Giảm thiểu lượng cadimi trong cây lúa, bắp và đậu xanh trồng trên đất An Phú, tỉnh An Giang

Journal of Science – 2015, Vol.7 (3), 94 – 104<br /> <br /> Part C: Agricultural Sciences, Fisheries and Biotechnology<br /> <br /> GIẢM THIỂU LƯỢNG CADIMI TRONG CÂY LÚA, BẮP VÀ ĐẬU XANH TRỒNG TRÊN<br /> ĐẤT AN PHÚ, TỈNH AN GIANG<br /> Nguyễn Văn Chương1<br /> 1<br /> <br /> TS. Trường Đại học An Giang<br /> <br /> Thông tin chung:<br /> Ngày nhận bài: 10/03/15<br /> Ngày nhận kết quả bình duyệt:<br /> 18/06/15<br /> Ngày chấp nhận đăng : 08/15<br /> <br /> ABSTRACT<br /> <br /> An experiment was conducted to investigate the effect of lime and intermittent and<br /> continuous flooding (for rice) on the concentration of cadmium (Cd) in rice, maize<br /> and green beans in greehouses. Thee plants were grown in Cd Contaminated soils<br /> spiked with two levels of lime (5 ton limes /ha) amendments. It was found that<br /> Title:<br /> application of lime into Cd contaminated soils reduced the Cd uptake effectively.<br /> Study on reducing of rice, maize<br /> Both 5 ton limes /ha and 10 ton limes /ha level similarly decreased from 38,4% to<br /> and mung beans uptake of<br /> 74,8% in shoots, and 21,2 % - 86,3% in grains compared to control with the<br /> cadmium in An Phu district, An<br /> highest rate of lime (10 ton limes /ha). Growth parameters of three plants<br /> Giang province<br /> increased significantly (0,15% - 40,7%) with the 5 ton limes /ha and decreased in<br /> Từ khóa:<br /> the 10 ton limes /ha. In rice treatments, intermittent flooding decreased a Cd<br /> Cadimi (Cd), vôi, khô ngập luân<br /> phiên, ngập liên tục, lúa, bắp, đậu concentration and increased a biomass in both shoot and grain compared to<br /> continuous flooding. The results imply that 5 ton limes /ha and intermittent<br /> xanh<br /> flooding in rice cultivation could be used in Cd contaminated soils to reduce Cd<br /> Keywords:<br /> uptake by agricultural crops.<br /> Cadminium, lime, intermittent<br /> flooding, continuous flooding,<br /> TÓM TẮT<br /> rice, maize, green beans<br /> Nghiên cứu đã được tiến hành để điều tra tác động của vôi kết hợp với canh tác<br /> tiết kiệm nước (đối với cây lúa) vào việc giảm thiểu sự hấp thu Cd của cây lúa,<br /> bắp và đậu xanh khi trồng trên đất ô nhiễm Cd trong điều kiện nhà lưới. Ba loại<br /> cây được trồng trên đất ô nhiễm Cd có bổ sung vôi ở hai cấp độ bón vôi 5 và 10<br /> tấn/ha. Bón vôi vào đất ô nhiễm Cd đã làm giảm nồng độ Cd trong thân và hạt của<br /> ba loại cây trồng. Nồng độ Cd trong các nghiệm thức bón vôi 5 tấn/ha, 10 tấn/ha<br /> giảm từ 38,4% đến 74,8% trong thân và 21,2% đến 86,3% trong hạt so với mẫu<br /> đối chứng (không bón vôi) cho tất cả các loại cây trồng. Các thông số tăng trưởng<br /> của ba loại cây trồng tăng lên đáng kể (0,15% - 40,7%) ở mức độ 5 tấn/ha và<br /> giảm ở mức độ 10 tấn/ha. Đối với cây lúa, kỹ thuật canh tác tiết kiệm nước thì<br /> lượng Cd trong thân, hạt đều thấp và sinh khối thân và hạt thì cao hơn so với ngập<br /> liên tục. Từ kết quả này cho thấy bón vôi 5 tấn/ha và kết hợp canh tác tiết kiệm<br /> nước đối với cây lúa là thích hợp cho việc ứng dụng để giảm thiểu sự hấp thu của<br /> cây trồng trên đất ô nhiễm Cd.