Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu tích lũy cadimi trong lúa gạo trồng trên đất phù sa đồng bằng sông Hồng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

VŨ THỊ KHẮC

NGHIÊN CỨU TÍCH LŨY CADIMI TRONG LÚA GẠO TRỒNG TRÊN ĐẤT PHÙ SA ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2023

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

VŨ THỊ KHẮC

NGHIÊN CỨU TÍCH LŨY CADIMI TRONG LÚA GẠO TRỒNG TRÊN ĐẤT PHÙ SA ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

Ngành: Môi trường đất và nước

Mã số: 9440303

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. PGS.TS. NGUYỄN THỊ HẰNG NGA

2. TS. ĐINH THỊ LAN PHƯƠNG

HÀ NỘI, NĂM 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả

nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ tài liệu

nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu

tham khảo đúng quy định.

Tác giả luận án

Vũ Thị Khắc

i

LỜI CẢM ƠN

Luận án được kế thừa một phần số liệu của đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ, mã số

HĐ 89-2019/KHCN-BNN “Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng bộ thông số chất lượng

nước tưới cho một số loại cây trồng chính lúa, ngô, đậu tương, lạc và rau”. Tác giả xin

trân trọng gửi lời cảm ơn đến cơ quan tài trợ và ban chủ nhiệm đề tài;

Luận án được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Thị Hằng Nga và TS.

Đinh Thị Lan Phương - giảng viên trường Đại học Thủy lợi, tác giả xin trân trọng gửi

lời cảm ơn tới tập thể giáo viên hướng dẫn;

Luận án được thực hiện dưới sự quản lý chuyên môn của Bộ môn Kỹ thuật và Quản lý

Môi trường - Khoa Hóa và Môi trường, Phòng Đào tạo trường Đại học Thủy Lợi, tác

giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa, bộ môn và nhà trường;

Tác giả xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học trong và ngoài nước đã định hướng, góp

ý cho tác giả để hoàn thiện luận án;

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Viện Khoa học Công nghệ và Môi trường - Liên minh

HTX Việt Nam đã tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận án;

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện

về cơ sở vật chất và nhiều sự hỗ trợ khác để tác giả thực hiện luận án;

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến bố mẹ, người thân trong gia đình, bạn bè

và đồng nghiệp đã luôn động viên tinh thần để tác giả hoàn thành luận án.

ii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ................................................................................... vii

DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. x

MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................... 3

4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 3

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................................. 4

6. Cấu trúc luận án ....................................................................................................... 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................ 6

1.1 Tổng quan về nguồn gốc, cơ chế tích lũy và ảnh hưởng của Cd đến lúa gạo ....... 6

1.1.1 Nguồn gốc phát sinh Cd trong đất và nước .................................................... 6

1.1.2 Cơ chế tích lũy Cd trong lúa gạo .................................................................... 7

1.1.3 Ảnh hưởng của Cd đối với sinh trưởng của lúa và chất lượng hạt ............... 12

1.1.4 Tiêu chuẩn giới hạn cho phép của Cd trong đất, nước và gạo ..................... 15

1.2 Tổng quan về ô nhiễm Cd trong đất nông nghiệp, nước tưới và lúa gạo ............ 16

1.2.1 Tổng quan nghiên cứu về thực trạng Cd trong đất và nước tưới ................. 16

1.2.1.1 Tổng quan nghiên cứu về thực trạng Cd trong đất ................................ 16

1.2.1.2 Tổng quan nghiên cứu đánh giá thực trạng Cd trong nước tưới ........... 19

1.2.2. Tổng quan nghiên cứu về tích lũy Cd trong lúa gạo ................................... 21

1.3 Tổng quan các giải pháp xử lý ô nhiễm Cd trong đất và lúa gạo ........................ 26

1.3.1 Các giải pháp xử lý ô nhiễm Cd trong đất .................................................... 26

1.3.1.1 Giải pháp hoá học .................................................................................. 26

1.3.1.2 Giải pháp thực vật.................................................................................. 26

1.3.1.3 Giải pháp vi sinh vật .............................................................................. 27

1.3.2 Các giải pháp hạn chế tích luỹ Cd trong lúa gạo .......................................... 28

1.3.2.1 Sử dụng than sinh học ........................................................................... 28

1.3.2.2 Sử dụng chất cải tạo đất ......................................................................... 29

iii

1.3.2.3 Công nghệ gen ....................................................................................... 30

1.3.2.4 Sử dụng silic (Si) hạn chế tích lũy Cd trong lúa gạo ............................. 30

1.4 Tổng quan về vùng đồng bằng sông Hồng .......................................................... 32

1.4.1 Đặc điểm tự nhiên......................................................................................... 32

1.4.1.1 Đặc điểm địa hình .................................................................................. 32

1.4.1.2 Đặc điểm thổ nhưỡng............................................................................. 33

1.4.1.3 Đặc điểm khí hậu ................................................................................... 34

1.4.2 Hiện trạng dân sinh kinh tế xã hội ................................................................ 36

1.4.3 Thực trạng ô nhiễm nước tưới vùng đồng bằng sông Hồng ......................... 37

1.4.4 Đặc điểm canh tác lúa gạo vùng đồng bằng sông Hồng .............................. 38

1.5 Luận giải vấn đề nghiên cứu của luận án ............................................................ 41

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 42

2.1 Cơ sở khoa học lựa chọn các thí nghiệm thực hiện trong luận án ................... 42

2.1.1 Lựa chọn loại đất .......................................................................................... 42

2.1.2 Lựa chọn giống lúa Bắc thơm số 7 ............................................................... 42

2.1.3 Lựa chọn giới hạn hàm lượng Cd trong nước tưới thí nghiệm .................... 42

2.1.4 Lựa chọn vật liệu rơm rạ và than sinh học từ vỏ trấu ................................... 43

2.1.5 Lựa chọn tỷ lệ phối trộn vật liệu trong thí nghiệm hạn chế tích luỹ Cd trong gạo.......................................................................................................................... 44

2.2 Đối tượng và vật liệu thí nghiệm ........................................................................ 45

2.2.1 Đất nền thí nghiệm ....................................................................................... 45

2.2.1.1 Thí nghiệm trong nhà lưới ..................................................................... 45

2.2.1.2 Thí nghiệm đồng ruộng ......................................................................... 45

2.2.2 Nước tưới và kỹ thuật tưới ........................................................................... 45

2.2.2.1 Thí nghiệm trong nhà lưới ..................................................................... 45

2.2.2.2 Thí nghiệm đồng ruộng ......................................................................... 47

2.2.3 Cây trồng ...................................................................................................... 48

2.2.4 Vật liệu giàu Si ............................................................................................. 48

2.2.5 Phân bón và hóa chất .................................................................................... 48

2.3 Bố trí thí nghiệm .................................................................................................. 49

2.3.1 Bố trí thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của Cd đến sinh trưởng, năng suất lúa và tích lũy trong gạo .............................................................................................. 49

iv

2.3.2 Bố trí thí nghiệm nghiên cứu sử dụng vật liệu giàu Si để giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo .......................................................................................................... 51

2.3.3 Phương pháp lấy mẫu, phân tích mẫu .......................................................... 53

2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................ 56

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................... 58

3.1 Hàm lượng Cd trong đất và nước tưới khu vực thí nghiệm ................................ 58

3.1.1 Hàm lượng Cd trong nước tưới kênh Cầu Bây ............................................ 58

3.1.2 Giá trị pH và hàm lượng Cd trong đất khu vực thí nghiệm ......................... 59

3.2 Tích luỹ Cd trong đất dưới ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm ........................... 60

3.2.1 Tích lũy Cd trong đất trồng lúa dưới ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm .... 60

3.2.1.1 Thí nghiệm trong nhà lưới ..................................................................... 60

3.2.1.2 Thí nghiệm đồng ruộng ......................................................................... 61

3.3. Kết quả nghiên cứu về tích lũy Cd trong các bộ phận của lúa gạo .................... 63

3.3.1. Kết quả nghiên cứu thí nghiệm trong nhà lưới ............................................ 63

3.3.1.1 Vụ hè thu năm 2019 .............................................................................. 66

3.3.1.2 Vụ đông xuân năm 2020........................................................................ 70

3.3.1.3 Vụ hè thu năm 2020 ........................................................................... 75

3.3.1.4 Vụ đông xuân năm 2021........................................................................ 79

3.3.2. Kết quả nghiên cứu thí nghiệm đồng ruộng ................................................ 84

3.3.2.1 Vụ hè thu năm 2019 .............................................................................. 86

3.3.2.2 Vụ đông xuân năm 2020........................................................................ 87

3.3.2.3 Vụ hè thu năm 2020 .............................................................................. 88

3.3.2.4 Vụ đông xuân năm 2021........................................................................ 89

3.3.3 Đánh giá sự tích luỹ Cd trong các bộ phận của cây lúa giữa thí nghiệm nhà lưới và đồng ruộng................................................................................................. 89

3.3.3.1 Đánh giá sự tích luỹ Cd trong rễ ........................................................... 89

3.3.3.2 Đánh giá sự tích luỹ Cd trong thân ........................................................ 92

3.3.3.3 Đánh giá sự tích luỹ Cd trong gạo ......................................................... 93

3.3.3.4 Hàm lượng Cd tích lũy trong các bộ phận của cây ............................... 94

3.4. Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm Cd đến sinh trưởng và năng suất của lúa gạo ................................................................................................. 97

3.4.1. Kết quả thí nghiệm trong nhà lưới............................................................... 97

v

3.4.1.1 Sinh trưởng và phát triển của lúa gạo .................................................... 97

3.4.1.2 Năng suất của lúa ................................................................................. 102

3.4.2. Kết quả thí nghiệm đồng ruộng ................................................................. 103

3.4.2.1 Sinh trưởng của lúa .............................................................................. 103

3.4.2.2 Năng suất của lúa ................................................................................. 104

3.5 Kết quả nghiên cứu sử dụng vật liệu giàu Si để hạn chế tích luỹ Cd vào gạo .. 106

3.5.1 Tính chất của rơm rạ và than sinh học sử dụng trong thí nghiệm .............. 106

3.5.2 Giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo bằng rơm rạ ........................................... 110

3.5.3 Giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo bằng than sinh học vỏ trấu .................... 112

3.5.4 Biện pháp giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo bằng phối trộn than sinh học và rơm rạ................................................................................................................... 114

KẾT LUẬN ................................................................................................................. 118

1. Tóm tắt các kết quả đã đạt được của luận án................................................... 118

2. Đóng góp mới của luận án ............................................................................... 119

3. Những tồn tại của luận án ................................................................................ 119

4. Kiến nghị ......................................................................................................... 120

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................ 121

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 122

PHỤ LỤC .................................................................................................................... 139

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Mô hình chuyển vị và tích lũy Cd trong các bộ phận của cây trước và sau khi

trổ bông .......................................................................................................................... 10

Hình 1.2 Ảnh hưởng của Cd đối với thực vật ............................................................... 12

Hình 1.3 Sơ đồ lấy mẫu gạo tại Đồng bằng sông Hồng ................................................ 23

Hình 1.4 Phạm vi vùng Đồng bằng sông Hồng ............................................................. 32

Hình 3.1 Hàm lượng Cd trong đất sau khi thu hoạch tại thí nghiệm nhà lưới .............. 61

Hình 3.2 Hàm lượng Cd trong đất sau thu hoạch trên ruộng ........................................ 62

Hình 3.3 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ lúa vụ hè thu năm 2019 ............................... 66

Hình 3.4 Hàm lượng Cd tích luỹ trong thân vụ hè thu năm 2019 ................................. 68

Hình 3.5 Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo vụ hè thu năm 2019 .................................. 69

Hình 3.6 Tương quan nồng độ Cd bổ sung vào nước tưới và hàm lượng Cd trong gạo

....................................................................................................................................... 70

Hình 3.7 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ lúa vụ đông xuân năm 2020 ........................ 71

Hình 3.8 Hàm lượng Cd tích luỹ trong thân vụ đông xuân năm 2020 .......................... 72

Hình 3.9 Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo vụ đông xuân năm 2020 ........................... 73

Hình 3.10 Tương quan nồng độ Cd bổ sung vào nước tưới và hàm lượng Cd trong gạo

....................................................................................................................................... 74

Hình 3.11 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ lúa vụ hè thu năm 2020 ............................. 75

Hình 3.12 Hàm lượng Cd tích luỹ trong thân lá vụ hè thu năm 2020 ........................... 77

Hình 3.13 Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo vụ hè thu năm 2020 ................................ 78

Hình 3.14 Tương quan nồng độ Cd bổ sung vào nước tưới và hàm lượng Cd trong gạo

– Hè thu 2020 ................................................................................................................ 79

Hình 3.15 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ lúa vụ đông xuân năm 2021 ...................... 80

Hình 3.16 Hàm lượng Cd tích luỹ trong thân lá vụ đông xuân năm 2021 .................... 81

Hình 3.17 Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo vụ đông xuân năm 2021 ......................... 82

Hình 3.18 Tương quan nồng độ Cd bổ sung vào nước tưới và hàm lượng Cd trong gạo

– Đông xuân 2021.......................................................................................................... 83

Hình 3.19 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận vụ hè thu năm 2019 ................... 86

Hình 3.20 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận vụ đông xuân năm 2020 ............ 87

vii

Hình 3.21 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận vụ hè thu năm 2020 ................... 88

Hình 3.22 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận vụ đông xuân năm 2021 ............ 89

Hình 3.23 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ ở 3 thời kỳ sinh trưởng ở CT2 – nhà lưới . 90

Hình 3.24 Hàm lượng Cd trong rễ trong 3 giai đoạn sinh trưởng – đồng ruộng........... 91

Hình 3.25 Hàm lượng Cd trong thân trong 3 giai đoạn sinh trưởng của TN đồng ruộng

và nhà lưới ..................................................................................................................... 92

Hình 3.26 Hàm lượng Cd trong gạo trong 4 vụ theo 2 mô hình thí nghiệm ................. 93

Hình 3.27 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận ................................................... 94

Hình 3.28 Chiều cao cây lúa dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd ....................... 98

Hình 3.29 Số lượng lá lúa theo thời gian dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd .... 99

Hình 3.30 Số lượng nhánh cây theo thời gian dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd

..................................................................................................................................... 100

Hình 3.31 Chỉ số diệp lục theo thời gian dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd .. 101

Hình 3.32 Năng suất hạt dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd ............................ 103

Hình 3.33 Chiều cao cây lúa theo thời gian dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd

..................................................................................................................................... 104

Hình 3.34 Năng suất hạt dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd trên đồng ruộng . 105

Hình 3.35 Độ pH của đất sau thí nghiệm phối trộn vật liệu ........................................ 107

Hình 3.36 Hàm lượng Si tồn tại trong đất sau thí nghiệm phối trộn vật liệu .............. 108

Hình 3.37 Ảnh chụp Si trong mẫu đất CT5 ................................................................. 110

Hình 3.38 Ảnh chụp Si trong mẫu đất CT6 ................................................................. 110

Hình 3.39 Hàm lượng Cd tích lũy trong gạo tại công thức phối trộn rơm rạ .............. 111

Hình 3.40 Hàm lượng Cd tích lũy trong gạo tại công thức phối trộn than sinh học ... 112

Hình 3.41 Ảnh chụp Si trong mẫu gạo CF2 ................................................................ 113

Hình 3.42 Ảnh chụp Si trong mẫu gạo CT5 ................................................................ 113

Hình 3.43 Hàm lượng Cd tích lũy trong gạo tại công thức phối trộn than sinh học và

rơm rạ ........................................................................................................................... 114

Hình 3.44 Ảnh chụp Si trong mẫu gạo CT9 ................................................................ 115

viii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tổng hợp các tiêu chuẩn giới hạn cho phép Cd trong đất, nước và gạo ........ 15

Bảng 1.2 Hàm lượng Cd trong gạo ở các tỉnh Bắc Trung Bộ ....................................... 24

Bảng 1.3 Đặc điểm phẫu diện đất khu vực nghiên cứu ................................................. 33

Bảng 1.4 Tính chất đất đại diện của khu vực nghiên cứu ............................................. 34

Bảng 1.5 Hàm lượng Cd và pH trong nước tưới trên các hệ thống thuỷ lợi vùng ĐBSH

....................................................................................................................................... 37

Bảng 1.6 Kỹ thuật bón phân cho cây lúa ở đồng bằng sông Hồng [208] ...................... 38

Bảng 2.1 Công thức pha nước tưới ................................................................................ 46

Bảng 2.2 Tổng lượng Cd được tưới trong mỗi vụ thí nghiệm ....................................... 46

Bảng 2.3 Kết quả quan trắc nước tưới hàm lượng Cd (mg/L) trong nước tưới ............ 47

Bảng 2.4 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong các vật liệu bổ sung vào thí nghiệm .............. 48

Bảng 2.5 Công thức thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của Cd đối với sinh trưởng và năng

suất lúa gạo .................................................................................................................... 50

Bảng 2.6 Chuẩn bị đất trồng cho các công thức thí nghiệm ......................................... 52

Bảng 2.7 Phương pháp phân tích ................................................................................... 54

Bảng 2.8 Thiết bị sử dụng phân tích .............................................................................. 56

Bảng 3.1. Hàm lượng Cd và pH trong nước tưới tại khu vực thí nghiệm ..................... 58

Bảng 3.2. Hàm lượng Cd và pH trong đất trồng lúa khu vực nghiên cứu..................... 59

Bảng 3.3 Hàm lượng Cd tích lũy trong đất sau các vụ thí nghiệm (mg/kg) ................. 60

Bảng 3.4 Hàm lượng Cd tích lũy trong các bộ phận của cây lúa tại thí nghiệm nhà lưới

– (mg/kg) ....................................................................................................................... 65

Bảng 3.5 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong các bộ phận của cây lúa – (thí nghiệm đồng

ruộng) ............................................................................................................................. 85

Bảng 3.6 Tính chất của rơm rạ và than sinh học từ vỏ trấu ........................................ 106

Bảng 3.7 Kết quả đo Si trong đất các công thức thí nghiệm ....................................... 109

ix

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BAF Hệ số tích luỹ sinh học

Nhu cầu ôxi sinh học BOD5

BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường

BYT Bộ Y tế

CEC Dung tích bazơ trao đổi

CF Công thức đối chứng

COD Nhu cầu oxi hóa học

CODEX Tiêu chuẩn an toàn thực phẩm do FAO/WHO xây dựng

CT Công thức

DOC Carbon hữu cơ hoà tan

ĐBSH Đồng bằng Sông Hồng

ĐHTL Đại học Thuỷ Lợi

EU Liên minh Châu Âu

FAO Tổ chức nông lương thế giới

HTTL Hệ thống thuỷ lợi

KLN Kim loại nặng

NPK Phân đạm lân kali

OC Hàm lượng chất hữu cơ

PTN Phòng thí nghiệm

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

QHTL Quy hoạch thuỷ lợi

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

USEPA Cục bảo vệ môi trường liên bang – Mỹ

WHO Tổ chức Y tế thế giới

x

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Lúa gạo là một trong những loại lương thực quan trọng của một phần dân số trên thế

giới, trong đó có Việt Nam. Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) là vựa lúa lớn thứ hai cả

nước có vai trò quan trọng trong nhiệm vụ cung cấp lương thực trong nước và xuất khẩu.

Diện tích canh tác lúa của đồng bằng sông Hồng trong những năm gần đây đang bị thu

hẹp do hoạt động đô thị hoá, công nghiệp hoá. Ngoài ra, ô nhiễm môi trường nước và

đất ảnh hưởng tới chất lượng gạo và gây nhiều áp lực cho lúa gạo đảm bảo sức khoẻ

người tiêu dùng và đạt tiêu chuẩn xuất khẩu. Do đó, đảm bảo chất lượng cho sản phẩm

lúa gạo là giải pháp cần thiết đối với ngành nông nghiệp của vùng.

Trước thực trạng phát triển công nghiệp và đô thị hóa, vùng đồng bằng sông Hồng đang

phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm nước trên các hệ thống thủy lợi, tích lũy kim loại nặng

trong đất và nông sản [1]. Trong khi, các hệ thống thủy lợi lớn như sông Nhuệ, sông Cầu

Bây, Bắc Hưng Hải… hàng ngày phải tiếp nhận nước thải từ công nghiệp và sinh hoạt,

dẫn đến tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng trong đó có Cd, nhưng các hệ thống này

lại đang cung cấp nước tưới trực tiếp cho hàng triệu ha đất canh tác tại vùng đồng bằng

sông Hồng. Kết quả khảo sát Cd trong lúa gạo tại một số địa điểm ở miền Bắc đã phát

hiện thấy Cd có mặt trong gạo tại một số vùng. Bên cạnh đó, kết quả phân tích còn chỉ

ra có sự khác biệt lớn về tích lũy Cd trong gạo giữa vùng trũng và vùng cao do nguyên

nhân từ nước tưới ô nhiễm [1]. Dưới ảnh hưởng của nguồn nước tưới ngày càng ô nhiễm,

Cd đã được tìm thấy trong đất nông nghiệp và lúa gạo ở nhiều nơi trong đó có đồng bằng

sông Hồng. Trong đất, Cd thuộc nhóm kim loại có khả năng di động trong dịch đất cao

hơn các kim loại nặng khác, đặc tính này dẫn đến Cd dễ dàng được thực vật hấp thụ qua

hệ thống rễ và di chuyển đến các bộ phận khác nhau của cây sau đó tích lũy vào hạt [2].

Trong số các loài thực vật, lúa gạo là cây trồng có thể hấp thụ Cd dễ dàng qua rễ, dẫn

đến Cd được tìm thấy trong gạo nhiều hơn so với các kim loại khác trong những vùng

đất bị ô nhiễm [3].

Cadmium (Cd) là kim loại rất độc hại đối với sức khoẻ con người và hệ sinh thái. Sự

tích tụ Cd trong gạo tiềm ẩn nguy cơ về sức khỏe cho con người, khi một người ăn gạo

1

bị nhiễm Cd liên tục có thể dung nạp tới 20–40 μg Cd mỗi ngày [4]. Sự tích tụ Cd đến

một mức độ nào đó sẽ xuất hiện các triệu chứng ngộ độc Cd mãn tính, có thể bị mắc các

bệnh liên quan đến tổn thương phổi, gan, thận, xương và các cơ quan sinh sản, đồng thời

gây độc cho hệ miễn dịch và tim mạch [5]. Do đó việc nghiên cứu và áp dụng các giải

pháp xử lý và hạn chế sự tích luỹ kim loại này vào lúa gạo để đảm bảo sức khoẻ cho

người tiêu dùng là một nhiệm vụ cần thiết. Với những lí do trên, luận án tập trung nghiên

cứu và đánh giá sự tích lũy Cd trong lúa trồng trên đất phù sa không được bồi hằng năm

và các giải pháp giảm thiểu Cd trong hạt. Các kết quả của luận án sẽ cung cấp cơ sở

khoa học và thực tiễn cho việc quản lý chất lượng nông sản, bảo vệ môi trường và phát

triển sản xuất lúa gạo chất lượng cao của Việt Nam.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chung: Cung cấp cơ sở khoa học về ảnh hưởng của hàm lượng Cd trong nước

tưới ô nhiễm đến sinh trưởng, tích luỹ Cd trong lúa gạo và đề xuất giải pháp giảm thiểu

tích luỹ Cd trong gạo làm cơ sở để quản lý chất lượng lúa gạo an toàn ở Việt Nam.

Mục tiêu cụ thể:

- Cung cấp cơ sở khoa học về ảnh hưởng của hàm lượng Cd trong nước tưới ô nhiễm

đến sinh trưởng, tích luỹ Cd trong lúa gạo;

- Đề xuất giải pháp ứng dụng vật liệu từ phụ phẩm nông nghiệp để giảm thiểu tích luỹ

Cd trong gạo, nâng cao chất lượng lúa gạo ở một số vùng có nguy cơ ô nhiễm nước cao.

Nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm Cd đến sinh trưởng, năng suất và sự tích

luỹ Cd vào các bộ phận của lúa gạo trồng trên đất phù sa đồng bằng sông Hồng không

được bồi hàng năm;

- Nghiên cứu khả năng giảm thiểu tích luỹ Cd vào lúa gạo của các vật liệu từ phụ phẩm

cây lúa gồm rơm rạ và than sinh học vỏ trấu.

2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu:

- Giống lúa Bắc Thơm số 7 được chọn trong thí nghiệm do đây là giống lúa được gieo

cấy phổ biến ở vùng ĐBSH, có đặc điểm sinh trưởng phù hợp với điều kiện canh tác 2

vụ đông xuân - hè thu, năng suất cao và chất lượng gạo thơm ngon, được tiêu dùng phổ

biến trong khu vực.

- Đất canh tác thuôc nhóm đất phù sa đồng bằng sông Hồng không được bồi hàng năm.

- Vật liệu giàu Si: rơm rạ, than sinh học từ vỏ trấu (nhiệt phân ở nhiệt độ 500 – 550 oC)

trong 4 giờ.

- Nước tưới ô nhiễm Cd: gồm nước tưới ô nhiễm Cd giả định được tạo ra bằng hoá chất

Cd(NO3)2 và nước tưới thực từ hệ thống thuỷ lợi sông Cầu Bây.

• Phạm vi và thời gian nghiên cứu:

- Sự tích lũy Cd trong các bộ phận rễ, thân, hạt của lúa Bắc Thơm số 7 trồng trên đất

phù sa sông Hồng không được bồi hàng năm sử dụng nước ô nhiễm Cd để tưới;

- Khu vực nghiên cứu tại xã Trâu Quỳ - Huyện Gia Lâm - Hà Nội;

- Thời gian thí nghiệm trong 04 vụ canh tác lúa từ 5/2019 tới 5/2021 bao gồm 02 vụ

đông xuân và 02 vụ hè thu.

4. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp tổng hợp và kế thừa tài liệu: Tổng hợp và nghiên cứu các tài liệu trong

nước và quốc tế liên quan đến sinh trưởng và năng suất của cây lúa, cơ chế tích lũy Cd

trong lúa gạo và các biện pháp giảm thiểu sự hấp thụ và tích lũy Cd vào lúa gạo.

- Phương pháp thực nghiệm:

+ Thực nghiệm nhà lưới: Thực hiện trồng lúa trong chậu vại và trong điều kiện nhà lưới

để đảm bảo khả năng kiểm soát các yếu tố đầu vào, tránh các rủi ro như chuột hoặc sâu

bệnh hại làm ảnh hưởng đến kết quả của thí nghiệm và kiểm soát sự thôi nhiễm Cd từ

hóa chất ra môi trường. Thí nghiệm thực hiện tại khu nhà lưới của khoa Tài nguyên Môi

3

trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam với các điều kiện đảm bảo cho thí nghiệm như

hệ thống cấp nước và các dụng cụ chăm sóc đầy đủ để bố trí thí nghiệm.

+ Thực nghiệm đồng ruộng: Bố trí thí nghiệm trên đồng ruộng tại Khu thực nghiệm của

Học viện Nông nghiệp Việt Nam để đánh giá và so sánh các chỉ tiêu phân tích giữa điều

kiện nhà lưới và điều kiện tự nhiên (đồng ruộng). Ruộng thực nghiệm sử dụng nước tưới

từ nguồn nước của hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải qua kênh Cầu Bây. Đây là nguồn

nước bị ô nhiễm Cd bởi các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp và làng nghề;

- Phương pháp phân tích mẫu đất, nước và cây trồng áp dụng các TCVN và QCVN

đang còn hiệu lực và các phương pháp phân tích tham khảo từ tài liệu nước ngoài đã

được đánh giá;

- Phương pháp phân tích thống kê: Dữ liệu thí nghiệm được phân tích trên phần mềm

Microsoft Excel version 2019 (Microsoft, USA). Các kết quả thu được là trung bình của

03 lần phân tích, sử dụng độ lệch chuẩn, phương trình hồi quy tuyến tính và sự khác

nhau có ý nghĩa của các kết quả bằng hàm độc lập T-test để đánh giá thống kê. Các biểu

đồ được xử lý và trình bày bằng phần mềm Origin 2021B.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học:

Lượng hóa được ảnh hưởng của hàm lượng Cd trong nước tưới đến sinh trưởng và tích

luỹ Cd trong các bộ phận của cây lúa trồng trên nền đất phù sa sông Hồng không được

bồi hàng năm.

Xác định được khả năng giảm thiểu tích luỹ Cd trong gạo trồng trên nền đất phù sa sông

Hồng không được bồi hàng năm bằng giải pháp sử dụng rơm rạ và than sinh học từ vỏ

trấu làm cơ sở đề xuất giải pháp sản xuất lúa bền vững tại một số khu vực có nguy cơ ô

nhiễm Cd trong đất, nước tưới.

- Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả đánh giá ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm Cd đến tích lũy độc tố trong lúa gạo

làm cơ sở cho quản lý nước tưới, bảo vệ chất lượng nông sản;

4

Đề xuất biện pháp sử dụng phụ phẩm rơm rạ và than sinh học từ vỏ trấu để giảm thiểu

tích lũy Cd trong gạo, nâng cao chất lượng lúa gạo trong điều kiện nước tưới và đất bị

ô nhiễm Cd.

6. Cấu trúc luận án

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết luận, kiến nghị

Phụ lục

Tài liệu tham khảo

5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về nguồn gốc, cơ chế tích lũy và ảnh hưởng của Cd đến lúa gạo

1.1.1 Nguồn gốc phát sinh Cd trong đất và nước

Ô nhiễm Cadmium (Cd) trong nước và đất nông nghiệp xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới

[6]. Cd là nguyên tố độc hại nhưng rất bền vững về mặt sinh học và tồn tại trong sinh vật

trong thời gian dài sau khi được hấp thụ [7]. Cơ chế xâm nhập của Cd vào nước ngầm đã

được nghiên cứu ở nhiều quốc gia như Úc, Anh, Canada, Đan Mạch, Phần Lan, Đức, New

Zealand, Na Uy, Thụy Điển và Hoa Kỳ [8]. Ô nhiễm Cd trong nước ngầm và đất có nguồn

gốc từ nước tưới ô nhiễm, phân bón, chất thải của các ngành công nghiệp luyện kim, giao

thông, bãi chôn lấp chất thải rắn, khai thác mỏ và bùn thải…[9].

Biến đổi khí hậu làm nhiều vùng canh tác khan hiếm nước tưới vào mùa khô phải tận

dụng nguồn nước thải để tưới. Bên cạnh đó, áp lực về tăng năng suất và chất lượng nông

sản dẫn đến lạm dụng phân bón hóa học gây ra sự tích lũy các ion Cd trong đất, làm cho

Cd đi vào cây trồng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người [10]. Sự xuất hiện của Cd trong

đất nông nghiệp xuất phát từ ô nhiễm nguồn nước tưới, phân bón, thuốc trừ sâu, hoạt động

khai thác khoáng sản và đốt nhiên liệu hóa thạch. Tại Việt Nam, phần lớn hệ thống tưới

cho cây nông nghiệp bị thiếu nước vào mùa khô nên nhiều vùng sử dụng các nguồn nước

thải làm nguồn tưới. Các lưu vực sông Nhuệ, sông Cầu Bây, hệ thống thủy lợi Bắc Hưng

Hải… là nguồn tưới chính cho hệ thống lúa ở lưu vực sông Hồng. Ngoài vai trò cung cấp

nước tưới, các hệ thống thủy lợi này đều là nơi tiếp nhận một lượng lớn nước thải từ sinh

hoạt và sản suất, tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng trong đó có Cd. Khi Cd có trong

nguồn nước tưới, sẽ tích lũy trong đất nông nghiệp và tích lũy vào thực vật.

Việc sử dụng phân lân tổng hợp trong nông nghiệp có chứa tạp chất Cd cũng là nguyên

nhân phổ biến làm tăng nồng độ Cd trong nước ngầm và đất [11]. Hàm lượng Cd trong

phân bón đã được phát hiện với nồng độ rất cao tại nhiều nước trên thế giới như phía

đông Địa Trung Hải, một số nước ở châu Âu với hàm lượng Cd trong phân bón phốt

phát dao động từ 36 -60 mg Cd/kg P2O5 [12]. Ngoài ra, Cd có trong các sản phẩm dầu

mỏ, do đó Cd có thể nhiễm vào môi trường thông qua hoạt động giao thông [13]. Các nguồn

thải khác gây ô nhiễm Cd xuất phát từ các khu công nghiệp, mỏ hoặc các mỏ sau khai thác

6

[14], khi sử dụng nước thải công nghiệp này để tưới cũng là những nguồn chính đưa Cd

vào trong đất và môi trường [15] [16] [17]. Ngoài ra, chất thải rắn đô thị là một trong

những nguồn gây ô nhiễm Cd chính cho môi trường [18]. Các nghiên cứu của các nhà

khoa học Châu Âu đã chỉ ra, chất thải rắn đô thị ở khu vực này chứa 0,3 - 12 mg/kg Cd

và nước rỉ rác chứa 0,5–3,4 µg/L Cd [19]. Bên cạnh đó, nghiên cứu của Voglar năm

2010 cũng chỉ ra sự ô nhiễm Cd từ các nhà máy luyện Zn, Cd di chuyển vào đất thông

qua quá trình lắng đọng từ khí thải lên đến 74 mg/kg và lắng đọng chất thải rắn lên đến

344 mg/kg [20] .

Các nguồn phân hữu cơ và bùn thải cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm Cd cho môi

trường. Kết quả của một nghiên cứu chỉ ra, nước rò rỉ từ phân hữu cơ và bùn thải đóng

góp khoảng 2–5% lượng Cd lắng đọng trong đất [7]. Các nguồn khác bao gồm sự lắng

đọng từ khí quyển và phân thải từ chuồng trại, đóng góp lần lượt 30–55%, 15–50% và

10–25% lượng ô nhiễm Cd trong đất [21].

Ngoài ra, các nguyên nhân có nguồn tự nhiên như sự phong hóa khoáng chất và đá trong

đất có thể gây ra sự gia tăng Cd trong môi trường [22]. Cd xuất hiện trong đất, sau khi

hòa tan tạo dạng Cd di động sẽ tham gia các phản ứng hóa học chuyển hóa vào trong

thực vật. So với chì, đồng, kẽm và asen, lượng Cd trong môi trường nhỏ hơn nhiều

nhưng lại được cây trồng hấp thụ dễ dàng. Điều này được giải thích do Cd có hệ số làm

giàu cao hơn nên dễ di chuyển từ đất sang cây hơn các kim loại khác [22].

1.1.2 Cơ chế tích lũy Cd trong lúa gạo

1.1.2.1 Cơ chế hấp thụ Cd của cây lúa

Cd là nguyên tố có sẵn trong môi trường đất và có thể liên tục được bổ sung bởi nước

thải công nghiệp, bón phân hoá học… Trong đất, Cd tồn tại ở nồng độ 0,01 đến 1,0

mg/kg với giá trị trung bình trên toàn thế giới là 0,36 mg/kg. Phong hóa có thể dẫn đến

nồng độ Cd lên đến 5 μg/L trong đất và lên đến 1 μg/L trong nước ngầm. Trong dung

dịch nước, Cd thường xuất hiện dưới dạng di động và nó được tìm thấy chủ yếu trong

điều kiện môi trường axit, tính linh động của Cd bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi độ pH,

trạng thái oxi hóa khử và cường độ ion của dung dịch. Khi pH giảm thì tính di động của

Cd càng tăng. So với các KLN khác, Cd là một trong những KLN di động nhất trong

môi trường [34], đặc tính này dẫn đến Cd di động dễ dàng được thực vật hấp thụ qua hệ

7

thống rễ và di chuyển đến các bộ phận khác nhau của cây sau đó tích lũy vào hạt [2]. Sự

hấp thụ Cd của cây lúa phụ thuộc vào các đặc điểm lý hoá đất và các đặc điểm hình thái

của cây, các trạng thái ôxy hóa khử và pH của đất [24]–[26].

- Cd thường được tìm thấy ở trong khoáng chất hoặc tồn tại ở dạng phức hữu cơ trong

dung dịch đất [27][28]. Sự hấp thụ Cd vào rễ bởi dạng Cd vô cơ (như CdSO4, CdCl+ và

CdCl2) hoặc các dạng hữu cơ (Cd trong phức của phytometallophore)[11]. Khi đi vào bên

trong cây, Cd được vận chuyển đến các bộ phận cây dưới dạng phức chất hữu cơ [29].

- Ở điều kiện môi trường có thế oxy hóa khử thấp, Cd thường được kết tủa dưới dạng

CdS, [29] dạng này thường tồn tại ở đất bùn lầy hoặc đất lúa ngập nước, làm giảm Cd

di động. Kết quả là hạn chế sự di chuyển Cd vào lúa hoặc thực vật. Trong môi trường

đất có thế oxy hóa khử cao, ở các vùng đất thoát nước hoặc các ruộng lúa áp dụng tưới

tiết kiệm nước hoặc trong các thời kì rút nước phơi ruộng giai đoạn cuối đẻ nhánh, hoặc

phơi ruộng trước thu hoạch 10 ngày thường là điều kiện thuận lợi cho Cd đi vào và tích

luỹ trong cây lúa. Lý do là tại thời điểm này, khí oxy khuếch tán vào các lỗ rỗng của đất

làm thế oxy hóa của đất tăng lên, Cd tự do sẽ được giải phóng và dễ dàng sự di chuyển

vào cây lúa.

2- + 2H2O

CdS + 3O2 + 4H+ → Cd2+ + SO4

- pH đất cao cố định Cd trong đất dưới các kết tủa Cd(OH)2, CdCO3, CdSiO3 trong đất

giúp hạn chế Cd di chuyển vào cây. Khi pH đất giảm xuống, các kết tủa trên bị hòa tan

chuyển thành Cd di động gia tăng sự hấp thụ Cd vào rễ lúa.

- Bên cạnh đó, trong cơ chế hấp thụ Cd của rễ xảy ra sự cạnh tranh giữa Cd và các khoáng

chất dinh dưỡng khác có đặc điểm hóa học tương tự nhau [30]. Chẳng hạn, Cd có khả

năng thay thế Ca do chúng có điện tích, bán kính ion và tính chất hóa học tương tự nhau

[11]. Cơ chế này đã được nhiều nghiên cứu chứng minh, cụ thể như nồng độ Mg, Ca và

K giảm ở dưa chuột (Cucumis sativus L.), ngô (Zea mays L.), cà chua (Lycopersicon

esculentum L.) và rau diếp (Lactuca sativa L.) trong điều kiện có hàm lượng Cd cao trong

đất [31]. Cd cũng cạnh tranh với Zn, như các nghiên cứu trên cây xà lách chỉ ra mối quan

hệ đối kháng giữa Zn và Cd về khả năng hấp thụ của rễ [32]. Không chỉ vậy, các khoáng

8

chất dinh dưỡng khác như nitrat mặc dù không có đặc điểm hóa học giống Cd nhưng sự

hấp thụ nitrat cũng bị cạnh tranh khi có mặt Cd trong đất [23].

Có hai kiểu hấp thụ Cd vào rễ là apoplastic và symplastic [33]. Sự khác biệt giữa

apoplast và symplast đó là:

- Apoplast là cách hấp thụ thụ động trong khi symplast là cách hấp thụ chọn lọc mà

trong đó sự di chuyển của nước do thẩm thấu giúp Cd xâm nhập vào rễ và gây hại cho

rễ [34]. Theo quá trình apoplast, sự hấp thụ Cd qua màng sinh chất của tế bào rễ được

điều chỉnh bởi sự chênh lệch điện thế [35]. Điện thế màng cung cấp đủ năng lượng để

thúc đẩy sự hấp thụ Cd ngay cả khi nồng độ Cd trong đất ở mức rất thấp [36].

- Symplastic là quá trình hấp thụ dựa trên hoạt động trao đổi chất và chậm hơn nhiều so

với apoplastic [33]. Cd đi theo con đường apoplastic xuyên qua tế bào rễ qua màng tế

bào [27], [37]. Trong đó, các nhóm protein màng cũng tham gia vào quá trình hấp thụ

Cd ở thực vật [33], [38], các protein này có thể vận chuyển các ion kim loại vào tế bào

chất từ không gian ngoại bào [39]. Một nhóm khác vận chuyển cation được gọi là chất

vận chuyển kim loại hóa trị 1 và chất vận chuyển cation hóa trị 2 [40]. Các chất vận

chuyển này tham gia đưa dòng Cd đi qua màng sinh chất nội bì và góp phần vận chuyển

Cd từ rễ lên chồi [27].

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự di chuyển của Cd từ đất vào lúa, trong đó rễ là điểm

tiếp xúc đầu tiên với đất và đóng vai trò là vách ngăn. Nên rễ có thể cản trở sự hấp thụ

các chất độc và sự chuyển dịch của chúng lên các bộ phận phía trên của cây bằng một

loạt các cơ chế [28]. Uraguchi và các cộng sự đề xuất rằng chuyển từ rễ sang thân là quá

trình chính tích lũy Cd trong hạt gạo [41]. Trong rễ, Cd được vận chuyển thẳng từ phần

ngoài của rễ đến các mạch xylem trong trụ giữa thông qua hai con đường chính: con

đường từ tế bào đến tế bào (bao gồm con đường symplastic và con đường xuyên màng)

và con đường apoplastic (tức là chuyển động trong không gian ngoại bào) [42]. Một số

nghiên cứu đã tập trung vào cơ chế và các yếu tố chính của sự di chuyển của Cd thông

qua con đường từ tế bào này sang tế bào khác trong cây lúa. Ví dụ, OsHMA3, một chất

vận chuyển bản địa hóa tonoplast, đã được phát hiện là ngăn Cd vào các không bào trong

tế bào rễ. Việc ngăn cách như vậy làm giảm hiệu quả sự chuyển dịch của Cd sang chồi

9

và làm giảm độc tính của Cd đối với cây trồng [43], [44]. Mặc dù đã có báo cáo rằng

con đường apoplastic cũng góp phần vào sự hấp thụ và vận chuyển Cd ở một số cây

trồng [45], [46], một số nghiên cứu đã tập trung vào chức năng và quy định của con

đường apoplastic ở cây lúa. Kết quả nghiên cứu của Xiaoli và các cộng sự đã chỉ ra rằng

con đường apoplastic có thể góp phần vận chuyển Cd lên phần trên của cây lúa [47].

Các mảng sắt hình thành trên bề mặt rễ lúa do sự giải phóng oxy và chất oxy hóa vào

vùng rễ [48], [49] chứa Fe, Mn và một số á kim như Cd, Pb, Cu, Zn, As cũng là một yếu

tố có thể cô lập Cd và các KLN độc hại như Pb, As, Cu, Zn [49] [50]. Một số nghiên

cứu cho thấy mảng bám sắt trên bề mặt rễ lúa có ảnh hưởng đáng kể đến sự tích tụ Cd

trong rễ lúa và cho rằng mảng bám sắt có thể đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn

cản Cd chuyển từ đất sang rễ lúa [51]–[56].

