- Trang Chủ
- Nông nghiệp
- Khả năng hấp thu dinh dưỡng nitrate của bèo tấm Lemna minor L. trong điều kiện phòng thí nghiệm
Xem mẫu
- Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018
KHẢ NĂNG HẤP THU DINH DƯỠNG NITRATE CỦA BÈO TẤM LEMNA
MINOR L. TRONG ĐIỀU KIỆN PHÒNG THÍ NGHIỆM
Nguyễn Quý Hảo1, Trần Ngô Hoàng Dung1,
Bùi Thị Như Phượng2, Phan Thế Huy2, Đào Thanh Sơn1*
1
Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM
2
Viện Môi trường và Tài nguyên, ĐHQG TP.HCM
*Tác giả liên lạc: dao.son@hcmut.edu.vn
(Ngày nhận bài: 20/4/2018; Ngày duyệt đăng: 25/5/2018)
TÓM TẮT
Ô nhiễm hữu cơ, gia tăng dinh dưỡng và phú dưỡng hóa môi trường nước là vấn đề phổ
biến trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Việc sử dụng thực vật để cải thiện
chất lượng nước mặt đang là một trong những biện pháp ưu tiên lựa chọn vì sự thân
thiện về môi trường, chi phí thấp và hiệu quả cao. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đánh
giá khả năng hấp thu nitrate của bèo tấm (Lemna minor L.) có nguồn gốc từ Việt Nam
trong điều kiện phòng thí nghiệm. Kết quả cho thấy, sau 9 ngày thí nghiệm, bèo có thể
hấp thu từ 10 – 23% hàm lượng nitrate. Tuy nhiên xét theo sinh khối, khả năng hấp thu
nitrate của bèo tấm trong nghiên cứu hiện tại vào khoảng 24,87 mg nitrate/g trọng lượng
tươi bèo tấm. Tỷ lệ hấp thu nitrate rất khả quan của bèo tấm là cơ sở cho việc tiến hành
nghiên cứu ở cấp độ cao hơn (như pilot) trước khi đưa vào ứng dụng thực tiễn.
Từ khóa: Bèo tấm, nitrate, cải tạo môi trường bằng thực vật.
NITRATE UPTAKE CAPACITY OF DUCKWEED LEMNA MINOR L. UPON
THE LABORATORY CONDITIONS
, Nguyen Quy Hao1, Tran Ngo Hoang Dung1,
Bui Thi Nhu Phuong2, Phan The Huy2, Dao Thanh Son1*
1
Ho Chi Minh City University of Technology, VNU – HCM
2
Institute for Environment and Resources, VNU – HCM
*Corresponding Author: dao.son@hcmut.edu.vn
ABSTRACT
Organic pollution, nutrient increase and eutrophication of aquatic environment are
common problems in the world in general and Vietnam in particular. Phytoremediation
is one of the most priority means to improve the surface water quality because of the
friendly environment, low cost and high efficiency. In this study, we evaluated the nitrate
uptake capacity of duckweed (Lemna minor L.) from Vietnam upon the laboratory
conditions. The results showed that after 9 days of incubation, the duckweed could
uptake from 10 – 23% of the nitrate concentration. Based on the biomass, the nitrate
uptake capicity of the duckweed was around 24.87 mg nitrate/ g wet weight of the plant.
The high nitrate uptake capicity of the duckweed suggests further researches at higher
scales (e.g pilot) before application.
Keywords: Duckweed, nitrate, phytoremediation.