<br /> <br /> 94<br /> <br /> Journal of Science – 2015, Vol.7 (3), 94 – 104<br /> <br /> Part C: Agricultural Sciences, Fisheries and Biotechnology<br /> <br /> khác đã được tìm thấy khi bón kẽm với phân bón<br /> đã giảm mạnh sự hấp thu Cadimi của rau diếp<br /> (Chaney và cs., 2009).<br /> <br /> 1. GIỚI THIỆU<br /> Những hoạt động của ngành công nghiệp và phát<br /> triển nông nghiệp thường là nguyên nhân gây ra ô<br /> nhiễm kim loại vào trong đất. Trong điều kiện tự<br /> nhiên, nồng độ của các kim loại nặng, đặc biệt là<br /> Cd trong đất là thấp, ngoại trừ trong những nguồn<br /> gốc từ đá phiến sét (Alloway và cs., 1991). Lượng<br /> Cd có thể được đưa vào đất thông qua con người<br /> bằng nhiều con đường như nước thải công nghiệp,<br /> bón bùn thải trong sản xuất nông nghiệp (Duquet<br /> và cs., 1991) và việc bón các loại phân bón giá rẻ<br /> (Singh và cs., 1995). Thâm canh tăng vụ cùng với<br /> sử dụng nhiều loại phân lân có khả năng nhiễm<br /> Cd lên các hệ sinh thái khu vực (Bennet và cs.,<br /> 1999), vì phân lân luôn chứa một lượng Cd nhất<br /> định (Lê Văn Khoa và cs., 1999). Cadimi không<br /> phải là một kim loại có ích cho sinh vật và nó độc<br /> hại đối với con người ở nồng độ thấp hơn so với<br /> cây trồng. Ảnh hưởng của nó đối với con người là<br /> tích lũy. Cây trồng trên đất bị ô nhiễm Cd là một<br /> trong những nguồn vận chuyển Cd vào con người<br /> (Singh & Mclaughlin, 1999). Giới hạn nồng độ<br /> Cd trong đất liên quan đến việc giảm sinh khối<br /> cho phần lớn các loại cây nông nghiệp được báo<br /> cáo là từ 5 đến 15 mg Cd/kg (Simon, 1998). Khi<br /> thêm 4 mg Cd/kg vào trong đất trồng rau diếp cá<br /> thì năng suất rau giảm sự 23% (Sadana và cs.,<br /> 1987).<br /> <br /> Một số nhà khoa học phát hiện ra rằng bón MgO<br /> vào đất lúa bị nhiễm Cd đã giảm sự hấp thu Cd<br /> của cây lúa một cách hiệu quả (Kikuchi và cs.,<br /> 2008). Hiệu quả là do tăng pH của đất và làm<br /> giảm tính di động Cd. Sự gia tăng độ pH do bón<br /> vôi nhằm tạo phức với ion Cd2+ ở dạng<br /> Cd(OH)+.Cd(OH)+ có áp lực mạnh để cố định Cd<br /> trong đất hơn so với dạng ion Cd2+ (Cavallaro và<br /> cs., 1980; Elliott và cs., 1986).<br /> Nghiên cứu này được thực hiện nhằm mục đích:<br /> (i) Khảo sát sự tác động của vôi đến pH đất trồng<br /> lúa, bắp và đậu xanh; (ii) Khảo sát khả năng giảm<br /> thiểu sự hấp thu Cd của cây trồng bằng biện pháp<br /> bón vôi và canh tác khô ngập luân phiên trên cây<br /> lúa; (iii) Khảo sát ảnh hưởng của việc bón vôi và<br /> canh tác khô ngập luân phiên trên cây lúa đến sự<br /> phát triển và sinh khối của cây trồng.