BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
TRƯƠNG QUỐC TẤT
ĐÁNH GIÁ SỰ LƯU TỒN VÀ PHÂN LẬP VI KHUẨN
CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CHLORPYRIFOS ETHYL
TRÊN BA MÔ HÌNH CANH TÁC:
CHUYÊN LÚA, LÚA - MÀU VÀ CHUYÊN MÀU
Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGÀNH: KHOA HỌC ĐẤT
2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
TRƯƠNG QUỐC TẤT
ĐÁNH GIÁ SỰ LƯU TỒN VÀ PHÂN LẬP VI KHUẨN
CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CHLORPYRIFOS ETHYL
TRÊN BA MÔ HÌNH CANH TÁC:
CHUYÊN LÚA, LÚA - MÀU VÀ CHUYÊN MÀU
Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGÀNH: KHOA HỌC ĐẤT
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Ts. DƯƠNG MINH VIỄN
2018
i
TÓM TẮT
Chlorpyrifos ethyl là thuốc trừ sâu nhóm lân hữu cơ, khả năng hấp phụ
vào đất cao, tan trong nước thấp, có độc tính cao. Chlorpyrifos ethyl được sử
dụng lâu dài trong canh tác nông nghiệp sẽ gây ô nhiễm môi trường đất, nước,
ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Sự tăng cường phân hủy sinh học
chlorpyrifos ethyl lưu tồn trong đất góp phần giảm thiểu ô nhiễm hoạt chất này
trong canh tác nông nghiệp. Do đó, luận án này được thực hiện với các mục
tiêu: một là đánh giá dư lượng chlorpyrifos ethyl trong đất và ảnh hưởng của 3
mô hình canh tác chuyên lúa, lúa – màu, chuyên màu đến sự lưu tồn
chlorpyrifos ethyl trong đất phèn và đất phù sa; hai là đánh giá sự phân hủy
yếm khí chlorpyrifos ethyl bởi quần xã vi khuẩn, sự đa dạng của vi khuẩn khử
-Cl trong đất phèn chuyên canh lúa; ba là tuyển chọn, phân lập vi khuẩn phân
hủy chlorpyrifos ethyl và đánh giá ảnh hưởng của 3 mô hình canh tác chuyên
lúa, lúa - màu và chuyên màu đến sự đa dạng của vi khuẩn hiếu khí phân hủy
chlorpyrifos ethyl trong đất.
Đánh giá dư lượng chlorpyrifos ethyl trong đất phèn và đất phù sa được
thực hiện qua thu mẫu đất ở độ sâu 0 - 20 cm, vào thời điểm sau khi thu
hoạch, trên 3 mô hình canh tác chuyên lúa, lúa - màu và chuyên màu tại tỉnh
Hậu Giang, Vĩnh Long và Tiền Giang. Kết quả nghiên cứu cho thấy dư lượng
chlorpyrifos ethyl cao nhất trong đất phù sa trên mô hình lúa - màu ở vụ màu
với 291 ppb và dư lượng chlorpyrifos ethyl thấp nhất trong đất phù sa chuyên
lúa với 3,51 ppb.
Đánh giá ảnh hưởng của mô hình canh tác lên sự lưu tồn chlorpyrifos
ethyl trong đất, các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện nhà lưới và điều
kiện đồng ruộng. Trong điều kiện nhà lưới, thí nghiệm được thực hiện trên đất
phù sa được thu từ mô hình chuyên lúa để đánh giá ảnh hưởng của sự thay đổi
mô hình canh tác đến sự lưu tồn chlorpyrifos ethyl trong đất. Ở điều kiện đồng
ruộng, thí nghiệm được thực hiện nhằm đánh giá sự thay đổi và không thay
đổi mô hình canh tác ảnh hưởng như thế nào đến sự lưu tồn chlorpyrifos ethyl
trong đất. Hàm lượng chlorpyrifos ethyl được phun theo khuyến cáo và dư
lượng chlorpyrifos ethyl trong đất được xác định vào 4 thời điểm sau phun
chlorpyrifos ethyl. Đánh giá dư lượng chlorpyrifos ethyl trong đất ở điều kiện
đồng ruộng đã cho thấy ở mô hình canh tác thích hợp, sự phân hủy
chlorpyrifos ethyl cao hơn ở đất phù sa và cao nhất trong mô hình lúa-màu.