1.1.2.2 Cơ chế tích lũy Cd trong hạt

Mô tả về quá trình tích lũy Cd trong hạt gạo được minh họa dưới đây:

Hình 1.1 Mô hình chuyển vị và tích lũy Cd trong các bộ phận của cây trước và sau khi trổ bông

10

Sự tích lũy Cd trong hạt liên quan đến sự vận chuyển Cd thông qua dòng nhựa [57].

Thông thường, Cd được giữ lại trong rễ cây và chỉ một phần nhỏ được vận chuyển đến

các bộ phận trên của cây (tức là lá, thân và các bộ phận sinh sản), và theo thứ tự là rễ >

lá > quả > hạt [11]. Do đó, hàm lượng Cd trong rễ thường lớn hơn hàm lượng Cd trong

mô thực vật thuộc các bộ phận trên mặt đất (thân, lá, bông), mặc dù tính di động của Cd

khá lớn [32].

Nhiều nghiên cứu về sự tích luỹ Cd trong gạo đã chỉ ra hàm lượng Cd trong gạo được

hình thành bởi Cd đã được tích luỹ sẵn trong lá và thân trước khi trổ đòng [58]. Các

quan sát trên cây lúa mì cũng cho thấy, hàm lượng Cd tích luỹ trong lá và thân cây ở

giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng sẽ di chuyển và tích luỹ trong hạt trong quá trình hạt

chín dần [59], [60]. Nghiên cứu về lúa trong điều kiện thủy canh của Yan và các cộng

sự (2010) đã cho thấy Cd được hấp thụ vào hạt thông qua vận chuyển Cd từ lá già chiếm

tỷ lệ lớn hơn so với vận chuyển trực tiếp từ rễ thông qua vận chuyển xylem-phloem [61].

Khoảng 60% lượng Cd trong hạt gạo lứt được vận chuyển từ lượng Cd tích lũy trong

cây lúa trước giai đoạn trổ bông [62]. Khi nghiên cứu về sự vận chuyển và tích luỹ Cd

trong cây gạo lứt, các nhà khoa học Nhật Bản thấy rằng sự tích luỹ Cd tại các bộ phận

lần lượt từ rễ - thân – lá – hạt. Cd di chuyển từ rễ đến thân rồi vào lá dưới sau đó đến lá

trên, rồi lên bông và gạo. Các lá phía dưới có hàm lượng Cd cao nhất trong giai đoạn

đầu sinh trưởng, nhưng đến giai đoạn chín hoàn toàn hầu như không chứa Cd. Từ khi

cấy đến khi chín hoàn toàn, hàm lượng Cd được quan sát thấy giảm ở lá dưới và lá trên,

tăng ở cuống bông và hạt [58].

Ngoài ra, nghiên cứu về sự hấp thụ, tích lũy và vận chuyển Cd trong các bộ phận của

cây lúa ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau cũng được thực hiện bởi Hang và các

cộng sự năm 2018 cho thấy sự thay đổi về hàm lượng Cd trong các bộ phận của cây theo

thời gian sinh trưởng [56]. Trong nghiên cứu này, thí nghiệm trồng lúa trong chậu được

thực hiện trên hai loại đất trồng lúa bị nhiễm Cd (nồng độ Cd là 0,96 mg/kg và 3,76

mg/kg). Nồng độ của Cd rễ, thân, lá, bông non, trấu và gạo ở 5 giai đoạn sinh trưởng

khác nhau (đẻ nhánh, trổ đòng, ngậm sữa, chắc xanh và chín) đã được đo. Dựa trên kết

quả, các nhà khoa học thấy rằng có sự thay đổi nồng độ Cd trong các bộ phận theo các

giai đoạn sinh trưởng. Sự tích lũy Cd trong cây lúa tăng lên khi kéo dài thời gian sinh

11

trưởng ở cả hai loại đất, lần lượt đạt 15,3 và 35,4 μg/chậu ở giai đoạn chín. Lượng Cd

trong gạo tăng từ giai đoạn sữa đến chín, với tỷ lệ hấp thụ lớn nhất trong giai đoạn chín.

Cd tích lũy trong lá được tái hấp thụ và vận chuyển trong giai đoạn khởi động đến giai

đoạn trưởng thành và sự đóng góp của vận chuyển Cd từ lá vào lúa gạo lần lượt là 30,0%

và 22,5% ở hai loại đất.

1.1.3 Ảnh hưởng của Cd đối với sinh trưởng của lúa và chất lượng hạt

Cd ức chế sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa, làm giảm sự hấp thụ chất dinh dưỡng

và nước, làm giảm tốc độ quang hợp, làm thay đổi quá trình tổng hợp protein và lipid,

ảnh hưởng đến hoạt động của enzym dẫn đến peroxy hóa lipid, làm giảm quá trình phân

chia tế bào và làm giảm năng suất [29].

- Cd ảnh hưởng đến tỷ lệ hạt nảy mầm

Quá trình sinh trưởng của cây bắt đầu từ khi hạt nảy mầm. Nhiều nghiên cứu cho thấy,

Cd là nguyên nhân chính gây ra một số xáo trộn hoặc ức chế sự nảy mầm của hạt lúa

[63].

Hình 1.2 Ảnh hưởng của Cd đối với thực vật

Cơ chế của quá trình này là các mối liên kết của Cd với các nhóm sulphudryl của protein

và sau đó các liên kết hydro-lưu huỳnh đã làm biến tính các mối liên kết ban đầu dẫn

đến làm chậm quá trình sinh trưởng và phát triển bình thường của cây [64]. Nồng độ

12

của Cd trong môi trường và kiểu gen của từng loại thực vật gây ra các ảnh hưởng của

Cd đối với sự sinh trưởng của cây. Một nghiên cứu khác cũng chứng minh rằng, ở nồng

độ Cd thấp (0,01 – 1,5 µM) sẽ kích thích hạt nảy mầm, trong khi ở nồng độ cao hơn

(2µM) thì tỷ lệ hạt nảy mầm lại bị giảm mạnh [65].

- Cd ảnh hưởng đến sinh trưởng của rễ

Trong nhiều nghiên cứu, Cd đã được chứng minh có thể làm giảm sự sinh trưởng và ức

chế sự phát triển của rễ và chồi [63], [66], [67]. Cụ thể, khi nồng độ của Cd trong đất

tăng đến 100 mg/kg sẽ làm giảm hàm lượng chất khô của rễ đi 20% [65], [68] [69]. Rễ

cây bị suy giảm mức độ sinh trưởng so với bình thường là do Cd đã gây ra tương quan

trực tiếp với sự tích luỹ proline trong rễ. Sự có mặt của Cd sẽ làm tăng proline trong rễ

ngăn cản quá trình phát triển của rễ [70]. Tuy nhiên, ở nồng độ thấp (50, 100 và 250 µM

Cd(NO3)2 ) thì Rascio và các cộng sự năm 2008 đã chỉ ra rằng, sự nảy mầm của hạt lúa

giống không bị ảnh hưởng [67].

- Cd ảnh hưởng đến hình thái của lá

Lá là bộ phận quan trọng đối với quá trình quang hợp của cây. Các ảnh hưởng của Cd

đối với cây lúa cũng được biểu hiện rất rõ rệt trên lá. Sự có mặt của Cd gây ức chế quá

trình phát triển của lá và làm giảm độ dày của phiến lá. Từ đó, các tế bào lá bị thu nhỏ,

khả năng hoạt động của khí khổng bị suy giảm dẫn đến khả năng quang hợp của lá bị

giảm nghiêm trọng [67] [71]. Hơn nữa kích thước lá cũng bị giảm đi do kích thước của

tế bào và số lượng gian bào giảm đi [72]. Cd gây ra sự mở rộng tế bào trong các mô của

đỉnh rễ nhưng lại làm cho các tế bào ở mô lá bị kém mở rộng [67]. Khi quan sát về hàm

lượng chất diệp lục người ta cũng nhận thấy sự suy giảm đáng kể của chất này trong lá

khi có mặt Cd [65], [73], [74]. Quá trình quang hợp bị suy giảm cũng có thể do sự thiếu

hụt của các chất dinh dưỡng vi lượng trong cây mà nguyên nhân là do Cd đã ảnh hưởng

lớn đến sự hấp thụ và tích luỹ các nguyên tố vi lượng quan trọng [75], [76]. Chẳng hạn

như Cd cản trở quá trình hấp thụ Mn [77] trong khi chất này rất cần thiết cho quá trình

quang hợp [78]. Khi bị nhiễm độc Cd, cây lúa sẽ hấp thụ Clo nhiều hơn dẫn đến tích

mặn, gây ra các biểu hiện lá lúa úa vàng ảnh hưởng đến quang hợp [69].

- Cd ảnh hưởng đến chiều cao cây

13

Các nghiên cứu trước đây cho thấy chiều cao cây lúa bị giảm đáng kể khi trồng trên

đất có hàm lượng Cd cao [65], [79], [80]. Cụ thể là, chiều cao cây giảm 64,7% khi hàm

lượng Cd trong đất ở nồng độ từ 20-40 mg/kg [81]. Một nghiên cứu trồng lúa trong

chậu dưới ảnh hưởng của Cd với nồng độ 0-1,5 mg/kg và các kim loại nặng khác như

Cu (0-100 mg/kg), Pb (0-300 mg/kg), As (0-30 mg/kg) và Zn (0-200 mg/kg) theo trọng

lượng đất khô được nghiên cứu trên giống lúa 616, kết quả chỉ ra chiều cao trung bình

của lúa trưởng thành giảm theo thứ tự Cu > Zn > As > Pb > Cd so với đối chứng. Khi

nồng độ Cd trong đất tăng lên, năng suất, chiều cao thân của cả lúa nếp và lúa tẻ đều

giảm đáng kể [82].

- Cd ảnh hưởng đến năng suất hạt

Ảnh hưởng tiêu cực của Cd đến năng suất lúa cũng được chỉ ra bởi nhiều nghiên cứu.

Trong một thí nghiệm trồng lúa bằng chậu, Huang và các cộng sự (2008) [83] cho thấy

Cd (với nồng độ 150 mg/kg theo trọng lượng khô của đất) đã làm năng suất hạt lúa giảm

6,2-8,9% đối với giống lúa mang gen kháng Cd và 38,3-47,1% đối với giống lúa mang

gen nhạy cảm với Cd so với đối chứng tương ứng (không bổ sung Cd) phù hợp với các

nghiên cứu khác [68], [84], [85]. Nghiên cứu xác định năng suất hạt giảm là do việc

giảm số bông dẫn đến giảm sản lượng hạt. Có những nghiên cứu cho thấy, lúa trồng trên

đất ô nhiễm Cd bị suy giảm 80% về năng suất và số nhánh [81]. Tuy nhiên, trong một

nghiên cứu khác của Yu và các cộng sự, với các nồng độ thí nghiệm thấp 1,75-1,85

mg/kg năng suất lúa có thể tăng do tác động chưa đáng kể, nhưng ở nồng độ cao của Cd

trong đất (75,69-77,55 mg/kg) năng suất hạt giảm [86].

Từ những nghiên cứu trên cho thấy, lúa gạo là cây trồng có thể hấp thụ Cd dễ dàng qua

rễ, quá trình này diễn ra mạnh hơn trong đất nghèo dinh dưỡng [3]. So với các kim loại

khác như Pb, Cu, Zn và As, lượng Cd trong đất dù ở nồng độ thấp hơn nhưng lại được

cây hấp thụ nhiều hơn. Cơ chế này được giải thích là do Cd có hệ số tích lũy cao hơn

nên lượng Cd từ đất di chuyển vào lúa dễ hơn so với các kim loại khác [87]. Đây là một

trong những nguyên nhân dẫn đến Cd được tìm thấy trong gạo nhiều hơn so với các kim

loại khác trong những vùng đất ô nhiễm.

14

1.1.4 Tiêu chuẩn giới hạn cho phép của Cd trong đất, nước và gạo

Dưới đây là một số thống kê về giới hạn cho phép của Cd trong đất nông nghiệp, nước tưới

và gạo của Tổ chức Nông lương thế giới/Tổ chức Y tế thế giới và một số quốc gia như

Trung Quốc, Đài Loan, Thái Lan, Philippin, Việt Nam và các nước Đông Nam Á.

Bảng 1.1 Tổng hợp các tiêu chuẩn giới hạn cho phép Cd trong đất, nước và gạo

Tiêu chuẩn Giới hạn cho phép về Cd

Đất nông nghiệp Nước tưới Gạo

0,01 FAO/WHO 3 0,4

mg/kg [88] mg/L [89] (CODEX) mg/kg [90]

1,5 (mg/kg đất khô) 0,01 (mg/L) 0,4 mg/kg Việt Nam QCVN QCVN QCVN

03/2015/BTNMT 08/2015/BTNMT 8-2/2011/BYT

0,4 Đài Loan - - mg/kg [91]

0,005 mg/L (khi độ

0,15 Thái Lan - mg/kg cứng nhỏ hơn 100 mg/L CaCO3) 0,05 mg/L (khi độ

cứng lớn hơn 100 mg/L CaCO3) [92]

0,4 Philippin - - mg/kg [93]

0,4 0,6 0,001 -0,05 Trung Quốc mg/kg [96] mg/kg [94] mg/L [95]

Ghi chú: “-“ chưa tìm được thông tin

Mức giới hạn cho phép về hàm lượng Cd trong gạo của Việt Nam gần với khuyến cáo của

FAO/WHO ở cả đất nông nghiệp và nước tưới, nhưng cao hơn tiêu chuẩn của Trung Quốc

và Thái Lan.

Nhận xét: có thể thấy, sự xuất hiện của Cd trong đất nông nghiệp và tích luỹ trong gạo

chủ yếu là do các hoạt động nhân tạo như nước thải công nghiệp, nước thải và chất thải

15

sinh hoạt, hoạt động giao thông, hoạt động bón phân… Sự phong hoá và điều kiện thổ

nhưỡng tự nhiên có ảnh hưởng đến sự có mặt của Cd trong đất và gạo nhưng chỉ ở quy

mô nhỏ và nguy cơ không cao. Độc tính của Cd đối với môi trường và sức khoẻ con

người là rất nghiêm trọng có thể dẫn tới tử vong ở người. Đối với thực vật và lúa gạo,

các bằng chứng đã cho thấy Cd gây ảnh hưởng tiêu cực đến sinh trưởng và năng suất

của lúa gạo. Con đường di chuyển và cơ chế tích luỹ Cd từ đất lên cây và vào gạo đã

được hiểu rõ hơn. Đây là căn cứ để nghiên cứu các biện pháp giảm thiểu tích luỹ kim

loại này trong gạo.

1.2 Tổng quan về ô nhiễm Cd trong đất nông nghiệp, nước tưới và lúa gạo

1.2.1 Tổng quan nghiên cứu về thực trạng Cd trong đất và nước tưới

1.2.1.1 Tổng quan nghiên cứu về thực trạng Cd trong đất

Khoảng 2,35 × 1012 m2 đất nông nghiệp trên thế giới trong tình trạng ô nhiễm kim loại

nặng trong đó có Cd [97]. Tại Trung Quốc là một trong những nước có diện tích đất

canh tác nông nghiệp lớn nhất thế giới đã có gần 33,54% diện tích đất nông nghiệp bị ô

nhiễm Cd [98]. Một nghiên cứu được thực hiện tại Suszec – miền nam Ba Lan để đánh

giá hàm lượng của Cd và 8 nguyên tố kim loại khác bao gồm As, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Sb

và Zn. Độ ô nhiễm của đất được đánh giá trên cơ sở chỉ số địa tích tụ, hệ số làm giàu, hệ

số nhiễm bẩn và mức độ ô nhiễm. Các nghiên cứu cho thấy hàm lượng Cd tăng cao. Hàm

lượng Cd trung bình trong các mẫu đất là 0,8 mg/kg cao hơn hàm lượng trung bình của

Cd trong đất của Ba Lan (0,05 mg/kg). Nguyên nhân được xác định là do ảnh hưởng của

các khu công nghiệp lớn của Ba Lan (Vùng công nghiệp thượng Silesian), nhà máy luyện

kim Trzyniec (Cộng Hoà Séc) và các mỏ than của địa phương [99]. Một nghiên cứu về ô

nhiễm Cd trong trầm tích của 35 ao, hồ nhân tạo cũng được thực hiện ở vùng cao Silesian

– miền nam Ba Lan cho thấy, hàm lượng Cd trong tất cả các mẫu (0,7–580 mg/kg) cao

hơn nồng độ của nguyên tố này trong vỏ Trái đất (0,1–0,3 mg/kg) và nền đất của Ba Lan

(0,5 mg/kg) [100].

Tại Việt Nam, theo Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2016-2020, bên

cạnh diện tích đất nông nghiệp và diện tích đất lúa của cả nước bị thu hẹp thì tình trạng

ô nhiễm Cd trong đất đã xuất hiện nhiều hơn [101]. Các khu công nghiệp, làng nghề

16

truyền thống là nguyên nhân gây ô nhiễm kim loại nặng nói chung và Cd nói riêng. Ví

dụ như hàm lượng Cd 1,57 mg/kg trong đất nông trường Lê Minh Xuân, huyện Bình

Chánh, thành phố Hồ Chí Minh, nguyên nhân là do các hoạt động xả thải của khu công

nghiệp Vĩnh Lộc và Tân Bình cũng như nhiều cơ sở sản xuất, dệt nhuộm tại quận Tân

Phú, Tân Bình và quận 12. Mức độ ô nhiễm gấp 1,05 lần ngưỡng cho phép của QCVN

03-2015/BTNMT. Tại Bình Dương, đất sản xuất nông nghiệp tại Tân Uyên có hàm

lượng Cd là 1,63 mg/kg vượt 1,09 lần ngưỡng cho phép QCVN 03-2015/BTNMT. Hàm

lượng Cd trong đất sản xuất nông nghiệp tại các khu vực Trảng Bom, Vĩnh Cửu cũng

vượt 1,09 lần mức quy định của QCVN 03-2015/BTNMT.

Các nghiên cứu đánh giá về hàm lượng Cd trong 4 nhóm đất chính sản xuất nông nghiệp

ở Việt Nam (đất phù sa, đất xám, đất đỏ, đất cát), năm 2019, tác giả Hà Mạnh Thắng

[102] đã tiến hành lấy mẫu, phân tích và thu được kết quả như sau: Hàm lượng Cd trong

đất phù sa khá thấp so với QCVN 03/2015/BTNMT tại 273 mẫu đất tầng mặt nhóm đất

phù sa một số hệ thống sông chính của Việt Nam (sông Hồng, sông Cửu Long, sông

Mã, sông Lam…). Mức trung bình dao động từ 0,519-0,615 mg/kg. Sự tích tụ Cd có xu

hướng tập trung trên tầng đất mặt (0-30 cm) và giảm dần theo chiều sâu. Trong đó, đồng

bằng sông Hồng là khu vực có nhiều mẫu đạt giá trị tích luỹ Cd cao nhất từ 0,133 – 1,6

mg/kg, trung bình là 0,769 mg/kg. Đất phù sa tại các lưu vực sông khác như sông Cửu

Long có hàm lượng Cd trung bình đạt 0,53 mg/kg, sông Mã đạt 0,371 mg/kg và sông

Lam đạt 0,315 mg/kg. Nguyên nhân khiến đồng bằng sông Hồng có hàm lượng Cd trong

đất phù sa cao nhất được tác giả chỉ ra là do mức độ đầu tư thâm canh cao, sử dụng phân

bón và hệ số mùa vụ cao hơn các vùng khác. Đối với nhóm đất xám, hàm lượng Cd có

sự biến động khá lớn giữa các loại đất xám, nằm trong khoảng từ 0,03 – 1,31 mg/kg,

trung bình đạt từ 0,19 – 0,76 mg/kg, thấp hơn QCVN 03/2015/BTNMT. Hàm lượng Cd

tích luỹ trong 253 mẫu đất đỏ nằm trong khoảng từ 0,01- 3,95 mg/kg, trung bình đạt

2,08 mg/kg vượt quá giới hạn cho phép của QCVN 03/2015/BTNMT (1,5 mg/kg). Đông

Nam Bộ là vùng có đất đỏ bị nhiễm Cd cao nhất trên cả nước, trung bình là 3,33 mg/kg,

trong khi các mẫu đất đỏ ở Tây Nguyên lại có hàm lượng Cd thấp nhất trong 4 loại đất

đỏ ở Việt Nam bao gồm khu vực miền núi phía bắc, miền trung, Tây Nguyên và Đông

Nam Bộ. Kết quả nghiên cứu sự tích luỹ Cd trong nhóm đất cát tại ven biển các tỉnh

vùng Bắc Trung Bộ, Đông Bắc, Nam Trung Bộ, Nam Bộ cho thấy, đất cát có hàm lượng

17

Cd tích luỹ thấp, trung bình 0,28 mg/kg, tất cả 209 mẫu đất cát đều nằm dưới ngưỡng

cho phép của QCVN 03/2015/BTNMT.

Tại một số vùng Cd đã được phát hiện trong đất do ảnh hưởng của nước rỉ rác từ các bãi

chôn lấp. Hà Mạnh Thắng và các cộng sự đã có những kết luận về tồn lưu Cd trong đất

tại một số vùng nguy cơ ô nhiễm do chất thải đô thị và công nghiệp ở Việt Nam như

sau: Khu vực gần bãi rác Nam Sơn – Sóc Sơn: kết quả quan trắc – phân tích các mẫu

đất trong 3 năm liên tiếp cho thấy, hàm lượng Cd đạt giá trị cao nhất ở điểm chịu ảnh

hưởng trực tiếp của nước rỉ rác dao động từ 0,54 đến 1,1 mg/kg và trung bình là 0,79

mg/kg và giảm dần theo độ xa tính từ bãi rác. Điểm cách xa nguồn nước và bãi rác có

hàm lượng Cd trung bình đạt 0,33 mg/kg. So sánh với QCVN 03:2008/BTNMT quy

định giới hạn đối với kim loại nặng thì hàm lượng Cd trong đất của khu vực còn thấp

hơn. So sánh với báo cáo xây dựng nền đất xám Việt Nam [103], hàm lượng Cd trung

bình trong đất xám Việt Nam là 0,37 – 0,42 mg/kg thì hàm lượng Cd tại điểm gần bãi

rác cao hơn mức trung bình của đất xám [104].

Một số hoạt động công nghiệp cũng làm gia tăng hàm lượng Cd trong đất. Hàm lượng

Cd trong đất tại khu vực khu công nghiệp Thạch Sơn cũng được thực hiện 3 năm (2006,

2008, 2010). Kết quả cho thấy hàm lượng Cd trong đất tại các điểm quan trắc khá cao,

dao động từ 0,61 – 2,29 mg/kg. Hàm lượng Cd tại điểm tiếp nhận nước thải của nhà máy

Hóa chất Lâm Thao đạt 2,29 mg/kg vượt giới hạn cho phép trong QCVN

03:2008/BTNMT 1,15 lần. Từ các kết quả trên cho thấy hàm lượng Cd trong đất tại khu

vực bị ảnh hưởng của nước rỉ rác thấp hơn hàm lượng Cd trong đất tại vùng bị ảnh

hưởng bởi công nghiệp hóa chất [104].

Các hoạt động khai thác khoáng sản là một trong các nguồn gây ô nhiễm Cd trong đất

[105] và Cd cũng được phát hiện trong đất nông nghiệp. Nghiên cứu của Trần Thị Minh

Thu và cộng sự năm 2018 đã công bố về tình hình ô nhiễm kim loại nặng trong đất nông

nghiệp tỉnh Bắc Ninh cho thấy một số mẫu ô nhiễm Cd hoặc cận ô nhiễm Cd khi so

sánh với QCVN 03-2015/BTNMT [106], mẫu có giá trị hàm lượng Cd cao nhất là 2,14

mg Cd/kg đất và mẫu có giá trị hàm lượng Cd thấp nhất là 0,04 mg Cd/kg đất. Các điểm

lấy mẫu có hàm lượng Cd cao nhất thuộc thôn Đồng Đông, xã Đại Đồng Thành, huyện

Thuận Thành có mức độ ô nhiễm vượt ngưỡng cho phép. Nguyên nhân của sự ô nhiễm

18

này được xác định là do hoạt động chuyên canh rau màu có tỷ lệ sử dụng phân bón cao,

gần nhà máy tái chế nhựa.

Như vậy có thể thấy, ô nhiễm Cd trong đất nông nghiệp không chỉ trên thế giới mà cả ở

Việt Nam, đã xảy ra trên các vùng riêng lẻ và xuất hiện ở hầu hết các tỉnh thành trên cả

nước, đặc biệt tại các vùng có hoạt động sản xuất chuyên canh nông nghiệp cường độ

cao và có ảnh hưởng lớn bởi hoạt động sản xuất công nghiệp và làng nghề. Mức độ ô

nhiễm Cd trong đất nông nghiệp ở Việt Nam đã có một số nơi vượt ngưỡng cho phép

của QCVN 03-2015/BTNMT từ 1,09 lần đến 2,3 lần.

1.2.1.2 Tổng quan nghiên cứu đánh giá thực trạng Cd trong nước tưới

Sông Hải Hà ở Trung Quốc là một trong những con sông lớn có ý nghĩa vô cùng quan

trọng đối với phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh và thành phố như Bắc Kinh, Thiên

Tân, Hà Bắc, một phần của các tỉnh Hà Nam, Sơn Đông, Sơn Tây, Nội Mông Cổ. Tuy

nhiên, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng trong đó có Cd trong những năm qua ô nhiễm nhất

ở Trung Quốc. Có tới 90% số trạm quan trắc chất lượng nước trên sông Hải Hà có hàm

lượng Cd vượt quá tiêu chuẩn cho phép của Trung Quốc (>0,01 mg/L). Nồng độ Cd

trong trầm tích mặt của sông Hải Hà có giá trị trung bình là 0,364 mg/kg [107].

Nghiên cứu của Qiaoqiao Zhou và các cộng sự năm 2020 cho thấy bức tranh tổng thể

về sự ô nhiễm Cd trong nước mặt đang có diễn biến phức tạp. Hàm lượng Cd trong nước

mặt gia tăng đáng kể theo thời gian và có giá trị trung bình cao hơn ngưỡng khuyến cáo

của các tổ chức tiêu chuẩn thế giới: kết quả ghi nhận được trong những năm 1970 là

0,82±0,18 µg/L, giá trị này tăng lên 39,22±10,29 µg/L những năm 1990 và 25,33±7,17

µg/L những năm 2010. Hàm lượng cao hơn ngưỡng khuyến cáo của WHO và USEPA

(Cục bảo vệ môi trường liên bang – Mỹ) lần lượt là 3 µg/L và 5 µg/L. Nam Mỹ là vùng

có giá trị hàm lượng Cd trong nước sông hồ cao nhất 63,54±35,81 µg/L. Đứng thứ hai

là châu Phi với hàm lượng Cd trung bình của 33 sông, hồ là 45,04±14,99 µg/L, châu Á

đang giữ vị trí thứ ba với kết quả thu được trên 129 sông hồ là 17,75±3,96 µg/L. Số liệu

thu được trên 18 sông hồ ở Châu Âu cho giá trị hàm lượng Cd trong nước trung bình đạt

5,69±5,05 µg/L, cao hơn tiêu chuẩn của WHO và USEPA. Các sông hồ ở Bắc Mỹ được

đánh giá là có chất lượng tốt với số liệu thu được từ 5 sông, hồ cho kết quả trung bình

19

về hàm lượng Cd trong nước đạt 1,12±0,85 µg/L, thấp hơn giá trị khuyến cáo tại hai tiêu

chuẩn WHO và USEPA [108].

Tại Việt Nam, sông Hồng là nguồn nước chính phục vụ cấp cho sinh hoạt và sản xuất,

trong khi các hoạt động khai khoáng, sản xuất công nghiệp, nước thải sinh hoạt, bãi chôn

lấp chất thải và cả hoạt động sản xuất nông nghiệp đang gây ô nhiễm nước sông. Nguyễn

Thị Thu Hiền và các cộng sự năm 2016 cho thấy Cd và các kim loại khác như Cu, Pb,

Ni, Zn được phát hiện ở nồng độ rất cao tại một số địa điểm thượng nguồn sông. Ô

nhiễm kim loại nặng có trong trầm tích với giá trị cao ở thượng nguồn. Tác giả cũng

khẳng định, Cd cùng với Cu và Pb là những chất ô nhiễm tồn tại trong nước sông Hồng

[109]. Một nghiên cứu khác của Nguyễn Thị Bích Ngọc và các cộng sự năm 2015 về

hàm lượng kim loại nặng trong nước sông Hồng cho thấy, hàm lượng Cd trong nước

sông cao hơn QCVN 08:2015/BTNMT (Cd trong nước tưới nông nghiệp thấp hơn hoặc

bằng 0,01 mg/L). Kết quả này là số liệu quan trắc hằng tháng giai đoạn từ tháng 1/2012

đến tháng 12/2012 tại 4 trạm thuỷ văn Hà Nội, Hoà Bình, Vũ Quang và Yên Bái [110].

Kết quả của nghiên cứu cũng cho thấy 55,7 – 81% dòng chảy kim loại nặng xuất hiện

vào mùa lũ, còn lại là xuất hiện vào thời kỳ nước kiệt [111].

Sông Nhuệ là một trong ba hệ thống thủy lợi chính của Đồng bằng sông Hồng với điểm

bắt đầu từ cống Liêm Mạc – Hà Nội và kết thúc ở Phủ Lý – Hà Nam. Sông Nhuệ cũng

là nơi tiếp nhận nước từ sông Tô Lịch và sông Kim Ngưu – hai sông dẫn nước thải của

Hà Nội hiện nay. Đã có nhiều nghiên cứu về chất lượng nước sông Nhuệ bởi vai trò là

nguồn nước tưới phục vụ cho hơn 100 000 ha đất nông nghiệp của Hà Nội và Hà Nam

[112]. Để đánh giá hàm lượng Cd trong nước sông Nhuệ và mối tương quan về kim loại

này giữa hai môi trường nước tưới và đất canh tác, tác giả Nguyễn Thị Lan Hương đã

tiến hành lấy 12 mẫu nước dọc theo lưu vực sông Nhuệ để phân tích hàm lượng Cd và

đưa ra kết luận như sau: Hàm lượng Cd trong nước tưới dọc theo sông Nhuệ có sự chênh

lêch rõ nét giữa các điểm lấy mẫu và trung bình <0,001 mg/L, nằm trong ngưỡng cho

phép đối với chất lượng nước mặt dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt cột A2 –

QCVN 08:2015/BTNMT. Kết hợp với kết quả phân tích hàm lượng Cd trong đất canh

tác và đánh giá hệ số tương quan Pearson, tác giả cũng khẳng định hàm lượng Cd trong

đất nông nghiệp đã được bổ sung thông qua hoạt động tưới bằng nước sông Nhuệ [113].

20

1.2.2. Tổng quan nghiên cứu về tích lũy Cd trong lúa gạo

Kết quả khảo sát đánh giá mức độ ô nhiễm Cd trong gạo tại 5 vùng ô nhiễm ở Trung

Quốc đã được các nhà khoa học tiến hành vào năm 2015 [114]. Với 484 mẫu gạo thu

thập được đem phân tích hàm lượng Cd cho con số mức độ tồn lưu Cd trong các mẫu

gạo nằm trong khoảng từ 0,149 đến 0,189 mg/kg. Có tới 18% mẫu gạo có hàm lượng

Cd vượt quá ngưỡng cho phép và điển hình là các mẫu được lấy từ Quý Châu – nơi có

tình trạng ô nhiễm Cd rất nghiêm trọng có hàm lượng Cd trong gạo cao hơn 41,1% so

với ngưỡng cho phép.

Một số khảo sát khác đã phát hiện tỷ lệ đáng kể các mẫu gạo đang lưu thông trên thị

trường Trung Quốc nhất là các khu vực ở phía Nam có hàm lượng Cd vượt quá giới hạn

cho phép (0,2 mg/kg) [115], [98], [123], [125]. Trong đó, nguyên nhân gây ra tình trạng

trên chính là sự ô nhiễm đất canh tác nông nghiệp và thoái hóa đất [119].

Nghiên cứu về hàm lượng Cd trong 70 mẫu gạo của tỉnh Khuzestan, Tây Nam Iran đã

được thực hiện năm 2013 [120]. Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng trung bình của

Cd trong gạo là 273,6 µg/kg, dưới 72% mẫu gạo có nồng độ Cd trên 200 µg/kg (giá trị

Cd theo tiêu chuẩn). Lượng Cd được người dân địa phương hấp thụ hằng ngày ước tính

vào khoảng 0,59 µg/ngày trong khi hàm lượng tối đa theo khuyến cáo con người có thể

hấp thụ Cd trong ngày là 1 µg/ngày theo trọng lượng. Kết quả chỉ ra 11 trên tổng số 70

mẫu (chiếm 15,71%) có hàm lượng Cd vượt quá lượng hấp thụ hằng ngày theo quy định.

Nghiên cứu cũng khẳng định, người dân địa phương có khả năng chịu rủi ro về kim loại

nặng nếu tiêu thụ gạo trong thời gian dài.

Châu Á là khu vực sản xuất gạo chủ yếu của thế giới, trong đó, Thái Lan là nước xuất

khẩu gạo lớn nhất và đứng thứ hai là Việt Nam trong những năm gần đây. Trong một

nghiên cứu gần đây tại huyện Mae Tao nằm trong lưu vực sông Mae Tao - khu vực có

tình trạng ô nhiễm Cd nghiêm trọng của Thái Lan cho thấy, trong tổng số 159 mẫu gạo

được thu thập từ các hộ gia đình nằm trong 6 làng của huyện, có khoảng 19,8% mẫu

gạo trắng và 19,1% mẫu gạo nếp có hàm lượng Cd cao hơn tiêu chuẩn tối đa của Codex

về Cd trong gạo (0,4 mg/kg). Kết quả của khảo sát cũng cho thấy gạo trồng tại địa

phương có chứa lượng Cd cao hơn trung bình 1,5 lần so với gạo sản xuất từ các vùng

21

khác. Nghiên cứu cũng kết luận nguy cơ sức khỏe tiềm ẩn từ Cd trong các mô hình

tiêu thụ gạo chủ yếu gây ra bởi tổng nồng độ Cd trong gạo và tốc độ tiêu thụ gạo của

người dân [121].

Kết quả phân tích đánh giá cho thấy hàm lượng Cd tối đa cho phép trong gạo là 200

µg/kg, thì 5% chuỗi cung ứng toàn cầu đang có nồng độ tồn lưu Cd vượt ngưỡng. Cụ

thể hàm lượng Cd tồn lưu trong gạo ở khu vực Đông Phi trung bình là 4,9 µg/kg, trong

khi Trung Quốc là khu vực có hàm lượng Cd tồn lưu trong gạo cao hơn (69,3 µg/kg).

Khu vực châu Mỹ đang an toàn về Cd trong gạo nhưng ngược lại Ấn Độ lại nới có hàm

lượng Cd trong gạo ở mức độ cao nhất trên toàn cầu. Đặc biệt là những quốc gia mà

người dân sử dụng gạo hằng ngày như Bangladesh thì nguy cơ phơi nhiễm Cd lại càng

cao. Nếu so sánh với tiêu chuẩn khắt khe hơn là 40 µg/kg đối với thực phẩm chế biến

dành cho trẻ sơ sinh, trong đó gạo chiếm 100% theo thành phần (cháo, ngũ cốc, bánh

ngọt), thì 25% gạo không đảm bảo chất lượng làm nguyên liệu sản xuất thực phẩm cho

trẻ em.

Tại Việt Nam, nghiên cứu về Cd trong đất và gạo tại các ruộng bậc thang và ruộng đồng

bằng thuộc lưu vực sông Hồng đã được công bố năm 2020 bởi Bùi Thị Kim Anh và

cộng sự [123]. Hàm lượng Cd trung bình trên 61 mẫu gạo vùng đồng bằng là 0,033

mg/kg, và hầu hết các mẫu gạo ở ruộng bậc thang đều không tìm thấy Cd. Kết quả này

cho thấy nguy cơ ô nhiễm Cd trong gạo ở khu vực đồng bằng thấp trũng cao hơn vùng

núi cao.

Chu Đình Bình và cộng sự đã công bố năm 2020 về kết quả phân tích 70 mẫu gạo từ Hà

Nam (đồng bằng sông Hồng) và các khu vực đang khai khoáng ở Thái Nguyên. Kết quả

phân tích của nghiên cứu cho thấy hàm lượng Cd trung bình của 70 mẫu gạo Hà Nam là

0,111 mg/kg. Đồng thời, nghiên cứu cũng chỉ ra hàm lượng Cd trong các mẫu gạo ở các

vùng khai thác khoáng sản cao hơn vùng Đồng bằng sông Hồng. So sánh với mức do Tổ

chức lương thực và nông nghiệp Liên hợp quốc (FAO) đề xuất thì hàm lượng Cd hấp thụ

hàng ngày thông qua mức độ tiêu thụ gạo của của Việt Nam đang cao hơn mức khuyến cáo

của FAO, trong khi các kim loại khác đang ở mức chấp nhận được theo tiêu chuẩn FAO.

Nồng độ Cd trong 70 mẫu gạo dao động từ 0,005 mg/kg đến 0,480 mg/kg, trong khi tiêu

chuẩn FAO/WHO khuyến cáo hàm lượng Cd được phép có mặt trong gạo đánh bóng là 0,4

22

mg/kg. Ngoài ra, nghiên cứu cũng cho thấy sự chênh lệch tương đối lớn giữa 35 mẫu gạo

được thu thập từ khu vực khai khoáng cao hơn 2,5 lần về nồng độ Cd so với 35 mẫu gạo

thu thập ở vùng khác [124].

Hình 1.3 Sơ đồ lấy mẫu gạo tại Đồng bằng sông Hồng

Nghiên cứu về hàm lượng Cd trong 29 mẫu gạo được lấy ngẫu nhiên tại các cửa hàng

bán lẻ của thành phố Huế năm 2019 của Hà Thùy Trang và cộng sự [125] cho thấy, hàm

lượng Cd trong gạo là 15,16 ±12,45 µg/kg chất khô, ở dưới ngưỡng khuyến cáo của

WHO/FAO. Với hàm lượng phân tích được nhân với lượng gạo trung bình tiêu thụ hàng

ngày của người dân cho thấy, hàm lượng Cd đi vào cơ thể con người theo tuần là 0,29

µg/kg trọng lượng cơ thể, thấp hơn ngưỡng khuyến cáo của WHO/FAO. Nghiên cứu

cũng chỉ ra rằng, hàm lượng Cd trong các mẫu gạo sản xuất tại miền Trung của Việt

Nam (7 mẫu) là 19,27 ±14,72 µg/kg chất khô, cao hơn các mẫu gạo được sản xuất tại

miền Nam của Việt Nam (18 mẫu) với hàm lượng Cd trung bình là 14,10 ±11,04 µg/kg

chất khô. Hàm lượng Cd trong các mẫu gạo được sản xuất tại Việt Nam (25 mẫu) cao

hơn các mẫu gạo được sản xuất tại nước ngoài (4 mẫu, tại Thái Lan và Lào) là 2,03

±4,49 µg/kg chất khô, cao hơn 13%.

Hàm lượng Cd cũng được tìm thấy trong các mẫu gạo được lấy tại 10 huyện dọc theo

các tỉnh Thanh Hóa, Hà Tĩnh, Nghệ An theo một công bố của Lê Thanh Thảo và cộng

23

sự năm 2022 [126]. Nghiên cứu đã lấy 10 mẫu gạo và phân tích hàm lượng Cd để đánh

giá tiềm năng rủi ro về sức khỏe đối với người tiêu dùng.

Bảng 1.2 Hàm lượng Cd trong gạo ở các tỉnh Bắc Trung Bộ

STT Tỉnh Huyện/Thành phố Cd trong gạo (mg/kg)

1 Quảng Xương 0,013 ± 0,004

2 Thanh Hóa Bỉm Sơn 0,022 ± 0,005

3 Nghi Sơn 0,007 ± 0,001

Trung bình 0,014 ± 0,005

4 Nghi Xuân 0,061 ± 0,022

5 Hà Tĩnh Đức Thọ 0,091 ± 0,018

6 Kỳ Anh 0,11 ± 0,039

Trung bình 0,088 ± 0,015

7 Nghĩa Đàn 0,015 ± 0,011

8 Đô Lương 0,045 ± 0,012 Nghệ An 9 Hưng Nguyên 0,097 ± 0,03

10 Thanh Chương 0,038 ± 0,013

Trung bình 0,049 ± 0,017

0,4 QCVN 08-2/2011/BYT

Theo bảng trên, hàm lượng Cd cao nhất được tìm thấy tại Hà Tĩnh (0,061 ± 0,022 đến

0,11 ± 0,039 mg/kg chất khô), tiếp theo là Nghệ An (0,015 ± 0,011 đến 0,097 ± 0,03

mg/kg chất khô) và Thanh Hóa (0,007 ± 0,001 đến 0,022 ± 0,005 mg/kg chất khô).

Với kết quả này, có thể thấy sự khác biệt không lớn giữa hàm lượng Cd trong gạo tại

Đồng bằng sông Hồng (0,033 mg/kg) theo công bố của Bùi Thị Kim Anh năm 2020.

Nghiên cứu cũng chỉ ra chỉ số HI (healthy index) nằm trong khoảng từ 2,4 đến 11 cho

thấy các nhóm dân cư có thể gặp phải một số bất lợi đến sức khỏe do Cd có trong gạo.

Cũng trong nghiên cứu của Thái Văn Nam năm 2013 về 10 mẫu gạo được sử dụng phổ

biến tại xã Bình Xuân, thị xã Gò Công, tỉnh Tiền Giang về hàm lượng kim loại nặng,

kết quả cho thấy, hàm lượng Cd trong cả 10 mẫu gạo thấp hơn so với tiêu chuẩn cho

phép của Bộ Y tế. Kết quả đánh giá rủi ro sức khỏe đối với người sử dụng vẫn nằm

trong ngưỡng an toàn [127].

24

Tại đồng bằng sông Cửu Long, Nguyễn Thùy Phương cùng các cộng sự cũng có một

nghiên cứu chi tiết và hàm lượng Cd trong các mẫu gạo để đánh giá mức độ rủi ro đối

với sức khỏe người dân. Cơ sở đánh giá là 80 mẫu gạo được thu thập trên khu vực đồng

bằng sông Cửu Long để phân tích hàm lượng Cd tích lũy trong gạo. Kết quả cho thấy,

29% số lượng mẫu có chỉ số mức hấp thụ qua thức ăn có thể chấp nhận được và không

có mẫu nào phát hiện hàm lượng Cd vượt ngưỡng cho phép [128].

