Luận án Tiến sĩ Môi Trường Đất và Nước: Đánh giá ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật trên ruộng lúa và các sông rạch chính tại tỉnh Hậu Giang

Chia sẻ: Bobietbay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:224

Thêm vào BST

Báo xấu

61
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu biến động dư lượng thuốc bảo vệ môi trường trong nước, trong đất ruộng, trong bùn đáy trên kênh nội đồng, sông rạch nhằm đánh giá ô nhiễm thuốc bảo vệ môi trường giữa các loại hình thủy vực khác nhau và mối liên hệ giữa động vật đáy với thuốc bảo vệ môi trường góp phần bảo vệ môi trường trong sản xuất lúa trên địa bàn tỉnh Hậu Giang.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Môi Trường Đất và Nước: Đánh giá ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật trên ruộng lúa và các sông rạch chính tại tỉnh Hậu Giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ -oOo- NGUYỄN PHAN NHÂN ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT TRÊN RUỘNG LÚA VÀ CÁC SÔNG RẠCH CHÍNH TẠI TỈNH HẬU GIANG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC Mã số: 9 44 03 03 Cần Thơ - 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ -oOo- NGUYỄN PHAN NHÂN ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT TRÊN RUỘNG LÚA VÀ CÁC SÔNG RẠCH CHÍNH TẠI TỈNH HẬU GIANG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC Mã số: 9 44 03 03 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS. TS. BÙI THỊ NGA PGS. TS. PHẠM VĂN TOÀN Cần Thơ - 2018
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án được hoàn thành dựa trên kết quả nghiên cứu của đề tài “Đánh giá dư lượng thuốc bảo vệ thực vật nhóm lân hữu cơ, carbamate và cúc tổng hợp trên các sông, rạch chính tại tỉnh Hậu Giang”, tôi là thành viên tham gia đề tài. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, chưa từng được công bố bởi tác giả khác. Người hướng dẫn khoa học Tác giả luận văn PGS. TS. BÙI THỊ NGA NGUYỄN PHAN NHÂN PGS. TS. PHẠM VĂN TOÀN i
LỜI CẢM ƠN Tôi cảm thấy thật hạnh phúc và may mắn khi được thực hiện luận án tiến sĩ dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Bùi Thị Nga và PGS. TS. Phạm Văn Toàn. Lời cảm ơn đầu tiên, tôi xin gửi đến giáo viên hướng dẫn chính – PGS. TS. Bùi Thị Nga, thật sự vinh dự và tự hào khi tôi là học trò của Cô. Cô đã truyền cho tôi lòng nhiệt huyết và thổi lên ngọn lửa đam mê khoa học, khơi dậy ở tôi sự nỗ lực, tự tin, cố gắng không ngừng và không nản lòng trước những khó khăn trong suốt tiến trình thực hiện luận án. Xin cảm ơn Cô đã dành nhiều thời gian, công sức và luôn giúp em có được định hướng đúng đắn trong công việc. Tôi cũng xin gửi lời tri ân đến PGS. TS. Phạm Văn Toàn – Thầy luôn đóng góp cho tôi rất nhiều kinh nghiệm quý báo, không ngại thời gian cùng tôi nghiên cứu những vấn đề mới phát sinh để có kết quả thu nhận tốt nhất. Tôi đặc biệt biết ơn sự giúp đỡ và hỗ trợ của TS. Dương Minh Viễn – Bộ môn Khoa học Đất, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng; Quý Thầy và Cô – Bộ môn Khoa học Môi Trường, Khoa Môi Trường & Tài Nguyên Thiên Nhiên đã giúp tôi có thể hoàn thành tốt nội dung nghiên cứu. Tiến trình hơn 3 năm thực hiện các nghiên cứu trong luận án, tôi đã luôn được sự đồng hành và hỗ trợ của các bạn sinh viên đại học khóa 36 chuyên ngành Khoa học Môi trường; các bạn học viên cao học từ khóa 18 đến khóa 20 chuyên ngành Khoa học Môi trường. Các bạn đã không ngại khó khăn, thời gian để cùng tôi thực hiện các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và ngoài đồng. Xin chân thành cảm ơn Bộ Giáo dục và Đào tạo, Ban Giám hiệu Trường Đại học Cần thơ, Phòng Quản lý Khoa học, Khoa Sau Đại học, Khoa Môi trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng đã luôn tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong việc thực hiện đề tài nghiên cứu. Tôi cũng xin được gởi lời cảm ơn đến Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Hậu Giang đã tài trợ kinh phí và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn đến gia đình với tất cả tình yêu thương và khuyến khích, ủng hộ đã dành cho tôi trong chặn đường cam go để hoàn thành luận án nghiên cứu; đặc biệt là ba mẹ tôi. Chân thành cám ơn. Cần thơ, ngày tháng năm 2018 Nghiên cứu sinh thực hiện Nguyễn Phan Nhân ii