<br /> 2.<br /> <br /> PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> <br /> 2.1. Vị trí bố trí thí nghiệm<br /> Thí nghiệm trong nhà lưới được thực hiện tại viện<br /> lúa Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), đất thí<br /> nghiệm được lấy từ xã Long Bình, huyện An Phú,<br /> tỉnh An Giang.<br /> Đất thí nghiệm nhà lưới gồm đất trồng màu và đất<br /> trồng lúa trong đê bao, thí nghiệm trên 3 loại cây<br /> trồng gồm lúa, bắp và đậu xanh.<br /> <br /> Vì vậy, thật cần thiết để phát triển các kỹ thuật xử<br /> lý và cố định các kim loại nặng tại chỗ một cách<br /> hiệu quả với chi phí thấp (Wenzel và cs.,1999).<br /> Một cách tiếp cận theo hướng này là để kim loại<br /> cố định trong đất bằng cách sử dụng các chất bổ<br /> sung khác nhau. Vôi, phốt phát, hoặc dư lượng<br /> chất hữu cơ thường được sử dụng để cố định kim<br /> loại trong đất (Bolan và cs., 2003). Vôi thường<br /> được lựa chọn bởi vì nó làm cho kim loại giảm<br /> tính khả dụng sinh học. Bón vôi là một thực tế nổi<br /> tiếng để kiểm soát sự hấp thu của Cd bởi các cây<br /> trồng (Leeper, 1978; Chen và cs., 1980). Việc bổ<br /> sung vôi làm giảm nồng độ Cd trong hạt lúa đến<br /> 25% (Cattani và cs., 2008). Trong một thí nghiệm<br /> <br /> 2.2. Phương tiện<br /> Thời gian thực hiện trong nhà lưới từ tháng 3 đến<br /> tháng 6 năm 2013. Mẫu được phân tích từ tháng 6<br /> năm 2013 đến tháng 7 năm 2013 tại phòng thí<br /> nghiệm, Trường Đại học An Giang.<br /> 2.3. Đối tượng nghiên cứu<br /> Ba loại cây trồng được sử dụng trong thí nghiệm<br /> này dựa vào các giống mà nông dân An Phú đang<br /> sử dụng hiện nay. Giống lúa dùng thí nghiệm là<br /> lúa IR50404, giống ngô lai DK 9955 và giống đậu<br /> 95<br /> <br /> Journal of Science – 2015, Vol.7 (3), 94 – 104<br /> <br /> Part C: Agricultural Sciences, Fisheries and Biotechnology<br /> <br /> xanh DX 208. Sử dụng vôi (CaO) để bón cho cả<br /> 03 loại cây trồng.<br /> <br /> Chỉ tiêu theo dõi là hàm lượng Cd trong thân, hạt<br /> và chiều cao cây, sinh khối thân, hạt sau khi thu<br /> hoạch. Phân tích mẫu thí nghiệm tại phòng thí<br /> nghiệm của Trường Đại học An Giang.<br /> <br /> 2.4. Phương pháp<br /> 2.4.1. Bố trí thí nghiệm<br /> <br /> 2.4.2. Phương pháp phân tích<br /> <br /> Thí nghiệm được thực hiện trong nhà lưới tại viện<br /> lúa ĐBSCL trên đất trồng màu và trồng lúa trong<br /> đê bao, tại xã Long Bình, huyện An Phú, tỉnh An<br /> Giang từ tháng 3 đến tháng 6 năm 2013. Bố trí thí<br /> nghiệm hoàn toàn ngẫu nhiên, với 3 nhân tố là cây<br /> lúa, cây bắp và cây đậu xanh, cùng 03 nghiệm<br /> thức đối chứng không bón vôi, bón vôi 5 tấn /ha,<br /> bón vôi 10 tấn /ha và 4 lần lặp lại trên 02 loại đất<br /> trồng. Lượng vôi sử dụng được tham khảo theo<br /> kết quả nghiên cứu của Brallier và cs., (1996);<br /> Tan Wan Neng và cs., (2011) và phân bón được<br /> khuyến cáo theo 3 giai đoạn 8, 22, 44 NSS theo<br /> tổng lượng phân là 100N- 60P2O5 - 30K2O kg/ha.