Sự tích lũy Cd trong gạo cũng được nghiên cứu trên các lưu vực sông của Việt Nam

như Đồng bằng sông Hồng, lưu vực sông Hương và Đồng bằng sông Cửu Long năm

2020 bởi Nguyễn Thùy Phương và cộng sự (2020). Với 19 mẫu gạo được lấy tại Đồng

bằng sông Hồng có hàm lượng Cd trung bình là 0,120 mg/kg, 4 mẫu gạo được lấy từ

lưu vực sông Hương có hàm lượng Cd trung bình là 0,085 mg/kg và 78 mẫu gạo lấy

từ Đồng bằng sông Cửu Long có hàm lượng Cd trung bình là 0,037 mg/kg. Đối với

các mẫu thân lá, kết quả phân tích cho thấy, trong một số mẫu thu tại Đồng bằng sông

Hồng có 0,44 mg/kg Cd tích lũy trong thân lá, 0,45 mg/kg Cd tích lũy trong thân cây

của các mẫu thu tại sông Hương, các mẫu thân thu tại Đồng bằng sông Cửu Long

không phát hiện hàm lượng Cd tích lũy trong thân. Cd cũng được phân tích trong vỏ

trấu, kết quả cho thấy hàm lượng Cd tích lũy trong phần vỏ trấu của các mẫu thu tại

Đồng bằng sông Hồng, sông Hương và sông Cửu Long lần lượt là 0,103 mg/kg, 0,155

mg/kg và 0,028 mg/kg [128].

Nhận xét: Mức độ ô nhiễm Cd trong đất nông nghiệp, nước tưới và lúa gạo trên thế giới

và Việt Nam đã vượt giới hạn cho phép tại một số vị trí do tác động của các nguồn thải

từ công nghiệp khai khoáng, bãi chôn lấp chất thải, nước thải sinh hoạt và làng nghề dẫn

đến nguy cơ ô nhiễm Cd trong gạo ngày càng gia tăng. Tình trạng nhiễm độc Cd trong

gạo đang ở mức báo động khi các quốc gia châu Á như Trung Quốc, Ấn Độ, Banglades

là các nước có mức độ ô nhiễm Cd trong gạo cao nhất thế giới (69,3 µg/kg ở Trung

Quốc). Ở Việt Nam, chưa phát hiện nhiều mẫu gạo có hàm lượng Cd vượt ngưỡng cho

phép của QCVN 08-2/2011/BYT. Hàm lượng Cd trong các mẫu gạo thu được của Đồng

bằng sông Hồng lớn hơn ở lưu vực sông Hương và đồng bằng sông Cửu Long.

25

1.3 Tổng quan các giải pháp xử lý ô nhiễm Cd trong đất và lúa gạo

1.3.1 Các giải pháp xử lý ô nhiễm Cd trong đất

1.3.1.1 Giải pháp hoá học

Các phương pháp lý hoá được sử dụng để loại bỏ Cd trong đất bao gồm các phương

pháp như thay đất, rửa đất, thủy tinh hóa, khử hóa học và điện động học [10], [122]. Ở

các khu vực xảy ra ô nhiễm nghiêm trọng và quy mô lớn, các giải pháp xử lý nhiệt, kết

tủa, lắng cặn, trao đổi ion, thẩm thấu ngược và vi lọc cũng được áp dụng [120]. Phương

pháp rửa đất thường được thực hiện bằng các chất khử kim loại như axit

etylendiamintetraacetic, triamoni bromua, clorua canxi, axit xitric, axit clohydric, axit

nitriloacetic và các chất hoạt động bề mặt anion khác [123]. Các phương pháp này không

khả thi trên thực tế vì chi phí cao, khó áp dụng, có thể đưa thêm chất ô nhiễm vào môi

trường, làm thay đổi tính chất của đất, làm thay đổi hệ sinh thái đất và ảnh hưởng đến

sinh trưởng, phát triển của cây lúa.

1.3.1.2 Giải pháp thực vật

Giải pháp sử dụng thực vật có khả năng hấp thụ Cd cũng là một trong những giải pháp

hiệu quả, dễ áp dụng và an toàn đối với việc loại bỏ Cd ra khỏi môi trường đất và nước.

Dùng thực vật để hấp thụ kim loại nặng trong đất là một giải pháp rất hiệu quả và chi

phí thấp. Với các đặc tính như tốc độ tăng trưởng nhanh và tỷ lệ sản xuất sinh khối cao,

một số loại thực vật được sử dụng để loại bỏ kim loại nặng ra khỏi đất [129]–[131]. Cỏ

và cỏ dại mọc tự nhiên như Cyperus rotundus, Cyperus kylinga, Marselia quadrifolia,

và Ludwigia parviflora được nghiên cứu là phát triển tốt ở những nơi ô nhiễm kim loại

cho các ruộng lúa nước [132]. Các loài thực vật như Pteris vittata và Thlapsi caeruliensis

được đề xuất để tách Cd trong ruộng lúa nương [133][134], [135]. Cải Ấn Độ, ngô,

hướng dương và lúa miến cũng được báo cáo là có hiệu quả trong việc khắc phục ô

nhiễm kim loại nặng tại các cánh đồng nhưng mức độ tích lũy kim loại nặng của chúng

là bao nhiêu thì còn cần phải tiếp tục nghiên cứu [136]. Các nhà khoa học cũng phát

hiện ra rằng sự phát triển của các loài thực vật thủy sinh như Elatine hexandra, Althenia

filiformis và Monita rivularis trong ruộng lúa ngập nước có khả năng loại bỏ Cd khỏi

đất [137]. Ngoài ra, việc dùng sinh khối tảo ở vùng đồng bằng ngập nước để loại bỏ Cd

cho thấy hiệu quả gấp 3 lần so với điều kiện đồng ruộng bình thường [138]. Giải pháp

26

thực vật thường phù hợp với các vùng đất ô nhiễm Cd ở mức độ cao và không có khả

năng canh tác. Tuy nhiên, sử dụng giải pháp thực vật trên đồng bằng sông Hồng là không

phù hợp vì phải đảm bảo nhiệm vụ an ninh lương thực và xuất khẩu.

1.3.1.3 Giải pháp vi sinh vật

Giải pháp xử lý bằng vi sinh vật cũng được áp dụng rộng rãi. Vi khuẩn Bacillus subtilis

Tp8 và Pseudomonas fluorescens G9 có tác dụng loại bỏ Cd khỏi đất một cách hiệu quả

[139]. Sự hấp thụ Cd của vi khuẩn ở đất cát cao hơn ở đất sét [140]. Các vi khuẩn khử

sunfat kết tủa kim loại bằng cách tạo thành sunfua kim loại rất hữu ích trong việc giảm

Cd khả dụng trong thực vật. Ứng dụng của alginate (vật liệu nhựa phân hủy sinh học)

để cấy vi khuẩn vào đất cũng làm giảm Cd có thể trao đổi. Nhưng cần phải nghiên cứu

và thực hiện quá trình làm mới hạt alginate liên tục vì quá trình khoáng hóa alginate sẽ

dẫn đến giải phóng Cd [141]. Các nghiên cứu từ năm 2005 đến 2009 cho thấy,

Pseudomonas fluorescens Pf 27, Variovorax paradoxus, Rhodococcus sp., và

Flavobacterium sp. làm tăng hàm lượng Cd hòa tan trong nước tại đồng ruộng bị ô

nhiễm. Điều này làm cho cây Brassica juncea hấp thụ Cd nhiều hơn [142], [143]. Các

quan sát tương tự cũng được tìm thấy trong trường hợp đậu tương được cấy vi khuẩn

Pseudomonas putida 62 BN và Pseudomonas monteilli 97AN và hạt cải được cấy vi

khuẩn Pseudomonas tolaasii ACC23, Pseudomonas fluorescens ACC9, Alcaligenes sp.

ZN4, và Mycobacterium sp. [144], [145]. Ngoài ra, việc ứng dụng hệ vi sinh vật trên

ruộng lúa để xử lý Cd cần phải thực hiện ngay sau khi gieo cấy vì cây lúa rất dễ bị các

mầm bệnh vi sinh vật tấn công [146]. Giải pháp xử lý bằng vi sinh vật chỉ hiệu quả khi

kết hợp với giải pháp sử dụng thực vật siêu hấp thụ để tích tụ hết các tàn dư vi sinh vật

– Cd vào bên trong thực vật và theo cơ chế thu hồi sinh khối của thực vật sau đó đem

xử lý bên ngoài đồng ruộng để loại bỏ Cd ra khỏi đất.

Tuy nhiên, các giải pháp xử lý ô nhiễm Cd trong đất và nước yêu cầu mức kinh tế cao

(giải pháp lý hoá), thời gian dài (giải pháp sinh học) và cần phải phối hợp nhiều giải pháp

để xử lý triệt để Cd trong môi trường (giải pháp vi sinh vật và biện pháp thực vật). Nhìn

chung, các giải pháp này có thể làm thay đổi tính chất của đất, ảnh hưởng đến sinh trưởng

của lúa hoặc phát sinh thêm chất độc hại vào môi trường hoặc đòi hỏi các điều kiện nghiêm

ngặt như pH dẫn đến khả năng áp dụng trên đất lúa là không khả thi. Hơn nữa, dưới áp

27

lực về an ninh lương thực và xuất khẩu thì việc xử lý Cd bằng thực vật cũng không phải

là một giải pháp tối ưu. Do đó, các nhà nghiên cứu quan tâm đến các giải pháp chi phí rẻ,

dễ áp dụng và không ảnh hưởng đến tính chất của đất lúa.

1.3.2 Các giải pháp hạn chế tích luỹ Cd trong lúa gạo

1.3.2.1 Sử dụng than sinh học

Các tính chất và đặc điểm của than sinh học bao gồm loại nguyên liệu, nhiệt độ nhiệt

phân, thời gian lưu giữ nhiệt phân và tính chất hoá lý như không gian lỗ rỗng, diện tích

bề mặt là các yếu tố quan trọng quyết định khả năng hấp thụ Cd của than sinh học trong

môi trường đất ô nhiễm [147], [148]. Giảm thiểu ô nhiễm Cd bằng than sinh học được

ứng dụng gần đây, than sinh học được cho là loại vật liệu ưu việt trong công nghệ xử lý

ô nhiễm kim loại nặng hiện nay. Việc bón bổ sung than sinh học vào đất nông nghiệp bị

nhiễm Cd đã được nghiên cứu và đạt được nhiều kết quả quan trọng [149], [150]. Than

sinh học là sản phẩm của quá trình nhiệt phân không có oxy từ các vật liệu carbon xốp

như tàn dư cây trồng [151]. Khả năng hấp phụ của than sinh học và Cd di động trong

môi trường sẽ làm giảm sự tích luỹ Cd trong thực vật [152], [153]. Than sinh học từ bùn

thải đô thị có khả năng loại bỏ 4,8 ± 2,38 mg/g và hiệu quả cải thiện môi trường đất bị

ô nhiễm của than sinh học tăng lên khi tỷ lệ than sinh học được bón tăng lên [55], [154],

[155]. Than sinh học có nguồn gốc từ mía đã làm giảm 56% sự hấp thụ Cd của cây trồng

so với đối chứng [156].

Tính linh động của Cd trong đất giảm chủ yếu do tác động của than sinh học đối với Cd

2−) do pH tăng:

được mô tả dưới đây [157]:

(1) Kết tủa với các nhóm (OH−, CO3

CaO + H2O → Ca(OH)2 → Ca2+ + 2OH-

Cd2+ + 2OH- → Cd(OH)2↓

2− → CdCO3↓

Cd2+ + CO3

(2) Trao đổi cation trong đất do CEC tăng theo cơ chế sau:

M-Ca2+ + Cd2+ → M-Cd2+ + Ca2+

trong đó M đại diện cho bề mặt than sinh học.

28

Có nhiều cơ chế hấp phụ khác nhau như hấp phụ bề mặt, kết tủa bởi các nhóm chức trên

bề mặt, lực hút tĩnh điện, tương tác cation và trao đổi ion [158] [159]. Lực hút tĩnh điện

giữa Cd và than sinh học hình thành do sự có mặt của các điện tích âm trên bề mặt than

sinh học [160] làm tăng khả năng hấp phụ Cd từ đất ô nhiễm [161] [167].

Tại nước ta, phụ phẩm vỏ trấu và rơm rất phổ biến, tuy nhiên, mới chỉ sử dụng khoảng

10% để sản xuất than sinh học, lượng còn lại bị thải bỏ hoặc đốt gây ô nhiễm nguồn

nước và gia tăng khí nhà kính. Do đó, việc tận dụng vỏ trấu và rơm rạ làm than sinh học

là hoàn toàn có thể thực hiện đại trà và giảm chi phí sản xuất trong canh tác.

1.3.2.2 Sử dụng chất cải tạo đất

Chất cải tạo đất là các chất phụ gia mà khi trộn chúng vào đất có khả năng cải thiện các

đặc tính vật lý của đất như khả năng giữ nước, thấm nước, thất thoát nước, thông khí và

cấu trúc của đất [163]. Hầu hết các chất dùng để kiểm soát Cd trong đất hoạt động dựa

trên các hiện tượng hấp phụ, kết tủa, cố định trong đất [16], [164]. Các quá trình can

thiệp này chủ yếu ảnh hưởng đến sự phân chia Cd giữa pha rắn và lỏng của đất. Khả

năng hấp thụ Cd của các chất hữu cơ được xác định cao gấp 30 lần so với các chất vô

cơ và khoáng [165]. Thành phần của các chất hữu cơ có chứa lignin, xenlulo, tannin và

cacbonat làm tăng khả năng cố định kim loại nặng tự nhiên của đất [166]. Việc sử dụng

các chất cải tạo đất có nguồn gốc hữu cơ sẽ làm tăng hàm lượng cacbon hữu cơ hòa tan

(DOC) trong đất, từ đó tạo phức kim loại DOC hòa tan ổn định và hạn chế sự hấp thụ

Cd vào cây trồng [167]. Bên cạnh đó, thành phần axit humic và axit fulvic trong chất

hữu cơ cũng làm tăng khả năng hấp thụ kim loại của các chất hữu cơ [168]. Sử dụng

than củi từ cỏ dại, tre nứa hay các phế phẩm từ cây trồng có khả năng hấp phụ sinh học

kim loại cũng góp phần xử lý đồng ruộng bền vững [169]. Ứng dụng các chất cải tạo

hữu cơ dạng kiềm cũng làm tăng cường khả năng đệm carbon của đất, tạo điều kiện hình

thành các kết tủa và phức Cd-cacbonat và độ pH đất tăng lên làm giảm sự hấp thụ Cd

trong đất bởi thực vật [170]. Sử dụng bùn thải (ngoại trừ bùn thải từ đô thị, làng nghề

tái chế, dệt nhuộm…và công nghiệp) cũng là một giải pháp được đề xuất để giảm thiểu

ô nhiễm Cd vào thực vật [171]. Phân trùn quế cũng được liệt kê là một trong những chất

cải tạo giúp cố định Cd trong đất [146]. Phân bón cây trồng canxi và amoni photphat có

vai trò là chất cố định hóa học của kim loại nặng [172]. Cd cũng có thể được xử lý bằng

29

cách tạo môi trường khử để tạo kết tủa CdS [173]. Các vật liệu đất sét như

montmorillonit, palygorskit, kaolinit, bentonit, zeolit, sepiolit, perlit... là các vật liệu hấp

phụ Cd cũng khá cao. Các chất hấp phụ cao do diện tích bề mặt cao, khả năng trao đổi

ion và độ axit Brönsted và Lewis cao và sự thay đổi bề mặt linh hoạt theo pH [174],

[175]. Canxi cacbonat được sử dụng rộng rãi để tăng độ pH và làm giảm sự hấp thụ kim

loại của cây trồng [176]. Tuy nhiên những vật liệu này (ngoại trừ các chất hữu cơ) cũng

có những hạn chế như: thay đổi tính chất của đất lúa như tăng pH, giảm độ tơi xốp của

đất, khó thu hồi chất hấp phụ và ảnh hưởng đến sinh trưởng của lúa nên hạn chế áp dụng.

1.3.2.3 Công nghệ gen

Các nhà khoa học đã tìm ra một số gen của cây lúa quyết định khả năng hấp thụ và chống

chịu Cd. Trong đó, một số gen là chất vận chuyển Cd di động trong thân, một số gen có

thể vận chuyển nhiều nguyên tố vi lượng thiết yếu khác như Mn, Fe, Zn [177]–[180]. Các

biện pháp can thiệp bằng công nghệ gen cho cây lúa làm giảm chi phí so với các quá

trình xử lý ô nhiễm đồng ruộng khác, đặc biệt đối với các cánh đồng có mức độ ô nhiễm

trung bình [146]. Theo các nghiên cứu, sự hấp thụ và phân bổ Cd trong các mô thực vật

khác nhau nằm trong tầm kiểm soát của bộ gen [181], [182]. Khả năng chống chịu Cd ở

thực vật cũng chịu sự kiểm soát của các gen hoạt động bằng cách tổng hợp phức chất

kim loại hoặc loại trừ Cd thông qua quá trình trung gian của chất vận chuyển kim loại

[183], [184]. Sự khác biệt về kiểm soát Cd giữa các giống lúa cũng cho thấy phạm vi

kiểm soát ở mức độ di truyền đối với việc giảm thiểu Cd trong hạt gạo [190]. Các gen

được tìm thấy ở T. caeruliensis như TcHMA4 có vai trò trong việc tải xylem của Cd [186].

Sự tạo phức Cd trong thực vật liên quan đến việc liên kết kim loại với các tác nhân tạo

phức như axit hữu cơ, peptit nhỏ và protein [187], [188]. Hầu hết các kim loại độc hại

được tạo phức bên trong thực vật là nhắm mục tiêu vào không bào thông qua quá trình

khử độc kim loại [184], [189]. Dịch tiết của rễ chứa các phức chất kim loại có vai trò điều

chỉnh độ pH của tầng sinh bào và quá trình tạo phức chất kim loại [190]. Tuy nhiên, giải

pháp này khó thực hiện trên thực tế do các yêu cầu về chi phí và kỹ thuật cao so với khả

năng chi trả của người nông dân.

1.3.2.4 Sử dụng silic (Si) hạn chế tích lũy Cd trong lúa gạo

Cd từ nguồn nước tưới tích lũy vào đất và đi vào cây trồng, song việc loại bỏ Cd ra khỏi

30

đất nông nghiệp ô nhiễm rất khó thực hiện trên diện rộng. Vì vậy, giải pháp hạn chế sự

tích lũy Cd trong cây trồng rất cần thiết. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra Si là nguyên tố có

thể cải thiện sự tích lũy Cd trong cây trồng. Nhiều loài thực vật có hàm lượng Si cao,

chẳng hạn như cây lúa có thể Si chiếm tới hơn 10% trọng lượng khô [191], [192]. Theo

FAO, nguồn phụ phẩm nông nghiệp chứa rất nhiều Si. Ước tính hàm lượng Si chiếm 27

kg/ tấn trấu và khoảng 40 kg Si trên tấn rơm rạ. Trong phụ phẩm nông nghiệp, Si dự trữ

trong thành tế bào dưới dạng phytoliths, do đó việc tận dụng rơm rạ bón cho đất canh

tác có thể bổ sung lại lượng Si bị lấy đi từ đất.

Si là nguyên tố cần thiết cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, tuy nhiên, hàm

lượng Si di động trong đất rất thấp so với Si tổng số. Khi hàm lượng Si tích lũy trong

đất và thực vật tăng lên có thể cải thiện đất ô nhiễm Cd [193], do cơ chế Si có thể hấp

thụ các ion Cd góp phần làm giảm độc tính của Cd trong đất trồng lúa [194]. Hơn nữa,

Si có thể cố định các kim loại nặng trong đất và giảm sự vận chuyển Cd vào cây lúa

[195] với vai trò thay đổi cơ chế tế bào thực vật và tương tác sinh hóa trong điều kiện

sinh trưởng bên ngoài [196]. Si di động trong đất có thể làm giảm tính linh động của

kim loại nặng bằng cách tạo các phức silicat, phức polyphenol của Si và silicat kim loại

không hòa tan trong đất [197]. Mặc dù Si tổng số trong đất cao nhưng hàm lượng Si di

động thì khá thấp. Nguyên nhân là do Si bị lấy đi bởi sinh khối của lúa và bị rửa trôi.

Nguyễn Ngọc Minh và cộng sự năm 2016 đã tính toán được lượng Si bị rửa trôi trên

cánh đồng từ tháng 1 đến tháng 8 vào khoảng 10 tấn trên mỗi ha trồng lúa. Khối lượng

Si mất đi do bị rửa trôi cao hơn so với hàm lượng Si đi vào trong thân cây lúa. Sự rửa

trôi này chủ yếu do các yếu tố về tốc độ thẩm thấu của nước và nền đất khu vực với hàm

lượng mùn phù sa thấp và tỷ lệ sét bị suy giảm. Kết quả của nghiên cứu cũng khuyến

nghị về việc cần thiết phải bổ sung Si cho cây trồng để đảm bảo năng suất như bón bằng

tro rơm rạ [198].

Do đó, bổ sung Si vào đất thông qua các phụ phẩm nông nghiệp giàu Si hoặc phân bón

Si (than sinh học từ trấu, rơm rạ) có thể làm giảm hàm lượng Cd di động trong đất ô

nhiễm do tham gia vào kết tủa silicat hoặc liên kết với chất hữu cơ trong đất [199]. Một

số nghiên cứu đã chỉ ra, than sinh học từ trấu và rơm rạ khi được bón vào đồng ruộng

đã làm tăng độ pH của đất một cách hiệu quả, làm giảm dạng Cd di động trong dịch đất

31

dưới các kết tủa hidroxit Cd(OH)2. Bên cạnh đó, rơm rạ và than sinh học có thể giảm sự

hấp thụ Cd của thực vật bởi các phối tử hữu cơ liên kết với Cd tạo thành phức bền trong

dịch đất [191], [200]. Than sinh học và rơm rạ là giải pháp không chỉ để cải tạo đất nhằm

tăng độ phì của đất, giảm độc tính kim loại nặng trong thực vật mà còn là giải pháp có

chi phí rẻ, kỹ thuật phù hợp với người nông dân. Trong khi, việc sử dụng phân bón bổ

sung Si cần phải được thực hiện theo tỷ lệ bón một cách nghiêm ngặt, giá thành cao.

1.4 Tổng quan về vùng đồng bằng sông Hồng

1.4.1 Đặc điểm tự nhiên

1.4.1.1 Đặc điểm địa hình

Đồng bằng sông Hồng trải rộng từ vĩ độ 21°34´B (huyện Lập Thạch) tới vùng bãi bồi

khoảng 19°5´B (huyện Kim Sơn), từ 105°17´Đ (huyện Ba Vì) đến 107°7´Đ (trên đảo

Cát Bà). Toàn vùng có diện tích 21259,6 km², tỷ lệ khoảng 4,5% tổng diện tích cả nước.

Đồng bằng sông Hồng có hướng dốc nghiêng từ Tây Bắc xuống Đông Nam. Địa hình

phần lớn là đồi núi, chiếm khoảng 70% trong đó diện tích có độ cao bình quân trên

+1000 m chiếm khoảng 47%. Đồng bằng sông Hồng có địa hình khá bằng phẳng, độ

dốc nhỏ nhưng không đều, được bồi đắp phù sa của hệ thống sông Hồng và sông Thái

Bình. Mạng lưới sông ở đồng bằng bao gồm các chi lưu, phân lưu của sông Hồng và sông

Thái Bình đã phân chia đồng bằng thành những ô trũng và sau khi có đê bao bọc thì hầu

như các ô này không được bồi đắp để san bằng sự chênh lệch về độ cao.

Hình 1.4 Phạm vi vùng Đồng bằng sông Hồng

32

: Vùng thượng lưu và Trung tâm : Vùng ven biển

1.4.1.2 Đặc điểm thổ nhưỡng

Theo Hội khoa học đất Việt Nam, đồng bằng sông Hồng có nhiều loại đất như: đất

feralit, đất lầy thụt, đất phù sa, đất mặn, đất phèn, đất xám trên phù sa cổ. Trong đó, đất

phù sa chiếm tỷ lệ nhiều nhất trong khu vực. Đất phù sa được chia thành hai loại: đất

phù sa hệ thống sông Hồng và đất phù sa hệ thống sông Thái Bình. Chia theo sự bồi đắp

phù sa, đất phù sa đồng bằng sông Hồng được chia thành hai loại: đất phù sa được bồi

và đất phù sa không được bồi hàng năm [201].

Đất phù sa được bồi, diện tích 78.737 ha, chiếm 5,3%, hầu hết là đất bãi ven sông, trồng

màu và cây công nghiệp ngắn ngày, hàng năm bị ngập, đặc biệt vùng bãi thấp có thể bị

ngập 125 – 160 ngày.

Đất phù sa khu vực nghiên cứu được hình thành do kết quả của quá trình lắng đọng phù

sa của hệ thống sông Hồng, phân bố trên nhiều dạng địa hình, từ địa hình thấp trũng đến

địa hình cao. Đất có phản ứng từ trung tính đến ít chua (pHKCl 6,1- 6,3), hàm lượng các

chất dinh dưỡng của đất biến động từ trung bình đến khá giàu ở tầng đất mặt, bazơ trao

đổi (CEC) của đất ở mức trung bình đến khá (15 -16 meq/100g đất). Thành phần cơ giới

thịt trung bình, hàm lượng chất hữu cơ 1,1 - 1,2%.

Bảng 1.3 Đặc điểm phẫu diện đất khu vực nghiên cứu

Độ sâu

0 – 35 cm

35 - 60 cm

60 - 85 cm

85-110 cm Tính chất hình thái Màu nâu tươi, ẩm, limon pha thịt, cấu trúc phiến mỏng, có các ổ cát xen trong tầng đất, tơi xốp, chuyển lớp từ từ. Màu nâu tươi, ẩm, limon pha sét và thịt, có tầng đế cày. Màu nâu tươi, ẩm, limon pha thịt, xốp vừa, cấu trúc phiến. Màu nâu tươi, ẩm, có vảy mica, chuyển lớp từ từ.

(Nguồn: Viện Thổ nhưỡng nông hoá)

33

Bảng 1.4 Tính chất đất đại diện của khu vực nghiên cứu

Chỉ tiêu Tầng đất (cm)

0 - 35 35-60 60 - 85 85 - 115

6,4 6,1 6,3 6,2 pHKCl

Mùn (%) 1,15 0,95 0,46 0,40

CEC (meq/100 g đất) 23,0 19,0 26,0 23,0

N 0,12 0,09 0,06 0,05 Chất tổng số (%) 0,11 0,10 0,10 0,08 P2O5

1,9 1,9 2,1 1,9 K2O

29 25 23 23 P2O5 Chất dễ tiêu (mg/100g đất) 35 14 19 18 K2O

14 13,8 18,5 18,4 Cation trao đổi (meq/100g đất) 8,4 4,3 4,3 2,9

0,05 0,10 0,10 0,10

Thành phần cơ giới Ca2+ Mg2+ H+ < 0,002 14,8 29,0 21,0 15,0 (%) 0,002-0,05 66,8 59,0 78,6 64,8

0,05 - 2 18,4 12,0 0,4 20,2

V (%) 99 100 100 100

(Nguồn: Bản đồ đất Việt Nam tỉ lệ 1:106, Viện Thổ nhưỡng nông hóa, 2010)

Có thể thấy, đất có phản ứng ít chua đến trung tính (pHKCl từ 6,1 - 6,4), hàm lượng hữu

cơ (OC) và đạm tổng số ở lớp mặt khá cao (OC tầng mặt dao động từ 0,4 – 1,15%, N từ

0,05 - 0,12%) và giảm dần theo chiều sâu phẫu diện. Lân tổng số khá giàu, nhưng hàm

lượng lân dễ tiêu không cao từ 23 – 29%. Kali tổng khá cao, kali dễ tiêu ở mức trung

bình từ 14 - 35%. Lượng cation Ca, Mg trao đổi và dung tích hấp thụ cation (CEC) ở

mức trung bình.

1.4.1.3 Đặc điểm khí hậu

Khí hậu nhiệt đới gió mùa với mùa đông lạnh, khô, ít mưa và mùa hè nóng ẩm mưa

nhiều, chịu tác động của cơ chế gió mùa đông nam Á với hai mùa gió: gió mùa mùa

Đông và gió mùa mùa Hạ, nhưng do chịu tác động của địa hình nên các yếu tố khí hậu

biến đổi mạnh mẽ theo không gian và thời gian.

34

Nắng

Số giờ nắng trung bình hàng năm biến đổi trong phạm vi từ dưới 1600 giờ ở vùng núi

cao lên đến 2000 giờ ở các thung lũng trong lưu vực sông Đà. Số giờ nắng thường cao

vào các tháng mùa hè (từ tháng V đến tháng X), trên dưới 200 giờ mỗi tháng, các tháng

mùa đông số giờ nắng ít hơn, nhất là các tháng I, II, III.

Nhiệt độ

Chế độ nhiệt của khu vực phù hợp với nền nhiệt độ của khu vực nhiệt đới, có nhiệt độ

trung bình cao, nhiệt độ trung bình năm trên lưu vực dao động từ 15 – 25 oC. Nhiệt độ

không khí trung bình năm cũng biến đổi theo mùa. Trong thời kỳ mùa hạ, nhiệt độ

không khí trung bình tháng khoảng 15 - 20 oC ở vùng núi, 20 – 30 oC ở các vùng trung

du và đồng bằng. Thời kỳ mùa đông, nhiệt độ không khí trung bình tháng khoảng 10 –

15 oC ở vùng núi, ở vùng trung du và đồng bằng là 15 – 20oC.

Độ ẩm

Độ ẩm tương đối trung bình nhiều năm trên lưu vực là 80 - 90%, thời kỳ khô hanh là

80%, thời kỳ ẩm ướt độ ẩm đạt tới 90%. Độ ẩm không khí biến đổi theo mùa, cao trong

mùa mưa và thấp trong mùa khô.

Chế độ gió

Hướng gió thịnh hành trong mùa hè là gió nam và đông nam. Mùa đông thường có gió

bắc và đông bắc. Tốc độ gió trung bình là 2 – 3 m/s.

Bốc hơi

Lượng bốc hơi đo bằng ống Piche: Bốc hơi trung bình năm dao động từ 900 – 1000 mm ở

vùng Đông Bắc (925,7 mm) và 900 - 1000 mm ở vùng đồng bằng (Hà Nội 975,1 mm).

Mưa

Lượng mưa trên lưu vực sông Hồng khá phong phú, bình quân nhiều năm trên toàn lưu

vực khoảng 1500 mm/năm. Chính lượng mưa đã hình thành tài nguyên nước phong phú

của lưu vực. Chế độ mưa hoàn toàn phụ thuộc vào chế độ gió mùa và phân theo mùa

35

khá rõ rệt. Mùa mưa gần như trùng với gió mùa Tây Nam, chuyển hướng Đông Nam và

thường kéo dài từ tháng 5-10 (khoảng 6 tháng). Lượng mưa trong mùa mưa chiếm

khoảng 75-85% lượng mưa năm.

1.4.2 Hiện trạng dân sinh kinh tế xã hội

Phân bố dân cư trên lưu vực không đều, có sự khác biệt rất lớn giữa thượng và hạ lưu,

khu vực đồng bằng sông Hồng lại có mật độ dân số trung bình cao nhất cả nước. Tính

đến năm 2020, dân số vùng đồng bằng sông Hồng là 21,6 triệu người, mật độ dân số

trung bình là 950 người/km2.

Nông nghiệp

Đồng bằng sông Hồng là vùng sản xuất nông nghiệp trọng điểm của cả nước, sau đồng

bằng sông Cửu Long với 11 tỉnh, thành phố và một phần lãnh thổ của các tỉnh Phú Thọ,

Thái Nguyên, Bắc Giang, Quảng Ninh. Tính đến năm 2020, tổng diện tích tự nhiên

là 2097 nghìn ha, trong đó diện tích đất nông nghiệp là 802,6 nghìn ha. Sản lượng lương

thực khoảng 7052,3 nghìn tấn. Diện tích trồng lúa cả năm của vùng giảm dần theo thời

gian, đạt 1040,8 nghìn ha năm 2018, 1012,3 nghìn ha năm 2019 và 983,4 nghìn ha năm

2020, 970,3 nghìn ha năm 2021 và 953,7 nghìn ha năm 2022. Sản lượng lúa cả năm

giảm dần theo thời gian, đạt 6298 tấn năm 2018, 6134 nghìn tấn năm 2019 và 6035,3

nghìn tấn năm 2020, 6020,4 nghìn tấn năm 2021 và 5887,7 nghìn tấn năm 2022.

Công nghiệp

Bên cạnh sự phát triển của các ngành nông, lâm, ngư nghiệp, Đồng bằng sông Hồng còn

là một vùng công nghiệp sớm phát triển ở nước ta. Trước năm 1945 đã có các trung tâm

công nghiệp như Hà Nội, Hải Phòng, Nam Định, sau 1954 có thêm các trung tâm công

nghiệp như Hải Dương, Phủ Lý, Ninh Bình, những năm gần đây hàng loạt khu công

nghiệp tập trung đã được xây dựng ở các tỉnh Hà Tây, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Quảng

Ninh (Hạ Long, Móng Cái) tạo thành khu kinh tế lớn Hà Nội - Hải Dương - Hải Phòng

- Quảng Ninh. Trên phạm vi lưu vực hiện có gần 270261 cơ sở sản xuất công nghiệp.

Trong đó, có 270039 cơ sở vốn đầu tư trong nước và 222 cơ sở vốn đầu tư nước ngoài.

Các ngành và sản phẩm chủ yếu đang phát triển trên vùng là: sản xuất điện, sản xuất xi

36

măng, sản xuất thép, công nghiệp cơ khí, công nghiệp điện tử và sản xuất đồ điện dân

dụng, công nghiệp lắp ráp ô tô và xe máy, công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát,

công nghiệp may mặc, dệt, giày da, công nghiệp khai khoáng.

1.4.3 Thực trạng ô nhiễm nước tưới vùng Đồng bằng sông Hồng

Theo kết quả quan trắc chất lượng nước từ 2018-2022 của Tổng cục Thủy lợi cho thấy

chất lượng nước trên các hệ thống thuỷ lợi của khu vực Đồng bằng sông Hồng đã bị

suy giảm nghiêm trọng. Nhiều hệ thống bị ô nhiễm mức độ trung bình đến nặng. Vào

mùa khô hầu như không đáp ứng được tiêu chuẩn chất lượng nước dành cho tưới

(QCVN 08:2015/BTNMT cột B1). Ngoài thông số ô nhiễm chất hữu cơ N, P, BOD5,

COD cao hơn 3-4 lần giới hạn cho phép thì một số hệ thống đã có dấu hiệu bị ô nhiễm

kim loại nặng (Sông Nhuệ, Bắc Đuống), hàm lượng Cd đã vượt giới hạn quy định

QCVN 08:2015/BTNMT, nguyên nhân là do tác động bởi nhiều nguồn thải như: công

nghiệp, chăn nuôi, dân sinh, làng nghề, y tế... và hầu hết các nguồn thải xả thải vào

HTTL đều chưa được xử lý. Sau đây là tổng hợp chất lượng nước trên các hệ thống

thuỷ lợi vùng Đồng bằng sông Hồng trung bình qua các năm 2017-2022 về Cd và pH.

Bảng 1.5 Hàm lượng Cd và pH trong nước tưới trên các hệ thống thuỷ lợi vùng ĐBSH

Trung bình Trung bình QCVN08/

TT Mùa khô Mùa mưa Thông số Đơn vị 2015:BTNMT (Cột B1)

Cao nhất Thấp nhất Cao nhất Thấp nhất

1 pH - 6,91 6,7 6,68 6,5 5,5 – 9

2 Cd mg/l 0,087 0,065 0,034 0,026 0,01

(Nguồn: Viện QHTL và PTN Đất, nước, môi trường-ĐHTL 2017-2022)

Các kết quả cho thấy giá trị pH ở mùa khô cao hơn mùa mưa, hàm lượng Cd trong nước

ở mùa khô cao hơn mùa mưa trung bình là 2,5 lần. Trong đó, hàm lượng Cd cao nhất ở

mùa khô đạt 0,087 mg/L, thấp nhất đạt 0,065 mg/L gấp 6,5 đến 8,7 lần so với ngưỡng

cho phép của cột B1 - QCVN 08/2015/BTNMT. Hàm lượng Cd thấp nhất vào mùa mưa

đạt 0,026 mg/L và cao nhất mùa mưa đạt 0,034 mg/L, cao hơn quy định tại cột B1 –

QCVN 08/2015/BTNMT lần lượt là 2,6 lần và 3,4 lần.

37

1.4.4 Đặc điểm canh tác lúa gạo vùng đồng bằng sông Hồng

Diện tích và năng suất:

Diện tích trồng lúa năm 2022 vào khoảng 983.400 ha, năng suất lúa năm 2022 đạt 61,4

tạ/ha cao nhất cả nước trong khi năng suất trung bình của cả nước là 58,7 tạ/ha. Sản

lượng lúa đạt 6035 nghìn tấn năm 2022 đứng thứ ba cả nước [202]. Mặc dù diện tích đất

canh tác giảm nhưng diện tích gieo trồng lại tăng lên do hệ số sử dụng đất tăng cũng

như áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật trong khâu chọn tạo giống, kỹ thuật canh tác,

hệ thống tưới hoàn thiện hơn…

Kỹ thuật tưới:

Đồng bằng sông Hồng đang áp dụng một số phương pháp tưới gồm tưới ngập (tưới mặt

đất), tưới ướt khô xen kẽ, tưới tiết kiệm nước.

Kỹ thuật bón phân:

Theo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, kỹ thuật bón phân cho cây lúa ở đồng

bằng sông Hồng như sau [203]:

Bảng 1.6 Kỹ thuật bón phân cho cây lúa ở đồng bằng sông Hồng [208]

Giống Lọai phân Bón lót Số lượng (kg/ ha) Thúc đợt 1 (%) Khi lúa hồi xanh Thúc đợt 2 (%) Khi phân hóa đòng Thúc đợt 3 (%) Trước trỗ bông 12 - 15 ngày

Sử dụng phân bón NPK riêng lẻ: (NPK: 100,60,60)

Phân chuồng 8000 - - - 100

Urê 217 40 – 50 10 - 20 - 40

Ngắn ngày Lân supe 300 - - - 100

Kaliclorua 120 30 40 - 30

Phân chuồng 8000 - - - 100

Urê 217 40 20 10 30

38

Trung, Lân supe 300 100 - - -

dài Kaliclorua 120 30 30 40 - ngày

Sử dụng phân bón NPK tổng hợp

Nitrama, Phân chuồng 8000 100 - - 2,7 kg/ ha

415-550 40 40 20 Ngắn ngày Đầu trâu (NPK: 17, 12, 5)

Con ó 415-550 40 40 20 (NPK: 16, 16, 8)

Phân chuồng 8000 100 40 - Nitrama, 2,7 kg/ ha Trung, Đầu trâu dài 415-550 30 - 30 (NPK: 17, 12, 5) ngày Con ó 415-550 30 40 30 (NPK: 16, 16, 8)

Đặc điểm sinh trưởng của cây lúa:

Theo Nguyễn Ngọc Đệ, lúa gạo (Oryza sativa L) là giống lúa được trồng tại nhiều vùng.

Vòng đời sinh trưởng của cây lúa được chia thành 3 giai đoạn: giai đoạn tăng trưởng

(sinh trưởng dinh dưỡng), giai đoạn sinh sản (sinh dục) và giai đoạn chín [204]

- Giai đoạn tăng trưởng: được tính từ khi hạt nẩy mầm đến khi cây bắt đầu phân hóa đòng.

Trong giai đoạn này, cây chủ yếu phát triển thân, lá, chiều cao và số lượng chồi tăng dần

(đẻ nhánh). Giai đoạn này thường kéo dài từ 75-85 ngày đối với giống lúa sớm, 90-110

ngày đối với giống lúa ngắn ngày, 120-150 ngày đối với giống lúa trung bình.

- Giai đoạn sinh sản: được tính từ lúc phân hóa đòng đến khi lúa trổ bông. Giai đoạn

này kéo dài khoảng 27 – 35 ngày, trung bình là 30 ngày. Lúc này, số chồi vô hiệu giảm

nhanh, chiều cao tăng lên rõ rệt do sự vươn dài của 5 lóng trên cùng. Đòng lúa thoát

khỏi bẹ của lá trên cùng (lá cờ) gọi là lúa trổ bông.

- Giai đoạn chín: được tính từ khi lúa trổ bông đến lúc thu hoạch. Giai đoạn này trung

bình khoảng 30 ngày đối với hầu hết các giống lúa vùng nhiệt đới. Nhưng, đối với đất

39

ruộng có nhiều nước, thiếu lân, thừa đạm, trời mưa ẩm, ít nắng trong giai đoạn chín thì

quá trình chín sẽ kéo dài hơn và ngược lại.

Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của lúa gồm:

Nguồn nước: Mỗi giống lúa có nhu cầu về lượng nước khác nhau. Có giống lúa sống

ngập nước quanh năm nhưng cũng có giống lúa nương chỉ cần đất ẩm. Do vậy, việc

kiểm soát lượng nước sẽ dựa trên đặc điểm của từng giống lúa. Chất lượng nguồn nước

cũng là một yếu tố quan trọng sẽ quyết định chất lượng của hạt gạo và sự sinh trưởng

bình thường của cây.

Đất đai: đất trồng lúa cần giàu dinh dưỡng, nhiều hữu cơ, tới xốp, thoáng khí, khả năng

giữ nước, giữ phân tốt, tầng canh tác dầy để bộ rễ ăn sâu, bám chặt vào đất và cung cấp

nhiều chất dinh dưỡng nuôi cây. Cây lúa phát triển tốt nhất trên loại đất thịt hay đất thịt

pha sét, ít chua hoặc trung tính (pH = 5,5 – 7,5). Bên cạnh loại đất phù hợp, kỹ thuật

làm đất, san phẳng ruộng và kiểm soát lượng nước chủ động cũng sẽ góp phần quyết

định năng suất lúa. Hiện có nhiều giống lúa được lai tạo để thích nghi với những loại

đất kém chất lượng như đất phèn, đất mặn, đất khô hạn, đất bị ngập úng…

Dinh dưỡng: Cũng như nhiều loại cây trồng khác cây lúa cần nhiều loại dưỡng chất để

phát triển. N, P, K, Si, Ca, Mg… là các loại chất dinh dưỡng đa lượng quan trọng đối

với cây lúa. Bên cạnh đó, các chất vi lượng như Fe, Zn, Cu, lưu huỳnh… cũng vô cùng

quan trọng đối với sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa. Ba loại dưỡng chất chính

cây lúa cần dùng nhiều là N, P, K.

