Cadimi (Cd) trong nước tưới có thể đi vào hệ thống đất – cây và tích lũy trong phần rau được sử dụng làm thực phẩm. Nghiên cứu trên xà lách qua ba vụ canh tác cho thấy bổ sung zeolite tự nhiên vào đất giúp hạn chế đáng kể sự tích lũy Cd trong rau, trong đó mức zeolite 3% cho hiệu quả cao nhất. Kết quả cho thấy tiềm năng sử dụng zeolite như một biện pháp hỗ trợ giảm tích lũy Cd trong rau xà lách khi nguồn nước tưới bị ô nhiễm.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Cadimi (Cd) là kim loại nặng không thiết yếu đối với thực vật, có thể được cây hấp thu, tích lũy trong các mô và đi vào chuỗi thực phẩm khi hiện diện trong đất hoặc nước tưới. Đối với xà lách, nguy cơ tích lũy Cd cần được quan tâm do phần thu hoạch được sử dụng trực tiếp làm thực phẩm. Khi nguồn nước tưới chứa Cd được sử dụng lặp lại, Cd có thể liên tục được bổ sung vào hệ thống đất – cây, làm gia tăng nguy cơ tích lũy trong phần rau thu hoạch.
Trong đất, Cd tồn tại ở nhiều dạng với mức độ linh động và khả năng cây hấp thu khác nhau. Vì vậy, bên cạnh kiểm soát nguồn ô nhiễm, một hướng tiếp cận được quan tâm là sử dụng vật liệu có khả năng giữ và cố định ion kim loại, qua đó hạn chế khả năng Cd tiếp cận rễ cây. Đây là cơ sở của biện pháp cố định tại chỗ bằng vật liệu cải tạo đất (Bolan et al., 2014; Misaelides, 2011).
Zeolite là nhóm khoáng aluminosilicat có cấu trúc khung ba chiều, được hình thành từ các tứ diện [SiO4] và [AlO4] liên kết với nhau qua các nguyên tử oxy chung, tạo nên hệ thống lỗ rỗng và kênh liên thông. Sự thay thế Si4+ bởi Al3+ trong khung tạo ra điện tích âm, được cân bằng bởi các cation ngoài khung có khả năng trao đổi. Đặc điểm này tạo cho zeolite khả năng trao đổi cation và giữ một số ion kim loại. Các nghiên cứu đã công bố cho thấy zeolite có thể hấp phụ và trao đổi ion với kim loại, qua đó hạn chế sự hấp thu và tích lũy của một số kim loại nặng trong cây (Hasanabadi et al., 2015; Yi et al., 2019; Lahori et al., 2020).
Từ cơ sở đó, nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của các mức zeolite khác nhau đến hàm lượng Cd trong phần ăn được của xà lách khi sử dụng nước tưới chứa Cd qua ba vụ canh tác, qua đó xem xét tiềm năng của zeolite trong hạn chế Cd đi vào rau.
2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu và bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm được thực hiện trong nhà lưới có mái che của Khoa Tài nguyên và Môi trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Xà lách được trồng trong chậu chứa 4 kg đất, mỗi chậu trồng 2 cây và mỗi công thức được lặp lại 3 lần. Thí nghiệm được theo dõi qua ba vụ liên tiếp. Zeolite sử dụng ở dạng bột, kích thước hạt trung bình <0,01 mm, có nguồn gốc từ Tam Bổ, Di Linh, Lâm Đồng; vật liệu có pH 6,86 và dung tích trao đổi cation (CEC) 99,02 cmolc/kg.
Bốn mức zeolite được bố trí gồm: Z0 - không bổ sung zeolite (đối chứng); Z1 - zeolite 1%; Z2 - zeolite 2% và Z3 - zeolite 3% theo khối lượng đất, tương ứng 0; 40; 80 và 120 g zeolite/chậu. Zeolite được phối trộn đều với đất trước khi trồng.
2.2. Nước tưới, chỉ tiêu theo dõi và xử lý số liệu
Xà lách được tưới bằng nước có nồng độ Cd 0,1 mg/l. Lượng nước tưới thực tế cho mỗi chậu ở ba vụ lần lượt là 10,5; 10,3 và 10,2 L. Sau mỗi vụ, phần ăn được của xà lách được thu mẫu và xác định hàm lượng Cd trên cơ sở khối lượng khô.
Số liệu được tổng hợp bằng Microsoft Excel và phân tích phương sai (ANOVA) bằng phần mềm R phiên bản 4.2. Giá trị trung bình giữa các công thức được so sánh bằng phép thử Tukey ở độ tin cậy 95% (P < 0,05). Kết quả được trình bày dưới dạng giá trị trung bình ± độ lệch chuẩn (SD) của 3 lần lặp.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Zeolite làm giảm Cd tích lũy trong xà lách
Kết quả cho thấy bổ sung zeolite làm giảm hàm lượng Cd trong xà lách so với đối chứng ở cả ba vụ. Ở công thức đối chứng, hàm lượng Cd lần lượt đạt 0,63; 0,66 và 0,69 mg/kg chất khô ở vụ 1, vụ 2 và vụ 3. Với zeolite 1%, hàm lượng Cd tương ứng giảm còn 0,43; 0,55 và 0,49 mg/kg, tương đương mức giảm 31,75%; 16,67% và 28,99% so với đối chứng cùng vụ. Ở zeolite 2%, Cd trong rau còn 0,42; 0,38 và 0,40 mg/kg, tương ứng giảm 33,33%; 42,42% và 42,03%. Hiệu quả rõ nhất được ghi nhận ở zeolite 3%, khi hàm lượng Cd chỉ còn 0,27; 0,28 và 0,25 mg/kg, tương ứng giảm 57,14%; 57,58% và 63,77% ở ba vụ. Diễn biến này được thể hiện ở Hình 1.