<br /> <br /> Xác định hàm lượng Cd trong mẫu thực vật: Mẫu<br /> đất được phơi khô ở nhiệt độ phòng, đất được<br /> nghiền qua rây 0,5 mm, sau đó công phá bằng<br /> HNO3, HClO4 trong lò vi sóng MW600 của hãng<br /> AURORA và hàm lượng Cd được xác định bằng<br /> phương pháp hấp thu quang phổ lò graphic, khả<br /> năng phát hiện kim loại nặng của máy với nồng<br /> độ là 1 phần tỉ. pH đất được đo bằng máy đo pH<br /> (Eutech pH 510, Eutech, Singapore) với tỷ lệ đất:<br /> nước là 1:2,5 (w /v).<br /> <br /> 2.5. Thang đánh giá<br /> Bảng 1. Giới hạn hàm lượng của Cadimi trong thực phẩm (QCVN 8-2:2011/BYT). Đơn vị tính: mg/kg<br /> <br /> Rau họ đậu<br /> <br /> Rau ăn củ và ăn rễ<br /> <br /> Gạo trắng<br /> <br /> Các loại rau, quả khô<br /> <br /> 0,1<br /> <br /> 0,1<br /> <br /> 0,4<br /> <br /> -<br /> <br /> Bảng 2. Giới hạn hàm lượng tổng số Cadimi trong đất, nước (QCVN 03:2008/BTNMT). Đơn vị tính: mg/kg đất khô<br /> <br /> Đất<br /> <br /> Đất<br /> <br /> Đất<br /> <br /> Đất<br /> <br /> nông nghiệp<br /> <br /> lâm nghiệp<br /> <br /> dân sinh<br /> <br /> thương mại<br /> <br /> công nghiệp<br /> <br /> 2<br /> <br /> 3.<br /> <br /> Đất<br /> <br /> 2<br /> <br /> 5<br /> <br /> 5<br /> <br /> 10<br /> <br /> ngoài đê là 6,79), EC đất An Phú có giá trị thấp (<<br /> 200 µS/cm), dung lượng trao đổi (CEC) cho cả<br /> hai loại đất đều thấp (CEC là 6,80 và 7,70<br /> meq/100g), theo đánh giá của Metson (1961) thì<br /> hàm lượng chất hữu cơ trong đất tính theo %C<br /> tương đối thấp là 1,98 và 3,36 (< 4), lân tổng số<br /> trong đất khá giàu (> 0,1%). Tuy nhiên hàm lượng<br /> lân dễ tiêu ở dạng trung bình (< 50 mg/kg). Trong<br /> đất có thể chứa một lượng Cd trung bình khoảng<br /> 0,1 mg/kg hình thành từ các quá trình phong hóa<br /> các khoáng chất dọc theo các sông lớn ở ĐBSCL,<br /> <br /> KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> <br /> 3.1. Đặc tính đất vùng nghiên cứu<br /> Đất tại xã Long Bình chủ yếu là đất thịt và đất sét<br /> (43,2%, 41,6% đối với đất sét, đất thịt là 55,2%,<br /> 56,0% lần lượt đất lúa và đất màu). Ngược lại tỉ lệ<br /> đất cát rất thấp chỉ từ 1,63% đến 2,46% trong<br /> thành phần cơ cấu của đất lúa cũng như đất màu<br /> (Bảng 3).<br /> Từ kết quả Bảng 3 cho thấy, đất An Phú có pH<br /> gần trung tính (đất trong đê có pH là 6,22 và đất<br /> 96<br /> <br /> Journal of Science – 2015, Vol.7 (3), 94 – 104<br /> <br /> Part C: Agricultural Sciences, Fisheries and Biotechnology<br /> <br /> đặc biệt là vùng tiếp giáp với biên giới<br /> Campuchia, nơi sự bồi lắng trầm tích mỗi năm rất<br /> nhiều có thể đưa đến nguy cơ ô nhiễm Cd rất cao.