Nhận xét: Đồng bằng sông Hồng không chỉ là một vùng kinh tế đặc biệt quan trọng

mà còn là một vùng tự nhiên có các điều kiện đặc biệt đối với ngành nông nghiệp lúa

gạo. Với các điều kiện canh tác thuận lợi về thổ nhưỡng, khí hậu và kinh tế xã hội,

Đồng bằng sông Hồng đã trở thành vùng sản xuất gạo lớn thứ hai cả nước. Tuy nhiên,

các tác động của tình trạng ô nhiễm nguồn nước tưới do phát triển công nghiệp và sinh

hoạt và sử dụng phân bón hoá học đã gây ra nguy cơ tích lũy độc tố trong lúa gạo,

trong đó có Cd.

40

1.5 Luận giải vấn đề nghiên cứu của luận án

Nghiên cứu tích lũy Cd trong lúa gạo và các biện pháp kiểm soát tích lũy Cd trong gạo

đã được thực hiện trong nhiều nghiên cứu trên thế giới, trong đó, các kiểm soát tích

lũy Cd vào gạo chủ yếu sử dụng than sinh học, phân compost hoặc sử dụng phụ phẩm

nông nghiệp là những giải pháp được hướng đến nhiều hơn do thân thiện môi trường

và chi phí thấp.

Đồng bằng sông Hồng gần đây đang phải đối mặt với nhiều khó khăn về nguồn nước tưới

do ô nhiễm trên các hệ thống thủy lợi, sử dụng nước tưới ô nhiễm trong một thời gian dài

dẫn đến gia tăng tích lũy kim loại nặng trong đó có Cd trong đất, tiềm ẩn nguy cơ tích lũy

trong gạo ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Bên cạnh sử dụng nước tưới ô nhiễm, tính

chất lý hóa học của đất, địa hình canh tác và điều kiện canh tác cũng ảnh hưởng rất lớn đến

sự tích lũy Cd trong nông sản.

Trong nước, đã có một số khảo sát về nồng độ Cd trong đất nông nghiệp và tích lũy Cd

trong rau, gạo, nhưng chưa có các nghiên cứu cụ thể về sự tích lũy Cd trong lúa gạo tại

những vùng sử dụng nguồn nước tưới ô nhiễm. Về giải pháp xử lý Cd trong đất nông

nghiệp, mặc dù có nhiều giải pháp xử lý, nhưng qua phân tích cho thấy, hầu hết các giải

pháp có yêu cầu chi phí cao, yêu cầu kỹ thuật khó áp dụng trong thực tế sản xuất và có

thể đưa thêm các chất độc hại vào môi trường, gây biến đổi tính chất của đất lúa. Giải

pháp giảm thiểu tích luỹ Cd vào lúa gạo bằng than sinh học và phụ phẩm rơm rạ cho chi

phí rẻ và dễ áp dụng, không làm thay đổi tính chất môi trường đất, đồng thời giảm phát

thải khói bụi do đốt rơm rạ trên đồng ruộng.

Cho đến thời điểm hiện tại, biện pháp giảm thiểu tích luỹ Cd trong gạo bằng than sinh

học từ vỏ trấu và rơm rạ chưa được công bố ở bất kỳ nghiên cứu nào. Do vậy, luận án

tập trung nghiên cứu sự tích lũy Cd trong lúa tại vùng đất phù sa sông Hồng không được

bồi hàng năm và biện pháp giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo. Kết quả của luận án cũng đóng

góp cơ sở để thực hiện nền nông nghiệp sản xuất xanh, giảm thải phát thải khí nhà kính và

bảo vệ môi trường.

41

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Cơ sở khoa học lựa chọn các thí nghiệm thực hiện trong luận án

2.1.1 Lựa chọn loại đất

Luận án lựa chọn đất phù sa sông Hồng không được bồi lắng hằng năm bởi đây là loại đất

có diện tích tương đối lớn đang canh tác lúa ở khu vực đồng bằng sông Hồng. Đồng thời,

khu vực bố trí thí nghiệm là đất phù sa sông Hồng không được bồi hằng năm nên phù hợp

với phạm vi của đề tài.

2.1.2 Lựa chọn giống lúa Bắc thơm số 7

Luận án lựa chọn giống lúa Bắc thơm số 7 để thí nghiệm trong suốt 4 vụ lúa vì đây là

giống lúa thuần chủng và có đặc điểm sinh trưởng phù hợp với điều kiện thổ nhưỡng và

khí hậu của vùng đồng bằng sông Hồng. Bên cạnh đó, giống lúa này có thể gieo cấy cả 2

vụ hè thu và đông xuân ở đồng bằng sông Hồng nên thuận lợi cho quá trình bố trí, theo

dõi thí nghiệm một cách liên tục và đồng nhất. Giống Bắc thơm số 7 được gieo cấy phổ

biến trên các cánh đồng của khu vực, giống lúa có đặc tính sinh trưởng khoẻ, khả năng

chống chịu sâu bệnh tốt cũng là lý do mà luận án đã lựa chọn giống lúa này.

2.1.3 Lựa chọn giới hạn hàm lượng Cd trong nước tưới thí nghiệm

Luận án đã lựa chọn 3 mức hàm lượng Cd trong nước tưới để thực hiện thí nghiệm đánh

giá tích lũy Cd trong lúa là 0,01 mg/L, 0,05 mg/L, 0,5 mg/L dựa trên các căn cứ sau:

- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (QCVN 08:2015/BTNMT), cột

B1 – nước dùng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu

cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2, quy định giới hạn

hàm lượng Cd là 0,01 mg/L. Do đó, nghiên cứu đã lựa chọn mức thí nghiệm thứ nhất

bằng với quy định của quy chuẩn. Mức thí nghiệm này cũng đánh giá được ngưỡng quy

định của quy chuẩn có hiệu quả đối với hoạt động sản xuất lúa gạo có đảm bảo an toàn

trong thực tế hay không.

- Theo tài liệu công bố mới nhất của Tổng cục Thuỷ lợi năm 2020, chất lượng nước tưới

phục vụ nông nghiệp tại Đồng bằng sông Hồng trên 3 hệ thống thủy lợi chính là Bắc

Hưng Hải, Bắc Đuống và Sông Nhuệ có hàm lượng Cd trong nước trung bình dao động

42

trong khoảng 0,048 ÷ 0,052 mg/L [205]. Vì vậy, nghiên cứu lựa chọn ngưỡng thí nghiệm

thứ hai là 0,05 mg/L để phù hợp với mức hàm lượng Cd có sẵn trong nước tưới thuỷ lợi

khu vực Đồng bằng sông Hồng hiện nay.

- Mức Cd trong nước thí nghiệm 0,5 mg/L được lựa chọn là giá trị cao gấp 50 lần so với

giá trị cho phép của quy chuẩn và cao hơn khoảng 10 lần so với hàm lượng Cd trong

nước tưới trên các hệ thống thuỷ lợi vùng ĐBSH. Hàm lượng này có thể xảy ra trong

trường hợp nước tưới ảnh hưởng trực tiếp từ nguồn xả thải công nghiệp. Mức thí nghiệm

này có thể làm căn cứ đánh giá tích lũy Cd trong lúa gạo khi môi trường bị ô nhiễm

nghiêm trọng.

2.1.4 Lựa chọn vật liệu rơm rạ và than sinh học từ vỏ trấu

Để đảm bảo cho một số tiêu chí như: không làm ảnh hưởng đến năng suất, không đưa

thêm chất độc hại vào môi trường đất, ít tác động đến môi trường đất, chi phí rẻ và dễ

áp dụng, luận án đã lựa chọn rơm rạ và than sinh học từ vỏ trấu là những vật liệu có hàm

lượng Si cao để thí nghiệm, đây cũng là nguồn phụ phẩm nông nghiệp có sẵn. Việc tận

dụng các vật liệu này trong sản xuất vừa có ý nghĩa trong lĩnh vực nông nghiệp tuần

hoàn vừa giảm thiểu việc đốt rơm rạ trên đồng ruộng gây ô nhiễm môi trường hiện nay.

Mỗi năm nước ta có khoảng 52 triệu tấn phụ phẩm từ nông nghiệp, hiện nay mới khoảng

hơn 10% phụ phẩm nông nghiệp được sử dụng làm than sinh học hoặc phân bón, thức

ăn gia súc, trồng nấm…, còn lại hơn 80% được thải bỏ ra môi trường hoặc đốt, gia tăng

khói bụi gây ô nhiễm không khí. Rơm rạ và than sinh học cũng là các thành phần có

hàm lượng Si cao. Rơm rạ có nhiều chất hữu cơ, bổ sung dưỡng chất cho đất. Nếu bổ

sung quá nhiều rơm rạ vào đồng ruộng sẽ làm tăng hàm lượng hữu cơ gây axit hoá môi

trường đất và ngộ độc cho cây. Than sinh học có khả năng hấp phụ và lưu giữ Cd trong

các lỗ hổng để kiểm soát sự linh động của Cd. Việc sản xuất than sinh học từ vỏ trấu và

sử dụng nó như một loại phân bón cho đồng ruộng chưa phổ biến ở Việt Nam. So với

rơm rạ, chi phí bón than sinh học lớn hơn và yêu cầu nhiều công lao động hơn. Tuy

nhiên, khả năng tồn tại của than sinh học trong môi trường đồng ruộng là khoảng từ 1

đến 3 năm. Như vậy, hiệu quả xử lý Cd của than sinh học so với rơm rạ được lâu hơn.

43

Si là chất thường được sử dụng để giảm thiểu tích luỹ Cd vào gạo [191], [206]. Nhiều

loại thực vật có khả năng hấp thụ Si rất cao, đặc biệt, lúa gạo có thể hút Si nhiều hơn

10% trọng lượng khô của nó [192]. Theo FAO, để sản xuất ra một tấn gạo, cây lúa hấp

thụ khoảng 80-103 kg SiO2. Trong 1 tấn trấu cho 27 tấn Si và 1 tấn rơm cho 40 tấn Si.

Si được lưu trữ trong các thành vách tế bào ở dạng phytoliths, nên rơm và trấu giúp trả

lại lượng Si đã lấy đi từ đất. Si là nguyên tố thiết yếu cho sự sinh trưởng và phát triển

của thực vật, nhưng hàm lượng ở dạng di động của Si trong đất rất ít so với dạng tổng

số. Khi thực vật hấp thụ Si theo cơ chế vật lý và sinh hoá học, Si sẽ giữ lại Cd trên các

vách của thành tế bào, hạn chế sự di chuyển của Cd từ rễ lên thân, lên lá và vào gạo.

Bên cạnh đó, Si có thể tương tác với các cation Cd trong đất thông qua phản ứng kết tủa

Cd dưới dạng CdSiO3 và tạo thành các hợp chất silicat. Ngoài ra, trong đất, rơm rạ và

than sinh học làm tăng pH đất do tạo môi trường kiềm nhờ ion K+, Ca2+ và Na+ sẽ tạo

kết tủa Cd(OH)2 và CdCO3. Do đó, rơm rạ và than sinh học từ vỏ trấu là những nguyên

liệu có chứa hàm lượng Si cao, đồng thời là nguồn phế phẩm nông nghiệp dồi dào từ

chính các ruộng lúa nên việc sử dụng để bón trở lại đồng ruộng sẽ đảm bảo tính tiện lợi,

dễ áp dụng, chi phí thấp, kỹ thuật đơn giản và bảo vệ môi trường. Bên cạnh đó, việc lựa

chọn vật liệu than sinh học từ vỏ trấu làm đa dạng hóa nguồn vật liệu cho nghiên cứu,

đồng thời than sinh học vỏ trấu cũng phổ biến trong thực tế và đạt hiệu quả sản xuất cao

hơn rơm rạ.

2.1.5 Lựa chọn tỷ lệ phối trộn vật liệu trong thí nghiệm hạn chế tích luỹ Cd trong gạo

- Theo một số kết quả nghiên cứu, điển hình là nghiên cứu gần đây nhất của Haider và

cộng sự năm 2021 [207] đã chỉ ra mức tỷ lệ phối trộn rơm rạ hoặc than sinh học từ 2,5

÷ 5% về khối lượng so với đất, đã giúp hạn chế tích luỹ Cd lên thực vật. Mức phối trộn

vật liệu than sinh học từ tre, lúa mì, mía đường, cà chua, bông, đước… với tỷ lệ từ 1 ÷

10% về khối lượng cho kết quả giảm tích luỹ Cd từ 31-98% trên các đối tượng lúa gạo,

rau cải, ngô, rau xà lách… Riêng đối với lúa gạo, tỷ lệ than sinh học từ lúa mì, than sinh

học từ bùn thải đô thị áp dụng 5% về khối lượng, cho hiệu quả giảm lần lượt 54,5% đối

với than sinh học từ lúa mì, 34,8% đối với than sinh học từ bùn thải đô thị.

44

Do đó, luận án đã lựa chọn mức tỷ lệ phối trộn vật liệu từ rơm rạ và than sinh học vỏ

trấu là 5% và 2,5% về khối lượng cho thí nghiệm trong chậu vại nhằm đánh giá được

hiệu quả của các loại vật liệu này trong việc hạn chế sự tích lũy của Cd lên lúa gạo.

2.2 Đối tượng và vật liệu thí nghiệm

2.2.1 Đất nền thí nghiệm

2.2.1.1 Thí nghiệm trong nhà lưới

Đất sử dụng cho các thí nghiệm trong nhà lưới là đất phù sa sông Hồng không được bồi

hàng năm, được lấy tại cánh đồng xã Trâu Qùy, Huyện Gia Lâm, Hà Nội tại thời điểm vụ

thí nghiệm đầu tiên, xử lý sơ bộ như phơi khô, làm nhỏ, trộn đều và chia thành 4 phần

bằng nhau để sử dụng cho 4 vụ thí nghiệm. Kết quả phân tích mẫu đất ban đầu có hàm

lượng Cd tổng số trung bình 0,05 ± 0,002 mg/kg. Cd di động là 0,01 ± 0,001 mg/kg. Đất

này được sử dụng cho thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd đến sinh

trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng lúa gạo.

Đất trên được làm ô nhiễm Cd bằng cách tưới nước nhiễm Cd có nồng độ cao, rồi phơi

khô, hàm lượng Cd được xác định là 5,125 ± 0,027 mg/kg, được sử dụng cho thí nghiệm

nhằm đánh giá hiệu quả của việc dùng vật liệu Si trong việc hạn chế tích lũy Cd từ đất

vào trong gạo.

2.2.1.2 Thí nghiệm đồng ruộng

Đất phù sa sông Hồng không được bồi hàng năm, được thực hiện tại khu ruộng có diện

tích 1500 m2 tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Đất được cày xới, bón phân, lấy nước

áp dụng theo kỹ thuật canh tác lúa của Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam.

2.2.2 Nước tưới và kỹ thuật tưới

2.2.2.1 Thí nghiệm trong nhà lưới

- Thí nghiệm sự tích lũy Cd trong cây lúa:

Nước tưới được lấy từ hệ thống nước cấp sinh hoạt của Học viện Nông nghiệp Việt Nam

(không phát hiện hàm lượng Cd). Việc chuẩn bị nước tưới cho các công thức thí nghiệm

như sau:

45

Công thức đối chứng: sử dụng nước trực tiếp từ hệ thống cấp nước sinh hoạt.

Công thức nhiễm Cd theo các nồng độ được chuẩn bị theo các bước như sau:

- Chuẩn bị dung dịch gốc trong phòng thí nghiệm: cân 0,1054 gram Cd(NO3)2 hòa tan

trong cốc thí nghiệm và chuyển sang bình định mức 1000 mL, định mức đến 1000 mL

thu được dung dịch có nồng độ 50 mg/L. Đong dung dịch Cd(NO3)2 50 mg/L theo các

mức thể tích 100 mL, 10 mL, 1 mL và pha loãng thành các mức nồng độ tưới.

- Pha nước tưới ô nhiễm như sau:

Bảng 2.1 Công thức pha nước tưới

Thể tích dung Nước máy Nồng độ tưới Tổng thể tích Số chậu cần dịch gốc pha dung dịch theo công pha 1 lần (L) tưới (50 mg/L) tưới (L) thức (mg/L)

100 9,9 0,5 10 9

10 9,90 0,05 10 9

1 9,99 0,01 10 9

- Kỹ thuật tưới ngập với mức nước ngập mặt ruộng từ 3-5 cm theo qui trình của Bộ NN

&PTTN. Thực hiện tưới nước cho thí nghiệm liên tục 5 đến 6 ngày/lần, lượng tưới từ

0,5 đến 1 lít nước tuỳ theo điều kiện thời tiết. Thời gian tưới tính từ khi làm đất, cấy lúa

và trong suốt quá trình sinh trưởng, phát triển theo nhu cầu của cây lúa, ngừng tưới khi

lúa bắt đầu chín.

Bảng 2.2 Tổng lượng Cd được tưới trong mỗi vụ thí nghiệm

Số lần tưới Tổng lượng Hàm lượng Thể tích tưới Cd 1 vụ Vụ hè thu (chu kỳ 5 ÷ 6 mg/L tưới/lần (L) ngày/lần) (mg)

CT 0,01 Cd 0,01 0,8÷1 15 0,12÷0,15

46

15 CT 0,05 Cd 0,05 0,8÷1 0,6÷0,75

15 CT 0,5 Cd 0,5 0,8÷1 6÷7,5

Số lần tưới Tổng lượng Hàm lượng Thể tích tưới Cd 1 vụ Vụ đông xuân (chu kỳ 5 ÷ 6 mg/L tưới/lần (L) ngày/lần) (mg)

18 CT 0,01 Cd 0,01 0,5÷1 0,09÷0,18

18 CT 0,05 Cd 0,05 0,5÷1 0,45÷0,9

18 CT 0,5 Cd 0,5 0,5÷1 4,5÷9

- Thí nghiệm tìm giải pháp sử dụng vật liệu giàu Si để hạn chế tích lũy Cd trong hạt thì

luận án đã sử dụng nguồn nước tưới trực tiếp từ hệ thống nước sinh hoạt với kỹ thuật

tưới ngập giống như thí nghiệm trên, mức nước ngập mặt ruộng từ 3-5 cm.

2.2.2.2 Thí nghiệm đồng ruộng

Nước tưới ngoài đồng ruộng được lấy từ hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải, qua kênh Cầu

Bây tự chảy hoặc bơm vào khu ruộng thí nghiệm, luôn giữ mực nước ngập thường xuyên

và được theo dõi hàm lượng Cd trước khi mở cống đưa nước vào ruộng. Kết quả quan

trắc chất lượng nước về hàm lượng Cd như sau:

Bảng 2.3 Kết quả quan trắc nước tưới hàm lượng Cd (mg/L) trong nước tưới

Nước Vụ hè thu 2019 Vụ đông xuân 2020 Vụ hè thu 2020 Vụ đông xuân 2021

Làm đất 0,037 0,045 0,039 0,047

3 tuần 0,052 0,04 0,049 0,042

5 tuần 0,045 0,036 0,047 0,037

Lúa trỗ 0,04 0,034 0,043 0,033

47

2.2.3 Cây trồng

Giống lúa được sử dụng trong thí nghiệm ở cả nhà lưới và đồng ruộng là Giống lúa Bắc

thơm số 7. Đây là giống lúa có chiều cao cây từ 100 - 105 cm, đẻ nhánh khá, hạt thon,

vỏ nâu, năng suất bình quân đạt từ 50 – 55 tạ/ha, chất lượng gạo ngon, hạt gạo trong,

mềm, thơm; đặc điểm sinh trưởng: vụ đông xuân từ 125 – 135 ngày, vụ hè thu từ 105 –

110 ngày.

2.2.4 Vật liệu giàu Si

Rơm rạ được thu thập trên cánh đồng huyện Gia Lâm, Thành phố Hà Nội sau khi vụ thu

hoạch mới kết thúc và rơm rạ đã được phơi khô trong môi trường tự nhiên. Tiến hành xử

lý như sau: phơi khô đồng đều đến tỷ lệ khô đạt khoảng 70%, băm nhỏ thành kích thước

2-3 cm. Cân vào các công thức theo tỷ lệ thí nghiệm. Than sinh học-vỏ trấu (than sinh

học) được mua tại cửa hàng vật tư nông nghiệp - Học viện Nông nghiệp Việt Nam, có

qui trình sản xuất nhiệt phân kỵ khí trong khoảng từ 4 giờ ở nhiệt độ 500 – 550 oC. Kết

quả phân tích hàm lượng Cd trong rơm rạ và than sinh học vỏ trấu tại 4 vụ thí nghiệm

trước khi bổ sung vào đất được thể hiện dưới bảng sau:

Bảng 2.4 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong các vật liệu bổ sung vào thí nghiệm

Vật liệu Vụ hè thu 2019 Vụ đông xuân 2020 Vụ hè thu 2020 Vụ đông xuân 2021

Rơm 0,0012±0,0001 0,0008±0,0003 0,0007±0,0002 0,0007±0,0002

Than sinh học 0,0001±0,0001 0,0004±0,0001 0,0001±0,0001 0,0002±0,0001

0,0002±0,0001 0,0004±0,0001 0,0003±0,0001 0,0002±0,0002 Phân bón hữu cơ vi sinh

Hình ảnh của vật liệu được thể hiện trong phần phụ lục.

2.2.5 Phân bón và hóa chất

Phân bón NPK, thuốc bảo vệ thực vật: của hãng Việt Nhật được sử dụng để bón thúc

cho lúa theo tỉ lệ 1,25g N + 0,75 g P2O5 + 0,75 g K2O. Sử dụng phân hữu cơ vi sinh

Komix-BL2 dạng viên với liều lượng như sau: bón lót (20 kg/100m2), bón thúc đợt 1

48

(15 kg/100m2), bón thúc đợt 2 (15 kg/100m2), bón rước đòng (10 kg/100m2). Loại thuốc

trừ sâu đã được phun phòng bệnh trong thời kỳ lúa đẻ nhánh và làm đòng.

Bón phân: Quy đổi 10 tấn phân hữu cơ hoai mục + 100 kg N + 60 kg P2O5 + 60 kg

K2O/ha. Thực hiện bón phân bằng cách rắc trực tiếp vào chậu trong điều kiện ngập nước.

Tổng lượng phân bón sử dụng cho một chậu: 20 gram phân Komix-BL2 (bón lót), 0,24

gram phân NPK (bón thúc), 15 gram phân Komix-BL2 (bón thúc đợt 1), 15 gram phân

Komix-BL2 (bón thúc đợt 2), 10 gram phân Komix-BL2 (bón rước đòng).

Mạ:

- Lựa chọn các cây mạ xanh tốt và cấy đúng thời gian quy định. 7 ngày sau khi cấy để

lại 1 khóm/chậu trong suốt vụ thí nghiệm.

Hóa chất phân tích trong phòng thí nghiệm: sử dụng các hóa chất xuất xứ Merck cho

phá mẫu Cd đối với mẫu đất, nước và thực vật và các chỉ tiêu phân tích Cd trong phòng

thí nghiệm trên hệ thống quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS như: axit đặc HClO4 30%,

HNO3 98% và chất chuẩn Cd để phân tích hàm lượng Cd trong vật phẩm. Sử dụng

Cd(NO3)2 để làm giàu Cd trong nước tưới.

2.3 Bố trí thí nghiệm

2.3.1 Bố trí thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của Cd đến sinh trưởng, năng suất lúa và tích lũy trong gạo

2.3.1.1 Thí nghiệm trong nhà lưới

Địa điểm nghiên cứu: Thực hiện trên hệ thống chậu vại tại khu nhà lưới Học viện Nông

nghiệp Việt Nam, xã Trâu Quỳ, huyện Gia Lâm, Hà Nội (21o0’35’’ B, 105o49’29’’ E).

Thời gian thực hiện 02 năm với 4 vụ lúa bao gồm 02 vụ đông xuân và 02 vụ hè thu, từ

5/2019 tới 5/2021 trên khu thí nghiệm có diện tích 100 m2.

Xử lý đất thí nghiệm: Đất sạch được phơi khô tự nhiên trong không khí, làm nhỏ và cân

4 kg đất chuyển vào mỗi chậu vại có đường kính 30 cm, cao 40 cm.

49

Các công thức thí nghiệm gồm: Đối chứng (CF1): lúa được tưới nước không nhiễm Cd.

Công thức thí nghiệm khác được thiết kế với 03 mức tưới ô nhiễm Cd nồng độ 0,01 –

0,05 – 0,5 mg/L, kí hiệu lần lượt là: CT1, CT2, CT3.

Bảng 2.5 Công thức thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của Cd đối với sinh trưởng và năng suất lúa gạo

Nồng độ Ký hiệu Cd trong Số STT công Thành phần nước tưới chậu thức (mg/L)

4,0 kg đất được trộn với 20 g phân gà ủ

1 CF1 0 3 hoai và 0,24 g phân NPK

Tưới nước sạch.

4,0 kg đất được trộn với 20 g phân gà ủ

2 CT1 0,01 3 hoai và 0,24 g phân NPK

Tưới nước ô nhiễm Cd nồng độ 0,01 mg/L.

4,0 kg đất được trộn với 20 g phân gà ủ

3 CT2 0,05 3 hoai và 0,24 g phân NPK

Tưới nước ô nhiễm Cd nồng độ 0,05 mg/L.

4,0 kg đất được trộn với 20 g phân gà ủ

4 CT3 0,5 3 hoai và 0,24 g phân NPK

Tưới nước ô nhiễm Cd nồng độ 0,5 mg/L.

Các chỉ tiêu theo dõi thí nghiệm như sau:

+ Theo dõi quá trình sinh trưởng, phát triển và năng suất của lúa ở các công thức thí

nghiệm.

+ Đối với nước tưới: Kiểm soát, thống kê lượng nước tưới sử dụng đối với mỗi công

thức thí nghiệm.

+ Đối với mẫu đất: Phân tích mẫu đất nền trước thí nghiệm và mẫu đất sau thu hoạch

của mỗi vụ.

50

+ Đối với mẫu cây trồng: Phân tích nồng độ tích luỹ Cd trong lúa ở các bộ phận qua 3

thời kỳ sinh trưởng và thời kỳ thu hoạch đối với gạo.

2.3.1.2 Thí nghiệm đồng ruộng

Địa điểm thí nghiệm: Thí nghiệm quy mô đồng ruộng được thực hiện trên khu ruộng

canh tác lúa thường xuyên của Học viện Nông nghiệp Việt Nam có diện tích là 1500 m2,

cao trình: +6,4 m so với mặt nước biển.

Điều kiện thí nghiệm: thí nghiệm được thực hiện nền đất canh tác của khu ruộng với các

đặc tính tương đồng với đất phù sa không được bồi hằng năm của đồng bằng sông Hồng.

Nước tưới dùng cho thí nghiệm là nước từ kênh thuỷ lợi thuộc hệ thống sông Cầu Bây,

qua cống tự chảy vào khu đồng ruộng. Nước được lấy tự nhiên hoặc máy bơm theo

phương pháp tưới ngập. Các điều kiện về phân bón, làm cỏ, phòng trừ sâu bệnh áp dụng

theo quy trình canh tác lúa của Bộ NN&PTNT.

Giống cây: sử dụng giống lúa Bắc thơm số 7 để giống với đối tượng thí nghiệm trong

nhà lưới. Phương pháp gieo cấy được sử dụng là gieo sạ.

Các chỉ tiêu theo dõi như sau:

+ Theo dõi quá trình sinh trưởng, phát triển của lúa ở các thời kỳ sinh trưởng.

+ Đối với nước tưới: Phân tích mẫu nước trước và trong vụ thí nghiệm, kiểm soát cung

cấp đủ nước cho đồng ruộng.

+ Đối với mẫu đất: Phân tích mẫu đất ruộng trước thí nghiệm và mẫu đất sau thu hoạch

của mỗi vụ.

+ Đối với mẫu cây trồng: Phân tích nồng độ tích luỹ Cd trong lúa ở các bộ phận qua 3

thời kỳ sinh trưởng và thời kỳ thu hoạch đối với gạo. Theo dõi chỉ tiêu chiều cao và năng

suất.

2.3.2 Bố trí thí nghiệm nghiên cứu sử dụng vật liệu giàu Si để giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo

Địa điểm: Thực hiện tại nhà lưới cạnh khu thực nghiệm đồng ruộng.

51

Xử lý đất thí nghiệm: Đất nhiễm Cd được phơi khô tự nhiên trong không khí, làm nhỏ

và cân 4 kg đất chuyển vào mỗi chậu vại có đường kính 30 cm, cao 40 cm.

Công thức thí nghiệm: Thí nghiệm gồm 21 chậu thí nghiệm của 6 công thức và đối

chứng, được bố trí theo khối ngẫu nhiên với 3 lần nhắc lại trong nhà lưới. Phương pháp

bón bổ sung các vật liệu được thực hiện theo từng vụ, đất thí nghiệm sau mỗi vụ được

loại bỏ, thu gom riêng. Sử dụng đất mới, vật liệu bón mới cho mỗi vụ mới. CF2 là công

thức đối chứng, không sử dụng vật liệu phối trộn. CT4-CT9 là công thức với các tỉ lệ

phối trộn rơm, than sinh học.

Bảng 2.6 Chuẩn bị đất trồng cho các công thức thí nghiệm

TT Công thức Thành phần

1 CF2: đối chứng Số chậu 3

3,98 kg đất Cd + 20 g phân gà ủ hoai + 0,24 g phân NPK = 4 kg

2 CT4: 2,5% than sinh 3

học 3,88 kg đất Cd + 100 g than sinh học + 20 g phân gà ủ hoai + 0,24 g phân NPK = 4 kg

3 CT5: 5% than sinh học 3

3,78 kg đất Cd + 200 g than sinh học + 20 g phân gà ủ hoai + 0,24 g phân NPK = 4 kg

4 CT6: 2,5% rơm 3

3,88 kg đất Cd + 100 g rơm + 20 g phân gà ủ hoai + 0,24 g phân NPK = 4 kg

5 CT7: 5% rơm 3

3,78 kg đất Cd + 200 g rơm + 20 g phân gà ủ hoai + 0,24 g phân NPK = 4 kg

3

6 CT8: 1,25% than sinh học + 1,25% rơm

3,88 kg đất Cd + 50 g rơm + 50 g than sinh học + 20 g phân gà ủ hoai + 0,24 g phân NPK = 4 kg

7 CT9: 2,5% than sinh 3

học + 2,5% rơm

3,78 kg đất Cd + 100 g rơm + 100 g than sinh học + 20 g phân gà ủ hoai + 0,24 g phân NPK = 4 kg

Các chỉ tiêu thí nghiệm: Mẫu đất và cây trồng sau mỗi thời vụ thí nghiệm được lấy và

phân tích hàm lượng Cd cho mỗi công thức thí nghiệm.

52

2.3.3 Phương pháp lấy mẫu, phân tích mẫu

Lấy mẫu theo 3 thời kỳ sinh trưởng của cây lúa:

- Thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng: Lấy mẫu rễ, thân lá khi bắt đầu vào giai đoạn phân

hoá hoa lúa.

- Thời kỳ sinh trưởng sinh thực: Lấy mẫu rễ, thân lá, bông lúa non khi lúa trỗ bông và

thụ tinh.

- Thời kỳ chín: Lấy mẫu rễ, thân lá, hạt lúa chín, đất còn lại khi bông lúa chín hoàn toàn.

Thu mẫu lúa:

Tại mỗi cuối thời kỳ sinh trưởng và thời kỳ thu hoạch, cây lúa được thu cả 03 phần bao

gồm thân, rễ và hạt. Thực hiện thao tác nhổ cây lúa nhẹ nhàng sao cho lấy được phần rễ

nhiều nhất có thể, tránh để hao hụt các bộ phận như lá, hạt. Rễ được rửa sạch dưới vòi

nước. Sau đó cả gạo, thân rễ (cắt nhỏ) được sấy ở 70 °C trong 72 giờ trong phòng thí

nghiệm bằng thiết bị sấy.

Kỹ thuật lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu đất áp dụng theo các tiêu chuẩn: TCVN

7538-2:2005 (ISO 10381-2:2002) về kỹ thuật lấy mẫu đất, TCVN 6647:2007 (ISO

11464:2006) về xử lý đất sơ bộ để phân tích lý hóa, TCVN 6663-1:2011 (ISO 5667-

1:2006) về kỹ thuật lấy mẫu nước mặt. Cụ thể, các mẫu đất, rễ, thân, gạo sau khi

được sấy khô, đem nghiền nhỏ dưới kích thước 1 mm. Mẫu thân bao gồm thân cây,

lá cây, cuống bông, vỏ trấu được sấy khô, nghiền nhỏ, trộn đều.

Kỹ thuật phân tích mẫu

Cd tồn tại trong môi trường đất và nước ở dạng di động (có thể hòa tan) và không di

động (kết tủa, phức chất), nhưng cây lúa chỉ có thể hấp thụ Cd di động vào các bộ phận

của cây. Khi vào trong các bộ phận của cây, Cd kết hợp với các hợp chất trong cây và

tồn tại ở dạng phức chất hữu cơ. Việc kiểm soát hàm lượng Cd trong lúa gạo là kiểm

soát hàm lượng Cd di động đi vào và tích luỹ trong các bộ phận của cây.

Kỹ thuật phân tích mẫu và số mẫu phân tích được trình bày trong bảng dưới đây:

53

Bảng 2.7 Phương pháp phân tích

STT Chỉ tiêu Tiêu chuẩn hướng dẫn

TCVN 7768-1: 2007 (ISO 6561-1: 2005): Rau, quả và sản

phẩm rau, quả - Xác định hàm lượng Cadimi. Phần 1:

Cd trong lúa và Phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử dùng lò graphit. 1 gạo TCVN 7768-2: 2007 (ISO 6561-2: 2005): Rau, quả và sản

phẩm rau, quả - Xác định hàm lượng Cadimi. Phần 2:

Phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa.

TCVN 6649:2000 (ISO 11466:1995) – Chất lượng đất –

Chiết các nguyên tố vết tan trong cường thủy.

2 Cd trong đất TCVN 8246:2009 (EPA Method 7000B) – Chất lượng đất –

Xác định kim loại bằng phương pháp quang phổ hấp thụ

nguyên tử ngọn lửa.

TCVN 6197:2008 Chất lượng nước. Xác định cadimi bằng 3 Cd trong nước phương pháp đo phổ hấp thụ nguyên tử.

TCVN 4401:1987 Đất trồng trọt – Phương pháp xác định 4 pHKCl pHKCl.

- pH của đất: TCVN 5979:1995 về chất lượng đất – xác định

pH.

- pH của nước: TCVN 6492:2011 Chất lượng nước – Xác

định pH.

5 pHH2O - pH (rơm và than sinh học): Ngâm vật liệu trong nước cất

với tỷ lệ khối lượng 1:100, đậy kín, khấy trong 1 giờ ở nhiệt

độ phòng bằng máy khuấy từ, chờ trong 2 tiếng thì đo giá trị

pH bằng máy đo pH Horiba.

TCVN 6645:2000 (ISO 13878: 1998) về chất lượng đất –

6 N Xác định hàm lượng nitơ tổng số bằng đốt khô “phân tích

nguyên tố”.

54

TCVN 8940:2011 về Chất lượng đất – Xác định phospho 7 P tổng số - Phương pháp so màu.

TCVN 8660:2011 về Chất lượng đất – Phương pháp xác định 8 K kali tổng số.

- Đất: TCVN 8568:2010 Chất lượng đất – Phương pháp xác

định dung lượng cation trao đổi (CEC) – Phương pháp dùng

amoni axetat. 9 CEC

- Rơm và than sinh học: sử dụng phương pháp ly trích bằng

BaCl2 0,1M và chuẩn độ bằng EDTA 0,01M [208].

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8941:2011 về Chất lượng đất –

10 OC Xác định các bon hữu cơ tổng số - Phương pháp Walkley

Black.

- Đất: Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9911:2013 Đất, đá quặng

nhóm Silicat – Xác định hàm lượng Silic oxit – Phương pháp

khối lượng.

- Rơm và than sinh học: TCVN 11407:2016 về Phân bón rắn

11 Si - Xác định hàm lượng silic hữu hiệu bằng phương pháp phổ

hấp thụ phân tử.

Đo phổ tán xạ năng lượng tia X (Energy-dispersive X-ray

spectroscopy.

Độ rỗng của TCVN 11399:2016 về Chất lượng đất - Phương pháp xác

12 rơm rạ, than định khối lượng riêng và độ xốp

sinh học

Đo chỉ số sinh trưởng:

Thí nghiệm trong nhà lưới được theo dõi các thông số: bao gồm các thông số chiều cao

cây và năng suất sau khi thu hoạch, số nhánh cây, số lá cây, chỉ số diệp lục. Chiều cao

cây được đo từ mặt đất đến chóp lá cao nhất (trước khi trỗ) và đo từ mặt đất đến chóp

bông cao nhất (sau khi trỗ). Số nhánh cây được đếm từ thân chính và số lá cây được đếm

trên thân chính bằng cách đánh dấu lá cuối cùng của lần đếm trước đó thêm số lá mới

55

lần sau. Chỉ số diệp lục được đo bằng máy SPAD-502 Plus trên lá trưởng thành nhất, đo

ở 3 vị trí. Các chỉ số sinh trưởng được theo dõi định kỳ 7 ngày 1 lần. Năng suất được

tính theo khối lượng hạt/diện tích chậu trồng, đo ở thời điểm thu hoạch.

Thí nghiệm trên đồng ruộng được theo dõi thông số chiều cao cây và năng suất sau khi

thu hoạch.

Thiết bị sử dụng trong phân tích:

Bảng 2.8 Thiết bị sử dụng phân tích

STT Tên thiết bị Xuất xứ, nhãn hiệu

1 Cân phân tích 4 số Shimadzu/ Nhật/ AY220

2 Bộ phá mẫu hệ kín bằng vi sóng Berghof/Đức 1350W-260oC

3 Tủ sấy Thermo Scientific/Mỹ/ OGH180

4 Máy quang kế ngọn lửa AOPU/Trung Quốc/FP6400A

5 Máy quang phổ hấp thụ AAS GBC Scientific Savant AA Sigma/Úc

6 Máy đo pH để bàn Thụy Sĩ/S320-K

7 Máy quang phổ Uvis Hach/Mỹ/ DR3900

8 Máy phổ tán xạ năng lượng (EDX) Horiba 7593H/Hitachi S-4800/Nhật

Phân tích mẫu được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Đất, nước và môi trường và Phòng

thí nghiệm kỹ thuật môi trường – Đại học Thuỷ Lợi.

Thí nghiệm đo phổ tán xạ năng lượng tia X được chuẩn bị mẫu tại phòng thí nghiệm

đất, nước và môi trường – Đại học Thuỷ Lợi và chuyển sang phân tích tại Phòng thí

nghiệm – Viện Khoa học vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam.

2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu

Dữ liệu thí nghiệm được tính giá trị trung bình, độ lệch chuẩn, phương trình hồi quy

tuyến tính và sự khác nhau có ý nghĩa của các kết quả bằng hàm độc lập T-test trên phần

56

mềm Microsoft Excel version 2019 (Microsoft, USA). Các kết quả thu được là trung

bình của 03 lần phân tích. Sử dụng phần mềm Origin 2021B để xử lý thành biểu đồ phục

vụ phân tích kết quả.

57

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Hàm lượng Cd trong đất và nước tưới khu vực thí nghiệm

3.1.1 Hàm lượng Cd trong nước tưới kênh Cầu Bây

Kết quả đo mẫu nước tưới trên kênh Cầu Bây trong 4 vụ trồng lúa tại khu vực thí nghiệm

được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 3.1. Hàm lượng Cd và pH trong nước tưới tại khu vực thí nghiệm

pH Cd (mg/L) Mẫu

Vụ hè thu 2019

0,05±0,007 Lần 1 7,3

0,04±0,008 Lần 2 7,2

0,03±0,002 Lần 3 7,3

Vụ đông xuân 2020

0,05±0,015 Lần 1 7,3

Lần 2 7,4 0,04±0,003

0,05±0,025 Lần 3 7,2

Vụ hè thu 2020

0,05±0,009 Lần 1 7,2

Lần 2 7,3 0,04±0,015

0,04±0,006 Lần 3 7,2

Vụ đông xuân 2021

0,05±0,015 Lần 1 7,4

Lần 2 7,2 0,04±0,020

0,05±0,009 Lần 3 7,3

QCVN 08:2015, B1 5,5-9 0,01

Giá trị pH trong các mẫu nước tại kênh Cầu Bây đoạn qua Học viện Nông nghiệp dao

động từ 7,1÷7,4 tại các thời điểm đo mẫu. Cd trong nước tưới tại khu vực nghiên cứu

đều cao hơn giới hạn cho phép từ 4÷5 lần giới hạn cho phép QCVN 08:2015/BTNMT,

58

cột B1. Nguyên nhân chính là do nước tưới trên kênh Cầu Bây chứa nước thải công

nghiệp và đi qua nhiều khu dân cư.

3.1.2 Giá trị pH và hàm lượng Cd trong đất khu vực thí nghiệm

Kết quả phân tích giá trị pH và hàm lượng Cd trong đất lúa tại khu vực xã Trâu Quỳ

như sau:

Bảng 3.2. Hàm lượng Cd và pH trong đất trồng lúa khu vực nghiên cứu

Mẫu pH Cd (mg/kg)

Vụ hè thu 2019

0,06±0,02 Vị trí 1 6,3

0,05±0,04 Vị trí 2 6,5

0,06±0,03 Vị trí 3 6,3

Vụ đông xuân 2020

0,07±0,03 Vị trí 1 6,3

0,06±0,02 Vị trí 2 6,5

0,06±0,02 Vị trí 3 6,4

Vụ hè thu 2020

Vị trí 1 6,4 0,07±0,03

0,06±0,04 Vị trí 2 6,5

0,05±0,03 Vị trí 3 6,4

Vụ đông xuân 2021

Vị trí 1 6,5 0,06±0,03

0,05±0,03 Vị trí 2 6,4

0,06±0,03 Vị trí 3 6,6

1,5 QCVN 03: 2015/BTNMT

Trong đó: Vị trí 1 có toạ độ là 21° 0' 51,87" - 105° 55' 48,86"

Vị trí 2 có toạ độ là 21° 0' 4,19" - 105° 55' 47,89"

Vị trí 3 có toạ độ là 21° 0' 2,76" - 105° 56' 9,6"

59

Tất cả các mẫu đất được thu thập tại xã Trâu Quỳ, Gia Lâm, Hà Nội có kết quả thí

nghiệm về Cd đều thấp hơn giới hạn tại QCVN 03:2015/BTNMT, cho thấy chất lượng

đất nằm trong giới hạn an toàn theo QCVN 03: 2015/BTNMT.