Khi thay đổi mô hình canh tác, dư lượng chlorpyrifos ethyl trong đất bị ảnh
hưởng bởi mô hình canh tác. Trong đất, dư lượng chlorpyrifos ethyl cao nhất
trong mô hình chuyên lúa và thấp nhất trong mô hình một vụ lúa, hai vụ màu.
Bên cạnh đó, kết quả thí nghiệm trong nhà lưới cũng cho thấy mô hình canh
tác cũng ảnh hưởng đến tốc độ phân hủy chlorpyrifos ethyl trong đất.
Bốn mẫu đất được lấy từ ruộng lúa ở tỉnh Hậu Giang và Tiền Giang đã
được sử dụng để đánh giá sự phân hủy chlorpyrifos ethyl bởi các quần xã vi
khuẩn kị khí. Thí nghiệm được thiết lập trong lọ thủy tinh 50 ml có chứa môi
trường khoáng tối thiểu (30 mL), đất (10 g) và chlorpyrifos ethyl (35 ppm).
Phân tích chlorpyrifos ethyl trong suốt thời gian nuôi ủ cho thấy 4 quần xã vi
ii
khuẩn từ 4 mẫu đất đều có khả năng phân hủy gần như cạn kiệt chlorpyrifos
ethyl. Tốc độ phân hủy chlorpyrifos ethyl đã tăng gấp đôi sau khi mật độ vi
khuẩn được nhân lên trong quá trình ủ. Tốc độ phân hủy chlorpyrifos ethyl
trong thời gian 4 tháng nuôi ủ của hai quần xã vi khuẩn từ đất phù sa cao hơn
so với hai quần xã vi khuẩn từ đất phèn. Tất cả bốn quần xã vi khuẩn đã phân
hủy chlorpyrifos ethyl bằng cách khử -Cl trong hô hấp kị khí. Điều này cho
thấy rằng các vi khuẩn trong nhóm Chloroflexi đã có mặt trong các mẫu đất.
Năm mươi ba mẫu đất từ 3 mô hình canh tác: chuyên lúa, lúa - màu và
chuyên màu được dùng để phân lập vi khuẩn hiếu khí phân hủy chlorpyrifos
ethyl. Trong đó, 38 mẫu đất được thu ở điều kiện đồng ruộng và 15 mẫu đất
được thu ở điều kiện nhà lưới. TSA và môi trường khoáng tối thiểu có bổ sung
chlorpyrifos ethyl như là nguồn carbon duy nhất được sử dụng để nuôi cấy,
tuyển chọn và phân lập vi khuẩn. Kết quả nghiên cứu đã chọn được 7 quần xã
vi khuẩn có khả năng phân huỷ chlorpyrifos. Trong số đó có 4 quần xã vi
khuẩn đã được tuyển chọn từ 4 mẫu đất trên đồng ruộng và 3 quần xã vi khuẩn
được chọn từ 3 mẫu đất ở điều kiện nhà lưới. Ngoài ra, nghiên cứu này còn
phân lập và định danh được 4 dòng vi khuẩn có khả năng phân hủy
chlorpyrifos ethyl.
Tóm lại, nghiên cứu này đã cho thấy rằng có dư lượng chlorpyrifos ethyl
trong đất nông nghiệp và sự hiện diện của vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí có khả
năng phân hủy chlorpyrifos ethyl trong đất canh tác nông nghiệp ở ĐBSCL.