<br /> Bảng 3. Các đặc tính hóa lý của đất thí nghiệm<br /> Loại đất<br /> <br /> EC<br /> pH<br /> <br /> CEC<br /> <br /> P2O<br /> <br /> C<br /> <br /> P dễ tiêu,<br /> <br /> Cd<br /> <br /> mg/kg<br /> <br /> µg/kg<br /> <br /> Thành phần cơ giới (%)<br /> <br /> 5<br /> <br /> µS/cm<br /> <br /> meq/100<br /> g<br /> <br /> %<br /> <br /> (%)<br /> <br /> Sét<br /> <br /> Thịt<br /> <br /> Cát<br /> <br /> Đất trong đê<br /> <br /> 6,22<br /> <br /> 71,6<br /> <br /> 6,80<br /> <br /> 1,98<br /> <br /> 0,10<br /> <br /> 10,8<br /> <br /> 230<br /> <br /> 43,2<br /> <br /> 55,2<br /> <br /> 1,63<br /> <br /> Đất ngoài đê<br /> <br /> 6,79<br /> <br /> 62,6<br /> <br /> 7,70<br /> <br /> 3,36<br /> <br /> 0,11<br /> <br /> 11,6<br /> <br /> 134<br /> <br /> 41,6<br /> <br /> 56,0<br /> <br /> 2,46<br /> <br /> Theo WHO (1992) thì hàm lượng Cd trung bình<br /> trong đất ở những vùng không có sự hoạt động<br /> của núi lửa biến động từ 0,01 đến 1,0 mg/kg, ở<br /> những vùng có sự hoạt động của núi lửa hàm<br /> lượng này có thể lên đến 4,5 mg/kg. Hàm lượng<br /> Cd trung bình trong đất An Phú có nồng độ là 230<br /> µg/kg đối với đất trong đê và 134 µg/kg đối với<br /> đất ngoài đê (Bảng 1) còn rất thấp so với tiêu<br /> chuẩn đất nông nghiệp Việt Nam (TCVN:2002, <<br /> 2 mg/kg), Châu Âu (EC directive, 1 - 3 mg /kg) và<br /> phù hợp với nghiên cứu Nguyễn Hữu On (2003)<br /> là 120 µg/kg trên đất trồng lúa và trên đất trồng<br /> màu là 146 µg/kg ở ĐBSCL (Huỳnh Trí Thành,<br /> 2004).<br /> <br /> Bón vôi không chỉ làm giảm độ chua của đất, mà<br /> còn làm thay đổi thành phần cation trong dung<br /> dịch đất và trong phức hệ hấp thụ của đất, ảnh<br /> hưởng đến tính linh động của các chất dinh dưỡng<br /> mà vôi còn cung cấp trực tiếp một số nguyên tố<br /> dinh dưỡng cho cây trồng (N.X. Cự, 2008).<br /> Pepper và cs., (1983) khẳng định sự hút thu Cd<br /> của cây trồng giảm khi pH tăng lên từ 5,5 – 7,5 và<br /> kết quả hút Cd trên cây lúa mì cũng cho kết quả<br /> tương tự (Bingham và cs., 1996).<br /> Kết quả phân tích đất trước thí nghiệm cho thấy<br /> có sự khác biệt về pH giữa ba loại đất thí nghiệm<br /> trong đó đất thu tại An Phú ngoài đê có pH cao<br /> nhất là 6,84 khác biệt so với đất An Phú trong đê<br /> và đất Thới Lai có pH lần lượt là 6,43 và 5,94<br /> (Bảng 4).<br /> <br /> 3.2. Khả năng giảm thiểu Cd trong cây lúa,<br /> bắp, đậu xanh<br /> 3.2.1. pH đất trước và sau khi thí nghiệm ở các<br /> nghiệm thức khác nhau.