MỞ ĐẦU đầm lầy. Bèo tấm còn được tìm thấy ở
Bèo tấm (Lemna minor L.) loài thực vật những nơi có lượng chất dinh dưỡng cao
nước phân bố rộng khắp trên thế giới, đặc (Nitơ, Photpho) như nước thải sinh hoạt và
biệt ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt. Chúng nông nghiệp, các bể tự hoại (Lembi, 2009).
thường được tìm thấy trong các ao hồ hoặc Bèo tấm là nguồn thức ăn quan trọng cho
26
- Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018
một số thủy sinh vật như chim nước, cá và ha (100 triệu cm2) trong vòng chưa đến 50
gia cầm (FAO, 1999; APHA, 2012). Bèo ngày (FAO, 1999). Bèo tấm không cung
tấm có vai trò quan trọng trong việc khắc cấp oxy cho nước nên khi bèo phát triển
phục tình trạng dư thừa các chất dinh mạnh, che phủ bề mặt thoáng, mật độ tảo
dưỡng dạng khoáng chất trong các ao hồ trong nước thấp, và khả năng phát triển của
bằng biện pháp sinh học do chúng phát vi sinh vật hiếu khí có thể bị hạn chế. Khi
triển nhanh và hấp thụ phần lớn các chất đó, môi trường nước trở thành môi trường
này, cụ thể là các hợp chất nitơ và phospho thiếu khí, thuận lợi cho việc khử nitrate.
(Goppy & Murray, 2003). Đồng thời, việc Ô nhiễm hữu cơ là vấn đề phổ biến trong
sử dụng loài thực vật thủy sinh này để đánh các thủy vực nước ngọt ở Việt Nam.
giá chất lượng môi trường cũng đạt nhiều Hướng nghiên cứu trên bèo nói chung và
thành tựu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn bèo tấm nói riêng ở nước ta còn khiêm tốn
(Lê Hữu Thắng và Lê Huy Hoàng, 2016). và rời rạc với một số ít công trình được
Các nghiên cứu cho thấy, sự phát triển của công bố. Trần Văn Tựa và cs. (2010) và
bèo tấm bị chi phối bởi nhiều yếu tố môi Vũ Thị Nguyệt và cs. (2014) nghiên cứu
trường bao gồm ánh sáng, nhiệt độ, pH, độ sử dụng bèo tây để xử lí N và photpho
sâu vực nước, hàm lượng dinh dưỡng và trong môi trường và trong nước thải chăn
cả nồng độ kim loại. Bèo tấm có thể sống nuôi lợn sau công nghệ biogas. Gần đây,
trong khoảng nhiệt độ nước từ 6 – 33oC, Vũ Nguyên và cs. (2017) đã khảo sát sự
thích hợp nhất là 25 – 30oC. Khoảng pH phát triển của bèo dưới ảnh hưởng riêng lẻ
cho bèo tấm phát triển tốt là từ 6,5 – 7, tuy và kết hợp của hai kim loại là đồng và
nhiên bèo vẫn sống được trong khoảng pH crôm. Kết quả cho thấy sự ức chế mạnh
từ 5 – 9. Tuy vậy sự tăng trưởng của bèo của đồng đối với sự phát triển của bèo,
tấm bị ức chế trong điều kiện pH cao trong khi đó crôm kích thích sự phát triển
(FAO, 1999). Ở điều kiện thời tiết ấm, thì và sự kết hợp của hai kim loại nêu trên làm
độ sâu của nước không ảnh hưởng nhiều giảm độc tính của đồng.
đến sự sinh trưởng và phát triển của bèo Bèo tấm có ý nghĩa và vai trò quan trọng
tấm. Tuy nhiên đây lại là vấn đề lớn ở trong hệ sinh thái. Bên cạnh việc là sinh
những vùng có khí hậu nóng hoặc lạnh, vì vật sản xuất, bèo tấm còn cho thấy tiềm
nhiệt độ nước sẽ biến động rất lớn và năng rất lớn trong việc làm sạch môi
không giữ được ở khoảng nhiệt độ tối thích trường nước. Môi trường nước ở Việt
(Zhang và cộng sự, 2014). Nam, nhìn chung, đã và đang bị ô nhiễm
Bèo tấm có khả năng loại bỏ hiệu quả nitơ hữu cơ. Nhiều nghiên cứu về khả năng xử
(N) trong nước thông qua quá trình hấp thụ lí nitơ của bèo tấm đã được công bố trên
dinh dưỡng và tích lũy chúng trong tế bào thế giới, nhưng còn hạn chế ở Việt Nam.