3.2 Tích luỹ Cd trong đất dưới ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm

3.2.1 Tích lũy Cd trong đất trồng lúa dưới ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm

3.2.1.1 Thí nghiệm trong nhà lưới

Mẫu đất tại các chậu trồng lúa trong nhà lưới được lấy mẫu và phân tích hàm lượng Cd

sau thời điểm thu hoạch. Kết quả thu được như sau:

Các kết quả thu được cho thấy sự tích lũy Cd trong đất gia tăng tỉ lệ thuận với nồng độ

Cd trong nước tưới. Cụ thể, hàm lượng Cd trong đất lúa của công thức CT3 cao gấp 2,12

lần so với CT2 và cao gấp 11,12 lần so với CT1 ở vụ hè thu 2019. Ở vụ đông xuân 2020,

hàm lượng Cd tích luỹ trong đất tại công thức CT3 đạt 1,887 mg/kg cao gấp 2,14 lần so

với công thức CT2 và 8,39 lần so với công thức CT1. Hàm lượng Cd tích luỹ trong đất

tại công thức CT3 vụ hè thu 2020 và đông xuân 2021 cũng có hàm lượng gấp 2,05 lần

và 1,82 lần so với công thức CT2, 9 lần và 7 lần so với công thức CT1. Đối với tất cả

các vụ thí nghiệm, hàm lượng Cd trong đất tại công thức đối chứng vẫn được phát hiện

có giá trị từ 0,04 mg/kg đến 0,05 mg/kg. Hàm lượng Cd trong đất của các công thức thí

nghiệm cao hơn công thức đối chứng tại vụ đó từ 4,325 đến 48,1 lần.

Bảng 3.3 Hàm lượng Cd tích lũy trong đất sau các vụ thí nghiệm (mg/kg)

Công thức Hè thu 2019 Đông xuân Hè thu 2020 Đông xuân

2020 2021

CF1 0,04±0,0015 0,04±0,0020 0,05±0,0022 0,05±0,0026

CT1 0,173±0,012 0,225±0,022 0,198±0,0315 0,262±0,042

CT2 0,906±0,048 0,881±0,051 0,869±0,029 1,006±0,035

CT3 1,924±0,0121 1,887±0,0285 1,782±0,0318 1,834±0,0372

60

Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng tiến hành đo độ pH của đất và thu được kết quả là pH

đất dao động trong khoảng 6,4 – 6,8. Hơn nữa, khi đánh giá sự chênh lệch về nồng

độ Cd trong đất ở các nghiệm thức giữa 4 vụ thí nghiệm khác nhau có sự dao động

không đáng kể (khoảng ±10% đến ± 21%) cho thấy độ đảm bảo đo của các thí nghiệm

lặp được đảm bảo.

Hình 3.1 Hàm lượng Cd trong đất sau khi thu hoạch tại thí nghiệm nhà lưới

3.2.1.2 Thí nghiệm đồng ruộng

Sau khi thu hoạch lúa ngoài đồng ruộng, tiến hành lấy mẫu đất để đánh giá sự tồn lưu

Cd trong đất sau 4 vụ canh tác liên tục như hình dưới đây. Kết quả thu được cho thấy,

nồng độ Cd trong đất tăng liên tục theo từng vụ từ 2,4 - 6,6%. Hàm lượng Cd tích luỹ

trong đất qua 4 vụ lần lượt là 0,128 mg/kg; 0,136 mg/kg; 0,139 mg/kg và 0,147 mg/kg.

Tăng từ 0,003 – 0,008 mg/kg sau mỗi vụ. Khi so sánh giữa các vụ, kết quả cho thấy hai

vụ đông xuân có mức độ tích luỹ Cd trong đất nhiều hơn hai vụ hè thu. Nguyên nhân có

thể là do thời gian canh tác của vụ đông xuân từ 6 đến 7 tháng, trong khi thời gian canh

61

tác vụ hè thu là 5 đến 6 tháng. Đồng thời, yếu tố thời tiết như lượng mưa, bốc hơi cũng

khác biệt giữa hai vụ lúa dẫn đến sự khác biệt về mức độ tích luỹ Cd từ nước tưới vào

đất. Điều này chứng tỏ rằng nhiều khả năng tích luỹ Cd trong đất tại khu ruộng nghiên

cứu là từ nước tưới. Nếu như chất lượng nguồn nước tưới không được cải thiện thì sự

tích tụ Cd trong đất sẽ ngày một nhiều hơn và khả năng tích lũy trong cây lúa sẽ gia tăng

theo quá trình canh tác hằng năm.

Hình 3.2 Hàm lượng Cd trong đất sau thu hoạch trên ruộng

Như vậy, nếu không có các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước hoặc xử lý ô

nhiễm Cd trong đất thì tình trạng ô nhiễm đất và hàm lượng Cd tích luỹ vào cây sẽ ngày

càng trở nên trầm trọng.

Nhận xét: Kết quả phân tích hàm lượng Cd trong đất sau các vụ thí nghiệm tại thí

nghiệm nhà lưới và đồng ruộng cho thấy, hàm lượng Cd từ nước tưới tích luỹ một phần

lên các bộ phận của cây, phần còn lại sẽ tích luỹ trong đất. Tại thí nghiệm đồng ruộng,

62

với điều kiện không thay thế được đất canh tác, hàm lượng Cd trong đất sẽ tích luỹ ngày

càng tăng khi tưới bằng nước nhiễm Cd.

3.3. Kết quả nghiên cứu về tích lũy Cd trong các bộ phận của lúa gạo

3.3.1. Kết quả nghiên cứu thí nghiệm trong nhà lưới

Kết quả của nghiên cứu trong nhà lưới về khả năng tích lũy Cd của cây lúa trong các bộ

phận rễ, thân lá và gạo dưới ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm được đánh giá qua 04 vụ

lúa liên tiếp (năm 2019-2021) với các công thức tưới nồng độ Cd khác nhau, bao gồm

CF1, CT1, CT2, CT3 được tổng hợp trong bảng như sau:

63

Bảng 3.4 Hàm lượng Cd tích lũy trong các bộ phận của cây lúa tại thí nghiệm nhà lưới – (mg/kg)

Bộ

Thời kỳ

Vụ hè thu 2019

Vụ đông xuân 2020

phận

CF1

CT1

CT2

CT3

CF1

CT1

CT2

CT3

5 tuần

0,0005±0,0001 0,0326±0,0009 0,0366±0,0011 0,0389±0,0013 0,0006±0,0002 0,0379±0,0008 0,0379±0,0016 0,0409±0,0012

Rễ

9 tuần

0,0003±0,0002 0,0334±0,0015 0,0397±0,0024 0,0652±0,0017 0,0005±0,0002 0,0382±0,0021 0,0395±0,0033 0,0582±0,0018

thu hoạch

0,0008±0,0004 0,0389±0,0013 0,0497±0,0025 0,1501±0,0017 0,0009±0,0003 0,0398±0,0037 0,0471±0,0029 0,1421±0,0041

5 tuần

0,0003±0,0002 0,0025±0,0001 0,0027±0,0005 0,0062±0,0003 0,0002±0,0001 0,0034±0,0002 0,0028±0,0003 0,0059±0,0007

Thân

9 tuần

0,0005±0,0001 0,0029±0,0006 0,0036±0,0003 0,0137±0,0001 0,0004±0,0001 0,0040±0,0008 0,0036±0,0010 0,0146±0,0005

thu hoạch

0,0006±0,0002 0,0031±0,0005 0,0059±0,0008 0,0215±0,0004 0,0007±0,0003 0,0041±0,0016 0,0048±0,0003 0,0243±0,0017

Gạo

thu hoạch

0,0001±0,0001 0,0011±0,0006 0,0064±0,0007 0,0128±0,0003 0,0002±0,0001 0,0015±0,0005 0,0072±0,0006 0,0135±0,0009

Vụ hè thu 2020

Vụ đông xuân 2021

5 tuần

0,0007±0,0002 0,0323±0,0011 0,0373±0,0009 0,0383±0,0014 0,0006±0,0004 0,0311±0,0015 0,0411±0,0017 0,0391±0,0023

Rễ

9 tuần

0,0009±0,0004 0,0479±0,0027 0,0419±0,0017 0,0679±0,0023 0,0008±0,0003 0,0451±0,0009 0,0451±0,0028 0,0681±0,0018

thu hoạch

0,0009±0,0005 0,0387±0,0033 0,0487±0,0018 0,1587±0,0021 0,0009±0,0004 0,0476±0,0017 0,0496±0,0022 0,1676±0,0009

5 tuần

0,0004±0,0003 0,0029±0,0005 0,0032±0,0006 0,0065±0,0003 0,0006±0,0003 0,0032±0,0001 0,0030±0,0002 0,0058±0,0003

Thân

9 tuần

0,0006±0,0002 0,0035±0,0002 0,0038±0,0007 0,0161±0,0004 0,0005±0,0002 0,0033±0,0008 0,0035±0,0009 0,0166±0,0007

thu hoạch

0,0007±0,0002 0,0038±0,0005 0,0047±0,0009 0,0235±0,0007 0,0007±0,0003 0,0037±0,0006 0,0038±0,0003 0,0263±0,0007

Gạo

thu hoạch

0,0002±0,0001 0,0021±0,0007 0,0078±0,0011 0,0106±0,0009 0,0001±0,0001 0,0011±0,0008 0,0064±0,0004 0,0123±0,0005

65

3.3.1.1 Vụ hè thu năm 2019

- Tích lũy Cd trong rễ

Kết quả phân tích hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ cây thu được theo 3 thời kỳ sinh

trưởng, phát triển của cây như sau. Tại thời điểm 5 tuần tuổi – thời kỳ sinh trưởng sinh

dưỡng (đẻ nhánh), hàm lượng Cd trong rễ trung bình cả 3 công thức là 0,0360 mg/kg.

Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ cao dần tỷ lệ thuận với hàm lượng Cd được bổ sung vào

nước tưới. Cụ thể, công thức CT1 có hàm lượng Cd được tìm thấy trong rễ là

0,0326±0,0009 mg/kg, hàm lượng Cd tại công thức CT2 là 0,0366±0,0011 mg/kg và là

0,0389±0,0013 mg/kg ở công thức CT3.

Hình 3.3 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ lúa vụ hè thu năm 2019

Ở thời kỳ 9 tuần tuổi tức là thời kỳ sinh trưởng sinh thực (lúa trỗ bông), hàm lượng

Cd trong rễ tăng lên theo thời gian nhưng có sự khác biệt đáng kể ở công thức CT3.

Hàm lượng Cd trong rễ ở công thức CT1 đạt 0,0334±0,0015 mg/kg, tăng 3,08% so

66

với thời kỳ 5 tuần. Trong khi hàm lượng Cd trong rễ thời kỳ 9 tuần tại công thức CT2

và công thức CT3 tăng lần lượt là 8,3% và 60,5% so với thời kỳ 5 tuần. Có thể thấy

sự khác biệt về hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ giữa các công thức ở thời kỳ này

tương đối đáng kể.

Ở thời kỳ thu hoạch (tuần thứ 16 – 17), hàm lượng Cd tăng mạnh tại công thức CT3

trong khi hai công thức còn lại tăng nhẹ. Hàm lượng Cd trong rễ tại công thức CT3

ở thời kỳ thu hoạch đạt 0,1501±0,0017 mg/kg, tăng 285% so với thời kỳ 5 tuần và

tăng 130,2% so với thời kỳ 9 tuần. Tuy nhiên, hàm lượng Cd trong rễ của hai công

thức CT1 và CT2 ở thời kỳ thu hoạch tăng nhẹ lần lượt là 16,5% và 25,3% so với

thời kỳ 9 tuần tuổi.

Như vậy, có thể thấy xu hướng tích luỹ Cd trong rễ lúa trong thí nghiệm vụ đầu tiên ở

nhà lưới là hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ tăng dần theo thời gian và có sự khác biệt

đáng kể giữa các công thức. Đặc biệt, hàm lượng Cd bổ sung vào nước tưới càng cao thì

khả năng tích luỹ Cd vào rễ càng lớn.

- Tích lũy Cd trong thân

Sinh khối thân bao gồm thân, lá, cuống và vỏ trấu (gọi chung là thân) được thu mẫu theo

3 thời kỳ sinh trưởng của cây và phân tích hàm lượng Cd tích luỹ trong bộ phận này.

Kết quả thu được như sau: hàm lượng Cd tích luỹ trong thân tăng dần theo thời gian và

trong suốt thời gian sinh trưởng của cây. Với công thức CT1, hàm lượng Cd đi vào thân

đạt 0,0025±0,0001 mg/kg ở thời kỳ đẻ nhánh (5 tuần tuổi), sau đó tăng 16% so với thời

kỳ đẻ nhánh lên 0,0029±0,0006 mg/kg ở thời kỳ lúa trổ bông và 24% so với thời kỳ trổ

bông vào thời kỳ lúa chín. Sự tích luỹ Cd trong thân lúa trong điều kiện tưới nước ô

nhiễm tại công thức CT2 và CT3 tăng mạnh hơn công thức CT1. Với công thức CT2

hàm lượng Cd trong thân đo được là 0,0057±0,0005 mg/kg ở thời kỳ 5 tuần tuổi, cao

gấp 2,28 lần so với công thức CT1 ở cùng thời kỳ thu mẫu. Hàm lượng Cd tích luỹ trong

thân ở thời kỳ 9 tuần tuổi tiếp tục tăng lên 2,79 lần so với thời kỳ 5 tuần. Tại thời điểm

thu hoạch, kết quả đo đạc hàm lượng Cd trong thân đã tăng lên gấp 3,67 lần tương đương

0,0209±0,0008 mg/kg so với thời kỳ 5 tuần.

67

Tại công thức CT3, khi tăng nồng độ Cd bổ sung vào nước tưới lên 50 lần so với CT1,

hàm lượng Cd tích luỹ trong thân tăng cao đáng kể so với công thức CT2 và công thức

CT1. Tại thời điểm 5 tuần tuổi, hàm lượng Cd tích luỹ vào thân của công thức CT3 là

0,0062±0,0003 mg/kg cao hơn 2,5 lần so với CT1. Kết quả cũng cho thấy hàm lượng

Cd trong thân của công thức CT3 gấp 6,9 lần hàm lượng Cd trong thân của công thức

CT1 ở thời kỳ thu hoạch. Tốc độ gia tích luỹ Cd trong thân tại công thức CT3 cũng dao

động lớn nhất với tốc độ gia tăng đạt 56,9 - 120% trên mỗi thời kỳ lấy mẫu.

Hình 3.4 Hàm lượng Cd tích luỹ trong thân vụ hè thu năm 2019

- Tích lũy Cd trong gạo

Kết quả nghiên cứu hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo tại 3 công thức thu được như sau:

68

Hình 3.5 Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo vụ hè thu năm 2019

Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo tại các công thức thí nghiệm tỷ lệ thuận với hàm lượng

Cd được bổ sung vào nước tưới, nghĩa là khi tăng Cd trong nước thì Cd tích tụ trong gạo

càng nhiều. Cụ thể, tại công thức CT1, hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo thu được là

0,0011±0,00012 mg/kg. Hàm lượng Cd trong gạo tại công thức CT2 đo được là

0,0064±0,0007 mg/kg cao hơn gấp 5,8 lần so với CT1 nhưng thấp hơn 50% so với hàm

lượng Cd tích luỹ trong gạo của công thức CT3. Mặc dù vậy, hàm lượng Cd trong gạo

của 3 công thức vẫn chưa vượt ngưỡng khuyến cáo của QCVN 8-2/2011/BYT với

ngưỡng quy định là 0,4 mg/kg Cd trong gạo. Điều này cho thấy mức độ tích luỹ Cd

trong gạo (đã được tách trấu và cám) còn dưới ngưỡng cho phép đối với vùng ĐBSH

khi điều kiện nước tưới bị ô nhiễm bởi nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp

như hiện nay.

- Mối tương quan giữa hàm lượng Cd trong nước tưới và trong gạo

Xem xét về mối quan hệ giữa hàm lượng Cd trong nước tưới và hàm lượng Cd tích luỹ

trong hạt gạo có thể thấy rằng, sự tích luỹ của Cd vào các bộ phận của cây lúa và hạt

gạo không tăng đồng đều trong suốt quá trình hình thành và phát triển của hạt gạo. Đồng

thời, mối quan hệ giữa hàm lượng Cd trong nước tưới và hàm lượng Cd trong gạo không

69

phải dạng quan hệ số mũ (hàm logarit). Bên cạnh đó, các điểm quan sát hàm lượng Cd

trong nước tưới gồm 4 điểm, vì vậy, tác giả lựa chọn quan hệ tuyến tính để đánh giá mối

tương quan giữa hai đại lượng này. Để đánh giá mối tương quan giữa hàm lượng Cd

trong nước tưới và trong gạo, trong phạm vi các nồng độ Cd trong nghiên cứu, phương

trình hồi quy tuyến tính cho thấy chỉ số R2 = 0,8452 là mức độ tương quan tốt. Như vậy,

trong phạm vi hàm lượng Cd từ 0 - 0,5 mg/L trong nước tưới, hàm lượng Cd tích luỹ

vào gạo có quan hệ tuyến tính với hàm lượng Cd trong nước tưới. Theo phương trình

tương quan này, tính toán được rằng, khi hàm lượng Cd trong nước đạt giá trị 17,9 mg/L

thì hàm lượng Cd trong gạo sẽ đạt giá trị 0,4 mg/kg bằng ngưỡng khuyến cáo hàm lượng

Cd trong gạo trắng tại QCVN 8-2/2011/BYT và tiêu chuẩn của FAO. Tuy nhiên, phương

trình tương quan này chỉ đáng tin cậy trong khoảng nồng độ từ 0 đến 0,5 mg/L Cd trong

nước, do đó, cần thực hiện các khảo sát, nghiên cứu ở dải nồng độ lớn hơn nữa để thu

được phương trình tương quan tin cậy hơn.

Hè thu 2019

0.014

0.012

0.01

y = 0.0222x + 0.002 R² = 0.8452

o ạ g

0.008

g n o r t

0.006

d C

0.004

0.002

0

0

0.1

0.5

0.6

0.3 0.2 0.4 Nồng độ Cd2+ trong nước tưới

Hình 3.6 Tương quan nồng độ Cd bổ sung vào nước tưới và hàm lượng Cd trong gạo

3.3.1.2 Vụ đông xuân năm 2020

70

- Tích lũy Cd trong rễ

Vụ đông xuân năm 2020 cũng được bố trí thí nghiệm giống như vụ hè thu năm 2019 và

cho thấy kết quả tương đối đồng nhất. Cụ thể, hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ tại công

thức CT1 có sự gia tăng theo thời gian, nhưng không đáng kể. Tại thời kỳ đẻ nhánh,

hàm lượng Cd trong rễ phân tích được là 0,0379±0,0008 mg/kg. Tại thời kỳ 9 tuần tuổi

và thời kỳ thu hoạch hàm lượng Cd trong rễ tăng so với thời kỳ đẻ nhánh lần lượt là

3,7% và 24%. Công thức CT2 cũng tăng nhẹ tương tự như công thức CT1 với hàm lượng

Cd ở thời kỳ 5 tuần đạt 0,0379±0,0016 mg/kg, thời kỳ 9 tuần đạt 0,0395±0,0033 mg/kg

và 0,0421±0,0029 mg/kg khi thu hoạch. Tuy nhiên, tại công thức CT3 có sự khác biệt

tương đối lớn của hàm lượng Cd trong rễ tại 3 thời kỳ lấy mẫu. Hàm lượng Cd trong rễ

của công thức CT3 phân tích được tại thời điểm 5 tuần tuổi là 0,0379±0,0012 mg/kg.

Cũng theo xu hướng của CT1 và CT2 hàm lượng Cd trong rễ của công thức CT3 vào

thời kỳ trổ bông tăng lên 53,6% so với thời kỳ đẻ nhánh. Đáng chú ý là hàm lượng Cd

tích luỹ trong rễ của công thức CT3 tại thời kỳ thu hoạch đã tăng lên 274,9% so với thời

kỳ 5 tuần tuổi.

Hình 3.7 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ lúa vụ đông xuân năm 2020

71

- Tích lũy Cd trong thân

Kết quả phân tích hàm lượng Cd trong thân của 3 công thức vụ đông xuân năm 2020

thu được cho thấy: hàm lượng Cd bổ sung vào nước tưới càng nhiều thì Cd tích luỹ vào

thân càng lớn và có sự khác biệt lớn về tỷ lệ Cd tích luỹ trong thân giữa 3 công thức.

Tại công thức CT1, hàm lượng Cd tích luỹ trong thân tăng dần nhưng sự thay đổi không

đáng kể. Tại thời kỳ 5 tuần tuổi, hàm lượng Cd đạt 0,0034±0,0002 mg/kg, và

0,0041±0,0016 mg/kg tại thời điểm thu hoạch. Hàm lượng Cd trong thân thời kỳ 9 tuần

tại công thức CT1 tăng 17,6% so với thời kỳ 5 tuần tuổi. So với thời kỳ 9 tuần, hàm

lượng Cd trong thân của công thức CT1 thời kỳ thu hoạch đã tăng lên 2,5%.

Hình 3.8 Hàm lượng Cd tích luỹ trong thân vụ đông xuân năm 2020

Với công thức CT2, hàm lượng Cd tích luỹ trong thân tăng mạnh theo thời gian, cụ thể

là tại thời kỳ 5 tuần tuổi hàm lượng Cd trong thân của công thức CT2 là 0,0048±0,0003

mg/kg. Sau 4 tuần tiếp theo, hàm lượng Cd trong thân của công thức CT2 đã đạt

0,0176±0,0010 mg/kg vào thời kỳ lúa trổ bông, tăng gấp 3,7 lần. Kết quả này cho thấy

trung bình hàm lượng Cd tăng 0,0032 mg/kg mỗi tuần trong giai đoạn từ tuần thứ 6 đến

tuần thứ 9. So sánh hàm lượng Cd trong thân của công thức CT2 ở thời kỳ thu hoạch

72

cho thấy tăng 354% so với thời kỳ 5 tuần tuổi. Công thức CT3 cũng cho kết quả tương

tự, với hàm lượng Cd trong thân thời kỳ đẻ nhánh đạt 0,0059±0,0007 mg/kg, tăng lên

2,47 lần vào thời kỳ trổ bông so với thời kỳ đẻ nhánh. So với thời kỳ trổ bông, hàm

lượng Cd trong thân của công thức CT3 đo được cao gấp 1,7 lần tại thời kỳ thu hoạch.

Từ các kết quả trên cho thấy, sự tích luỹ Cd trong thân tăng theo thời gian sinh trưởng

của lúa.

- Tích lũy Cd trong gạo

Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo của 3 công thức có mối quan hệ cùng chiều với

nồng độ Cd bổ sung vào nước ô nhiễm. Cụ thể như sau:

Hình 3.9 Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo vụ đông xuân năm 2020

Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo của các công thức có mối quan hệ cùng chiều với nồng

độ Cd bổ sung vào nước ô nhiễm. Kết quả này cũng cho thấy, chất lượng nước tưới càng

ô nhiễm thì hàm lượng Cd đi vào hạt càng nhiều. Cụ thể, hàm lượng Cd tích luỹ trong

hạt vụ đông xuân năm 2020 đạt 0,0015±0,0005 mg/kg đối với công thức CT1, cao gấp

73

7,5 lần so với công thức đối chứng. Hàm lượng Cd trong gạo tại công thức CT2 đo được

là 0,0072±0,0006 mg/kg, gấp 36 lần so với công thức đối chứng và gấp 4,8 lần so với

công thức CT1. Với hàm lượng Cd trong nước tưới cao nhất là 0,5 mg/L tại công thức

CT3, hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo đo được cao gấp 67,5 lần so với công thức đối

chứng, 9 lần so với CT1. Mặc dù hàm lượng Cd trong nước tưới của công thức CT3 cao

gấp 10 lần so với công thức CT2 nhưng hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo của CT3 chỉ

cao gấp 1,9 lần so với công thức CT2. Kết quả này cho thấy có một sự tích luỹ Cd nhất

định từ nước tưới ô nhiễm vào hạt gạo.

- Mối tương quan giữa hàm lượng Cd trong nước tưới và trong gạo

Tại vụ Đông xuân 2020, mối quan hệ tuyến tính giữa hàm lượng Cd trong nước tưới và

gạo cho kết quả khá cao với hệ số tương quan R2 = 0,8234 (trong phạm vi nồng độ thí

nghiệm của nghiên cứu). Hệ số tương quan cho thấy hàm lượng Cd trong nước tưới và

trong gạo có mối liên hệ tuyến tính. Kết quả về mối quan hệ này có sự tương đồng với

kết quả của vụ Hè thu 2019.

Đông xuân 2020

0.016

0.014

0.012

) g k / g m

(

0.01

y = 0.0229x + 0.0024 R² = 0.8234

o ạ g

0.008

g n o r t

0.006

d C g n ợ ư l

0.004

m à H

0.002

0

0

0.1

0.2

0.4

0.5

0.6

0.3 Nồng độ Cd2+ trong nước tưới (mg/L)

Hình 3.10 Tương quan nồng độ Cd bổ sung vào nước tưới và hàm lượng Cd trong gạo

74

3.3.1.3 Vụ hè thu năm 2020

- Tích lũy Cd trong rễ

Hình 3.11 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ lúa vụ hè thu năm 2020

Vụ thí nghiệm thứ ba được thực hiện lặp lại để đảm bảo tính chính xác của kết quả

nghiên cứu. Kết quả nghiên cứu về sự tích lũy Cd trong rễ lúa trên các công thức khác

nhau về nồng độ Cd trong nước tưới có xu hướng như kết quả của 2 vụ trước. Đó là Cd

tích lũy vào rễ tăng dần theo thời gian và trong suốt thời gian sinh trưởng của cây. Trong

điều kiện nước tưới ô nhiễm Cd càng cao thì sự tích lũy Cd vào rễ càng lớn.

Với công thức CT1, hàm lượng Cd trong rễ đo được tại thời điểm 5 tuần tuổi đạt

0,0323±0,0011 mg/kg, cao gấp 46,1 lần so với công thức đối chứng. Theo thời gian hàm

lượng Cd tích luỹ trong rễ tăng lên, đạt 0,0479±0,0027 mg/kg tại thời điểm 9 tuần. So với

thời điểm 5 tuần tuổi, hàm lượng Cd trong rễ thời kỳ 9 tuần đã tăng lên 48,3%. Vào thời

kỳ thu hoạch, hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ đo được là 0,387±0,0033 mg/kg, cao gấp

75

43 lần so với công thức đối chứng CF1. Kết quả này cho thấy hàm lượng Cd tích luỹ trong

rễ chủ yếu đến từ hàm lượng Cd trong nước tưới.

Ở 2 công thức còn lại là CT2 và CT3 có chung xu hướng là hàm lượng Cd trong rễ liên

tục tăng theo suốt thời gian sinh trưởng của cây. Tuy nhiên, sự gia tăng hàm lượng Cd

trong rễ của công thức CT3 cao hơn và tăng mạnh hơn so với công thức CT2. Tại thời

điểm 5 tuần, hàm lượng Cd trong rễ của công thức CT3 cao hơn công thức CT2 là 2,7%

tương đương 0,0001 mg/kg. Tuy nhiên, mức chênh lệch hàm lượng Cd trong rễ giữa hai

công thức tăng lên thành 62% ở thời kỳ 9 tuần tuổi. Hàm lượng Cd trong rễ của công

thức CT2 là 0,0419±0,0017 mg/kg và công thức CT3 là 0,0679±0,0023 mg/kg, cao hơn

công thức đối chứng lần lượt là 46,6 lần và 75,4 lần. Cuối cùng ở thời điểm thu hoạch,

hàm lượng Cd trong rễ của công thức CT3 cao hơn công thức CT2 là 225,8% (hàm

lượng Cd trong rễ của công thức CT3 là 0,0487±0,0018 mg/kg và của CT2 là

0,1587±0,0021 mg/kg). Có thể thấy, sự gia tăng Cd trong rễ tại vụ thí nghiệm thứ 3 hoàn

toàn thống nhất với xu thế của hai vụ trước đó, tức là hàm lượng Cd trong rễ tại cả 3

công thức đều gia tăng theo thời gian, công thức CT3 có khả năng tích lũy trong rễ cao

nhất, tiếp theo là công thức CT2 và nhỏ nhất là công thức CT1.

- Tích lũy Cd trong thân

Nhìn chung, sự tích lũy Cd trong thân vụ hè thu năm 2020 cũng có xu hướng giống với

kết quả của hai vụ trước, tức là hàm lượng Cd đi vào thân lúa của mỗi công thức tăng

qua các thời kỳ sinh trưởng của cây. Tại thời kỳ 5 tuần (lúa đẻ nhánh), hàm lượng Cd

trong thân lá của công thức CT1 thấp nhất tương ứng với 0,0029±0,0005 mg/kg nhưng

vẫn cao hơn công thức đối chứng 7,3 lần. Thân lúa tại công thức CT2 đã tích luỹ

0,0037±0,0006 mg/kg Cd vào thời kỳ đẻ nhánh, cao hơn 8 lần so với công thức đối

chứng và 1,1 lần so với công thức CT1. Hàm lượng Cd tích luỹ trong thân của công thức

CT3 đã đo được ở thời kỳ đẻ nhanh là 0,0065±0,0003 mg/kg cao hơn hàm lượng Cd

trong thân của công thức CT2, CT1 lần lượt là 2 lần và 2,2 lần. Sự khác nhau về hàm

lượng Cd tích luỹ trong thân giữa các công thức CT1 và CT2; CT2 và CT3 lần lượt là

27% và 75%.

Tại thời kỳ 9 tuần, hàm lượng Cd tích lũy trong thân của công thức CT1 tăng lên 20% so

với thời kỳ 5 tuần tuổi và cao hơn công thức đối chứng 5,8 lần. Hàm lượng Cd tích luỹ

76

trong thân của công thức CT2 đạt 0,0038±0,0007 mg/kg và công thức CT3 là

0,0161±0,0004 mg/kg, cao hơn CT1 lần lượt là 1,1 lần và 4,6 lần. Hàm lượng Cd tích luỹ

vào thân của công thức CT2 ở thời kỳ 9 tuần tăng 18,75% so với thời kỳ 5 tuần. Cũng ở

thời kỳ này, hàm lượng Cd trong thân của công thức CT3 thu được cao gấp 147,7% so

với thời kỳ 5 tuần.

Thời điểm thu hoạch, sự tích lũy Cd trong thân lá của các công thức đều lớn hơn thời

điểm 9 tuần, cụ thể: hàm lượng Cd trong công thức CT1 đạt 0,0038±0,0005 mg/kg tăng

31% so với thời điểm 5 tuần và 8% so với thời điểm 9 tuần. Công thức CT2 có hàm

lượng Cd trong thân lá đạt 0,0047±0,0009 mg/kg, tăng 46,9% so với thời điểm 5 tuần

và 23,7% so với thời điểm 9 tuần tuổi. Công thức CT3 có hàm lượng Cd trong thân lá

đạt 0,0235±0,0007 mg/kg, cao hơn thời điểm 9 tuần tuổi 1,46 lần.

Hình 3.12 Hàm lượng Cd tích luỹ trong thân lá vụ hè thu năm 2020

77

- Tích lũy Cd trong gạo

Sự tích lũy Cd vào gạo ở 3 công thức đều theo hướng chung của 2 vụ trước. Hàm lượng

Cd trong gạo tăng theo sự gia tăng nồng độ Cd ô nhiễm trong nước tưới. Phát hiện một

lượng nhỏ Cd tích luỹ trong hạt gạo tại công thức đối chứng CF1 tương đương với

0,0002±0,0001 mg/kg. Kết quả này là do trong đất thí nghiệm được lấy tại cánh đồng

khu vực Trâu Quỳ đang canh tác lúa, đã sử dụng nước sông Cầu Bây để tưới nên có hàm

lượng Cd tổng số trung bình 0,05 mg/kg, Cd di động là 0,01 mg/kg. Do đó, mặc dù được

tưới nước sạch nhưng hàm lượng Cd có sẵn trong đất đã tích luỹ vào cây lúa và đi vào

gạo một hàm lượng nhất định.

Hình 3.13 Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo vụ hè thu năm 2020

Ở công thức CT1, hạt gạo tích lũy 0,0021±0,0007 mg/kg cao hơn vụ hè thu 2019 và

đông xuân 2020 lần lượt 2 lần và 1,4 lần. Hạt gạo tại công thức CT2 tích lũy

0,0078±0,0011 mg/kg cao hơn công thức CT1 và công thức đối chứng lần lượt là 3,7

lần và 39 lần. Gạo tại công thức CT3 tích lũy Cd là 0,0106±0,0009 mg/kg cao hơn công

thức CT2 xấp xỉ 1,35 lần. Hàm lượng Cd trong nước tưới càng cao thì hàm lượng Cd

78

tích luỹ vào gạo càng lớn là xu hướng được quan sát thấy tại các công thức thí nghiệm.

Có sự khác biệt không đáng kể giữa các vụ thí nghiệm nhưng xu hướng tích lũy Cd trong

hạt theo các cấp độ hàm lượng Cd ô nhiễm trong nước đều thống nhất.

- Mối tương quan giữa hàm lượng Cd trong nước tưới và trong gạo

Phương trình hồi quy tuyến tính giữa nồng độ Cd trong nước tưới và hàm lượng Cd tích

luỹ trong gạo của vụ Hè thu 2020 cho thấy kết quả vẫn chấp nhận được trong phạm vi

từ 0 - 0,5 mg/L với hệ số R2 = 0,6441. Mặc dù hệ số tương quan thấp hơn so với 2 vụ

trước nhưng vẫn nằm trong khoảng chấp nhận được. Sai số phép đo có thể được liệt kê

vào nguyên nhân gây ra sự sai khác này.

Hè thu 2020

0.012

0.01

) g k / g m

y = 0.0161x + 0.0029 R² = 0.6441

(

0.008

o ạ g

0.006

g n o r t

0.004

d C g n ợ ư l

m à H

0.002

0

0

0.1

0.2

0.4

0.5

0.6

0.3 Nồng độ Cd2+ trong nước tưới (mg/L)

Hình 3.14 Tương quan nồng độ Cd bổ sung vào nước tưới và hàm lượng Cd trong gạo – Hè thu 2020

3.3.1.4 Vụ đông xuân năm 2021

- Tích lũy Cd trong rễ

Ở vụ cuối cùng (vụ đông xuân 2021), kết quả thí nghiệm vẫn cho thấy có xu hướng tích

lũy Cd trong các bộ phận của cây tăng theo thời gian.

79

Cụ thể là, hàm lượng Cd trong rễ của 3 công thức CT1, CT2 và CT3 tại thời điểm 5 tuần

tuổi lần lượt là 0,0311±0,0015 mg/kg, 0,0411±0,0017 mg/kg và 0,0391±0,0023 mg/kg.

Sự chênh lệch giữa các công thức CT2 và CT3 so với CT1 lần lượt là 32,15 - 25,7%.

Các công thức CT1, CT2, CT3 có hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ đo được cao hơn công

thức đối chứng lần lượt là 51,8 lần, 68,5 lần và 65,2 lần tại thời kỳ 5 tuần.

Ở thời điểm 9 tuần tuổi, hàm lượng Cd trong rễ cây thu được là 0,0451±0,0009 mg/kg

ở cả công thức CT1 và CT2, công thức CT3 có hàm lượng Cd cao hơn 0,023 mg/kg so

với hai công thức còn lại tương đương với 50%. So sánh với công thức đối chứng, hàm

lượng Cd trong rễ tại công thức CT3 cao hơn 85 lần.

Hình 3.15 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ lúa vụ đông xuân năm 2021

Hàm lượng Cd tiếp tục tăng cho đến cuối thời gian sinh trưởng của cây lúa. Ở thời điểm thu

hoạch, hàm lượng Cd trong rễ đạt cao nhất là 0,0476±0,0017 mg/kg đối với công thức CT1,

0,0496±0,0022 mg/kg ở công thức CT2 và 0,1676±0,0009 mg/kg ở công thức CT3. Công

thức CT3 có sự gia tăng đáng kể hàm lượng Cd trong rễ với mức tăng 146% so với thời kỳ

9 tuần và 328% so với thời kỳ 5 tuần.

80

- Tích lũy Cd trong thân

Sự tích lũy Cd trong thân của lúa tại vụ thí nghiệm thứ tư hoàn toàn thống nhất với xu

hướng tại ba vụ trước đó. Hàm lượng Cd đi vào và tích tụ trong thân lúa tăng theo thời

gian. Có sự khác biệt lớn giữa 2 công thức CT2 và CT3 với công thức CT1. Hàm lượng

Cd trong công thức CT1 ở 3 thời điểm thu mẫu không có sự sai khác nhiều, mức tăng

từ 3 ÷ 12%. Tuy nhiên, ở hai công thức còn lại, sự gia tăng đáng kể và lượng gia tăng

lớn, từ 0,0030±0,0002 mg/kg (5 tuần) lên đến 0,0035±0,0009 mg/kg (9 tuần) và

0,0038±0,0003 mg/kg (thu hoạch) ở công thức CT2. So với thời kỳ 5 tuần, hàm lượng

Cd trong thân của công thức CT2 đã tăng lên 16,7% ở thời kỳ 9 tuần và 26,7% ở thời kỳ

thu hoạch. Đối với công thức CT3, hàm lượng Cd trong thân tại thời kỳ 9 tuần cao gấp

2,9 lần so với thời kỳ 5 tuần và cao hơn công thức đối chứng 33,3 lần. Ở thời kỳ thu

hoạch, hàm lượng Cd trong thân của công thức CT3 cho kết quả cao hơn 1,6 lần so với

thời kỳ 9 tuần và 4,5 lần so với thời kỳ 5 tuần.

Hình 3.16 Hàm lượng Cd tích luỹ trong thân lá vụ đông xuân năm 2021

81

- Tích lũy Cd trong hạt

Hình 3.17 Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo vụ đông xuân năm 2021

Hàm lượng Cd trong gạo tại vụ thứ 4 khá đồng nhất với các vụ trước. Mẫu gạo của công

thức CT1 được phân tích cho thấy hàm lượng Cd tích luỹ là 0,0011±0,0008 mg/kg Cd,

cao hơn 11 lần so với công thức đối chứng. Nồng độ Cd trong nước tưới của CT2 cao

hơn CT1 5 lần và hàm lượng Cd trong gạo của CT2 đạt 0,0064±0,0004 mg/kg, cao hơn

5,8 lần so với công thức CT1. Hàm lượng Cd trong gạo của công thức CT3 đạt

0,0123±0,0005 mg/kg, cao hơn công thức CT2 1,92 lần. Qua các số liệu trên cho thấy,

hàm lượng Cd trong gạo gia tăng theo nồng độ Cd bổ sung vào nước tưới.

- Mối tương quan giữa hàm lượng Cd trong nước tưới và trong gạo

Phương pháp hồi quy tuyến tính tiếp tục được áp dụng để đánh giá mối tương quan giữa

nồng độ Cd trong nước tưới và trong gạo ở vụ thứ tư. Kết quả vẫn cho thấy sự tương quan

rất chặt chẽ giữa hai yếu tố (nồng độ Cd trong nước tưới và hàm lượng Cd tích luỹ trong

gạo) với chỉ số R2 = 0,8297. Có thể thấy, ở khoảng nồng độ từ 0 đến 0,5 mg/L, hàm lượng

Cd bổ sung vào nước tưới càng cao thì Cd tích lũy vào gạo càng nhiều. Phương trình

82

tương quan cho phép dự đoán các giá trị hàm lượng Cd trong gạo khi biết hàm lượng Cd

trong nước tưới và ngược lại với điều kiện đất đai và quy trình canh tác tương tự như điều

kiện của thí nghiệm.

Đông xuân 2021

0.014

0.012

) g k / g m

0.01

(

y = 0.0212x + 0.002 R² = 0.8297

o ạ g

0.008

g n o r t

0.006

0.004

d C g n ợ ư l

m à H

0.002

0

0

0.1

0.2

0.4

0.5

0.6

0.3 Nồng độ Cd2+ trong nước tưới (mg/L)

Hình 3.18 Tương quan nồng độ Cd bổ sung vào nước tưới và hàm lượng Cd trong gạo – Đông xuân 2021

Nhận xét: Nhìn chung, so với CT1 có nồng độ tưới thấp nhất Cd 0,01 mg/L, hàm lượng

Cd trong thân và rễ ở CT2 (Cd 0,05 mg/L) cao hơn lần lượt là 3,15 lần và 10,18 lần. CT3

có nồng độ Cd cao nhất - Cd 0,5 mg/L làm tăng đáng kể hàm lượng Cd trong rễ và gạo,

cụ thể là 0,173 mg/kg Cd trong rễ và 0,012 mg/kg Cd trong gạo. Như vậy, hàm lượng Cd

tích lũy trong thân và rễ tăng theo các giai đoạn sinh trưởng. Sự tích lũy kim loại Cd theo

thứ tự rễ > thân > gạo được quan sát thấy là xu hướng chung ở tất cả các công thức. Lý

do cho kết quả này là sự hấp thụ Cd từ nước tưới của cây lúa phụ thuộc vào nồng độ Cd

và đặc tính sinh trưởng của cây lúa. Trong cơ chế vận chuyển, sự xâm nhập của kim loại

Cd vào tế bào thực vật xảy ra trong đất lúa bị ô nhiễm, Cd có thể dễ dàng được hệ thống

rễ cây hấp thụ, sau đó, Cd được vận chuyển đến các bộ phận khác của cây lúa. Các loài

thực vật khác nhau có mức độ hấp thụ Cd khác nhau và cho hàm lượng tích lũy nhất định

[209]. Kết quả sau 4 vụ thí nghiệm cho thấy rằng, ở mức tưới 0,5 mg/L vẫn cho hàm lượng

Cd trong gạo ở ngưỡng an toàn, thấp hơn mức khuyến cáo của FAO và QCVN 8-

83

2/2011/BYT về chất lượng gạo trắng. Kết quả phân tích hàm lượng Cd trong đất sau vụ

thu hoạch tại công thức 0,01 mg/L cho giá trị thấp hơn quy chuẩn cho phép tại QCVN

03/2015/BTNMT. Tuy nhiên, đây chỉ là hàm lượng Cd trong đất sau một vụ tưới nước ô

nhiễm trên nền đất không ô nhiễm. Thực tế canh tác trên cánh đồng là sự tích luỹ Cd từ

nước tưới ô nhiễm qua nhiều năm, nhiều vụ.