TÓM LƯỢC Tỉnh Hậu Giang có thế mạnh về nông nghiệp với mô hình canh tác lúa 3 vụ.năm-1 và 2 vụ.năm-1 đã tạo điều kiện cho sâu bệnh phát triển và thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) được sử dụng với liều lượng và số lần phun thuốc cao hơn khuyến cáo. Nghiên cứu được thực hiện từ năm 2011 đến năm 2016 với mục tiêu là nghiên cứu biến động dư lượng thuốc BVTV trong nước, trong đất ruộng, trong bùn đáy kênh nội đồng, sông rạch nhằm đánh giá ô nhiễm thuốc BVTV giữa các loại hình thủy vực khác nhau và mối liên hệ giữa ĐVĐ với thuốc BVTV. Khảo sát thực trạng sử dụng thuốc BVTV tại khu vực nghiên cứu có 97 tên thương mại thuộc 64 hoạt chất và 32 nhóm thuốc được sử dụng; trong đó, 5 hoạt chất được sử dụng phổ biến là propiconazole (nhóm triazole), quinalphos (lân hữu cơ), fipronil (phenylpyrazole), cypermethrin (cúc tổng hợp) và fenobucarb (carbamate). Lượng thuốc BVTV được sử dụng ở khu vực lúa 3 vụ/năm là 3,88 Kg.ha-1 cao hơn so với ở khu vực lúa 2 vụ/năm là 2,58 Kg.ha-1 tương ứng. Kết quả đã cho thấy dư lượng thuốc BVTV trong nước trên các ruộng lúa 3 vụ.năm-1 cao hơn so với trên các ruộng lúa 2 vụ.năm-1. Trung bình dư lượng của các hoạt chất nghiên cứu trong nước giảm từ ruộng lúa ra kênh nội đồng ra sông rạch có giá trị dao động lần lượt là 0,06 – 4,55 µg.L-1; 0,02 – 1,6 µg.L-1 và 0,02 – 0,42 µg.L-1. Quinalphos và fenobucarb được tìm thấy trong nước đã tăng từ vụ lúa Đông – Xuân đến vụ Hè – Thu và Thu – Đông với giá trị dao động lần lượt là 0,02 – 0,12 µg.L-1; 0,08 – 0,26 µg.L-1 và 0,16 – 0,47 µg.L-1; một số điểm thu mẫu trên ruộng lúa và kênh nội đồng, quinalphos đã vượt ngưỡng gây độc cấp tính đối với ĐVĐ (EC50 = 0,6 µg.L-1). Trên các sông, rạch khảo sát (ngoại trừ rạch Mái Dầm), dư lượng thuốc BVTV trong nước đã vượt quy chuẩn Châu Âu về chất lượng nước uống (0,1 µg.L -1); không phát hiện cypermethrin trong nước. Dư lượng thuốc BVTV trong đất ruộng lúa dao động 6,78 – 179,34 µg.Kg-1 và trên kênh nội đồng là 5,38 – 145,23 µg.Kg-1 cao hơn so với trên sông, rạch là 4,59 – 86,18 µg.Kg-1. Thành phần loài động vật đáy (ĐVĐ) thấp nhất trên ruộng lúa là 15 loài, trên kênh nội đồng là 32 loài và trên sông rạch là 43 loài. Chỉ số SPEARpesticides trên kênh nội đồng có giá trị là 8,34 thấp hơn so với trên sông rạch là 25,31. Các thuỷ vực kênh nội đồng có số lượng ĐVĐ không bị rủi ro với thuốc BVTV là 12 họ cao hơn so với số lượng ĐVĐ bị rủi ro với thuốc là 4 họ; thuỷ vực sông rạch bị ảnh hưởng bởi thuốc BVTV có số lượng ĐVĐ bị rủi ro và số lượng ĐVĐ iii
không bị rủi ro với thuốc chênh lệch không đáng kể lần lượt là 8 họ và 9 họ. Chỉ số SPEARpesticides tương quan nghịch với dư lượng thuốc BVTV với hệ số tương quan là R = -0,68 (p < 0,01). Các chỉ tiêu lý – hóa nước, đất và bùn đáy gồm nhiệt độ, DO (nồng độ oxy hoà tan), pH, EC, hàm lượng chất hữu cơ và sa cấu đất khác biệt không có ý nghĩa thống kê giữa các loại hình thuỷ vực. Nghiên cứu sự lan truyền của thuốc bảo vệ thực vật trên các loại hình thuỷ vực bị ảnh hưởng bởi canh tác lúa cần thiết được thực hiện. Từ khóa: bùn đáy, dư lượng thuốc BVTV, đất ruộng lúa, động vật đáy, kênh nội đồng. iv
SUMMARY Hau Giang has been an agriculture-based province with two patterns consist of triple- and double rice crop per year which cause pest outbreaks and pesticide use with dose and application frequency exceeding the recommendation instructed on pesticide container labels. The study was carried out from 2011 to 2016 to investigate changes in residue of pesticides in surface water, soil and sediment in rice fields, irrigation canals and rivers to assess pesticide contamination in water bodies surveyed; relationship between richness and abundance of benthic-invertebrates and the pesticide residues. The status of pesticide used at Hau Giang showed that 97 pesticide trade names corresponding to 64 active ingredients (a.i) from 32 chemical groups were used, of which the five most commonly used active ingredients were propiconazole (triazole), quinalphos (organophosphate), fipronil (phenylpyrazole), cypermethrin (pyrethroid) and fenobucarb (carbamate). The amount of pesticides used per crop in the triple-crop pattern occupying of 3.88 Kg.ha-1 were higher than that in the double-crop pattern with 2.58 Kg.ha-1. The results illustrated that the residue of pesticides in water were higher in the triple-rice farming fields than in the