(chủ yếu dưới dạng protein). Hàm lượng N Mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá
trong bèo tấm có thể chiếm đến 5,9% khối khả năng hấp thu nitơ của bèo tấm có
lượng khô. Cơ chế tách hợp chất nitơ của nguồn gốc Việt Nam trong điều kiện
các loài thực vật thủy sinh nói chung và phòng thí nghiệm.
bèo tấm nói riêng được thực hiện qua 3 quá
trình: hấp thụ tạo thành sinh khối bèo, bay VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
hơi amoniac, nitrate hóa kết hợp khử Vật liệu
nitrate. Nhờ tốc độ phát triển nhanh chóng, Bèo tấm được thu từ ao trồng rau nhút kết
sau một thời gian ngắn, bèo tấm sẽ phủ kín hợp nuôi cá ở Quận 12, thành phố Hồ Chí
toàn bộ mặt thoáng. Nếu được nuôi ở điều Minh (Vũ Nguyên và cs., 2017). Loài bèo
kiện thích hợp, từ diện tích che phủ ban tấm (Lemna minor L.) đang được nuôi duy
đầu 10 cm2, bèo tấm có thể tăng sinh khối trì tại Module Độc học Sinh thái, Khoa
gấp 10 triệu lần và che phủ một diện tích 1 Môi trường và Tài nguyên, trường Đại học
27
- Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018
Bách Khoa TP.HCM. Bèo được nuôi trong Bình thứ 2 chứa 300 mL môi trường Z8 và
môi trường nhân tạo Z8 (Kotai, 1972) ở 150 cây bèo. Một bình khác chỉ chứa 300
điều kiện phòng thí nghiệm với nhiệt độ 27 mL môi trường Z8 và không có bèo, cũng
± 2°C, pH = 7, cường độ ánh sáng khoảng được tiến hành song song nhằm để kiểm
3.000 Lux tại bề mặt nước và chu kỳ sáng chứng sự thay đổi của nitrate (trong Z8)
tối là 12h sáng: 12h tối (Khellaf và trong điều kiện không có bèo. Thí nghiệm
Zerdaoui, 2009; APHA, 2012). được tiến hành trong điều kiện phòng thí
Thiết kế thí nghiệm và phân tích nitrate nghiệm như đề cập phần trên và kéo dài
Trong nghiên cứu, thí nghiệm được thiết trong 9 ngày, vì đến ngày cuối cùng (ngày
kế bao gồm môi trường Z8 có cho thêm thứ 9) số cây bèo đã đủ nhiều để che phủ
bèo. Hai bình thí nghiệm được chuẩn bị và gần như toàn bộ bề mặt của bình thí
tiến hành song song, bình thứ nhất chứa nghiệm (Hình 1).
250 mL môi trường Z8 và 125 cây bèo.
Hình 1. Bèo tấm (duckweed) trong bình thí nghiệm vào ngày thứ 5 (A) và ngày thứ 9 (B)
Mẫu nước dùng khảo sát hàm lượng nitrate Việc xác định hàm lượng nitrate được thực
(50 mL) cho thí nghiệm được thu 3 lần vào hiện theo phương pháp TCVN 6180:1996.
ngày bắt đầu (ngày 1) ngày thứ 5 và ngày Cụ thể chuẩn bị dãy nồng độ chuẩn (Bảng
kết thúc thí nghiệm (ngày thứ 9). Số cây 1), và thực hiện phân tích mẫu bao gồm
bèo trong bình thí nghiệm vào các thời các bước: lấy mẫu cho vào cốc thêm vào
điểm 5 ngày và 9 ngày của thí nghiệm đó dung dịch natri nitrua và axit acetic, để
cũng được ghi nhận. Trọng lượng trung yên ít nhất 1 phút và sau đó để bay hơi hỗn
bình của một cây bèo cũng được xác định hợp cho đến khô trong nồi cách thủy. Các
bằng cách cân ngẫu nhiên 30 cây bèo (mỗi nồng độ pha dùng để dựng đường chuẩn
cây 2 lá) từ các lô của thí nghiệm. được thể hiện trong Bảng 1 sau.