Kết quả phân tích cho thấy công thức tưới hàm lượng Cd cao nhất (0,5 mg/L) sau 1 vụ

làm tích luỹ Cd trong đất đạt từ 1,834÷1,924 mg/kg cao hơn ngưỡng quy định của

QCVN 03/2015/BTNMT từ 1,2÷1,3 lần. Do đó, việc tiếp tục duy trì mức giá trị quy

định đối với Cd trong nước mặt tại cột B, QCVN 08/2015/BTNMT (0,01 mg/L) là cần

thiết để đảm bảo sự phù hợp của quy chuẩn chất lượng đất và chất lượng gạo đối với

kim loại Cd. Bên cạnh đó, mặc dù các điểm nghiên cứu nồng độ tưới còn ít nhưng kết

quả phân tích mối quan hệ giữa hàm lượng Cd trong nước tưới và hàm lượng Cd trong

gạo cho kết quả hệ số tương quan khá cao (R2 đạt từ 0,6441 ÷ 0,8452). Điều này cho

thấy mối quan hệ giữa hàm lượng Cd trong nước tưới và hàm lượng tích luỹ trong gạo

khá chặt chẽ và có quy luật.

So sánh kết quả giữa hai vụ đông xuân và hai vụ hè thu cho thấy, sự tích luỹ Cd vào gạo

tại các vụ đông xuân cho giá trị cao hơn các vụ hè thu từ 0,0007 mg/kg đến 0,0017 mg/kg

tại công thức CT3. Sự khác biệt này cũng xảy ra ở công thức CT2 và công thức CT1 với

khoảng chênh lệch là 0,0008 mg/kg và 0,0004 mg/kg. Tuy nhiên sự khác biệt này không

đáng kể. Lý do có thể là các yếu tố thời tiết, sự bốc hơi nước trên mặt ruộng và sự thoát

hơi nước của lá qua khí khổng có sự khác biệt giữa hai mùa dẫn đến sự khác biệt về hàm

lượng Cd tích luỹ trong gạo.

3.3.2. Kết quả nghiên cứu thí nghiệm đồng ruộng

Song song với thí nghiệm trong nhà lưới, việc quan sát khả năng tích lũy Cd trong cây

lúa cũng được thực hiện tại thí nghiệm đồng ruộng với nước tưới bị ô nhiễm nhằm so

sánh, đánh giá sự tích tụ Cd vào các bộ phận của cây dưới điều kiện lý tưởng và điều

kiện canh tác thông thường. Kết quả thu được như sau:

84

Bảng 3.5 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong các bộ phận của cây lúa – (thí nghiệm đồng ruộng)

Bộ phận Thời gian Vụ hè thu 2019 Vụ đông xuân 2020 Vụ hè thu 2020 Vụ đông xuân 2021

5 tuần 0,0377±0,0017 0,036±0,0030 0,0332±0,0042 0,0335±0,0043

Rễ 9 tuần 0,0624±0,0026 0,0554±0,0034 0,0455±0,0025 0,0619±0,0008

thu hoạch 0,1507±0,0018 0,1445±0,0037 0,1408±0,0022 0,1518±0,0051

5 tuần 0,0042±0,0006 0,0046±0,0012 0,0037±0,0008 0,0051±0,0011

Thân lá 9 tuần 0,0139±0,0016 0,0154±0,0009 0,013±0,0015 0,0165±0,0017

thu hoạch 0,0185±0,0022 0,0203±0,0013 0,0168±0,0018 0,0218±0,0014

Hạt thu hoạch 0,0056±0,0006 0,0061±0,0014 0,0058±0,0006 0,0055±0,0007

85

3.3.2.1 Vụ hè thu năm 2019

Hàm lượng Cd tích lũy trong các bộ phận của cây lúa vụ hè thu năm 2019 được trình

bày dưới đây:

Hình 3.19 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận vụ hè thu năm 2019

Thí nghiệm đồng ruộng cũng được thực hiện song song với thí nghiệm trong nhà lưới

theo các mùa vụ. Hàm lượng Cd tích lũy trong các bộ phận của cây tại thí nghiệm đồng

ruộng đều phù hợp với kết quả của các vụ trong nhà lưới.

Vụ hè thu năm 2019, rễ là bộ phận tích lũy nhiều Cd nhất so với thân lá và hạt, hạt là bộ

phận tích lũy ít Cd nhất. Cd đi vào và tích lũy trong các bộ phận của cây cũng tăng dần

theo thời gian. Rễ cây tại thời điểm lấy mẫu ở tuần thứ 5 của vòng đời cây lúa, hàm

lượng Cd có trong rễ đạt 0,0377±0,0017 mg/kg, hàm lượng này tăng lên

0,0624±0,0026 mg/kg ở thời kỳ 9 tuần và đạt 0,1507±0,0018 mg/kg ở thời điểm thu

hoạch tương đương gia tăng 1,65 lần và 3,9 lần.

86

Hàm lượng Cd được tìm thấy trong thân lá cũng gia tăng theo các thời kỳ lấy mẫu từ

0,0042±0,0006 mg/kg (5 tuần) lên 0,0139±0,0016 mg/kg (9 tuần) và cuối cùng là

0,0185±0,0022 mg/kg (thu hoạch). Mức độ gia tăng là 1,3 lần và 3,3 lần. Hàm lượng Cd

trong gạo đạt 0,0056±0,0006 mg/kg.

3.3.2.2 Vụ đông xuân năm 2020

Hàm lượng Cd tích lũy trong các bộ phận của lúa vụ đông xuân năm 2020 thu được như

sau:

Hình 3.20 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận vụ đông xuân năm 2020

Kết quả thí nghiệm vụ đông xuân năm 2020 tại thí nghiệm đồng ruộng không có sự khác

biệt đáng kể với vụ hè thu năm 2019. Hàm lượng Cd tích lũy vào rễ là cao nhất so với các

bộ phận còn lại và tăng dần theo thời gian, đạt 0,036±0,0030 mg/kg (5 tuần), hàm lượng

này tăng lên 0,0554±0,0034 mg/kg ở thời kỳ 9 tuần tương đương tăng gấp 1,5 lần so với

thời kỳ 5 tuần, và 0,1445±0,0037 mg/kg ở thời kỳ thu hoạch tương đương 2,6 lần so với

87

thời kỳ 9 tuần. Thân tích lũy Cd ít hơn rễ và tăng dần theo các thời kỳ lấy mẫu, từ

0,0046±0,0012 mg/kg (5 tuần) đến 0,0203±0,0013 mg/kg khi thời kỳ thu hoạch. Mức độ

gia tăng tích lũy Cd trong thân lá ở thời kỳ thu hoạch đạt 4,4 lần so với thời kỳ 5 tuần và

1,3 lần so với thời kỳ 9 tuần. Hàm lượng Cd trong gạo đạt 0,0061±0,0014 mg/kg, cao hơn

vụ hè thu 2019 là 8,9%.

3.3.2.3 Vụ hè thu năm 2020

Hàm lượng Cd tích lũy trong các bộ phận vụ hè thu năm 2020 thu được như sau:

Hình 3.21 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận vụ hè thu năm 2020

Vụ thí nghiệm thứ ba cho kết quả rễ vẫn tích lũy Cd nhiều nhất. Hàm lượng Cd có trong

mẫu rễ trung bình đạt 0,0332±0,0042 mg/kg tại thời kỳ lúa đẻ nhánh, tăng lên 1,4 lần so

với thời kỳ đẻ nhánh tương đương 0,0455±0,0025 mg/kg ở thời kỳ lúa trổ bông và tăng

4,2 lần so với thời kỳ đẻ nhánh tương đương 0,1408±0,0022 mg/kg khi thu hoạch. Hàm

lượng Cd trong thân cũng tỷ lệ thuận với hàm lượng Cd trong rễ, từ 0,0037±0,0008

mg/kg ở thời kỳ đẻ nhánh tăng lên 0,0168±0,0018 mg/kg tức là tăng 354% ở thời kỳ thu

hoạch. Hàm lượng Cd trong gạo là 0,0058±0,0006 mg/kg.

88

3.3.2.4 Vụ đông xuân năm 2021

Hàm lượng Cd trong rễ đo được là 0,0335±0,0043 mg/kg tại thời điểm 5 tuần. Hàm

lượng Cd tăng mạnh vào thời kỳ thu hoạch, cụ thể là tăng lên 4,5 lần so với thời kỳ đẻ

nhánh tương đương với 0,1518±0,0051 mg/kg khi thu hoạch lúa. Đối với thân lá, hàm

lượng Cd tích lũy cũng giá tăng tỷ lệ thuận với thời gian, từ 0,0051±0,0011 mg/kg tại

thời kỳ đẻ nhanh lên đến 0,0165±0,0017 mg/kg ở thời kỳ trổ bông và 0,0218±0,0014

mg/kg ở thời kỳ thu hoạch. Hàm lượng Cd trong gạo đạt 0,0055±0,0007 mg/kg và không

có sự khác biệt lớn với số liệu tại 3 vụ trước đó.

Hình 3.22 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận vụ đông xuân năm 2021

3.3.3 Đánh giá sự tích luỹ Cd trong các bộ phận của cây lúa giữa thí nghiệm nhà lưới và đồng ruộng

3.3.3.1 Đánh giá sự tích luỹ Cd trong rễ

• Thí nghiệm nhà lưới

89

Để đánh giá sự tích luỹ Cd trong các bộ phận của cây lúa theo hai mô hình thí nghiệm

trong nhà lưới và ngoài đồng ruộng, đề tài tiến hành đánh giá công thức thí nghiệm CT2

trong nhà lưới so với thí nghiệm đồng ruộng bởi công thức CT2 có hàm lượng Cd trong

nước tưới là 0,05 mg/L tương đồng với hàm lượng Cd trong nước tưới sử dụng trên thì

nghiệm đồng ruộng. Đánh giá hàm lượng Cd trong rễ với 4 vụ liên tiếp thực hiện trong

nhà lưới như sau:

Kết quả thực nghiệm trong 04 vụ liên tục trong nhà lưới cho thấy sự tích lũy Cd trong

rễ lúa có xu hướng gia tăng theo thời gian sinh trưởng của cây. Mặc dù giá trị hàm lượng

Cd tích luỹ trong rễ ở mỗi thời kỳ của mỗi vụ là khác nhau, nhưng sự khác nhau không

đáng kể. Các kết quả đều thống nhất xu hướng chung là lượng Cd tích luỹ trong rễ tăng

dần theo thời gian sinh trưởng của cây. Sự sai khác giữa các giá trị hàm lượng Cd trong

rễ tại một thời kỳ lấy mẫu giữa các vụ có thể do một số nguyên nhân như các sai số về

phép đo.

Hình 3.23 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ ở 3 thời kỳ sinh trưởng ở CT2 – nhà lưới

• Thí nghiệm đồng ruộng

90

Đối với thí nghiệm đồng ruộng, đo đạc và theo dõi giống với thí nghiệm trong nhà lưới:

Kết quả phân tích hàm lượng Cd trong rễ cây theo các thời kỳ sinh trưởng của cây ở

4 vụ lúa, trên cùng điều kiện canh tác và giống lúa cho thấy Cd tích lũy trong rễ ngày

càng tăng theo thời gian. Ở thời kỳ 5 tuần tuổi sau khi cấy (giai đoạn sinh trưởng

sinh dưỡng), nồng độ Cd trong các mẫu rễ dao động từ 0,0307 ÷ 0,0323 mg/kg. Giá

trị này tăng lên 0,0324 ÷ 0,0367 mg/kg ở thời điểm kết thúc thời kỳ sinh trưởng sinh

thực và đạt đỉnh tại điểm thu hoạch với hàm lượng Cd trong rễ lúa trung bình tại các

mẫu là 0,0431 mg/kg.

Hình 3.24 Hàm lượng Cd trong rễ trong 3 giai đoạn sinh trưởng – đồng ruộng

Các kết quả thí nghiệm cho thấy, hàm lượng Cd tích lũy trong rễ tăng theo thời gian.

Cụ thể là, tại thời điểm 9 tuần, hàm lượng Cd trung bình trong rễ tăng 1,1 lần tương

đương 9,8% so với thời điểm 5 tuần và thời điểm thu hoạch tốc độ này cũng chỉ đạt

1,2 lần so với thời điểm 9 tuần. Kết quả này cho thấy cây lúa có hệ số tích lũy Cd

91

nhất định phù hợp với kết quả nghiên cứu trong nhà lưới dưới các nồng độ ô nhiễm

Cd khác nhau của nước tưới [210].

Qua kết quả thí nghiệm tại hai quy mô khác nhau là nhà lưới và ngoài đồng ruộng, cho

thấy sự đồng nhất về cơ chế tích lũy Cd trong rễ của lúa, nghĩa là hàm lượng Cd gia tăng

theo thời gian và trong suốt thời gian sinh trưởng của cây. Đáng chú ý, thời điểm từ tuần

thứ 9 đến khi thu hoạch có tốc độ tích lũy Cd cao hơn giai đoạn đầu.

3.3.3.2 Đánh giá sự tích luỹ Cd trong thân

So sánh sự tích lũy Cd trong thân lúa trên thí nghiệm đồng ruộng với công thức tưới

CT2 trong nhà lưới, kết quả cho thấy như sau:

Hình 3.25 Hàm lượng Cd trong thân trong 3 giai đoạn sinh trưởng của TN đồng ruộng và nhà lưới

92

Nồng độ tưới này tương đương với hàm lượng Cd trong nước tưới lấy từ sông Cầu Bây

cho khu ruộng nghiên cứu (nồng độ Cd trong nước dao động từ 0,04 – 0,05mg/kg, trung

bình là 0,04 mg/kg). Do nồng độ Cd trong nước tưới ở thí nghiệm nhà lưới cố định, còn

nồng độ Cd trong nước tưới đồng ruộng dao động theo mùa và phụ thuộc vào nước mưa

pha loãng nên các kết quả của hai khu nghiên cứu có sự khác biệt, đó là sự tích lũy Cd

trong thân ngoài đồng ruộng thấp hơn công thức CT2 trong nhà lưới trung bình 8%. Tuy

nhiên, xu hướng tích lũy Cd trong thân với thí nghiệm trong nhà lưới cho kết quả tương

tự ngoài ruộng. Kết quả của hai thí nghiệm đã chỉ ra rằng: dưới ảnh hưởng của nước

tưới ô nhiễm, hàm lượng Cd trong thân tăng dần theo thời gian và trong suốt thời gian

sinh trưởng của cây lúa.

3.3.3.3 Đánh giá sự tích luỹ Cd trong gạo

Hàm lượng Cd trong gạo trong 4 vụ theo 2 mô hình thí nghiệm được trình bày dưới đây:

Hình 3.26 Hàm lượng Cd trong gạo trong 4 vụ theo 2 mô hình thí nghiệm

93

Kết quả nghiên cứu trên đồng ruộng cho thấy hàm lượng Cd tích lũy trong gạo trung

bình qua 4 vụ là 0,006 mg/kg thấp hơn ngưỡng khuyến cáo của QCVN 08-2/2011/BYT

và FAO (Tổ chức lương thực thế giới) nhiều lần, mức khuyến cáo là 0,4 mg/kg. Kết quả

này phù hợp với kết quả đo đạc về hàm lượng Cd trong gạo trung bình tại một số mẫu

thuộc đồng bằng sông Hồng của [1] là 0,03 mg/kg. Với kết quả nghiên cứu trong nhà

lưới, hàm lượng Cd tích lũy trung bình qua 4 vụ đạt 0,00695 mg/kg, cao hơn thực nghiệm

ngoài đồng ruộng 20,9%. Như vậy, có thể thấy làm lượng tích luỹ Cd trong hạt ở hai thí

nghiệm có sự khác biệt không quá lớn. Sự khác biệt có thể là do điều kiện khí hậu, điều

kiện canh tác và môi trường gây ra.

3.3.3.4 Hàm lượng Cd tích lũy trong các bộ phận của cây

Hàm lượng Cd tích lũy trong các bộ phận của cây thu được như sau:

Hình 3.27 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận

Kết quả nghiên cứu sự tích lũy Cd trong rễ, thân và gạo cho thấy mối quan hệ mật thiết

giữa hàm lượng Cd trong các bộ phận của cây theo thời gian dưới điều kiện nguồn nước

94

tưới và đất bị ô nhiễm Cd liên tục và không có biến động lớn. Hàm lượng Cd tích lũy

trong rễ cao nhất gấp 2,2 lần so với thân lá tại công thức CT2 trong nhà lưới và 2,38 lần

tại đồng ruộng. So với rễ và thân, hàm lượng Cd tích lũy trong gạo là thấp nhất chiếm

khoảng 29,7% so với lượng Cd trong thân đối với công thức ngoài đồng ruộng và 33,3%

đối với công thức CT2 trong nhà lưới.

Lý giải về hàm lượng Cd trong hạt thấp nhất trong các bộ phận của cây như sau: rễ cây

đảm nhiệm việc hút các chất dinh dưỡng từ đất và nước một cách liên tục và vận chuyển

vào các tế bào rễ bao gồm cả Cd. Sau đó Cd được vận chuyển lên thân rồi đi vào lá và

tích tụ ở đó. Đến thời kỳ chín, lá cây quang hợp tạo ra các phân tử đường và tạo thành

vật chất khô trong hạt chiếm tỷ trọng 80%, bên cạnh đó, các chất dinh dưỡng từ lá, thân,

rễ cũng tiếp tục được vận chuyển đến và làm đầy hạt (bổ sung 20% còn lại) [204]. Kết

quả này cũng phù hợp với nghiên cứu của Rodda năm 2011 [62] cho rằng sự hấp thụ Cd

của rễ lúa sau khi ra hoa góp phần vào hàm lượng Cd trong hạt khi hạt đang phát triển.

Bên cạnh đó, nghiên cứu của Rodda cũng cho rằng 40% lượng Cd trong hạt được hấp

thụ vào thời gian từ 7 - 8 ngày sau khi ra hoa, sự tích luỹ Cd trong hạt diễn ra trước thời

kỳ tăng trọng lượng khô của hạt. Quan điểm này cũng phù hợp với kết quả nghiên cứu

của Xiaoli năm 2020 [47], đó là các rào cản apoplastic làm giảm sự chuyển vị Cd từ rễ

sang chồi thông qua con đường apoplastic dẫn đến sự tích luỹ Cd ở các bộ phận thân,

hạt thấp hơn ở rễ cây.

Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy hàm lượng Cd trong hạt hạt thấp hơn rất nhiều lần

so với trong thân lá và trong rễ. Chu kỳ sinh trưởng của cây lúa đã giải thích một cách

thuyết phục kết luận này. Với giống lúa Bắc thơm số 7 được trồng thực nghiệm trong

nghiên cứu này có chu kỳ sinh trưởng trung bình là 120 ngày, trong đó thời kỳ chín

chiếm 30 ngày khoảng 25% thời gian trong vòng đời của cây lúa. Dễ thấy, thời gian

từ lúc hình thành cho đến khi thu hoạch hạt lúa chỉ bằng ¼ vòng đời của cây lúa, trong

điều kiện sinh trưởng và tốc độ tích lũy Cd diễn ra bình thường thì hàm lượng Cd được

vận chuyển và tích lũy trong hạt luôn nhỏ hơn rất nhiều so với lượng trong thân lá và

đặc biệt là trong rễ cây. Đó cũng là một lý do giải thích cơ chế tích lũy Cd trong rễ >

thân > hạt.

95

Nhận xét:

Thí nghiệm đánh giá khả năng tích lũy Cd trong lúa gạo được thực hiện ở cả trong nhà

lưới và ngoài đồng ruộng qua 4 vụ liên tiếp cho thấy: Hàm lượng Cd tích lũy vào các bộ

phận của cây thấp dần từ rễ > thân > gạo. Hàm lượng Cd tích lũy vào các bộ phận của

cây tăng đều và tăng dần theo thời gian trong suốt thời gian sinh trưởng của cây lúa.

Hàm lượng Cd có trong nước tưới càng lớn thì khả năng tích lũy vào cây càng cao và

ngược lại. Nguyên nhân là do phần lớn Cd được tìm thấy trong apoplast rễ và liên kết

với polysaccharid thành tế bào do sự hấp thụ Cd vào rễ trong quá trình sinh trưởng và

thoát hơi nước của cây [211]. Ngoài ra, đất lúa thường chứa Fe và Mn nên các mảng

bám được hình thành từ sắt và mangan kết tủa do sự phát triển của mô aeranchyma, mô

này oxy hóa khử cao trong quá trình ngập nước và tạo điều kiện thuận lợi cho Cd đi vào

cây lúa [52].

Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo ở các mức tưới 0,01 mg/L, 0,05 mg/L và 0,5 mg/L

trung bình 4 vụ lần lượt là 0,0015 mg/kg, 0,007 mg/kg và 0,0123 mg/kg. Đối với mức

tưới 0,5 mg/L là mức tưới tương đương với nồng độ Cd thường có trong nước tưới của

đồng bằng sông Hồng cho kết quả thấp hơn các mẫu thực tế của Bùi Thị Kim Anh năm

2020 với hàm lượng 0,033 mg/kg [1]. Sự khác nhau của số liệu này là do các tác giả chỉ

nghiên cứu mẫu gạo tại một số vị trí điển hình không đại diện cho toàn vùng. Tuy nhiên,

sự khác nhau về kết quả hàm lượng Cd trong gạo này cho thấy, còn nhiều yếu tố liên

quan đến môi trường, phương pháp canh tác, giống cây trồng, đặc điểm thổ nhưỡng hay

thời tiết… ảnh hưởng đến hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo.

Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy, mặc dù hàm lượng Cd trong rễ và thân lá cao nhưng

hàm lượng Cd tích tụ trong gạo thấp. Điều này cho thấy khả năng tích lũy Cd vào gạo

còn phụ thuộc vào các yếu tố liên quan đến kết cấu của thành mạch thân cây và cơ chế

vận chuyển chất trong mô tế bào, tính chất của đất và tình trạng dinh dưỡng trong đất.

Trong số các loài thực vật, lúa là cây có thể hấp thụ Cd dễ dàng qua rễ rồi đi vào thân

và gạo. Quá trình này diễn ra mạnh hơn trong đất nghèo dinh dưỡng [3]. Tuy nhiên, đất

phù sa trung tính ít chua vùng đồng bằng sông Hồng thường có hàm lượng dinh dưỡng

cao, giàu mùn [212] [213] cũng hạn chế sự di chuyển Cd từ rễ vào gạo do cây lúa đã

hấp thụ đủ các dinh dưỡng khác. Quá trình vận chuyển Cd từ đất vào cây cũng phụ thuộc

96

và độ lớn về hàm lượng các chất dinh dưỡng vi lượng như Zn, Ca, Mg [214], [215]. Sự

có mặt của các chất dinh dưỡng thiết yếu như Ca, Zn, Mn, Fe, Cu có khả năng ức chế

sự hấp thụ Cd ở thực vật [216], [217].

Kết quả thí nghiệm cho thấy xu hướng tích luỹ Cd vào các bộ phận của cây lúa và gạo

tương đồng giữa thí nghiệm trong nhà lưới và thí nghiệm đồng ruộng. Trong thí nghiệm

đồng ruộng, có sự khác biệt đáng kể giữa hàm lượng Cd tích luỹ vào cây lúa giữa vụ hè

thu và vụ đông xuân. Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo tại vụ đông xuân có xu hướng

cao hơn vụ hè thu. Nguyên nhân có thể do đặc điểm khí hậu, thời tiết và sự thoát hơi

nước trong vụ đông xuân thuận lợi cho quá trình tích luỹ Cd vào lúa, cũng như thời gian

sinh trưởng của cây lúa tại vụ đông xuân thường dài hơn vụ hè thu từ 20 – 25 ngày.

Phương trình hồi quy tuyến tính giữa hàm lượng Cd trong nước tưới và trong gạo có

mối quan hệ tương quan chặt chẽ với hệ số R2 đạt từ 0,6441 đến 0,8452. Kết quả này

cho thấy, trong khoảng nồng độ từ 0 đến 0,5 mg/L Cd trong nước tưới, hàm lượng

Cd bổ sung vào nước tưới càng nhiều thì hàm lượng Cd tích lũy trên gạo càng lớn và

ngược lại. Phương trình tương quan cho phép tính toán giá trị hàm lượng Cd trong

nước tưới đạt 17,9 mg/L thì hàm lượng Cd tích luỹ vào gạo sẽ chạm ngưỡng khuyến

cáo của QCVN 08-2/2011/BYT đối với hàm lượng Cd trong gạo trắng (0,4 mg/kg).

3.4. Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm Cd đến sinh trưởng và năng suất của lúa gạo

3.4.1. Kết quả thí nghiệm trong nhà lưới

3.4.1.1 Sinh trưởng và phát triển của lúa gạo

Để làm rõ ảnh hưởng của Cd đến tốc độ phát triển của cây trong mỗi thí nghiệm, các

phép đo thông số tăng trưởng được thực hiện sau mỗi tuần tại thí nghiệm trong nhà lưới.

Các phép đo dựa trên chiều cao cây với số lượng cây lúa được quan sát mỗi vụ là 60

cây, trong đó có 45 cây sinh trưởng bình thường, 15 cây có tốc độ sinh trưởng chậm vào

cuối thời kỳ quan sát.

Từ kết quả trên đồ thị cho thấy, trong 3 tuần đầu chiều cao cây lúa của các công thức

giảm theo thứ tự CT1> CF1 > CT2 > CT3. Trong 5 tuần tiếp theo (từ tuần thứ 4 - 8),

chiều cao cây lúa của công thức CT2 là cao nhất với mức tăng trung bình từ 8,1 – 15,1%

97

so với CF1. Ngược lại, chiều cao lúa ở công thức CT1 chỉ cao hơn so với CF1 khoảng

1,8%. Trong thí nghiệm này, có sự thay đổi về chiều cao cây ở công thức CT1 so với

CF1. Chiều cao trung bình của cây ở công thức CT3 thấp nhất trong giai đoạn này.

Nhìn chung, từ tuần đầu đến tuần thứ 9, chiều cao cây ở công thức CT1 và CF1 là như

nhau. Cũng trong giai đoạn này, chiều cao cây của đối chứng cao hơn ở công thức CT2

từ 11,2 – 14,2%. Chiều cao cây của CF1 cao hơn ở công thức CT3 từ 15,2 – 17,3%. Kết

quả này hoàn toàn phù hợp với các nghiên cứu trước đây như: chiều cao cây lúa bị giảm

đáng kể khi hàm lượng Cd cao [65], [79], [80]. Kết quả này cũng phù hợp với một nghiên

cứu khác là chiều cao cây giảm 64,7% khi hàm lượng Cd trong đất ở nồng độ từ 20-40

mg/kg [81].

Hình 3.28 Chiều cao cây lúa dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd

Các kết quả thí nghiệm cho thấy nồng độ CT2 và CT3 trong nước tưới gây ra sự hạn chế

đối với phát triển chiều cao cây so với đối chứng. Kết quả này phù hợp với các nghiên

cứu trước, khi nồng độ Cd hấp thụ có trong lá từ 5 - 10 μg Cd/g trọng lượng khô có thể

98

gây độc cho hầu hết các loài thực vật. Cd làm ức chế quá trình quang hợp của lá qua tác

động lên quá trình tổng hợp diệp lục cũng như cơ chế trao đổi chất. Đối với cây lúa, Cd

làm giảm đáng kể sự phát triển của rễ và chồi do đó làm giảm chiều cao cây và giảm

khả năng hấp thụ dinh dưỡng [218].

Đối với các thông số dinh dưỡng khác như số lá, số nhánh và chỉ số diệp lục, nghiên cứu

cũng tiến hành đo và thu được kết quả như sau:

Hình 3.29 Số lượng lá lúa theo thời gian dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd

Tương quan với chiều cao cây lúa, số lượng lá lúa dưới ảnh hưởng của nồng độ Cd khác

nhau cũng cho các kết quả khác nhau. Cụ thể là số lượng lá ở các chậu được tưới Cd với

nồng độ 0,5 mg/L ít hơn ba công thức còn lại như sau: tại thời điểm 21 ngày, số lá cây

trên bốn công thức đối chứng; CT1; CT2 và CT3 lần lượt là 5,7 lá; 5,6 lá; 5,3 lá và 5,5

lá. Số lượng lá tăng dần theo tuần và theo sự phát triển của cây. Tại thời điểm 49 ngày,

số lá cây trên bốn công thức đối chứng; CT1; CT2 và CT3 lần lượt là 12,9 lá; 12,7 lá;

11,1 lá và 11,8 lá. Tại thời điểm 63 ngày, số lá cây trên bốn công thức đối chứng; CT1;

99

CT2 và CT3 lần lượt là 14,2 lá; 13,2 lá, 13,1 lá và 12,3 lá. Như vậy, số lượng lá trên

công thức đối chứng nhiều hơn ba công thức còn lại trung bình khoảng 9,04%.

Hình 3.30 Số lượng nhánh cây theo thời gian dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd

Tiến hành quan sát chỉ tiêu số nhánh cây để đánh giá khả năng sinh sản của cây lúa

dưới điều kiện ô nhiễm Cd được tiến hành trong nhà lưới. Kết quả cho thấy Cd là

một yếu tố gây ức chế quá trình đẻ nhánh của cây. Hàm lượng Cd trong môi trường

càng cao thì số lượng nhánh bị giảm đi càng nhiều được quan sát qua bốn công thức

của nghiên cứu. Cụ thể, tại thời điểm ngày thứ 21, số nhánh cây trên bốn công thức

đối chứng; CT1; CT2 và CT3 lần lượt là 4,5 nhánh; 4,1 nhánh; 4,9 nhánh và 5 nhánh.

Số lượng nhánh tăng lên theo tuổi sinh trưởng của cây nhưng tốc độ phát triển nhánh

trung bình của hai công thức CT2 và CT3 thấp hơn công thức CT1 tương đối rõ rệt

(khoảng 19,2%). Các công thức bị nhiễm Cd đều có số lượng nhánh trung bình thấp

hơn công thức đối chứng từ 12,7% đến 32%. Tại thời điểm 63 ngày số nhánh cây

trên bốn công thức đối chứng; CT1; CT2 và CT3 lần lượt là 20,5 nhánh; 20 nhánh;

17 nhánh và 16 nhánh. Sự khác biệt về số nhánh giữa hai công thức CT2 và CT3 là

100

không đáng kể, nhưng số nhánh của công thức CT3 có xu hướng ít hơn công thức

CT2. Kết quả thu được phù hợp với công bố trước đây của Nguyễn Ngọc Quỳnh về

khả năng làm giảm sức đẻ nhánh lúa của C (ngay từ liều lượng gây ô nhiễm ở mức

20 mg Cd/kg đất khô), giảm chiều cao cây và giảm năng suất [81].

Hình 3.31 Chỉ số diệp lục theo thời gian dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd

Chỉ số diệp lục tố cũng được đo đạc để đánh giá về sự ảnh hưởng của Cd đối với khả

năng quang hợp của cây trong quy mô nhà lưới. Kết quả đo đạc cho thấy, chỉ số diệp lục

của lá giảm dần theo thời gian sinh trưởng của cây, điều này hoàn toàn phù hợp với đặc

điểm sinh trưởng bình thường và tự nhiên. Kết quả đo đạc trên ba công thức cũng cho

thấy Cd có tác động tiêu cực đến hàm lượng diệp lục tố trên lá cây. Diệp lục tăng cao

nhất ở thời điểm 35 ngày và sau đó giảm dần, đạt cực tiểu tại thời điểm thu hoạch. Diệp

lục giảm và tỷ lệ nghịch với mức độ ô nhiễm Cd của nước tưới. Tại thời điểm 21 ngày,

chỉ số diệp lục của các công thức đối chứng; CT1; CT2 và CT3 lần lượt là 45,7; 44,6;

43,8 và 43,9. Chỉ số này tăng đến mốc 35 ngày lần lượt là 48,9; 45,9; 45,1 và 44,5 rồi

101

giảm dần theo thời gian và được ghi nhận tại thời điểm 63 ngày lần lượt là 41,5; 38,2;

35,3 và 34,2. So với công thức CT1, chỉ số diệp lục tố trên lá cây ở công thức CT3 giảm

trung bình 7,5%/tuần. Chỉ số diệp lục trên công thức đối chứng luôn cao hơn 3 công

thức còn lại từ 6,3÷24,2%. Kết quả thu được phù hợp với các nghiên cứu về hàm lượng

chất diệp lục trước đây của Hsu và Kao, Wu và cộng sự, Chang và cộng sự cho thấy sự

suy giảm đáng kể của chất này trong lá khi có mặt Cd [65], [73], [74]. Lý do là Cd làm

số lượng lượng thylakoid trong lá giảm đi dẫn đến giảm tốc độ quang hợp do quá trình

đồng hoá CO2 bị suy giảm (do sức đề kháng của lá tăng) và thải ra O2 [78].

3.4.1.2 Năng suất của lúa

Cd không phải là nguyên tố dinh dưỡng cho cây trồng nên Cd tích lũy ở nồng độ lớn sẽ

có hại cho sự phát triển của cây và ảnh hưởng đến năng suất. Sự tích lũy Cd không chỉ

có ảnh hưởng tiêu cực đến sự hấp thụ chất dinh dưỡng mà còn làm giảm khả năng sinh

trưởng và năng suất của cây lúa [219]. Kết quả thí nghiệm trong nhà lưới suốt 4 vụ lúa

liên tiếp, cho thấy năng suất của các công thức CF1 đạt 83,6 g/chậu, cao hơn so với các

công thức khác từ 2% đến 10%. Cụ thể, năng suất hạt tại các công thức đối chứng; CT1;

CT2 và CT3 trung bình 4 vụ lần lượt là 83,6 g/chậu; 81,8 g/chậu; 77,8 g/chậu và 75,1

g/chậu. Kết quả phân tích cũng cho thấy, hàm lượng v trong nước tưới càng cao thì năng

suất hạt càng giảm. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu của về ảnh hưởng của tích

lũy Cd đến quá trình quang hợp và hấp thụ các nguyên tố dinh dưỡng dẫn đến giảm năng

suất hạt [32].

Lý giải nguyên nhân có thể là do kim loại Cd ức chế sự hấp thụ dinh dưỡng của cây và

ảnh hưởng đến sự phát triển sinh trưởng và góp phần làm cây thiếu dinh dưỡng [220].

Cd có thể gây ra sự thiếu hụt dinh dưỡng ở vùng rễ bằng cách cạnh tranh hấp thụ với

các khoáng chất có tính chất tương tự như Ca và Mg. Đồng thời, nồng độ Mg, Ca và K

trong một số loại rau và ngũ cốc đã bị giảm xuống bởi nồng độ Cd trong đất cao đã

chứng tỏ sự ảnh hưởng của Cd lên khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cây trồng trong

điều kiện đất bị ô nhiễm [207]. Ngoài ra, sự tích lũy sinh học của Cd trong thực vật có

thể gây ra sự thay đổi cơ học chuyển hóa N, P, ảnh hưởng đến các chức năng sinh lý và

sự phát triển của cây. Sự giảm hàm lượng N và P trong đất lúa cũng như các đất trồng

cây khác cũng được chỉ ra trong điều kiện đất bị ô nhiễm Cd.

102

Hình 3.32 Năng suất hạt dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd

3.4.2. Kết quả thí nghiệm đồng ruộng

3.4.2.1 Sinh trưởng của lúa

Với thí nghiệm đồng ruộng, tác giả chỉ thực hiện quan sát chỉ tiêu chiều cao cây lúa để

đánh giá ảnh hưởng của Cd đối với các đặc điểm sinh trưởng của cây. Kết quả thu

được như sau: chiều cao cây lúa phát triển đều theo thời gian. Tốc độ phát triển chiều

cao của cây lúa dưới đồng ruộng tăng từ 13 - 34% so với chiều cao của tuần trước đó.

So sánh với công thức CT3 tại nhà lưới có tốc độ tăng trưởng chiều cao theo thời gian

đạt trung bình tăng lên 23% so với chiều cao của tuần trước, cho thấy kết quả tương

đối đồng nhất.

103

Hình 3.33 Chiều cao cây lúa theo thời gian dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd

3.4.2.2 Năng suất của lúa

Chỉ tiêu năng suất hạt cũng được tiến hành quan trắc tại thí nghiệm đồng ruộng với kết

quả thu được tương đối thống nhất với kết quả trong nhà lưới. Năng suất hạt trung bình

của cây trong bốn vụ canh tác đạt 83,3 g/cây. Kết quả về năng suất không có sự sai khác

đáng kể giữa các vụ thí nghiệm, tỷ lệ giao động trung bình là 1,9%. So sánh với các

công thức trong nhà lưới cho thấy năng suất hạt của của thí nghiệm quy mô đồng ruộng

cao hơn. Điều này có thể được lý giải bởi các yếu tố canh tác ngoài đồng ruộng thuận

lợi hơn trong nhà lưới như điều kiện đất, ánh sáng, chăm sóc, quần thể sinh vật… có thể

hỗ trợ quá trình phát triển của cây tốt hơn khiến năng suất cây cao hơn với cùng điều

kiện ô nhiễm Cd.

104

Hình 3.34 Năng suất hạt dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd trên đồng ruộng

Nhận xét:

Các kết quả thu được cho thấy dưới điều kiện nước tưới ô nhiễm Cd đã ảnh hưởng đến

các đặc điểm sinh trưởng và năng suất của cây lúa. Cụ thể: chiều cao cây của công thức

đối chứng (điều kiện không ô nhiễm Cd) cao hơn ở công thức CT3 từ 15,2 – 17,3%; số

lượng lá trên CT3 ít hơn hai công thức còn lại là 0,05 mg/L và 0,01 mg/L trung bình

khoảng 7,9%; hàm lượng Cd trong môi trường càng cao thì số lượng nhánh bị giảm đi

càng nhiều được quan sát qua ba công thức của nghiên cứu; công thức có nồng độ Cd cao

nhất thì chỉ số chất diệp lục thấp nhất và ngược lại; hàm lượng Cd trong nước tưới càng

cao thì năng suất hạt càng giảm. Các kết quả này có cùng xu thế với các kết quả nghiên

cứu trước đây cho rằng sự có mặt của Cd làm ảnh hưởng đến các chức năng sinh lý cơ

bản của thực vật [30], [35], [72], [221], phản ứng của thực vật dưới tác động của Cd [222].

Trong đó, giảm hàm lượng diệp tục tố trên thực vật là một phản ứng tức thì do Cd gây ra

[223]. Cùng với đó, các quá trình quang hợp, quá trình sử dụng nước và đồng hóa chất

dinh dưỡng trong thực vật cũng bị ảnh hưởng do sự có mặt của Cd trong lúa [31], [224],

[225]. Sự xuất hiện của Cd làm ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp protein của tế bào

105

rubisco, ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa đường và cuối cùng ảnh hưởng đến sự phát

triển của cây trồng [226]. Để khắc phục hiện tượng giảm năng suất, giải pháp sàng lọc các

giống lúa có khả năng chống chịu Cd đã được đưa ra. Sau đó đưa vào canh tác với các

yếu tố canh tác được quản lý nghiêm ngặt như kiểm soát ngập nước, thoát nước, bón phân

hữu cơ, bón phân lân… để mục tiêu cuối là kiểm soát sự hấp thụ Cd vào hạt [226].

3.5 Kết quả nghiên cứu sử dụng vật liệu giàu Si để hạn chế tích luỹ Cd vào gạo

3.5.1 Tính chất của rơm rạ và than sinh học sử dụng trong thí nghiệm

Rơm rạ và than sinh học từ vỏ trấu là hai loại nguyên liệu rất phổ biến đối với ngành

nông nghiệp Việt Nam. Các phân tích các tính chất cơ bản của hai vật liệu này như sau:

Bảng 3.6 Tính chất của rơm rạ và than sinh học từ vỏ trấu

Thông số Than sinh học từ vỏ trấu Rơm rạ

8,6 – 8,8 8,7 – 8,9 pH

45,6 – 47,8 meq/100 g 49,8–55,2 meq/100 g CEC

Độ rỗng 55,32 – 56,13% 57,24 – 60,14%

Si 2,7% 4%

Rơm rạ và than sinh học vỏ trấu có độ pH khá tương đồng, đều là pH kiềm với giá trị

từ 8,6 đến 8,9. Dung tích trao đổi cation, độ rỗng và hàm lượng Si trong than sinh học

cao hơn rơm rạ. Cụ thể, dung tích hấp thu của than sinh học vỏ trấu là 49,8 – 55,2

meq/100g cao hơn rơm rạ từ 4,2 – 4,4 meq/100g. Độ rỗng của than sinh học đạt từ

57,24 – 60,14% trong khi độ rỗng của rơm rạ đạt 55,32 – 56,13%. Hàm lượng silic

trong rơm rạ được xác định vào khoảng 2,7% trong khi trong than sinh học từ vỏ trấu

là khoảng 4%. Kết quả phân tích trên cho thấy than sinh học từ tro trấu có hàm lượng

Si và dung tích hấp thu CEC cao hơn rơm rạ.

3.5.2 pH của đất khi phối trộn rơm rạ và than sinh học:

Rơm và than sinh học được sản xuất từ trấu có vai trò như những chất cải thiện làm tăng

giá trị pH trong đất giúp giảm tính di động của kim loại Cd thông qua kết tủa của Cd

106

trong các hidroxit Cd(OH)2 hoặc là CdCO3.

Kết quả thí nghiệm cho thấy, cả than sinh học và rơm rạ đều có tác động đến độ pH

của đất một cách hiệu quả. Độ pH của đất ở công thức CT4 cao hơn 0,51 đơn vị so với

công thức đối chứng (CF2). Công thức CT6 và CT8 cũng có giá trị pH cao hơn công

thức đối chứng lần lượt là 0,57 và 0,50 đơn vị. Đối với các công thức phối trộn than,

sự gia tăng độ pH so với công thức đối chứng có xu hướng nhiều hơn các công thức

trộn rơm. Cụ thể, công thức CT5, CT7 và CT9 có độ pH cao hơn công thức đối chứng

lần lượt là 0,61, 0,63 và 0,52 đơn vị. Các kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước

đây về sử dụng phụ phẩm từ cây lúa trong sản xuất phân compost hoặc than sinh học

bón cho cây trồng đã giúp cải tạo các đặc tính của đất, bao gồm dinh dưỡng, độ ẩm và

làm tăng đáng kể độ pH của đất. Do đó bổ sung rơm rạ và than sinh học từ trấu có thể

làm giảm hàm lượng Cd di động trong đất. Cơ chế này được giải thích do độ pH của

đất tăng lên sẽ dẫn đến sự giảm Cd linh động do tạo thành kết tủa hydroxit Cd(OH) 2,

mặt khác sự gia tăng pH còn thúc đẩy sự hình thành kết tủa CdCO3, do Cd liên kết với

cacbonat trong đất [207].