double-rice farming fields. The mean concentration of the active ingredients surveyed in water decreased from the fields to the canals and the rivers, ranging from 0.06 to 4.55 µg.L-1, from 0.02 to 1.6 µg.L-1 and from 0.02 to 0.42 µg.L-1 respectively. The residues of quinalphos and fenobucarb in water increased from winter-spring to summer-autumn and autumn-winter with value of 0.02 – 0.12 µg.L-1; 0.08 – 0.26 µg.L-1 and 0.16 – 0.47 µg.L-1 respectively. In the fields and the canals, a number of water samples contaminated quinalphos exceeding median effective concentration for benthic- invertebrates (EC50 = 0.6 µg.L-1). The pesticide residues in the rivers surveyed (excepted Mai Dam river) were higher than maximum concentration level for drinking water regulated by the Europe committee (0.1 µg.L-1). Cypermethrin was not detected in all surface water samples. The mean contents of pesticides ranging from 6.78 to 179.34 µg.Kg-1 in the field-soils and from 5.38 to 145.23 µg.Kg-1 in the canal-sediments were higher than in the river-sediments with value of 4.59 – 86.18 µg.Kg-1. The richness of benthic-invertebrates with 15 species was less abundant in the fields than in the canals with 32 species and in the rivers with 43 species. The pesticide-specific SPEARpesticides bio-index with value of 8.34 was lower in the canals than in the rivers with value of 25.31. The number of families “not at risk” in the canals studied were more abundant than the number of families “at risk” occupying of 12 and 4 families respectively, v
whereas in the rivers the number of families “at risk” and “not at risk” with 8 and 9 families respectively were insignificantly different. The family-level SPEARpesticides was negatively correlated with the pesticide residues with correlation coefficient of R = -0.68 (p < 0.01). The physico-chemical variables of surface water, soil and sediment including temperature, dissolved oxygen (DO), pH, electrical conductivity (EC), organic matters and soil texture were not significantly different in the water bodies surveyed. Study on application of the models of pesticide transportation in assessment of water pollution in the agricultural streams needs to be conducted. Keywords: benthic-invertebrates, field-paddy soils, irrigation canals, pesticide residues, sediment. vi
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................... ii TÓM LƯỢC ................................................................................................ iii SUMMARY ................................................................................................... v MỤC LỤC ...................................................................................................vii DANH SÁCH BẢNG..................................................................................... x DANH SÁCH HÌNH ...................................................................................xii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT............................. xiv CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ............................................................................ 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................... 1 1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ....................................................... 2 1.2.1 Mục tiêu tổng quát ....................................................................... 2 1.2.2 Mục tiêu cụ thể ............................................................................ 3 1.2.3 Nội dung nghiên cứu .................................................................... 3 1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu ....................................................... 3 1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................... 3 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................ 4 2.1 Tổng quan về thuốc bảo vệ thực vật .................................................. 4 2.1.1 Khái niệm ..................................................................................... 4 2.1.2 Phân loại thuốc bảo vệ thực vật .................................................... 4 2.1.3 Con đường xâm nhiễm của thuốc BVTV đến môi trường ............. 5 2.2 Tổng quan về các hoạt chất nghiên cứu ............................................. 