Bảng 1. Các nồng độ pha dùng để dựng đường chuẩn
Mẫu 0 1 2 3 4 5
Thể tích dd chuẩn 1mg/L (mL) 0 1 2 3 4 5
Nước cất không chứa NO3- (mL) 25 24 23 22 21 20
Nồng độ N-NO3- (mg/L) 0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20
Tiếp theo, cách bước thực hiện của phân mẫu và cho bay hơi hỗn hợp tới khô lần
tích được tiến hành bao gồm: (i) thêm 1 nữa; (ii) lấy cốc ra khỏi nồi cách thuỷ, để
mL dung dịch natri salixylat, trộn đều với nguội đến nhiệt độ phòng; (iii) thêm 1 mL
28
- Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018
axit sunfuric lắc nhẹ cho hoà tan cặn trong đáng kể giữa nghiên cứu hiện tại và nghiên
cốc, để hỗn hợp lắng trong 10 phút; (iv) cứu trước đây của Vũ Thị Nguyệt và cs.
thêm 10 ml nước, tiếp theo là 10 ml dung (2014) rất có thể do nhiều lý do như sau
dịch kiềm; (v) chuyển hỗn hợp sang bình (1) sự khác biệt về đối tượng thực vật (bèo
định mức 25ml và đặt bình này vào nồi tấm và bèo tây) dùng để xử lý dinh dưỡng;
cách thuỷ ở 25ºC trong 10 phút sau đó lấy (2) quy mô nghiên cứu (phòng thí nghiệm
bình ra, thêm nước đến vạch 25ml; (vi) lắc và pilot); và (3) bản chất nước chứa dinh
đều và đo màu ở bước sóng 415nm. Dựa dưỡng (môi trường Z8 nhân tạo và chất
vào phương trình đường chuẩn đã lập trên thải nuôi heo sau phân giải bởi vi sinh vật).
máy để tính toán ra kết quả cuối cùng của Các loài thực vật khác nhau thường có nhu
mẫu thí nghiệm. cầu dinh dưỡng, khả năng chuyển hóa
nitrate khác nhau. Bèo tây có kích thước
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN lớn kèm bộ rễ phát triển mạnh nên khả
Sự phát triển của bèo tấm và thay đổi năng sử dụng dinh dưỡng trong nước sẽ
nồng độ nitrate trong thí nghiệm cao hơn bèo tấm, nếu xét ở đơn vị là cá thể/
Số cây bèo tấm trong các lô của thí cây. Bên cạnh đó, nước thải nuôi heo trong
nghiệm, gia tăng từ 150 lên 402 cây và từ nghiên cứu của Vũ Thị Nguyệt và cs.
125 lên 363 cây (Bảng 2). Nhìn chung sự (2014) chứa phần lớn amonium và phần
gia tăng này không quá nhanh nếu so với nhỏ là nitrate; còn môi trường Z8 chỉ chứa
kết quả trong nghiên cứu trước đây của Vũ nitrate trong khi đó amonium là nguồn
Nguyên và cs. (2017). Rất có thể số lượng dinh dưỡng nitơ được các các cây họ bèo
cây bèo khi bắt đầu thí nghiệm và diện tích thích sử dụng hơn (Fang et al., 2007).