Mặt khác, nghiên cứu còn cho thấy mô hình canh tác đã ảnh hưởng đến sự lưu
tồn của chlorpyrifos ethyl trong đất và cấu trúc của quần xã vi khuẩn có khả
năng phân hủy chlorpyrifos ethyl. Tuy nhiên, cần có những nghiên cứu thêm
về khả năng phân hủy chlorpyrifos ethyl của các quần xã và dòng vi khuẩn
trong đất ở điều kiện nhà lưới và điều kiện đồng ruộng để có thể ứng dụng
chúng vào quá trình xử lí ô nhiễm chlorpyrifos ethyl trong đất canh tác nông
nghiệp.
Từ khóa: đất phèn, đất phù sa, lưu tồn, mô hình canh tác, phân lập, vi khuẩn
phân hủy chlorpyrifos ethyl
iii
SUMMARY
Chlorpyrifos (o,o-diethyl-o-(3,5,6-trichloro-2-pyridyl) phosphorothioate)
is a organophosphate insecticide, which is less soluble in water and can be
highly adsorbed in the soil. Chlorpyrifos is highly toxic; therefore, long term
use of chlorpyrifos in agriculture can result in soil and water pollution and
affect severely public health. Increased biodegradation of chlorpyrifos in soil
can help alleviating chlorpyrifos-induced pollution in cultivation. This thesis is
firstly aimed to evaluate chlorpyrifos-residue in the soil and also examine
effects of three cropping models, including paddy rice, rice-cash crops and
cash crops to the accumulation of chlorpyrifos in alluvial soil and acid sulfate
soil. Secondly, the thesis also assesses the anaerobic digestion of chlorpyrifos
by bacteria community, the diversity of chlorpyrifos-degrading bacteriaat
sulfate soil in paddy rice. Thirdly, isolation of chlorpyrifos- aerobic degrading
bacteria and assessment of effects of the three cropping models to the diversity
of chlorpyrifos- aerobic degrading bacteria in the soil is also examined in the
thesis.
Evaluating the residues of chlorpyrifos in alluvial soil and acid sulfate
soil was done by soil sampling at harvest time and depths 0 - 20 cm from
fields of paddy rice, rice-cash crops and cash crops in Vinh Long, Tien Giang
and Hau Giang provinces. The result showed that chlorpyrifos still remained
in soils after crop harvest with highest at alluvial soil in rice-cash crops (291
ppb) and lowest in paddy rice (3.51 ppb).
To evaluate effects of cropping models to the residues of chlorpyrifos in
soil, experiments were established in the field and greenhouse. In the
greenhouse, alluvial soil collected from paddy rice was used to evaluate
changes of cropping models, which affected the chlorpyrifos residue in soil.
In the field, experiments were to evaluate whether changes and no changes in
cropping models affected the chlorpyrifos residues in soil. Chlorpyrifos was
sprayed at the recommended concentration and chlorpyrifos residues in
soil were measured at 4 time points after chlorpyrifos application. Evaluating
the residues of chlorpyrifos in soil from the field showed that in consistent
cropping models, the decomposition of chlorpyrifos was higher at alluvial soil
and highest in rice - cash crops. When changing cropping models, the residues
of chlorpyrifos in soil were affected by the cropping systems. In soil,
chlorpyrifos residues remained highest in the paddy rice only model and
lowest in one rice - two cash crops models. Besides, the results of experiments
in the greenhouse showed that farming and cropping models also affected the
decomposition rate of chlorpyrifos.
Four soil samples collected from paddy rice fields in Hau Giang and Tien
Giang provinces were used to evaluate the degradation of chlorpyrifos by
anaerobic bacterial communities. The experiment was set up in 50-ml-
microcosms containing minimal mineral salt medium (30 mL), soils (10 g) and
chlorpyrifos (35 ppm). Analysis of chlorpyrifos during incubation time
showed that 4 bacteria communities from 4 soil samples are all able to