<br /> Bảng 4. pH đất trước thí nghiệm<br /> <br /> Đất<br /> <br /> pH đất trước thí nghiệm<br /> <br /> An Phú trong đê<br /> <br /> 6,43 b<br /> <br /> An Phú ngoài đê<br /> <br /> 6,84 a<br /> <br /> CV (%)<br /> <br /> 1,9<br /> <br /> F<br /> <br /> **<br /> <br /> 97<br /> <br /> Journal of Science – 2015, Vol.7 (3), 94 – 104<br /> <br /> Part C: Agricultural Sciences, Fisheries and Biotechnology<br /> <br /> 10,0<br /> pH đất sau thí nghiệm<br /> <br /> 9,0<br /> <br /> 7,5a<br /> <br /> 7,2a 7,3a<br /> <br /> 8,0<br /> <br /> 6,3 b<br /> <br /> 6,8b<br /> <br /> 7,2c<br /> <br /> 7,6b 7,8a<br /> <br /> 7,8b<br /> <br /> 8,3a<br /> <br /> 6,9c<br /> <br /> 6,1c<br /> <br /> 7,0<br /> 6,0<br /> <br /> Không vôi<br /> <br /> 5,0<br /> <br /> Vôi 5 tấn/ha<br /> <br /> 4,0<br /> <br /> Vôi 10 tấn/ha<br /> <br /> 3,0<br /> 2,0<br /> 1,0<br /> 0,0<br /> Lúa CF<br /> <br /> Bắp<br /> <br /> Lúa AWD<br /> <br /> Đậu<br /> <br /> Hình 1. Ảnh hưởng của liều lượng vôi lên pH đất sau thí nghiệm<br /> *Chú thích: -CF: Canh tác lúa ngập liên tục; - AWD: Canh tác lúa khô ngập luân phiên<br /> <br /> Có sự khác biệt rõ nét về pH trong đất giữa các<br /> nghiệm thức bón vôi với liều lượng khác nhau,<br /> pH đất trung bình đạt cao nhất ở các nghiệm thức<br /> bón vôi 10 tấn/ha, cao hơn khác biệt ở mức 1% so<br /> với nghiệm thức bón vôi 5 tấn/ha và đối chứng<br /> không bón vôi (trừ nghiệm thức lúa CF có pH<br /> nghiệm thức vôi 10 tấn/ha không khác biệt thống<br /> kê). Cả hai nghiệm thức bón vôi đều có pH cao<br /> hơn khác biệt ý nghĩa thống kê ở mức 1% so với<br /> pH đất trung bình của nghiệm thức không bón vôi<br /> trên lúa CF, lúa AWD, bắp và đậu xanh (Hình 1).<br /> <br /> là 8,3 đạt cao nhất khác biệt ý nghĩa với 11<br /> nghiệm thức còn lại. Đứng thứ hai là đất đậu xanh<br /> bón vôi 5 tấn/ha, nghiệm thức đất bắp bón vôi 10<br /> tấn/ha và nghiệm thức đất bắp bón vôi 5 tấn/ha có<br /> pH lần lượt là 7,8; 7,8 và 7,6. Đứng thứ ba là<br /> nghiệm thức đất lúa AWD bón vôi 10 tấn/ha có<br /> pH đất là 7,53. Xếp thứ tư là nghiệm thức đất lúa<br /> CF bón vôi 10 tấn/ha có pH = 7,34. Tiếp theo là<br /> nghiệm đất lúa CF bón vôi 10 tấn/ha có pH = 7,18<br /> và nghiệm thức đất bắp không bón vôi có pH =<br /> 7,17. Đứng thứ sáu là pH đất của nghiệm thức đất<br /> lúa AWD bón 5 tấn/ha bằng 6,77. Hai nghiệm<br /> thức có pH thấp nhất xếp thứ 7 đó là nghiệm thức<br /> đất lúa CF không bón vôi và nghiệm thức đất lúa<br /> AWD không bón vôi có pH lần lượt là 6,30 và<br /> 6,14.<br /> <br /> Xét về sự khác biệt giữa các nghiệm thức thí<br /> nghiệm do ảnh hưởng tương tác của hai nhân tố<br /> cây trồng, biện pháp tưới và liều lượng vôi bón<br /> vào đất ta thấy pH đất đậu xanh bón vôi 10 tấn/ha<br /> <br /> 3.2.2. Ảnh hưởng biện pháp tưới khô ngập luân phiên và xử lý vôi đến sự hấp thu Cd của cây bắp, lúa và<br /> đậu xanh<br /> Bảng 5. Ảnh hưởng của chế độ canh tác và liều lượng vôi lên hàm lượng Cd trong hạt và thân của lúa, bắp và đậu<br /> xanh. Thí nghiệm nhà lưới Viện lúa ĐBSCL, tháng 8/năm 2013<br /> <br /> Nhân tố<br /> <br /> Hàm lượng Cd trong bộ phận (µg/kg)<br /> Thân<br /> <br /> Hạt<br /> <br /> 61,31 b<br /> <br /> 86, 99 a<br /> <br /> Chế độ canh tác (A)<br /> - Lúa CF<br /> <br /> 98<br /> <br />