7 2.2.1 Thông tin chung và ứng dụng của các hoạt chất nghiên cứu trong nông nghiệp..................................................................................................... 7 2.2.2 Đặc tính lý-hoá của các hoạt chất nghiên cứu ............................... 8 2.2.3 Độc tính của các hoạt chất nghiên cứu đến động vật sống trong nước .............................................................................................................. 12 2.2.4 Thuốc bảo vệ thực vật và con người ........................................... 14 2.3 Một số yếu tố môi trường ảnh hưởng sự phân huỷ thuốc BVTV ........ 15 2.3.1 Yếu tố lý – hóa đất ..................................................................... 15 2.3.2 Yếu tố lý – hóa nước .................................................................. 16 2.4 Một số nghiên cứu liên quan đến dư lượng thuốc BVTV trong môi trường nước, đất và bùn đáy ...................................................................... 17 vii
2.5 Tổng quan về động vật đáy............................................................... 28 2.5.1 Khái niệm .................................................................................. 28 2.5.2 Đặc điểm sinh học của động vật đáy .......................................... 28 2.5.3 Vai trò của động vật đáy ............................................................ 29 2.6 Ảnh hưởng của thuốc BVTV lên thành phần loài và số cá thể ĐVĐ ..... 30 2.7 Giới thiệu chỉ số đa dạng (Shannon-Wiener) ................................... 33 2.8 Tổng quan về chỉ số SPEARpesticide .................................................... 33 2.9 Khái quát tỉnh Hậu Giang ................................................................ 34 2.9.1 Vị trí địa lý và phân bố dân số .................................................... 34 2.9.2 Sản xuất nông nghiệp ................................................................. 35 2.9.3 Tình hình sản xuất lúa của huyện Long Mỹ, Vị Thuỷ và Phụng Hiệp .............................................................................................................. 36 2.9.4 Tình hình kinh tế và xã hội thị trấn Mái Dầm ............................. 37 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...... 38 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ..................................................... 38 3.1.1 Thời gian nghiên cứu .................................................................. 38 3.1.2 Địa điểm nghiên cứu................................................................... 38 3.2 Phương tiện nghiên cứu ..................................................................... 40 3.2.1 Vật liệu nghiên cứu .................................................................... 40 3.2.2 Hóa chất phân tích thuốc BVTV ................................................. 40 3.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu .............................................. 41 3.3.1 Nội dung 1: Đánh giá thực trạng sử dụng và quản lý thuốc BVTV ..... 41 3.3.2 Nội dung 2: Thu mẫu và phân tích thuốc BVTV trong nước, trong đất và bùn đáy ............................................................................................... 42 3.3.3 Nội dung 3: Thu mẫu, phân tích động vật đáy (ĐVĐ)................. 48 3.4 Xử lý số liệu ........................................................................................ 50 CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 51 4.1 Thực trạng sử dụng và quản lý thuốc BVTV tại khu vực nghiên cứu ...... 51 4.1.1 Tình hình sử dụng thuốc BVTV tại khu vực nghiên cứu............... 51 4.1.2 Quản lý bao bì chứa thuốc BVTV sau khi sử dụng ....................... 57 4.1.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn loại thuốc BVTV và liều lượng sử dụng ............................................................................................... 58 viii