Hình 3.35 Độ pH của đất sau thí nghiệm phối trộn vật liệu

107

3.5.3 Hàm lượng Si trong đất sau thu hoạch

Các vật liệu bổ sung từ than sinh học và rơm rạ giàu silic làm tăng hàm lượng Si trong

đất, điều này có thể dẫn đến làm tăng nồng độ Si của cây lúa khi được bổ sung thêm

rơm rạ và than sinh học. Ngoài ra, Si còn có khả năng kết tủa Cd dưới dạng CdSiO3 làm

giảm Cd di động đi vào cây lúa. Cụ thể là, nồng độ Si trong các công thức CT4 và CT5

cao hơn CF2 từ 11,05 - 16,28%. Tỉ lệ trộn khác nhau cũng dẫn đến hàm lượng Si trong

đất khác nhau, trong thí nghiệm này kết quả cho thấy tỉ lệ trộn than sinh học của công

thức CT5 làm tăng hàm lượng Si lên 4,7% so với công thức CT4. Nguồn Si có trong

rơm rạ cũng góp phần cải thiện hàm lượng Si trong đất, cụ thể là hàm lượng Si trong

các công thức CT6 và CT9 cao hơn 1,12 - 1,2 lần so với CF2. Ngoài ra, công thức CT7

làm hàm lượng Si trong đất cao hơn đáng kể so với CF2 20,48%. So với than, hàm lượng

Si trong đất của các công thức trộn rơm cao hơn.

Hình 3.36 Hàm lượng Si tồn tại trong đất sau thí nghiệm phối trộn vật liệu

108

Mặc dù hàm lượng Si trong vật liệu than sinh học cao hơn rơm rạ, nhưng do quá trình

phân giải chậm trong đất nên hàm lượng Si trong các công thức thức than đều thấp hơn

rơm. Cụ thể là hàm lượng Si trong đất của công thức CT4 thấp hơn CT6 là 1,16%. Tương

tự, hàm lượng Si trong công thức CT5 thấp hơn CT7 là 3,6%.

Kết quả đo bằng phương pháp Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) tại Viện Khoa học

Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, số lượng nguyên tử Si trong

các mẫu đất như bảng dưới đây.

Bảng 3.7 Kết quả đo Si trong đất các công thức thí nghiệm

Phần trăm về số lượng Phần trăm khối lượng STT Tên mẫu nguyên tử trong vật liệu trong vật liệu (%) (%)

1 CF2 4,23±1,05 2,15±0,58

2 CT4 22,69±1,005 15,76±0,875

3 CT5 23,53±0,47 16,48±0,48

4 CT6 21,22±1,1 14,59±0,84

5 CT7 23,16±0,655 16,14±0,35

6 CT8 23,48±0,15 16,3±0,25

7 CT9 21,87±1,62 14,99±1,27

Từ kết quả tại bảng trên có thể thấy, hàm lượng Si có trong đất tại các công thức phối

trộn rơm rạ và than hoạt tính có sự khác biệt không đáng kể, nhưng lại có sự khác biệt

rất lớn đối với công thức đối chứng nghĩa là đất không được phối trộn vật liệu giàu Si.

Hàm lượng Si trong các công thức phối trộn vật liệu gấp hơn 5 lần so với công thức

đối chứng về phần trăm khối lượng trong vật liệu và xấp xỉ 7 lần về phần trăm số lượng

nguyên tử trong vật liệu. Công thức CT5 (phối trộn 5% than sinh học) có hàm lượng

Si nhiều nhất trong các công thức phối trộn vật liệu tương đương với 23,53±0,47%, và

16,48±0,48%. Công thức CT6 (phối trộn 2,5% rơm rạ) có hàm lượng Si nhiều nhất

trong các công thức phối trộn vật liệu tương đương với 21,22±1,1% và 14,59±0,84%

về số lượng nguyên tử. Như vậy có thể thấy rằng, các vật liệu phối trộn đã bổ sung

109

một lượng lớn Si vào đất, cao hơn gấp 5 lần về phần trăm khối lượng trong vật liệu và

7 lần về phần trăm số lượng nguyên tử so đất không được phối trộn vật liệu.

Hình 3.37 Phổ EDX mẫu đất CT5

Hình 3.38 Phổ EDX mẫu đất CT6

3.5.2 Giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo bằng rơm rạ

Bốn vụ thí nghiệm lặp lại liên tiếp cho kết quả là với 6 công thức phối trộn các vật liệu

từ nguồn phụ phẩm có sẵn trên đồng ruộng và thân thiện với môi trường, kết quả đánh

giá khả năng giảm thiểu tích luỹ Cd trong hạt bằng rơm rạ được thể hiện trong hình

sau đây.

110

Hình 3.39 Hàm lượng Cd tích lũy trong gạo tại công thức phối trộn rơm rạ

Với hai mức phối trộn rơm rạ là 2,5% và 5% về khối lượng, kết quả thu được rất khả

quan so với công thức đối chứng. Trong khi hàm lượng Cd trong công thức đối chứng

trung bình 4 vụ là 0,1093 mg/kg thì hàm lượng Cd trong hai công thức Rơm 2,5% và

Rơm 5% giảm mạnh và giảm dần còn 0,0351 mg/kg và 0,0192 mg/kg. Sự chênh lệch số

liệu giữa 4 vụ canh tác không khác biệt lớn và đều cho thấy xu hướng tương tự. So với

đối chứng, hàm lượng Cd tích luỹ trong hạt đã giảm đi 68% tại công thức Rơm 2,5% và

83% tại công thức Rơm 5%. Tuy nhiên, rơm rạ có thành phần chất hữu cơ lớn, nên khi

bón với liều lượng cao có khả năng gây dư thừa chất hữu cơ trong đất, làm ảnh hưởng

đến sự cân bằng của môi trường đất đồng ruộng và gây ngộ độc cho cây trồng. Bên cạnh

đó, rơm rạ có thời gian phân huỷ nhanh, thường chỉ tồn tại trong đất trong thời gian 1

vụ lúa. Do đó, cần phải bón liên tục các vụ nếu tình trạng tích luỹ Cd trong gạo xảy ra

nghiêm trọng.

111

3.5.3 Giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo bằng than sinh học vỏ trấu

Than sinh học là một loại vật liệu có khả năng xử lý kim loại nặng và các chất độc hại

hiệu quả bởi khả năng hấp phụ vật chất của các khe hở siêu nhỏ trong cấu trúc. Than sinh

học từ vỏ trấu cũng là loại vật liệu có sẵn và dễ làm đối với thực tế sản xuất nông nghiệp

của Việt Nam. Đồng thời, hàm lượng Si trong than sinh học cao cũng là lý do nghiên cứu

lựa chọn loại vật liệu này để thử nghiệm khả năng giảm thiểu tích lũy Cd trong hạt gạo.

Hình 3.40 Hàm lượng Cd tích lũy trong gạo tại công thức phối trộn than sinh học

Kết quả phân tích cho thấy, khả năng xử lý Cd trong gạo của than sinh học rất khả quan.

Với hai mức phối trộn là 2,5% và 5% về khối lượng, hàm lượng Cd trong gạo tại hai

công thức trên đã giảm xuống từ 2 lần đến 5 lần so với công thức đối chứng. Hàm lượng

Cd trong gạo tại công thức Than sinh học vỏ trấu 2,5% trung bình qua 4 vụ canh tác là

0,0569 mg/kg. Hàm lượng Cd trong gạo tại công thức Than sinh học vỏ trấu 5% trung

bình qua 4 vụ canh tác là 0,0176 mg/kg. Trong khi hàm lượng Cd trong gạo của công

thức đối chứng là 0,1093 mg/kg. Không có sự sai khác đáng kể giữa các kết quả qua 4

112

vụ canh tác. Nguyên nhân giảm Cd trong hạt là do Si đã đi vào cây trồng theo cơ chế

hút chất dinh dưỡng.

Hình 3.41 Phổ EDX mẫu gạo CF2

Hình 3.42 Phổ EDX mẫu gạo CT5

Theo kết quả đo tại Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt

Nam, hàm lượng Si trong mẫu gạo của công thức đối chứng CF2 đạt 0,13% về khối

lượng và 0,06% về số lượng nguyên tử. Số liệu này gia tăng tại công thức CT5 (phối

113

trộn 5% than sinh học vỏ trấu), tương đương với nguyên tử Si đạt 1,11% về khối lượng

và 0,53% về số lượng nguyên tử. Như vậy, so với mẫu đối chứng, số lượng nguyên tử

Si đi vào gạo tại công thức bổ sung 5% than sinh học cao gấp 8,5 lần về khối lượng và

8,8 lần về số lượng nguyên tử so với công thức đối chứng. Sự có mặt của Si trong gạo

góp phần hạn chế sự có mặt của Cd. Ngoài ra, thời gian phân huỷ của vật liệu than sinh

học chậm hơn rơm rạ, thường từ 1 – 2 năm, nên có thể bón cách vụ hoặc cách năm để

duy trì khả năng kiểm soát tích luỹ Cd vào gạo của than sinh học.

3.5.4 Biện pháp giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo bằng phối trộn than sinh học và rơm rạ

Kết quả hàm lượng Cd tích lũy trong gạo tại công thức phối trộn than sinh học và rơm rạ như sau:

Hình 3.43 Hàm lượng Cd tích lũy trong gạo tại công thức phối trộn than sinh học và rơm rạ

Để có thêm đánh giá về cơ chế của sự giảm thiểu Cd trong gạo bởi hai vật liệu bổ sung,

nghiên cứu tiến hành thí nghiệm khi cùng phối trộn hai loại vật liệu với tỷ lệ 1:1 về khối

114

lượng và thu được kết quả như sau. Với công thức 2,5% vật liệu phối trộn về khối lượng,

hàm lượng Cd trong hạt giảm 79% so với công thức đối chứng. Trong khi với tỷ lệ 5%

vật liệu phối trộn thì hàm lượng Cd trong hạt giảm 82% so với công thức đối chứng.

So sánh giữa 02 loại vật liệu có thể thấy khả năng giảm hàm lượng Cd trong gạo của

than sinh học hiệu quả hơn rơm rạ. Ở cùng tỷ lệ 2,5% về khối lượng, than sinh học giảm

được 47,9% hàm lượng Cd tích lũy vào gạo trong khi rơm rạ kiểm soát được 67,9%

lượng Cd tích lũy vào gạo. Khi tăng gấp đôi tỷ lệ bổ sung vào đất, tại tỷ lệ 5% về khối

lượng, khả năng giảm thiểu Cd tích lũy vào gạo của cả hai loại vật liệu đều ra tăng đáng

kể, đều trên 82%. Cụ thể, hàm lượng Cd trong gạo giảm đi 82,6% khi được bổ sung 5%

rơm rạ vào đất trồng và đạt 83,9% khi bổ sung 5% than sinh học. Như vậy, than sinh

học kiểm soát tốt hơn, hạn chế Cd tích lũy vào trong gạo. Để lý giải về nguyên nhân của

sự giảm thiểu Cd trong gạo bởi vật liệu than sinh học và rơm rạ ở công thức phối trộn

bằng phương pháp đo phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) cũng cho kết quả đồng nhất

với công thức trộn than sinh học. Hàm lượng Si trong gạo đạt 0,16% về khối lượng và

0,08% về số lượng nguyên tử. Giá trị này cao hơn mẫu gạo tại công thức CF2 nhưng

thấp hơn tại công thức CT5. Điều này cho thấy vai trò của Si đã góp phần vào sự hạn

chế tích luỹ Cd trong gạo.

Hình 3.44 Phổ EDX mẫu gạo CT9

115

Nhận xét: Các thí nghiệm bổ sung than sinh học cho kết quả tối ưu trong việc hạn chế

tích lũy Cd trong cây lúa. Cụ thể, tỷ lệ phối trộn, công thức Rơm 2,5% làm giảm hàm

lượng Cd trong gạo khoảng 47,92% so với đối chứng. Với cùng một tỷ lệ phối trộn về

khối lượng 2,5%, than sinh học làm giảm 68% Cd trong gạo so với đối chứng. Như vậy,

so sánh kết quả phối trộn cùng tỷ lệ 2,5% khối lượng cho thấy than sinh học làm giảm

mạnh quá trình tích lũy Cd trong hạt. Kết quả này cũng được chứng minh trong các thí

nghiệm trộn than sinh học với tỉ lệ thấp hơn Than - Rơm 1,25 - 1,25%, giúp giảm 61,4%

hàm lượng Cd trong gạo so với đối chứng.

Từ các kết quả thí nghiệm đã chỉ ra, khả năng kiểm soát Cd tích lũy trong gạo theo thứ

tự Rơm 2,5% < Than - Rơm 1,25 - 1,25% < Than 2,5% < các công thức (Than 5%, Rơm

5%, Than – Rơm 2,5 - 2,5%). Từ số liệu thực nghiệm cho thấy than sinh học và rơm

được trộn theo tỷ lệ 5% về trọng lượng cho kết quả tốt nhất. Trong các công thức Than

5%, Rơm 5%, Than - Rơm 2,5 - 2,5%, mặc dù cho kết quả giảm tích lũy Cd trong gạo

nhiều hơn so với các công thức còn lại, nhưng không thấy sự khác biệt có ý nghĩa về

khả năng giảm Cd trong gạo giữa các công thức này.

Nhìn chung, hàm lượng Cd trong gạo của các công thức Than 5%, Rơm 5%, Than - Rơm

2,5 - 2,5% đều giảm nhiều so với đối chứng, từ 82,47 – 83,94%. Như vậy, nếu áp dụng tỷ

lệ hỗn hợp 2,5% khối lượng của Than và 2,5% Rơm trong Than - Rơm 2,5 - 2,5% hoặc

Than 5% hoặc Rơm 5% đều cho kết quả tốt nhất trong thí nghiệm này. Cũng do không có

sự khác biệt đáng kể về tích lũy Cd trong gạo nên nếu áp dụng tỉ lệ 5% theo khối lượng

của hai vật liệu hoặc trộn đều với tỉ lệ 2,5% đều hạn chế hàm lượng tích lũy Cd trong gạo.

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các nghiên cứu trước, khi bổ sung than sinh học và rơm rạ

làm Cd trong đất được cố định trong silicat (CdSiO3) và hydroxit (Cd(OH)2) trong điều kiện

pH tăng lên, làm giảm Cd linh động trong đất [227]. Sự gia tăng pH trong đất dẫn đến gia

tăng hàm lượng của các cation bazơ[228]. Do đó, các cation cơ bản tồn tại trên bề mặt than

sinh học có thể được chuyển hóa thành các oxit, hydroxit và cacbonat góp phần vào việc cố

định Cd di động dưới dạng kết tủa như Cd(OH)2, CdCO3 [147]. Ngoài ra, các nghiên cứu

trước đây đã chỉ ra rằng việc ứng dụng rơm rạ và than sinh học có thể cung cấp các vật liệu

hữu cơ cho đất, ảnh hưởng đến cơ chế hấp thụ và giải hấp của kim loại Cd [229]. Than sinh

116

học và rơm rạ góp phần đưa vào đất với một lượng lớn chất hữu cơ hòa tan. Các chất hữu

cơ này rất dễ tạo phức với Cd và làm giảm hàm lượng Cd di động trong đất [230].

Than sinh học có thời gian phân huỷ chậm hơn rơm rạ, nhưng rơm rạ cung cấp chất hữu

cơ hữu ích cho đồng ruộng và phân huỷ nhanh, khối lượng rơm rạ được tạo ra mỗi vụ vào

khoảng 60 tấn/ha. Do đó, khuyến cáo áp dụng tỷ lệ phối trộn 5% rơm cho các khu vực có

tình trạng ô nhiễm Cd cao và có hàm lượng chất hữu cơ trong đất thấp. Khuyến khích bón

với 2,5% rơm đối với các khu vực có nguy cơ nhưng chưa nghiêm trọng về ô nhiễm Cd

để kiểm soát tốt sự tích luỹ Cd vào gạo, cải tạo đất, tiết kiệm chi phí, kỹ thuật đơn giản.

Đối với các công thức than sinh học, có thể áp dụng khi hàm lượng Cd cao, hàm lượng

chất hữu cơ cao và tiềm lực đầu tư có khả năng lớn.

117

KẾT LUẬN

1. Tóm tắt các kết quả đã đạt được của luận án

Luận án đã đạt được một số kết quả sau đây:

+ Đánh giá tích luỹ Cd trong đất phù sa đồng bằng sông Hồng dưới ảnh hưởng của

nước tưới ô nhiễm:

Kết quả cho thấy sự tích lũy Cd trong đất gia tăng tỉ lệ thuận với nồng độ Cd trong nước

tưới. Hàm lượng Cd trong nước tưới tích luỹ một phần lên các bộ phận của cây, phần

còn lại sẽ tích luỹ trong đất. Khi tưới bằng nước nhiễm Cd có nồng độ 0,05 mg/L sẽ làm

tăng tích lũy trong đất 17,4 đến 22,7 lần so với tưới nước sạch. Nước tưới có nồng độ

Cd 0,5 mg/L sẽ làm tăng giá trị Cd lên tới 1,782÷1,924 mg/kg đất và vượt quá ngưỡng

giới hạn qui định về đất an toàn sản xuất nông nghiệp theo qui định tại QCVN

03:2015/BTNMT.

+ Đánh giá sự tích luỹ Cd trong các bộ phận của cây lúa:

Thí nghiệm đánh giá khả năng tích lũy Cd của cây lúa gạo được thực hiện ở cả trong nhà

lưới và ngoài đồng ruộng qua 4 vụ liên tiếp cho thấy: Hàm lượng Cd tích lũy vào các bộ

phận của cây thấp dần từ rễ > thân lá > gạo. Hàm lượng Cd trong các bộ phận của cây

tăng đều và tăng dần theo thời gian trong suốt vòng đời sinh trưởng của cây lúa.

Kết quả thí nghiệm cho phép thiết lập phương trình hồi quy tuyến tính giữa hàm lượng

Cd trong nước tưới và trong gạo có mối quan hệ tương quan chặt chẽ với hệ số R2 đạt

từ 0,6441 đến 0,8452. Kết quả này cho thấy, trong khoảng nồng độ từ 0 - 0,5 mg/L Cd

trong nước tưới, hàm lượng Cd bổ sung vào nước tưới càng nhiều thì hàm lượng Cd tích

lũy trên gạo càng lớn và ngược lại.

+ Đánh giá ảnh hưởng của Cd đối với sinh trưởng và năng suất của cây lúa

Các kết quả thu được cho thấy Cd là yếu tố có khả năng ảnh hưởng đến các đặc điểm

sinh trưởng và năng suất của cây lúa. Ở mức tưới với nồng độ 0,01 mg/L trở lên Cd làm

giảm chiều cao, số lượng lá, số lượng nhánh, diệp lục và năng suất cây lúa.

118

+ Đánh giá khả năng giảm thiểu tích luỹ Cd vào gạo của các vật liệu rơm rạ và than

sinh học.

Từ các kết quả thí nghiệm đã chỉ ra, khả năng kiểm soát Cd tích lũy trong gạo theo thứ

tự Rơm 2,5% < Than - Rơm 1,25 -1,2,5% < Than 2,5% < các công thức (Than 5%, Rơm

5%, Than - Rơm 2,5 -2,5%). Từ số liệu thực nghiệm cho thấy Than và Rơm được trộn

theo tỷ lệ 5% về trọng lượng cho kết quả tốt nhất.

2. Đóng góp mới của luận án

- Đánh giá được sự ảnh hưởng của Cd trong nước tưới đến sinh trưởng, năng suất của

cây lúa: Cd trong nước tưới cao hơn 0,01mg/L gây giảm chiều cao cây, giảm số lượng

nhánh, giảm số lượng lá và giảm năng suất lúa.

- Sử dụng vật liệu rơm rạ và than sinh học để giảm thiểu tích luỹ Cd vào lúa gạo: Nếu

phối trộn ở tỷ lệ Than sinh học 5%, Rơm 5%, Than sinh học 2,5% - Rơm 2,5% có thể

giảm lượng Cd tích luỹ trong gạo từ 82,47 – 83,94%. Các công thức Rơm 2,5%, Than

sinh học 2,5% và Than sinh học 1,25% – Rơm 1,25% cho khả năng giảm hàm lượng Cd

trong gạo lần lượt là 47,92%, 68% và 61,4%. Tuy nhiên, nếu xét về tính hiệu quả, công

thức Rơm 5% cho hiệu quả cao khi khả năng xử lý Cd cao và áp dụng rơm rạ vào hoạt

động sản xuất đòi hỏi kỹ thuật thấp hơn, chi phí thấp hơn hơn than sinh học, phù hợp

với vùng ô nhiễm cao. Các vùng còn lại có nguy cơ ô nhiễm Cd khuyến cáo áp dụng tỷ

lệ bón 2,5% rơm hoặc 2,5% than – rơm vì khối lượng rơm rạ, than sinh học phù hợp, kỹ

thuật đơn giản và chi phí tiết kiệm.

3. Những tồn tại của luận án

- Luận án mới thực hiện nghiên cứu đánh giá sự tích lũy Cd trong các bộ phận của lúa

sử dụng nước tưới nhiễm Cd mới chỉ có 03 mức, do vậy chưa đánh giá được mối tương

quan giữa hàm lượng Cd trong nước tưới và gạo ở khoảng nồng độ rộng hơn.

- Giải pháp sử dụng các vật liệu giàu Si để giảm thiểu tích luỹ Cd trong hạt mới được

thử nghiệm trong nhà lưới mà chưa triển khai thử nghiệm đồng ruộng mặc dù đây là các

giải pháp rất hiệu quả trong điều kiện hiện nay khi nguồn nước trên hệ thống bị ô nhiễm

và chưa có công nghệ xử lý.

119

4. Kiến nghị

- Cần tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của các kim loại nặng khác trong nước tưới đến

sự tích lũy độc tố trong đất và nông sản;

- Cần xây dựng tài liệu hướng dẫn nông dân tận dụng bón rơm rạ hoặc than sinh học để

canh tác lúa nhằm giảm thiểu sự tích luỹ của Cd trong nước tưới và đất ô nhiễm vào gạo;

- Cần tiếp tục thử nghiệm giải pháp sử dụng vật liệu giàu Si trên đồng ruộng để khuyến

cáo cho các cơ quản quản lý và nông dân áp dụng trong quá trình canh tác lúa đảm bảo

chất lượng nông sản an toàn.

120

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

1. Phuong Dinh Thi Lan, Hoa Nguyen Thanh, Khac Vu Thi, Phi Nguyen Quang

“Insights into the remediation of Cadimium contaminated vegetable soil: co-application

low cost by-products and microorganism”, Journals Water, Air & Soil Pollut, 2023.

2. Thi Ngoc Dinh Nguyen, Khac Thi Vu, Thi Hang Nga Nguyen, Thi Phuong Nguyen,

Nhat Khanh Pham, Thi Giang Nguyen, Mbaraka Saidi Rumanzi, Loc V. Nguyen,

“Effects of biochar and rice straw application on rice (oryza sativa L.) growth, yield,

and cadmium accumulation in contaminated soil”, Journal Vegetos, 2023.

3. Đinh Thị Lan Phương, Phạm Thị Thư, Vũ Thị Khắc, Nguyễn Phan Việt, “Giảm độc

tố Cd trong đất ô nhiễm bởi vật liệu chi phí rẻ từ phụ phẩm nông nghiệp” Tạp chí Khoa

học Kỹ thuật Thuỷ Lợi và Môi trường, số 81, trang 56-64, 2022.

4. Vũ Thị Khắc, Lê Tuấn An, Đinh Thị Lan Phương, Nguyễn Thị Hằng Nga, “Đánh giá

sự tích luỹ Cadimi trong cây lúa trồng trên đất phù sa sông Hồng do ảnh hưởng của nước

tưới ô nhiễm”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thuỷ Lợi và Môi trường, số 79, trang 33- 41,

2022.

5. Vũ Thị Khắc, Đinh Thị Lan Phương, Lê Thị Thắng, Nguyễn Thị Hằng Nga, “Sử dụng phụ

phẩm cây lúa cải tạo đặt tính đất, hạn chế tích luỹ Cadimi (Cd) trong hạt dưới điều kiện đất

trồng ô nhiễm”, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thuỷ Lợi và Môi trường, số 78, trang 32- 30, 2022.

6. Vũ Thị Khắc, Đinh Thị Lan Phương, Nguyễn Thị Hằng Nga, “ Sinh trưởng, năng

suất và sự tích luỹ Cd trong lúa dưới ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm”, Tạp chí Khoa

học Kỹ thuật Thuỷ Lợi và Môi trường, số 76, trang 81- 88, 2022.

7. Khac Vu Thi, Phuong Đinh Thi Lan, Nga Nguyen Thi Hang, Hoa Nguyen Thanh,

“Cadmium Immobilization in the Rice – Paddy Soil with than sinh học Additive”,

Journal of Ecological Engineering, vol 23, no. 4, pp. 85-95, 2022.

8. Đinh Thị Lan Phương, Vũ Thị Khắc, Nguyễn Thị Hằng Nga, Đặng Tuấn Anh, “Giảm độc

tố Cadimium di động trong đất nông nghiệp bằng than sinh học (phụ phẩm cây lúa) và đá

Perlite, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thuỷ Lợi và Môi trường, số 74, trang 144- 150, 2021.

121

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] A. T. Kim. Bui, L. Thi. Duong, and M. Ngoc. Nguyen, “Accumulation of copper and cadmium in soil–rice systems in terrace and lowland paddies of the Red River basin, Vietnam: the possible regulatory role of silicon,” Environ Geochem Health, vol. 42, no. 11, pp. 3753–3764, Nov. 2020, doi: 10.1007/s10653-020-00626-y.

[2] M. F. Adil et al., “Cadmium-zinc cross-talk delineates toxicity tolerance in rice via / ultrastructural adjustments,” doi: 110076, Mar. 2020, 190, Saf, vol. p.

differential genes expression and physiological Ecotoxicol Environ 10.1016/J.ECOENV.2019.110076.

[3] M. Rizwan et al., “A critical review on effects, tolerance mechanisms and management of cadmium in vegetables,” Chemosphere, vol. 182, pp. 90–105, Sep. 2017, doi: 10.1016/J.CHEMOSPHERE.2017.05.013.

[4] A. P. M. Sebastian, “Cadmium minimization in rice. A review ,” Agron Sustain Dev,

vol. 34, no. 1, pp. 155–173, 2014.

[5] Z. R. Tian, A. Sharma, A. Nozari, R. Subramaniam, T. Lundstedt, and H. S. Sharma, “Nanowired drug delivery to enhance neuroprotection in spinal cord injury.,” CNS Neurol Disord Drug Targets, vol. 11, no. 1, 2012.

[6] Chellaiah Edward Raja, “Cadmium (heavy metals) bioremediation by Pseudomonas

aeruginosa: a minireview,” Appl Water Sci, vol. 8, no. 6, Sep. 2018.

[7] K. , M. M. J. , G. R. D. Weggler, “Effect of chloride in soil solution on the plant availability of biosolid-borne cadmium,” J. Environ. Qual, vol. 33, pp. 496–504, 2004. [8] M. , K. N. , S. G. , B. C. , M. S. , R. B. , K. S. , S. E. Taylor, “Trace element contaminants and radioactivity from phosphate fertiliser. In: Schnug, E., De Kok, L.J. (Eds.), Phosphorus in Agriculture: 100% Zero,” Springer, Dordrecht, pp. 231–266, 2016. [9] M. , U. A. , R. A. , K. A. Bigalke, “Accumulation of cadmium and uranium in arable

soils in Switzerland,” Environment Pollutant, vol. 221, pp. 85–93, 2017.

[10] G. X. ; X. H. Y. ; G. Q. J. ; Z. Z. Y. ; Z. J. J. ; Y. D. Zhua, “Effects of cadmium stress on growth and amino acid metabolism in two Compositae plants,” cotoxicol. Environ. Saf, vol. 168, pp. 369–377, 2018.

[11] T. P. A. Kubier, “Cadmium in groundwater − a synopsis based on a large hydrogeochemical data set,” Science of The Total Environment, vol. 689, pp. 831–842, Nov. 2019.

[12] L. , S. E. Six, “Future trends in soil cadmium concentration under current cadmium fluxes to European agricultural soils,” Science Total Environment, vol. 485, pp. 319– 328, 2014.

[13] J. Buekers, “Fixation of Cadmium, Copper, Nickel and Zinc Insoil: Kinetics, Mechanisms and Its Effect on Metal Bioavailability (Ph.D. thesis). Katholieke Universiteit Lueven, Dissertationes De Agricultura. Burkhead, J.L., Gogolin-Reynolds, K.A., Abdel-Ghany, S.E., C,” 2007.

122

[14] C. , C. J. , L. G. , S. T. , P. E. Cloquet, “Tracing source pollution in soils using cadmium

and lead isotopes,” Environment Science Technology, vol. 40, pp. 2525–2530, 2006.

[15] F. , M. S. , O. A. , L. S. , K. C. Knappe, “Comparative Evaluation of Substance Inputs Input Paths.,” Federal Environmental Agency

Into Soils Via Different (Umweltbundesamt), Dessau-Roßlau, p. 382, 2008.

[16] R. A. , O. F. E. Wuana, “Heavy metals in contaminated soils a review of sources, chemistry, risks and best available strategies for remediation,” Commun. Soil Sci. Plant Anal., vol. 42, pp. 111–122, 2011.

[17] M. , K. T. , T. H. , C. L. M. , C. E. M. , B. B. Sprynskyy, “The adsorption properties of agricultural and forest soils towards heavy metal ions (Ni, Cu, Zn, and Cd),” Soil Sediment Contam, vol. 20, pp. 12–29, 2011.

[18] M. A. Khan, S. Khan, A. Khan, and M. Alam, “Soil contamination with cadmium, consequences and remediation using organic amendments,” Science of the Total Environment, vol. 601–602. 2017. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.06.030.

[19] UNEP, “Final Review of Scientific Information on Cadmium. United Nations

Environment Programme,” p. 201, 2010.

[20] G. E. , L. D. Voglar, “Solidification/stabilisation of metals contaminated industrial soil from former Zn smelter in Celje, Slovenia, using cement as a hydraulic binder,” J. Hazard. Mater, vol. 178, pp. 926–933, 2010.

[21] E. , B. M. , D. I. Z. , E. T. K. , F. I. , B. A. O. , G. L. , L. S. , G. C. R. Belon, “An inventory of trace elements inputs to French agricultural soils,” Sci. Total Environ, vol. 439, pp. 87–95, 2012.

[22] M. , U. A. , R. A. , K. A. Bigalke, “Accumulation of cadmium and uranium in arable

soils in Switzerland,” Environ. Pollut. , vol. 221, pp. 85–93, 2017.

[23] A. Kubier, R. T. Wilkin, and T. Pichler, “Cadmium in soils and groundwater: A review,” Applied Geochemistry, vol. 108. 2019. doi: 10.1016/j.apgeochem.2019.104388. [24] M.C. Jung, “Heavy metal concentration in soils and factors affecting metal uptake by

plants in the vicinity of a Korean Cu–W mine,” Sensors, vol. 8, pp. 2413–2423, 2008.

[25] E. G. H. G. K. A. A. G. P. Th. Matsi, “Available Cd content of salt-affected and normal soils of Halastra-Kalohori area,” Global nest Journal, vol. 9, no. 3, pp. 195–200, 2007. [26] K. M. Singh Bal Ram, “Cadmium uptake by barley as affected by Cd sources and pH

levels,” Geoderma, vol. 84, no. 1–3, pp. 185–194, 1998.

[27] T. Abedi and A. Mojiri, “Cadmium uptake by wheat (Triticum aestivum L.): An

overview,” Plants, vol. 9, no. 4. 2020. doi: 10.3390/plants9040500.

[28] M. M. M. V. P. J. W. Alexander Lux 1, “Root responses to cadmium in the rhizosphere:

a review,” J Exp Bot, vol. 62, no. 1, pp. 21–37, Jan. 2011.

[29] E. Epstein and A. Bloom, “Mineral nutrition of plants: principles and perspectives, 2nd

edn,” Sunderland, MA: Sinauer Associates, Inc., 2005.

123

[30] S. A. Hasan, Q. Fariduddin, B. Ali, S. Hayat, and A. Ahmad, “Cadmium: Toxicity and tolerance in plants,” Journal of Environmental Biology, vol. 30, no. 2. 2009. doi: 10.1104/pp.107.2.315.

[31] R. Nazar, N. Iqbal, A. Masood, M. I. R. Khan, S. Syeed, and N. A. Khan, “Cadmium Toxicity in Plants and Role of Mineral Nutrients in Its Alleviation,” Am J Plant Sci, vol. 03, no. 10, 2012, doi: 10.4236/ajps.2012.310178.

[32] T. A. Tran and L. P. Popova, “Functions and toxicity of cadmium in plants: Recent advances and future prospects,” Turkish Journal of Botany, vol. 37, no. 1. 2013. doi: 10.3906/bot-1112-16.

[33] M. A. Ismael et al., “Can selenium and molybdenum restrain cadmium toxicity to pollen in brassica napus?,” Int J Mol Sci, vol. 19, no. 8, 2018, doi:

grains 10.3390/ijms19082163.

[34] Syed Aiman Hasan, Barket Ali, Shamsul Hayat, and Aqil Ahmad, “Cadmium-Induced Changes in the Growth and Carbonic Anhydrase Activity of Chickpea,” Turkish Journal of Biology, vol. 31, no. 3, 2007.

[35] G. S. T. M. Benavides MP, “Cadmium toxicity in plants,” Braz J Plant Physiol, vol. 17,

no. 1, pp. 21–34, 2005.

[36] A. M. M. A. de V. F. C. P. A.P. Pinto, “Influence of organic matter on the uptake of cadmium, zinc, copper and iron by sorghum plants,” Science of The Total Environment, vol. 326, no. 1–3, pp. 239–247, Jun. 2004.

[37] Z. H. Q. C. L. Lou N. Begum, “nfluence of PGPB Inoculation on HSP70 and HMA3

gene expression in Switch grass under cadmium stress,” Plants, vol. 8, p. 504, 2019.

[38] L. C. X. L. X. Zheng, “Arabidopsis and rice showed a distinct pattern in ZIPs genes

expression profile in response to Cd stress,” Bot Stud, vol. 59, no. 1, pp. 1–10, 2018.

[39] M. B. E. Z. M. S. J.-F. B. & C. C. Grégory Vert, “Arabidopsis IRT2 cooperates with the high-affinity iron uptake system to maintain iron homeostasis in root epidermal cells,” Planta, vol. 229, pp. 1171–1179, Feb. 2009.

[40] A. , Y. N. , Y. K. , & M. J. F. Sasaki, “Nramp5 is a major transporter responsible for manganese and cadmium uptake in rice,” Plant Cell, vol. 24, no. 5, pp. 2155–2167, 2012.

[41] S. Uraguchi, S. Mori, M. Kuramata, A. Kawasaki, T. Arao, and S. Ishikawa, “Root-to- shoot Cd translocation via the xylem is the major process determining shoot and grain cadmium accumulation in rice,” J Exp Bot, vol. 60, no. 9, 2009, doi: 10.1093/jxb/erp119. [42] T. Kreszies, L. Schreiber, and K. Ranathunge, “Suberized transport barriers in Arabidopsis, barley and rice roots: From the model plant to crop species,” J Plant Physiol, vol. 227, 2018, doi: 10.1016/j.jplph.2018.02.002.

[43] A. S. H. A. T. K. N. N. K. T. K. K. K. I. S. K. T. H. S.-N. N. W. A. F. T. A. H. Miyadate H, “OsHMA3, a P1B-type of ATPase affects root-to-shoot cadmium translocation in rice by mediating efflux into vacuoles,” New Phytol, vol. 189, no. 1, pp. 190–199, 2011.

124

[44] A. Sasaki, N. Yamaji, and J. F. Ma, “Overexpression of OsHMA3 enhances Cd tolerance and expression of Zn transporter genes in rice,” J Exp Bot, vol. 65, no. 20, 2014, doi: 10.1093/jxb/eru340.

[45] T. S. J. L. M. Tanegmart Redjala, “Determination of the different components of cadmium short-term uptake by roots,” Journal of Plant Nutrition and Soil Science, vol. 173, no. 6, pp. 935–945, Nov. 2010.

[46] Q. Tao et al., “Abscisic acid-mediated modifications of radial apoplastic transport pathway play a key role in cadmium uptake in hyperaccumulator Sedum alfredii,” Plant Cell Environ, vol. 42, no. 5, 2019, doi: 10.1111/pce.13506.

[47] X. Qi, N. F. yee Tam, W. C. Li, and Z. Ye, “The role of root apoplastic barriers in cadmium translocation and accumulation in cultivars of rice (Oryza sativa L.) with different Cd-accumulating characteristics,” Environmental Pollution, vol. 264, 2020, doi: 10.1016/j.envpol.2020.114736.

[48] Y. Li et al., “The influence of iron plaque on the absorption, translocation and transformation of mercury in rice (Oryza sativa L.) seedlings exposed to different mercury species,” Plant Soil, vol. 398, no. 1–2, 2016, doi: 10.1007/s11104-015-2627-x. [49] W. J. Liu, Y. G. Zhu, and F. A. Smith, “Effects of iron and manganese plaques on arsenic uptake by rice seedlings (Oryza sativa L.) grown in solution culture supplied with arsenate and arsenite,” Plant Soil, vol. 277, no. 1–2, 2005, doi: 10.1007/s11104-005- 6453-4.

[50] N. Yamaguchi, T. Ohkura, Y. Takahashi, Y. Maejima, and T. Arao, “Arsenic distribution and speciation near rice roots influenced by iron plaques and redox conditions of the soil matrix,” Environ Sci Technol, vol. 48, no. 3, 2014, doi: 10.1021/es402739a.

[51] H. J. Liu, J. L. Zhang, and F. S. Zhang, “Role of iron plaque in Cd uptake by and translocation within rice (Oryza sativa L.) seedlings grown in solution culture,” Environ Exp Bot, vol. 59, no. 3, 2007, doi: 10.1016/j.envexpbot.2006.04.001.

[52] J. Z. P. C. F. Z. Houjun Liu 1, “Influence of iron plaque on uptake and accumulation of Cd by rice (Oryza sativa L.) seedlings grown in soil,” Sci Total Environ, vol. 394, pp. 361–368, May 2008.

[53] J. Liu, C. Cao, M. Wong, Z. Zhang, and Y. Chai, “Variations between rice cultivars in iron and manganese plaque on roots and the relation with plant cadmium uptake,” Journal of Environmental Sciences, vol. 22, no. 7, 2010, doi: 10.1016/S1001- 0742(09)60218-7.

[54] H. Cheng, M. Wang, M. H. Wong, and Z. Ye, “Does radial oxygen loss and iron plaque formation on roots alter Cd and Pb uptake and distribution in rice plant tissues?,” Plant Soil, vol. 375, no. 1–2, 2014, doi: 10.1007/s11104-013-1945-0.

[55] Z. Z. R. H. R. M. H. W. W. L. T. Chen, “Adsorption of cadmium by biochar derived impact factors and adsorption mechanism,”

from municipal sewage sludge: Chemosphere, vol. 134, pp. 286–293, 2015.

125

[56] H. Zhou et al., “Cadmium uptake, accumulation, and remobilization in iron plaque and rice tissues at different growth stages,” Ecotoxicol Environ Saf, vol. 152, 2018, doi: 10.1016/j.ecoenv.2018.01.031.

[57] G. , F. S. , M. S. , F. A. DalCorso, “How plants cope with cadmium: Staking all on metabolism and gene expression(Review),” J Integr Plant Biol, vol. 50, no. 10, pp. 1268–1280, 2008.

[58] T. Kashiwagi, K. Shindoh, N. Hirotsu, and K. Ishimaru, “Evidence for separate translocation pathways in determining cadmium accumulation in grain and aerial plant parts in rice,” BMC Plant Biol, vol. 9, 2009, doi: 10.1186/1471-2229-9-8.

[59] N. S. Harris and G. J. Taylor, “Remobilization of cadmium in maturing shoots of near isogenic lines of durum wheat that differ in grain cadmium accumulation,” J Exp Bot, vol. 52, no. 360, 2001, doi: 10.1093/jexbot/52.360.1473.

[60] M. Greger and M. Löfstedt, “Comparison of uptake and distribution of cadmium in different cultivars of bread and durum wheat,” Crop Sci, vol. 44, no. 2, 2004, doi: 10.2135/cropsci2004.5010.

[61] Y.-F. Yan, D.-H. Choi, D.-S. Kim, and B.-W. Lee, “Absorption, translocation, and remobilization of cadmium supplied at different growth stages of rice,” J Crop Sci Biotechnol, vol. 13, no. 2, 2010, doi: 10.1007/s12892-010-0045-4.

[62] M. S. Rodda, G. Li, and R. J. Reid, “The timing of grain Cd accumulation in rice plants: The relative importance of remobilisation within the plant and root Cd uptake post- flowering,” Plant Soil, vol. 347, no. 1, pp. 105–114, Oct. 2011, doi: 10.1007/s11104- 011-0829-4.

[63] J. yu HE, Y. fang REN, C. ZHU, and D. an JIANG, “Effects of Cadmium Stress on Seed Germination, Seedling Growth and Seed Amylase Activities in Rice (Oryza sativa),” Rice Sci, vol. 15, no. 4, 2008, doi: 10.1016/S1672-6308(09)60010-X.

[64] R. Aina et al., “Thiol-peptide level and proteomic changes in response to cadmium toxicity in Oryza sativa L. roots,” Environ Exp Bot, vol. 59, no. 3, 2007, doi: 10.1016/j.envexpbot.2006.04.010.

[65] F. , J. D. G. J. S. Z. and G. Z. Wu, “Genotypic difference in the responses of seedling growth and Cd toxicity in rice (Oryza sativa L),” Agri. Sci. China, vol. 5, pp. 68–76, 2006.

[66] L. F. S. J. W. L. Y. W. W. S. R. L. W.X. Liu, “Uptake of Toxic Heavy Metals by Rice (Oryza sativa L.) Cultivated in the Agricultural Soil near Zhengzhou City, People’s Republic of China,” Bull Environ Contam Toxicol, p. 209, 2007.