mặt thoáng có ảnh hưởng lên tốc độ phân Trong điều kiện pilot và có dòng chảy
chia cây bèo trong điều kiện phòng thí (không quá mạnh) liên tục (Vũ Thị Nguyệt
nghiệm. Điều này cần được nghiên cứu kỹ và cs., 2014), sự phát triển của thủy thực
hơn để xác định sự ảnh hưởng (nếu có) vật tốt hơn là điều kiện nước tĩnh (nghiên
mang tính định lượng. cứu hiện tại), góp phần làm gia tăng khả
Hàm lượng nitrate trong bình chứa môi năng hấp thu dinh dưỡng của thực vật. Sau
trường Z8 và không có bèo tấm, không bị cùng, nước thải nuôi heo sau phân giải bởi
suy giảm. Hàm lượng nitrate trong hai vi sinh vật chứa hỗn hợp dinh dưỡng và vi
bình thí nghiệm giảm chậm trong 5 ngày sinh vật (trong nghiên cứu của Vũ Thị
đầu của thí nghiệm, từ 1 – 2 mg/L. Tuy Nguyệt và cs., 2014), trong khi đó môi
nhiên những ngày sau đó, hàm lượng trường Z8 (nhân tạo) của nghiên cứu hiện
nitrate giảm nhiều hơn, từ 4 – 10 mg/L tại, không có (rất ít) các vi sinh vật. Các vi
(Bảng 2). Xét theo sự thay đổi nồng độ sinh vật trong nước sẽ (i) hấp thu dinh
nitrate trong thí nghiệm thì tỷ lệ nitrate dưỡng (bao gồm cả N) trong quá trình phát
được bèo hấp thu là không cao, từ 10 – triển và (ii) có thể chuyển hóa N ở dạng
23%. Tỷ lệ này còn rất thấp so với tỷ lệ xử hợp chất (nitrate, amonium, nitrite) thành
lý tổng nitơ của bèo tây (Eichhornia khí nitơ, giải phóng vào không khí, từ đó
crassipes) trong nghiên cứu mức độ pilot dẫn đến việc giảm nhanh hơn hàm lượng
với nước thải nuôi heo, lên đến 65% (Vũ dinh dưỡng (N) trong môi trường nước.
Thị Nguyệt và cs., 2014). Sự khác biệt
Bảng 2. Sự thay đổi số cây bèo và hàm lượng nitrate trong thí nghiệm
Bình thí nghiệm/thể tích Ngày thí Số cây Nồng độ nitrate tính
môi trường Z8 nghiệm bèo theo N (N-NO3- mg/L)
1/300 mL 1 150 47
5 245 45
9 402 36
29
- Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018
2/250 mL 1 125 47
5 285 46
9 363 42
Khả năng hấp thu nitrate của bèo tấm tin về khả năng hấp thu N của bèo tấm
Kết quả cân trọng lượng tươi và tính toán (Lemna minor) tính trên đơn vị trọng
trung bình (n = 30) cho kết quả, trọng lượng tươi của bèo, theo hiểu của chúng
lượng tươi trung bình 1 cây bèo là 0,827 ± tôi, đến nay là chưa có. Vì vậy cần có
0,102 mg. Như vậy, nếu xét về khả năng nghiên cứu và tính toán khả năng hấp thu
hấp thu nitrate của bèo tấm dựa vào số của riêng lẻ từng loài thủy thực vật để đánh
lượng cây bèo và thay đổi nồng độ nitrate giá hiệu quả xử lý dinh dưỡng trước khi
trong Bảng 2, khả năng hấp thu nitrate của đưa vào ứng dụng trong điều kiện cụ thể.
bèo tấm trong nghiên cứu hiện tại vào Kết quả của nghiên cứu này cho thấy tỷ lệ
khoảng 24,87mg nitrate/g trọng lượng tươi hấp thu nitrate rất khả quan của bèo tấm,
bèo tấm. Goopy và Murray (2003) cho biết làm cơ sở cho việc tiến hành nghiên cứu ở
khả năng hấp thu dinh dưỡng N của các cấp độ cao hơn (như pilot) trước khi đưa
cây thuộc họ bèo (Lemnaceae) có thể lên vào ứng dụng thực tiễn.