Tính trung bình qua ba vụ, hàm lượng Cd ở công thức đối chứng đạt 0,660 mg Cd/kg chất khô. Ở các mức zeolite 1%, 2% và 3%, hàm lượng Cd trung bình lần lượt là 0,490; 0,400 và 0,267 mg/kg, tương ứng giảm 25,76%; 39,39% và 59,60% so với đối chứng. Kết quả cho thấy hiệu quả hạn chế Cd nhìn chung tăng khi tỷ lệ zeolite tăng, trong đó mức 3% cho hiệu quả cao nhất và duy trì tác động rõ qua cả ba vụ.
3.2. Cơ sở giải thích khả năng hạn chế Cd của zeolite
Khả năng làm giảm Cd trong xà lách có thể được giải thích trên cơ sở cấu trúc và đặc tính trao đổi ion của zeolite. Khung aluminosilicat mang điện tích âm do sự thay thế một phần Si4+ bằng Al3+; điện tích này được cân bằng bởi các cation ngoài khung có khả năng trao đổi. Vì vậy, Cd2+ có thể được giữ thông qua trao đổi ion và tương tác với các vị trí hấp phụ của vật liệu, làm giảm phần Cd có khả năng tiếp cận rễ. Các nghiên cứu trước đã ghi nhận zeolite có thể làm giảm tính sẵn sàng sinh học của kim loại trong đất và hạn chế sự hấp thu, tích lũy của chúng trong cây (Misaelides, 2011; Yi et al., 2019; Lahori et al., 2020).
Tuy nhiên, thí nghiệm này tập trung đánh giá hàm lượng Cd trong xà lách, không trực tiếp xác định từng cơ chế hấp phụ hay trao đổi ion ở cấp phân tử. Vì vậy, cơ chế trên được sử dụng để giải thích xu hướng kết quả dựa trên đặc tính của zeolite và các tài liệu đã công bố, thay vì được xem là bằng chứng trực tiếp từ thí nghiệm.
3.3. Ý nghĩa và giới hạn của kết quả
Một điểm đáng chú ý là zeolite 3% duy trì hiệu quả giảm Cd ở cả ba vụ, với mức giảm từ 57,14% đến 63,77% so với đối chứng cùng vụ. Điều này cho thấy vật liệu có tiềm năng hỗ trợ hạn chế Cd đi vào phần rau thu hoạch trong điều kiện Cd tiếp tục được đưa vào hệ thống qua nước tưới.
Dù vậy, zeolite không thay thế cho việc kiểm soát chất lượng nguồn nước. Mức 3% là tỷ lệ cho hiệu quả cao nhất trong điều kiện thí nghiệm chậu, không phải liều lượng khuyến cáo áp dụng trực tiếp ngoài đồng ruộng. Trước khi ứng dụng rộng rãi cần tiếp tục đánh giá trên các nền đất, mức ô nhiễm và điều kiện tưới khác nhau, đồng thời xem xét hiệu quả kinh tế, ảnh hưởng đến dinh dưỡng đất và tính bền vững của biện pháp.
4. KẾT LUẬN
Bổ sung zeolite vào đất làm giảm rõ rệt Cd tích lũy trong phần ăn được của xà lách khi sử dụng nước tưới chứa 0,1 mg/L Cd. Trong các mức được khảo sát, zeolite 3% cho hiệu quả cao nhất; tính trung bình qua ba vụ, hàm lượng Cd trong xà lách giảm 59,60% so với đối chứng. Kết quả cho thấy zeolite có tiềm năng được sử dụng như một biện pháp hỗ trợ hạn chế Cd đi vào rau. Tuy nhiên, hiệu quả này mới được xác lập trong điều kiện thí nghiệm chậu và cần tiếp tục kiểm chứng ở quy mô đồng ruộng trước khi đề xuất áp dụng trong sản xuất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Bolan, N., Kunhikrishnan, A., Thangarajan, R., Kumpiene, J., Park, J., Makino, T., Kirkham, M. B., & Scheckel, K. (2014). Remediation of heavy metal(loid)s contaminated soils—To mobilize or to immobilize? Journal of Hazardous Materials, 266, 141–166. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.12.018
Hasanabadi, T., Lack, S., Ardakani, M. R., Ghafurian, H., & Modhej, A. (2015). Effect of clinoptilolite and heavy metal application on some physiological characteristics of annual alfalfa in contaminated soil. Biological Forum – An International Journal, 7(2), 361–366.
Lahori, A. H., Mierzwa-Hersztek, M., Demiraj, E., Sajjad, R. U., Ali, I., Shehnaz, H., Aziz, A., Zuberi, M. H., Pirzada, A. M., Hassan, K., & Zhang, Z. (2020). Direct and residual impacts of zeolite on the remediation of harmful elements in multiple contaminated soils using cabbage in rotation with corn. Chemosphere, 250, 126317. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126317
Misaelides, P. (2011). Application of natural zeolites in environmental remediation: A short review. Microporous and Mesoporous Materials, 144(1–3), 15–18. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2011.03.024
Yi, N., Wu, Y., Fan, L., & Hu, S. (2019). Remediating Cd-contaminated soils using natural and chitosan-introduced zeolite, bentonite, and activated carbon. Polish Journal of Environmental Studies, 28(3), 1461–1468. https://doi.org/10.15244/pjoes/89577
TS. Nguyễn Thị Giang
Nhóm NCM Quản lý tổng hợp tài nguyên đất, nước và dinh dưỡng cây trồng