[67] N. , F. D. V. N. L. R. R. B. C. P. M. R. C. G. and R. G. Rascio, “Metal accumulation and damage in rice (cv. Vialone nano) seedlings exposed to cadmium,” Environ. Exp. Bot., vol. 62, pp. 267–278, 2008.

[68] Y. T. and C. H. K. Hsu, “Abscisic acid accumulation and cadmium tolerance in rice

seedlings.,” Hsu, Y. T. and C. H. Kao, vol. 124, pp. 71–80, 2005.

126

[69] U. and R. L. C. Kukier, “Growing rice grain with controlled cadmium concentrations,”

Kukier, U. and R. L. Chaney, pp. 1793–1820, 2002.

[70] S. L. and C. H. K. Chen, “Cd induced changes in proline level and peroxidase activity

in roots of rice seedlings. ,” Plant Growth Regul., vol. 17, pp. 67–71, 1995.

[71] L. , N. L. A. V. and C. F. Perfus-Barbeoch, “Heavy metal toxicity: cadmium permeates through calcium channels and disturbs the plant water status,” Plant J., vol. 32, no. 4, pp. 539–548, 2002.

[72] M. N. V. Prasad, “Cadmium toxicity and tolerance in vascular plants,” Environ Exp Bot,

vol. 35, no. 4, 1995, doi: 10.1016/0098-8472(95)00024-0.

[73] Y. T. and C. H. Kao. Hsu, “Role of abscisic acid in cadmium tolerance of rice (Oryza

sativa L.) seedlings.,” Plant Cell Environ, vol. 26, pp. 867–874, 2003.

[74] Y. C. , Y. Y. C. and C. H. Kao. Chang, “The role of iron in stress response to cadmium

in rice seedlings,” Crop, Environment and Bioinformatics, vol. 8, pp. 175–183, 2012.

[75] L. E. , A. C.-R. A. G. Hernández, “Alterations in the mineral nutrition of pea seedlings

exposed to cadmium.,” J. Plant Nutr., vol. 19, no. 12, pp. 1581–1598, 1996.

[76] I. , E. E. J. J. L. A. G. Ramos, “Cadmium uptake and subcellular distribution in plants of Lactuca sp. Cd-Mn interaction,” Plant Sci., vol. 162, no. 5, pp. 761–767, 2002. [77] L. E. , E. L.-R. A. G. and R. C.-R. Hernández, “Influence of cadmium on the uptake, tissue accumulation and subcellular distribution of manganese in pea seedlings.,” Plant Sci., vol. 132, no. 2, pp. 139–151, 1998.

[78] C. , M. R. F. D. R. G. C. G. N. R. R. B. and N. L. Rocca. Pagliano, “Evidence for PSII donor-side damage and photoinhibition induced by cadmium treatment of rice (Oryza sativa),” J. Photochem. Photobiol. B, vol. 84, no. 1, pp. 70–78, 2006.

[79] Q. , M. C. R. Z. Z. C. Z. Z. G. S. and G. Wang. Du, “Cd toxicity and accumulation in rice plants vary with soil nitrogen status and their genotypic difference can be partly attributed to nitrogen uptake capacity.,” Rice Sci., vol. 16, no. 4, pp. 283–291, 2009.

[80] S. K. , C. S. N. M. and K. Kato. Paul, “Effect of percolation pattern on yields and accumulation of copper and cadmium in the rice plants with soil dressing models.,” J. Environ. Sci. Engineer., vol. 5, pp. 1464–1473, 2011.

[81] N. N. , V. D. K. and N. H. V. Quynh, “Effects of cadmium pollution of irrigation water and soil on the growth and development of rice plants. Department of Agriculture and Forestry Extension, Ministry of Agriculture and Rural Development-MARDI,” Science & Technology Journal of Agriculture and Rural Development , vol. 3, pp. 227–230, 2002.

[82] S. Muramoto, “Comparison of metal uptake between glutinous and non-glutinous rice for cadmium chloride, oxide and sulfide at the critical levels,” Bull. Environ. Contam. Toxicol., vol. 45, pp. 415–421, 1990.

[83] D. F. , L. L. X. L. N. Y. Z. Q. W. and J. C. Y. Huang, “Comparison of agronomic and physiological traits of rice genotypes differing in cadmium-tolerance,” Acta Agron. Sin., vol. 34, no. 5, pp. 809–817, 2008.

127

[84] Q. X. , X. W. R. L. L. and Y. Y. W. Zhou, “Effects of cadmium and mixed heavy metals on rice growth in Liaoning, China,” Soil Sed. Cont., vol. 12, pp. 851–864, 2003. [85] B. F. F. , D. E. R. S. R. A. G. B. R. J. B. Q. T. A. R. N. M. F. M. C. P. C. A. E. B. and E. M. Pereira, “Cadmium availability and accumulation by lettuce and rice.,” Rev. Bras. Cienc. Solo, vol. 35, no. 2, pp. 645–654, 2011.

[86] T. and N. Y. Ishikuro, “Difference in cadmium accumulation in hulled grains of paddy rice among position in the ear,” Japanese J. Soil Sci. Plant Nutri., vol. 68, no. 6, pp. 629–633, 1997.

99–106, Dec. 2016, 219, vol. pp.

[87] H. Zhu, C. Chen, C. Xu, Q. Zhu, and D. Huang, “Effects of soil acidification and liming on the phytoavailability of cadmium in paddy soils of central subtropical China,” Environmental Pollution, doi: 10.1016/J.ENVPOL.2016.10.043.

[88] FAO/WHO, “Food Additives and Contaminants. Codex Alimentarius Commission.

Joint FAO/WHO Food Standards Program, ALI-NORM 01/12A,” 2001.

[89] D. W. W. R.S. Ayers, Water quality for agriculture. FAO IRRIGATION AND

DRAINAGE PAPER, 1994.

[90] FAO/WHO, General standard for contaminants and toxins in food and feed - CXS 193-

1995. Codex alimentarius - International food standard, 2019.

[91] M.-H. P. M.-P. L. Keng-Wen L, “Levels of heavy metal cadmium in rice (Oryza sativa L.) produced in Taiwan and probabilistic risk assessment for the Taiwanese population,” Environmental Science and Pollution Research, vol. 28, pp. 28381–28390, Feb. 2021. [92] Ministry of Natural Resources and Environment - Thailand, Notification of the National Environmental Board, No. 8, B.E. 2537 (1994), issued under the Enhancement and Conservation of National Environmental Quality Act B.E.2535 (1992). Thailand: http://water.rid.go.th/hwm/swq/sediment/sedpdf/3sedwork.pdf, 1994.

[93] Office of the secretary, Food Safety Measures for Rice - Philippines. Republic of the

Philippines: Department of Agriculture, 2020.

[94] F. D. M. L. D. M. Z. Y N Huang, “Environmental and human health risks from metal exposures nearby a Pb-Zn-Ag mine,” Science of The Total Environment , vol. 698, no. 134326, Sep. 2019.

[95] National Environmental Protection Agency, Irrigation Water Quality Standard of the People’s Republic of China. China: https://faolex.fao.org/docs/pdf/chn25125.pdf, 1992. [96] FAS Beijing Staff, “China Notifies Draft Standard for Maximum Levels of

Contaminates in Foods - SPS 1150,” China - Peoples Republic of, Jun. 2020.

[97] G. M. A. Bermudez, R. Jasan, R. Plá, and M. L. Pignata, “Heavy metals and trace elements in atmospheric fall-out: Their relationship with topsoil and wheat element composition,” J Hazard Mater, vol. 213–214, pp. 447–456, Apr. 2012, doi: 10.1016/J.JHAZMAT.2012.02.023.

128

[98] X. Yuan, N. Xue, and Z. Han, “A meta-analysis of heavy metals pollution in farmland and urban soils in China over the past 20 years,” Journal of Environmental Sciences (China), vol. 101. 2021. doi: 10.1016/j.jes.2020.08.013.

[99] K. Loska, D. Wiechulła, and I. Korus, “Metal contamination of farming soils affected

by industry,” Environ Int, vol. 30, no. 2, 2004, doi: 10.1016/S0160-4120(03)00157-0.

[100] M. A. Rzętała, “Cadmium contamination of sediments in the water reservoirs in Silesian Upland (southern Poland),” J Soils Sediments, vol. 16, no. 10, 2016, doi: 10.1007/s11368-016-1477-3.

[101] Bộ Tài nguyên và Môi trường, “Báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2016-

2020,” 2021.

[102] Hà Mạnh Thắng, “Nghiên cứu cadimi trong một số nhóm đất ở Việt Nam và tích lũy cadimi trong rau ăn lá,” Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Hà Nội, 2019. [103] Phạm Quang Hà, Nghiên cứu xây dựng chất lượng nền đất xám Việt Nam. Hà Nội, 2004. [104] H. T. N. Đ. T. H. P. H. T. N. T. T. Hà Mạnh Thắng, “Kết quả nghiên cứu hàm lượng Cd trong đất tại một số vùng nguy cơ ô nhiễm do chất thải đô thị và công nghiệp,” Khoa học và công nghệ nông nghiệp Việt Nam, vol. 3, no. 15, pp. 14–19, 2011.

[105] T. H. Nguyen, H. N. T. Hoang, N. Q. Bien, L. H. Tuyen, and K. W. Kim, “Contamination of heavy metals in paddy soil in the vicinity of Nui Phao multi-metal mine, North Vietnam,” Environ Geochem Health, vol. 42, no. 12, 2020, doi: 10.1007/s10653-020-00611-5.

[106] T. A. T. T. M. T. Trần Thi Minh Thu, “Đánh giá thực trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất nông nghiệp tỉnh Bắc Ninh,” Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam, vol. 8, no. 93, pp. 102–108, Aug. 2018.

[107] Y. Z. C. W. B. S. J. C. Wenzhong Tang, “Heavy metal contamination of overlying waters and bed sediments of Haihe Basin in China,” Ecotoxicol Environ Saf, vol. 98, pp. 317–323, 2013.

[108] Q. Zhou et al., “Total concentrations and sources of heavy metal pollution in global river and lake water bodies from 1972 to 2017,” Glob Ecol Conserv, vol. 22, 2020, doi: 10.1016/j.gecco.2020.e00925.

[109] T. T. H. Nguyen et al., “Assessment of heavy metal pollution in Red River surface sediments, Vietnam,” Mar Pollut Bull, vol. 113, no. 1–2, pp. 513–519, Dec. 2016, doi: 10.1016/J.MARPOLBUL.2016.08.030.

[110] L. T. P. Q. N. T. M. H. V. D. A. D. T. T. H. T. C. T. T. B. N. Nguyễn Thị Bích Ngọc, “Bước đầu xác định hàm lượng một số kim loại nặng trong môi trường nước sông Hồng,” Vietnam J Sci Technol, vol. 53, no. 1, 2015.

[111] N. T. T. Nguyen and I. V. Volkova, “Assessment of heavy metal pollution in water and sediments in the red river delta (Vietnam),” in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018. doi: 10.1088/1757-899X/451/1/012203.

129

[112] B. T. P. L. Đ. T. Đ. Mai Văn Trịnh, “Thực trạng sử dụng nước sông Nhuệ cho sản xuất nông nghiệp,” Tạp chí Khoa học và Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam, vol. 3, no. 24, 2011.

[113] Nguyen Thi Lan Huong, “Concentration of Cd, Cr, Ni in the water and soil on the Nhue river system,” Tap chi Khoa hoc Thuy Loi va Moi truong, vol. 59, pp. 26–31, Dec. 2017. [114] X.-Y. C. N. Z. H.-G. H. Q. Y. L.-L. H. X. S. & Z.-N. C. Shen Ke, “Cadmium contamination of rice from various polluted areas of China and its potential risks to human health,” Environmental Monitoring and Assessment , vol. 408, Jun. 2015. [115] MHPRC, “China National Food Safety Standard: Maximum Limit of Contaminants in

Food (GB 2762–2012),” 2012.

[116] X. Y. P. W. Z. W. M. L. F.-J. Z. Hongping Chen, “Dietary cadmium intake from rice and vegetables and potential health risk: A case study in Xiangtan, southern China,” Science of The Total Environment, vol. 639, pp. 271–277, Oct. 2018.

[117] X.-F. H. X.-H. W. Y. S. Y. J. X.-J. Y. Yan Du 1, “Affects of mining activities on Cd pollution to the paddy soils and rice grain in Hunan province, Central South China,” Environment Mornitor Assess, vol. 185, no. 12, Dec. 2013.

[118] M. L. G. S. Q. H. Y. L. C. D. A. A. M. and Y.-G. Z. Paul N. Williams, “Occurrence and Partitioning of Cadmium, Arsenic and Lead in Mine Impacted Paddy Rice: Hunan, China,” Environ Sci Technol, vol. 43, no. 3, pp. 637–642, Jan. 2009.

[119] P. Wang, H. Chen, P. M. Kopittke, and F. J. Zhao, “Cadmium contamination in agricultural soils of China and the impact on food safety,” Environmental Pollution, vol. 249, pp. 1038–1048, Jun. 2019, doi: 10.1016/J.ENVPOL.2019.03.063.

[120] A. Chamannejadian, G. Sayyad, A. Moezzi, and A. Jahangiri, “Evaluation of estimated daily intake (EDI) of cadmium and lead for rice (Oryza sativa L.) in calcareous soils,” Iranian J Environ Health Sci Eng, vol. 10, no. 28, 2013, doi: 10.1186/1735-2746-10- 28.

[121] P. Suwatvitayakorn, M. S. Ko, K. W. Kim, and P. Chanpiwat, “Human health risk assessment of cadmium exposure through rice consumption in cadmium-contaminated areas of the Mae Tao sub-district, Tak, Thailand,” Environ Geochem Health, vol. 42, no. 8, 2020, doi: 10.1007/s10653-019-00410-7.

[122] M. C. C. M. P. N. W. A. J. S.-P. E. A. T. F. I. P. K. Campbell. . . Zhengyu Shi, “Rice Grain Cadmium Concentrations in the Global Supply-Chain,” Expo Health, vol. 12, pp. 869–876, Mar. 2020.

[123] A. T. K. Bui, L. T. Duong, and M. N. Nguyen, “Accumulation of copper and cadmium in soil–rice systems in terrace and lowland paddies of the Red River basin, Vietnam: the possible regulatory role of silicon,” Environ Geochem Health, vol. 42, no. 11, 2020, doi: 10.1007/s10653-020-00626-y.

[124] D. B. Chu, H. T. Duong, M. T. Nguyet Luu, H. A. Vu-Thi, B. T. Ly, and V. D. Loi, “Arsenic and Heavy Metals in Vietnamese Rice: Assessment of Human Exposure to

130

These Elements through Rice Consumption,” J Anal Methods Chem, vol. 2021, 2021, doi: 10.1155/2021/6661955.

[125] H. T. Trang, N. Đ. Luyện, and N. V. Tứ, “Xác định hàm lượng Chì và Cadimi trong một số loại gạo tiêu thụ ở thành phố Huế bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử,” Hue, Vietnam, Nov. 2019, pp. 319–326.

[126] T. Le Thanh, K.-W. Kim, D. Quoc Nguyen, and H. Thi Thuy Ngo, “Trace element contamination in rice and its potential health risks to consumers in North-Central Vietnam,” 2022, doi: 10.21203/rs.3.rs-1219635/v1.

[127] Văn Nam Thai, “Nghiên cứu hàm lượng một số kim loại nặng (As, Cd, Pb) trong gạo trên địa bàn tỉnh Tiền Giang và ảnh hưởng của chúng đến sức khỏe người tiêu dùng,” Journal of Agriculture & Rural Development, Sep. 2013.

[128] H. R. T. P. B. S. Thuy Phuong Nguyen, “Transfer of elements from paddy soils into different parts of rice plants (Oryza sativa L.) and the resulting health risks for the Vietnamese population,” Journal of Vietnamese Environment, vol. 12, no. 2, 2020. [129] Pilon-Smits EAH, “Phytoremediation,” Annu Rev Plant Biol, vol. 56, pp. 15–39, 2005. [130] Schmidt U, “Enhancing phytoremediation: the effect of chemical soil manipulation on mobility, plant accumulation, and leaching of heavy metals,” Schmidt U, vol. 32, pp. 1939–1954, 2003.

[131] X. L. Z. J. L. H. Tang S, “Response to elevated CO2 of Indian mustard and sunflower growing on copper contaminated soil,” Bull Environ Contam Toxicol , vol. 71, pp. 988– 997, 2003.

[132] C. A. G. K. U. P. B. L. Sundaramoorthy P, “Chromium stress in paddy: (i) nutrient status of paddy under chromium stress; (ii) phytoremediation of chromium by aquatic and terrestrial weeds,” Sundaramoorthy P, Chidambarm A, Ganesh KS, Unnikannan P, Baskaran L, vol. 333, pp. 597–607, 2010.

[133] K. K. T. C. Z. W. C. Y. K. E. Ma LQ, “A fern that hyperaccumulates arsenic.,” Nature,

vol. 409, pp. 579–579, 2001.

[134] K. L. Milner MJ, “Investigating heavy-metal hyperaccumulation using Thlaspi

caerulescens as a model system,” Ann Bot, vol. 102, pp. 3–13, 2008.

[135] L. E. M. S. Zhao FJ, “Assessing the potential for zinc and cadmium phytoremediation with the hyperaccumulator Thlaspi caerulescens. ,” Plant Soil, vol. 249, pp. 37–43, 2003.

[136] F. M. Jadia CD, “Phytoremediation: the application of vermicompost to remove zinc, cadmium, copper, nickel and lead by sunflower plant.,” Jadia CD, Fulekar MH , vol. 7, no. 5, pp. 547–558, 2008.

[137] R. C. H. M. C. B. Robinson B, “Cadmium adsorption by rhizobacteria: implications for New Zealand pastureland.,” Robinson B, Russell C, Hedley M, Clothier B , vol. 87, pp. 315–321, 2001.

[138] Reniger P, “Concentration of cadmium in aquatic plants and algal mass in flooded rice

culture,” Environ Pollut, vol. 14, pp. 297–302, 1977.

131

[139] S. S. Sarin C, “Removal of cadmium and zinc from soil using immobilized cell of biosurfactant producing bacteria,” Environ Asia, vol. 3, no. 2, pp. 49–53, 2010. [140] M. M. S. N. N. R. Vig K, “Bioavailability and toxicity of cadmium to microorganisms and their activities in soil: a review,” Adv Environ Res, vol. 8, pp. 121–135, 2003. [141] L. T. Jézéque K, “Soil bioaugmentation by free and immobilized bacteria to reduce

potentially phytoavailable cadmium,” Bioresour Technol, vol. 99, pp. 690–698, 2008.

[142] A. A. , H. N. , S. V. I. , D. S. V. , P. G. , B. S. , G. B. R. Belimov, “Cadmium-tolerant plant growth-promoting bacteria associated with the roots of Indian mustard (Brassica juncea L Czern),” Soil Biol. Biochem, vol. 37, pp. 241–250, 2005.

[143] S. S. R. J. Fuloria A, “Effect of Pseudomonas fluorescens on metal phytoextraction from contaminated soil by Brassica juncea,” Chem Ecol, vol. 25, pp. 385–396, 2009. [144] C. L. A. V Dell’Amico E, “Improvement of Brassica napus growth under cadmium stress by cadmium resistant rhizobacteria,” Soil Biol Biochem, vol. 40, pp. 74–84, 2008. [145] S. Y. G. R. Rani A, “Comparative assessment of in situ bioremediation potential of resistant acidophilic Pseudomonas putida 62BN and alkalophilic cadmium Pseudomonas monteilli 97AN strains on soybean,” Int Biodeterior Biodegradation, vol. 63, pp. 62–66, 2009.

[146] A. Sebastian and M. N. V. Prasad, “Cadmium minimization in rice. A review,” Agronomy for Sustainable Development, vol. 34, no. 1. 2014. doi: 10.1007/s13593-013- 0152-y.

[147] S. Bashir, M. Shaaban, S. Mehmood, J. Zhu, Q. Fu, and H. Hu, “Efficiency of C3 and C4 Plant Derived-Biochar for Cd Mobility, Nutrient Cycling and Microbial Biomass in Contaminated Soil,” Bull Environ Contam Toxicol, vol. 100, no. 6, 2018, doi: 10.1007/s00128-018-2332-6.

[148] P. , W. J. , P. Y. , S. B. , W. C. Yuan, “Review of biochar for the management of contaminated soil: preparation, application and prospect,” Science of the Total Environment, vol. 659, pp. 473–490, Apr. 2019.

[149] A. , L. S. S. , R. J. , F. M. , S. H. , S. A. K. , Z. A. R. , A. M. , S. S. M. , O. Y. S. El- Naggar, “Biochar application to low fertility soils: A review of current status, and future prospects(Review),” Geoderma, vol. 337, pp. 536–554, Mar. 2019.

[150] F. , L. M. , L. Y. , C. Y. , X. Y. Zhang, “Effects of arbuscular mycorrhizal fungi, biochar and cadmium on the yield and element uptake of Medicago sativa,” Science of the Total Environment, vol. 655, pp. 1150–1158, Mar. 2019.

[151] Y. , L. Y. , L. S. , L. Z. , T. X. , H. X. , . . . & Z. B. Ding, “Biochar to improve soil

fertility. A review,” Agron Sustain Dev, vol. 36, pp. 1–18, 2016.

[152] M. , V. Z. L. , B. S. , Y. A. , N.-D. A. , C. M. A. , K. K. A. , A. U. , R. M. S. , M. M. A. , H. R. Shaaban, “A concise review of biochar application to agricultural soils to improve soil conditions and fight pollution(Review),” J Environ Manage, vol. 228, pp. 429–440, Dec. 2018.

132

[153] M. , U. A. , U. M. , S. K. H. M. Farooq, “Application of zinc and biochar help to mitigate cadmium stress in bread wheat raised from seeds with high intrinsic zinc,” Chemosphere, vol. 260, Dec. 2020.

[154] J. H. P. X. T. T. B. W.H. Chen, “A state-of-the-art review of biomass torrefaction, densification and applications,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 44, pp. 847–866, Apr. 2015.

[155] X. L. P. C. B. J. X. G. Chen, “Opportunities for phytoremediation and bio-indication of arsenic contaminated water using a submerged aquatic plant: Vallisneria natans L. (lour.) Hara,” Int J Phytoremediation, vol. 17, no. 3, pp. 249–255, 2015.

[156] A. P. , A. C. A. , M. L. C. A. , B. L. Puga, “Biochar application to a contaminated soil reduces the availability and plant uptake of zinc, lead and cadmium,” J Environ Manage, vol. 159, pp. 86–93, Aug. 2015.

[157] X. , L. Y. , Z. G. , W. X. , H. X. , G. Y. , Y. Z. Tan, “Application of biochar for the removal of pollutants from aqueous solutions,” Chemosphere, vol. 125, pp. 70–85, Apr. 2015.

[158] S. A. M. M. R. M. F. Q. Y. S. O. M. H. R. S. R. A. R. N. A. U. Younis, “Biochar enhances the cadmium tolerance in spinach (Spinacia oleracea) through modification of Cd uptake and physiological and biochemical attributes,” Environmental Science and Pollution Research, vol. 23, no. 21, pp. 21385–21394, Nov. 2016.

[159] T. , R. M. , A. S. , A. M. , Z.-R. M. , Q. M. F. , O. Y. S. , M. G. Abbas, “Effect of biochar on alleviation of cadmium toxicity in wheat (Triticum aestivum L.) grown on Cd- contaminated saline soil,” Environ. Sci. Pollut. Res., vol. 25, pp. 25668–25680, 2017.

[160] R. S. , G. H. C. , W. S. C. , J. D. L. Quilliam, “Life in the ‘charosphere’ - Does biochar in agricultural soil provide a significant habitat for microorganisms?,” Soil Biol Biochem, vol. 65, pp. 287–293, Oct. 2013.

[161] K. K. L. W. I. L. M. Uchimiya, “Influence of soil properties on heavy metal sequestration by biochar amendment; 1. Copper sorption isotherms and the release of cations,” Chemosphere, vol. 8, pp. 1431–1437, 2011.

[162] M. I. H. A. H. F. A. Z. E. N. K.C. Uzoma, “Effect of cow manure biochar on maize productivity under sandy soil condition,” Soil Use Manag, vol. 27, no. 2, pp. 205–212, 2011.

[163] de M. A. F. E. B. P. C. F. Madejón E, “Soil amendments reduce trace element solubility in a contaminated soil and allow regrowth of natural vegetation,” Environmental pollution, vol. 139, no. 1, pp. 40–52, 2006.

[164] D. C. Adriano, W. W. Wenzel, J. Vangronsveld, and N. S. Bolan, “Role of assisted in Geoderma, 2004. doi: in environmental cleanup,” remediation

natural 10.1016/j.geoderma.2004.01.003.

[165] M. S. T. M. R. A. C. F. Sauvé S, “olid solution partitioning of Cd, Cu, Ni, Pb, Zn in the organic horizons of a forest soil,” Environ Sci Technol , vol. 37, pp. 5191–5196, 2003.

133

[166] Berg Björn, “Litter decomposition and organic matter turnover in northern forest soils,”

Forest ecology and Management , vol. 133, no. 1–2, pp. 13–22, 2000.

[167] F. X. , K. W. L. , & S. H. M. Han, “Accumulation, redistribution, transport, and bioavailability of heavy metals in waste-amended soils,” Trace Elements in Soil, pp. 161–190, 2001.

[168] C. S. M. H. Lee MH, “Complexation of cadmium (II) with soil fulvic acid,” Bull Kor

Chem Soc, vol. 14, no. 4, pp. 453–457, 1993.

[169] J. K. P. M. K. K. Lalhruaitluanga H, “Lead(II) adsorption from aqueous solutions by raw and activated charcoals of Melocanna baccifera Roxburgh (bamboo)-a comparative study,” J Hazard Mater, vol. 175, no. 1–3, pp. 311–318, 2010.

[170] B. N. Sloan JJ, “Remediation of acid soils by using alkaline biosolids,” JEQ, vol. 24,

pp. 1097–1103, 1995.

[171] H. T. G. C. Moreno JL, “Effects of a cadmium contaminated sewage sludge compost on dynamics of organic matter and microbial activity in an arid soil,” Biol Fert Soils, vol. 28, no. 3, pp. 230–237, 1999.

[172] M. S. Basta NT, “valuation of chemical immobilization treatments for reducing heavy metal transport in a smelter contaminated soil,” Environ Pollut, vol. 127, pp. 73–82, 2004.

[173] L.-T. H. H.-N. A. M.-S. R. Mendoza-Cózatl D, “Sulfur assimilation and glutathione metabolism under cadmium stress in yeast, protists and plants,” FEMS Microbiol Rev, vol. 29, no. 4, pp. 653–671, 2003.

[174] J. R. Lin SH, “Heavy metal removal from water by sorption using surfactant-modified

montmorillonite,” J Hazard Mater , vol. 92, no. 3, pp. 315–326, 2002.

[175] R.-S. J. Su-Hsia L, “Heavy metal removal from water by sorption using surfactant- modified montmorillonite.,” Su-Hsia L, Reuy-Shin J, vol. 92, pp. 315–326, 2002. [176] S. J. M. M. V. J. Knox AS, “Remediation of metal- and radionuclides-contaminated soils by in situ stabilization techniques. In: Iskandar IK (ed) Environmental restoration of metals contaminated soils,” CRC, Boca Raton, pp. 21–60, 2001.

[177] S. , I. Y. , I. M. , K. M. , A. T. , S. T. , . . . & N. H. Ishikawa, “Ion-beam irradiation, gene identification, and marker-assisted breeding in the development of low-cadmium rice,” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 109, no. 47, pp. 19166–19171, 2012.

[178] Y. , T. R. , B. K. , S. H. , S. T. , S. K. , O. K. , Y. M. , I. S. , A. T. Ishimaru, “Characterizing the role of rice NRAMP5 in manganese, iron and cadmium transport,” Sci. Rep., vol. 2, p. 286, 2012.

[179] A. , Y. N. , Y. K. , M. J. F. Sasaki, “Nramp5 Is a major transporter responsible for manganese and cadmium uptake in rice,” Plant Cell, vol. 24, pp. 2155–2167, 2012. [180] H. , I. Y. , A. G. , Y. T. , N. H. , & N. N. K. Shimo, “Low cadmium (LCD), a novel gene related to cadmium tolerance and accumulation in rice,” J Exp Bot, vol. 62, no. 15, pp. 5727–5734, 2011.

134

[181] S. P. A. P. S. K. G. B. R. R. S. Erika Fässler, “Expression of selected genes involved in cadmium detoxification in tobacco plants grown on a sulphur-amended metal- contaminated field,” Environ Exp Bot, vol. 70, no. 2–3, pp. 158–165, Feb. 2011. [182] S. M. , P. L. B. , B. R. A. , A. C. E. , I. M. F. , R. E. P. , B. M. P. Gallego, “Unravelling cadmium toxicity and tolerance in plants: insight into regulatory mechanisms,” Environ. Exp. Bot, vol. 83, pp. 33–46, 2012.

[183] S. Clemens, M. G. Palmgren, and U. Krämer, “A long way ahead: Understanding and engineering plant metal accumulation,” Trends in Plant Science, vol. 7, no. 7. 2002. doi: 10.1016/S1360-1385(02)02295-1.

[184] J. Á. , & W. L. E. Hall, “Transition metal transporters in plants,” J Exp Bot, vol. 54, no.

393, pp. 2601–2613, 2003.

[185] Y. F. , C. D. H. , K. D. S. , & L. B. W. Yan, “Genotypic variation of cadmium accumulation and distribution in rice.,” J Crop Sci Biotechnol, vol. 13, pp. 69–73, 2010. [186] A. , & K. L. V. Papoyan, “Identification of Thlaspi caerulescens genes that may be involved in heavy metal hyperaccumulation and tolerance. Characterization of a novel heavy metal transporting ATPase,” Plant Physiol, vol. 136, no. 3, pp. 3814–3823, 2004. [187] S. , R. J. P. N. Saraswat, “Complexation and detoxification of Zn and Cd in metal accumulating plants.,” Saraswat, S., & Rai, J. P. N, vol. 10, pp. 327–339, 2011. [188] S. S. , M. F. I. D. A. , S. M. , B. J. , & Z. W. Shah, “Effects of cadmium and salinity on growth and photosynthesis parameters of Brassica species,” Pak J Bot, vol. 43, no. 1, pp. 333–340, 2011.

[189] C. S. C. Michael J. Haydon, “Transporters of ligands for essential metal ions in plants,”

New Phytologist Foundation, vol. 174, no. 3, pp. 499–506, Mar. 2007.

[190] J. , M. W. H. , Z. G. P. , W. F. B. , C. Y. Dong, “Root excretion and plant tolerance to cadmium toxicity – a review,” Plant Soil Environ, vol. 2007, pp. 193–200, 2007. [191] H. Y. Yu et al., “The availabilities of arsenic and cadmium in rice paddy fields from a mining area: The role of soil extractable and plant silicon,” Environmental Pollution, vol. 215, pp. 258–265, Aug. 2016, doi: 10.1016/J.ENVPOL.2016.04.008.

770–779, Sep. 2019, 180, Saf, vol. pp.

[192] A. Majumdar et al., “Ultra-structure alteration via enhanced silicon uptake in arsenic stressed rice cultivars under intermittent irrigation practices in Bengal delta basin,” Ecotoxicol Environ doi: 10.1016/J.ECOENV.2019.05.028.

[193] R. M. M. M. A. M. S. S. Y. B. S. D. R. M. N. M. M. S. T. S. Imtiaz M, “Silicon occurrence, uptake, transport and mechanisms of heavy metals, minerals and salinity enhanced tolerance in plants with future prospects: a review,” J Environ Manage, vol. 183, pp. 521–529, 2016.

[194] G. Guerriero, J. F. Hausman, and S. Legay, “Silicon and the plant extracellular matrix,”

Frontiers in Plant Science, vol. 7, no. APR2016. 2016. doi: 10.3389/fpls.2016.00463.

[195] P. Li, A. Song, Z. Li, F. Fan, and Y. Liang, “Silicon ameliorates manganese toxicity by regulating both physiological processes and expression of genes associated with

135

photosynthesis in rice (Oryza sativa L.),” Plant Soil, vol. 397, no. 1–2, 2015, doi: 10.1007/s11104-015-2626-y.

[196] Y. Wang, A. Stass, and W. J. Horst, “Apoplastic binding of aluminum is involved in silicon-induced amelioration of aluminum toxicity in maize.,” Plant Physiol, vol. 136, no. 3, 2004, doi: 10.1104/pp.104.045005.

[197] J. Shim, P. J. Shea, and B. T. Oh, “Stabilization of Heavy Metals in Mining Site Soil with Silica Extracted from Corn Cob,” Water Air Soil Pollut, vol. 225, no. 10, 2014, doi: 10.1007/s11270-014-2152-1.

[198] M. N. Nguyen et al., “Simulation of silicon leaching from flooded rice paddy soils in the Red River Delta, Vietnam,” Chemosphere, vol. 145, pp. 450–456, Feb. 2016, doi: 10.1016/j.chemosphere.2015.11.104.

[199] H. Etesami and B. R. Jeong, “Silicon (Si): Review and future prospects on the action mechanisms in alleviating biotic and abiotic stresses in plants,” Ecotoxicol Environ Saf, vol. 147, pp. 881–896, Jan. 2018, doi: 10.1016/J.ECOENV.2017.09.063.

[200] R. Huang, M. Lan, J. Liu, and M. Gao, “Soil aggregate and organic carbon distribution at dry land soil and paddy soil: the role of different straws returning,” Environmental Science and Pollution Research, vol. 24, no. 36, 2017, doi: 10.1007/s11356-017-0372- 9.

[201] Đỗ Đình Thuận, “Địa chất, địa mạo và tính chất đất vùng Đồng bằng sông Hồng,” Viện

Thổ nhưỡng Nông hoá .

[202] Tổng cục thống kê, Sách niên giám thống kê năm 2020. 2021. [203] Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, “ Kỹ thuật bón phân cho lúa ở đồng bằng sông

Hồng,” https://vaas.vn/kienthuc/Caylua/05/06_ktbonphandbsh.htm.

[204] N. N. Đệ, “Giáo trình cây lúa,” 2008. [205] Tổng cục Thủy Lợi, “Báo cáo giám sát chất lượng nước HTTL Bắc Hưng Hải, Bắc

Đuống, sông Nhuệ phục vụ sản xuất nông nghiệp,” 2020.

[206] M. Rizwan et al., “Cadmium stress in rice: toxic effects, tolerance mechanisms, and management: a critical review,” Environmental Science and Pollution Research, vol. 23, no. 18, 2016, doi: 10.1007/s11356-016-6436-4.

[207] C. L. J. A. C. S. A. C. J. W. R. Z. M. W. M. F. Fasih Ullah Haider, “Cadmium toxicity in plants: Impacts and remediation strategies ,” Ecotoxicol Environ Saf, vol. 211, Jan. 2021.

[208] G. P. Gillman, “A proposed method for the measurement of exchange properties of highly weathered soils,” Australian Journal of Soil Research, vol. 17, no. 1, 1979, doi: 10.1071/SR9790129.

[209] N. Verbruggen, C. Hermans, and H. Schat, “Mechanisms to cope with arsenic or cadmium excess in plants,” Current Opinion in Plant Biology, vol. 12, no. 3. 2009. doi: 10.1016/j.pbi.2009.05.001.

136

[210] H. N. T. Khac Vu Thi, Phuong Dinh Thi Lan, Nga Nguyen Thi Hang, “Cadmium immobilization in the rice - Paddy soil with biochar additive,” Journal of Ecological Engineering, pp. 85–95, 2022, doi: 10.12911/22998993/146331.

[211] H. , D. Z. , Z. L. C. , Y. X. Y. Zhang, “Remediation of soil co-contaminated with pyrene and cadmium by growing maize (Zea mays L.),” Int. J. Environ. Sci. Technol, vol. 6, pp. 249–258, 2009.

[212] Le Van Khoa, “Land - use planning of the upper basin of the Red River Delta International conference on appropriate use of Nguyen - Red Rivers between Vietnam - China,” 2000.

[213] Trần Kông Tấu, Đất Việt Nam. Nhà xuất bản Nông nghiệp, 2000. [214] R. L. Chaney, P. G. Reeves, J. A. Ryan, R. W. Simmons, R. M. Welch, and J. Scott Angle, “An improved understanding of soil Cd risk to humans and low cost methods to phytoextract Cd from contaminated soils to prevent soil Cd risks,” in BioMetals, 2004. doi: 10.1023/B:BIOM.0000045737.85738.cf.

[215] Chiraz Chaffei Haouari, “Response of tomato (Solanum lycopersicon) to cadmium toxicity: Growth, element uptake, chlorophyll content and photosynthesis rate,” African Journal of Plant Science, vol. 6, no. 1, 2012, doi: 10.5897/ajps11.107.

[216] G. T. W. R. Cataldo DA, “Cadmium uptake kinetics in intact soybean plants,” Plant

Physiol, Nov. 1983.

[217] N. Sarwar et al., “Role of mineral nutrition in minimizing cadmium accumulation by

plants,” J Sci Food Agric, vol. 90, no. 6, 2010, doi: 10.1002/jsfa.3916.

[218] A. Khan et al., “Toxic metal interactions affect the bioaccumulation and dietary intake doi: and micro-nutrients,” Chemosphere, 2016, 146, vol.

of macro- 10.1016/j.chemosphere.2015.12.014.

[219] M. A. Bari, M. S. Akther, M. A. Reza, and A. H. Kabir, “Cadmium tolerance is associated with the root-driven coordination of cadmium sequestration, iron regulation, and ROS scavenging in rice,” Plant Physiology and Biochemistry, vol. 136, 2019, doi: 10.1016/j.plaphy.2019.01.007.

[220] A. Khan, S. Khan, M. A. Khan, Z. Qamar, and M. Waqas, “The uptake and bioaccumulation of heavy metals by food plants, their effects on plants nutrients, and associated health risk: a review,” Environmental Science and Pollution Research, vol. 22, no. 18, 2015, doi: 10.1007/s11356-015-4881-0.

[221] C. Mediouni, O. Benzarti, B. Tray, M. H. Ghorbel, and F. Jemal, “Cadmium and copper toxicity for tomato seedlings,” Agron Sustain Dev, vol. 26, no. 4, 2006, doi: 10.1051/agro:2006008.

[222] N. T. Sarvajeet Singh Gill, “Cadmium stress tolerance in crop plants,” Plant Signal

Behav, vol. 6, no. 2, pp. 215–222, 2011.

[223] A. Vassilev and F. Lidon, “Cd-induced membrane damages and changes in soluble protein and free amino acid contents in young barley plants,” Emir J Food Agric, vol. 23, no. 2, 2011, doi: 10.9755/ejfa.v23i2.6347.

137

in

[224] T. Tóth, O. Zsiros, M. Kis, G. A. A. Garab, and L. Kovács, “Cadmium exerts its toxic effects on photosynthesis via a cascade mechanism the cyanobacterium, Synechocystis PCC 6803,” Plant Cell Environ, vol. 35, no. 12, 2012, doi: 10.1111/j.1365-3040.2012.02537.x.

[225] A. Wahid, A. Ghani, and F. Javed, “Effect of cadmium on photosynthesis, nutrition and growth of mungbean,” Agron Sustain Dev, vol. 28, no. 2, 2008, doi: 10.1051/agro:2008010.

[226] M. N. V. Abin Sebastian ; Prasad, “ Cadmium minimization in rice. a review,” Agron

Sustain Dev, vol. 34, no. 1, pp. 155–173, 2014.

[227] J. W. C. W. L. W. Yongchao Liang, “Silicon-mediated enhancement of cadmium tolerance in maize (Zea mays L.) grown in cadmium contaminated soil,” Chemosphere, vol. 58, no. 4, pp. 475–483, Jan. 2005.

[228] G.-X. S. Y. R. X.-S. L. Y.-G. Z. G. Li, “Urban soil and human health: a review,” Eur J

Soil Sci, vol. 69, no. 1, pp. 196–215, 2018.

[229] W. Z. Wu, X. H. Zhan, and L. X. Zhou, “Effect of dissolved organic matter on phenanthrene sorption-desorption in soil system,” Huanjing Kexue/Environmental Science, vol. 28, no. 2, 2007.

[230] T. Chen and Z. Chen, “Cadmium adsorption in soil influenced by dissolved organic matter derived from rice straw and sediment,” Chinese Journal of Applied Ecology, vol. 13, no. 2, 2002.

138

PHỤ LỤC

1. Hình ảnh khu vực nghiên cứu:

Hình 1. Khu vực thí nghiệm

2. Hình ảnh thí nghiệm đánh giá sự tích luỹ Cd trong lúa gạo:

2.1 Thí nghiệm nhà lưới

Hình 2 Nhà lưới Hình 3. Chuẩn bị đất trồng

139

Hình 4. Cấy lúa Hình 5. Lúa bắt đầu đẻ nhánh

Hình 6. Lúa đẻ nhánh Hình 7. Thu mẫu GĐ1

Hình 7. Thu mẫu GĐ2 Hình 8. Lúa chín

140

Hình 9. Thu mẫu thời kỳ thu hoạch Hình 10. Sấy mẫu ở PTN

Hình 11. Đo chỉ số sinh trưởng Hình 12. Kiểm tra TN

2.2 Thí nghiệm đồng ruộng

Hình 13. Khu đồng ruộng Hình 14. Lúa đẻ nhánh

141

Hình 15. Thu mẫu GĐ1 Hình 16. Hình ảnh mẫu thu

Hình 17. Lúa GĐ2 Hình 18. Thu mẫu về PTN

142

3. Thí nghiệm đánh giá khả năng giảm thiểu Cd trong lúa gạo của rơm rạ và than

hoạt tính vỏ trấu

Hình 19. Chuẩn bị rơm rạ Hình 20. Nghiền rơm rạ - vật liệu trộn

Hình 21. Cây lúa ( sau 7 ngày) Hình 22. Lúa đẻ nhánh

Hình 23. Lúa thời kỳ làm đòng Hình 24. Lúa thời kỳ chín

143

4. Một số hình ảnh trong phòng thí nghiệm

Hình 25. Mẫu hạt Hình 26. Cân khối lượng Cd(NO3)2

Hình 27. Mẫu đất, gạo đã xử lý PTN Hình 28. Nghiền mẫu trong PTN

Hình 29. Phân tích pH đất Hình 30. Phá mẫu đo Cd

144

Hình 31. Khối lượng rễ khô Hình 32. Khối lượng 1000 hạt

145