đến 6.110 kg N/ha/ năm. Tuy nhiên, thông
Bảng 3. Khả năng hấp thu nitrate của bèo trong thí nghiệm
Bình thí nghiệm/thể tích Khả năng hấp thu nitrate của bèo
môi trường Z8 (mg nitrate/g trọng lượng bèo tươi)
5 ngày thí nghiệm 9 ngày thí nghiệm
1/300 mL 9,87 33,08
2/250 mL 4,24 16,65
Trung bình 7,05 24,87
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ khả năng hấp thu nitrate của bèo tấm trong
Lần đầu tiên, bèo tấm (Lemna minor L.) có nghiên cứu hiện tại vào khoảng 24,87 mg
nguồn gốc từ Việt Nam được sử dụng để nitrate/g trọng lượng tươi bèo tấm. Cần có
đánh giá khả năng hấp thu, cải thiện hàm nghiên cứu sâu rộng hơn trong tương lai và
lượng dinh dưỡng nitrate trong điều kiện tính toán khả năng hấp thu của riêng lẻ
phòng thí nghiệm. Nhờ vào sự hấp thu của từng loài thủy thực vật để đánh giá hiệu
bèo tấm, hàm lượng nitrate trong môi quả xử lý dinh dưỡng trước khi đưa vào
trường nhân tạo (Z8) giảm chậm trong 5 ứng dụng trong điều kiện cụ thể.
ngày đầu của thí nghiệm (từ 1 – 2 mg/L) Lời cảm ơn
nhưng tăng lên trong 4 ngày sau cùng của Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trường
thí nghiệm (4 – 10 mg/L). Xét theo sự thay Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia
đổi nồng độ nitrate trong thí nghiệm thì tỷ TP.HCM thông qua đề tài sinh viên nghiên
lệ nitrate được bèo hấp thu là không cao, cứu khoa học mã số SVCQ-2017-
từ 10 – 23%. Tuy nhiên xét theo sinh khối, MT&TN-49.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION (APHA), 2012. Standard methods
for the examination of water and wastewater. Washington DC.
FANG, Y.Y., BABOURINA, O., RENGEL, Z., YANG, X.E., PU, P.M., 2007.
Ammonium and nitrate uptake by the floating plant Landoltia punctata. Annals of
Botany 99 (2), 365-370.
30
- Chuyên san Phát triển Khoa học và Công nghệ số 4 (2), 2018
FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONS
(FAO), 1999. Duckweed: A tiny aquatic plant with enormous potential for
agriculture and environment. Roma, Italy FAO Publications.
KOTAI, J., 1972. Instructions for preparation of modified nutrient solution Z8 for algae.
Norwegian Institute for Water research, Oslo B-11/69, 1-5.
LÊ HỮU THẮNG, LÊ HUY HOÀNG, 2016. Xác định hàm lượng một số kim loại nặng
trong bèo tây, rong đuôi chồn và rong xương cá tại 3 nguồn nước ở thành phố
Thái Nguyên. Tạp chí Khoa học và Công nghệ 59 (11), trang 28.
TRẦN VĂN TỰA, NGUYỄN VĂN THỊNH, TRẦN THỊ NGÁT, NGUYỄN TRUNG
KIÊN, 2010. Khả năng loại bỏ một số yếu tố phú dưỡng môi trường nước của cây
bèo tây. Tạp chí Khoa học và Công nghệ 48 (4A), 408-415.
VŨ NGUYÊN, TRỊNH HOÀNG PHÚC, HỒ DIỄM CHÂU, ĐẶNG VĂN SƠN, ĐÀO
THANH SƠN, 2017. Sự phát triển của bèo tấm, Lemna minor L., phơi nhiễm với
đồng và crôm trong điều kiện phòng thí nghiệm. Article of Science and Technology
Development 3(1), 47-53.
VŨ THỊ NGUYỆT, TRẦN VĂN TỰA, NGUYỄN TRUNG KIÊN, ĐẶNG ĐÌNH KIM,
2014. Nghiên cứu sử dụng bèo tây Eichhornia crassipes (Mart.) Solms để xử lý
nitơ và phốtpho trong nước thải chăn nuôi lợn sau công nghệ biogas. Tạp chí Sinh
học 37 (1), 53-59.
31
nguon tai.lieu . vn
