppm nhau lên sinh khối củ khoai tây. Khảo sát mức độ tích lũy Cu lên sinh khối đến 3,79 ppm. Tương tự, hàm lượng Zn tích lũy trong sinh khối củ khoai tây cũng tăng củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm đồng thời 2 kim loại Cu và Zn với mức hàm lượng lên khi trong đất trồng có mặt Cu ở cùng khác nhau, kết quả thu được ở bảng 8. Bảng 7. Hàm lượng các kim loại trong sinh khối củ khoai tây khi đất trồng bị nhiễm đồng thời 2 Cu và Zn với mức hàm lượng khác nhau Hàm lượng Cu Hàm lượng Zn Hàm lượng Cu Hàm lượng Zn Tên mẫu trong đất trồng (mg/kg đất) trong đất trồng (mg/kg đất) trong củ khoai tây (mg/kg tươi) trong củ khoai tây (mg/kg tươi) Mẫu 26 100 200 2,55 ± 0,31 21,88 ± 3,13 Mẫu 27 100 300 2,30 ± 0,26 23,75 ± 3,18 Mẫu 28 100 400 1,90 ± 0,21 38,73 ± 4,49 Mẫu 29 200 100 2,87 ± 0,33 16,55 ± 1,84 Mẫu 30 300 100 2,88 ± 0,32 16,89 ± 1,87 Mẫu 31 400 100 3,70 ± 0,42 16,53 ± 1,83 (Giá trị trên là kết quả của 03 lần xác định) 208 Kết quả nhận được cho thấy, khi hàm lượng lệch hàm lượng thì Zn đã ức chế khả năng Zn gấp đôi hàm lượng Cu trong đất thì sự hấp thu và tích lũy Cu lên sinh khối củ hấp thu và tích lũy của Cu lên sinh khối củ khoai tây trong khi Cu lại không có tác khoai tây cao gấp 4 lần so với khi Cu tồn tại riêng rẽ trong đất trồng. Nhưng khi tiếp dụng ức chế đối với Zn. tục tăng hàm lượng Zn lên gấp 3, 4 lần nồng độ Cu thì sự tích lũy của Cu lên sản TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Lê Huy Bá và Nguyễn Đình Long, phẩm sau thu hoạch lại giảm. Như vậy, Zn khi có mặt trong đất trồng với mức hàm (2007), “Nghiên cứu xây dựng một số chỉ tiêu độc chất kim loại nặng (Pb, Cd, Hg) lượng cao hơn sẽ cạnh tranh và ức chế sự hấp thu của ion Cu lên sinh khối củ khoai trong môi trường đất đối với cây trồng nông nghiệp (lúa, cải xanh)”, tạp chí khoa tây. Trong khi đó, sự hấp thu của Zn lại không chịu ảnh hưởng của Cu. Mặc dù học và công nghệ, tập 45, số 6, trang 260265. hàm lượng Cu tăng gấp 2,3,4 lần hàm lượng Zn nhưng sự hấp thu và tích lũy Zn 2. Jaeyoung Choi and Jae – Woo Park, (2005), “Competitive adsorption of heavy lên sinh khối củ khoai tây gần như không thay đổi. metals and uranium on soil constituents and microorganism”, Geosciences Journal, 4. KẾT LUẬN Volume 9, Number 1, pages 53 – 61 - Có mối tương quan giữa hàm lượng Cu, Pb và Zn trong đất trồng với hàm lượng 3. Riffat Naseem Malik, Syed Zahoor Husain và Ishfaq Nazir, (2010) “heavy của chúng trong sinh khối củ khoai tây sau khi thu hoạch; trong đó, Cu được hấp thu metal contamination and accumulation in soil and wild plant species from industrial và tích lũy thấp nhất, sau đó đến Pb và cao nhất là Zn. area of Islamabad, Pakistan”, Pakistan Journal of Botany, volume 42, Number 1, - Sự hấp thu và tích lũy của Cu và Pb thay đổi khi có mặt đồng thời hai kim loại này pages 291-301. 4. A.K. Singh S.B. trong đất trồng. Pb có tác dụng làm tăng khả năng hấp thu của Cu lên sinh khối củ Modelling uptake Cadmium by plant in studge treated soil, science Ltd. All right khoai tây trong khi Cu lại ức chế quá trình hấp thu và tích lũy của Pb vào sinh khối củ reserved Printed in Great Britain 09068524/98). khoai tây. - Khi trong đất trồng có mặt đồng thời Cu 5. P. Srivastava, B. Signh, M. Angove, (2005), Competitive adsorption behavior of và Zn ở cùng mức hàm lượng thì chúng cùng tăng cường lẫn nhau khả năng hấp thu heavy metals on kaolinite, Journal of Colloid and Interface Science Volume 290, lên sinh khối củ khoai tây; khi có sự chênh Issue 1, pages 239. Pandeya (1998), 209