4.2 Dư lượng các hoạt chất thuốc BVTV trong nước, trong đất và bùn đáy ................................................................................................................ 59 4.2.1 Dư lượng thuốc BVTV trong nước ............................................... 59 4.2.1.1 Dư lượng thuốc BVTV trong nước trên ruộng lúa ................. 59 4.2.1.2 Dư lượng thuốc BVTV trong nước trên kênh nội đồng ......... 63 4.2.1.3 Dư lượng thuốc BVTV trong nước trên sông, rạch ................ 66 4.2.1.4 Biến động dư lượng thuốc BVTV trong nước theo loại hình thuỷ vực ........................................................................................................ 71 4.2.2 Một số yếu tố lý-hóa nước ảnh hưởng dư lượng thuốc BVTV ............. 73 4.2.3 Dư lượng thuốc BVTV trong đất và bùn đáy ................................ 74 4.2.3.1 Dư lượng thuốc BVTV trong đất ruộng lúa ........................... 74 4.2.3.2 Dư lượng thuốc BVTV trong bùn đáy trên kênh nội đồng ..... 79 4.2.3.3 Dư lượng thuốc BVTV trong bùn đáy trên sông, rạch ........... 83 4.2.3.4 Biến động dư lượng thuốc trong đất, bùn đáy theo loại hình thuỷ vực ........................................................................................................ 87 4.2.4 Một số yếu tố lý-hóa đất và bùn đáy ảnh hưởng dư lượng thuốc BVTV ........................................................................................................... 91 4.2.5 Tương quan giữa dư lượng thuốc BVTV trong đất, bùn đáy với dư lượng thuốc BVTV trong nước và với các chỉ tiêu lý-hóa đất, bùn đáy.......... 92 4.3 Thành phần và số lượng cá thể động vật đáy ................................... 93 4.3.1 Thành phần loài ĐVĐ tại khu vực nghiên cứu .............................. 93 4.3.2 Thành phần loài ĐVĐ theo loại hình thủy vực .............................. 95 4.3.3 Số lượng cá thể ĐVĐ (cá thể/m2) theo loại hình thủy vực ............. 96 4.3.4 Chỉ số đa dạng động vật đáy Shannon-Wienner (H’) trên ruộng lúa, kênh nội đồng và sông, rạch ........................................................................ 100 4.3.5 Xác định chỉ số SPEARpesticides phản ánh tình trạng thuỷ vực bị ảnh hưởng bởi thuốc BVTV ............................................................................... 101 4.4 Một số giải pháp quản lý và sử dụng thuốc BVTV bền vững tại Hậu Giang .......................................................................................................... 102 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ................................................. 104 5.1 Kết luận............................................................................................. 104 5.2 Đề xuất .............................................................................................. 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 106 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .................................................................................................. 126 ix
DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.1 Phân loại độ độc thuốc BVTV ở Việt Nam và theo WHO (2009) ..... 5 Bảng 2.2 Khả năng trực di của thuốc BVTV trong môi trường ........................ 7 Bảng 2.3 Đặc tính của các hoạt chất trong nghiên cứu ..................................... 8 Bảng 2.4 Khả năng hấp phụ thuốc BVTV bởi đất dựa vào K oc ...................... 11 Bảng 2.5 Diện tích các loại cây trồng tỉnh Hậu Giang năm 2014 ................... 35 Bảng 2.6 Diện tích lúa tỉnh Hậu Giang phân theo quận, huyện năm 2014 ...... 36 Bảng 2.7 Diện tích và sản lượng lúa huyện Long Mỹ, Vị Thuỷ và Phụng Hiệp năm 2014 ...................................................................................................... 36 Bảng 3.1 Toạ độ các điểm thu mẫu trên ruộng lúa, kênh nội đồng và sông, rạch .. 39 Bảng 3.2 Hoạt chất chuẩn và dung môi sử dụng phân tích thuốc BVTV ........ 40 Bảng 3.3 Thời điểm, nội dung và phương pháp thu mẫu ........................................ 42 Bảng 3.4 Giới hạn phát hiện, định lượng và độ thu hồi các hoạt chất BVTV........ 45 Bảng 3.5 Phương pháp thu và phân tích các chỉ tiêu lý-hóa nước .................. 45 Bảng 3.6 Phương pháp thu và phân tích các chỉ tiêu lý-hóa đất, bùn đáy ....... 48 Bảng 3.7 Tình trạng thuỷ vực bị ảnh hưởng bởi thuốc BVTV........................ 50 Bảng 4.1 Số hoạt chất thuốc BVTV được sử dụng ở khu vực 2 vụ và 3 vụ/năm ..... 51 Bảng 4.2 Phần trăm sử dụng (%) các nhóm thuốc BVTV từ 2011-2014 ........ 52 Bảng 4.3 Lượng thuốc BVTV (Kg/ha) được sử dụng ở khu vực 3 vụ/năm và 2 vụ/năm ....................................................................................................... 57 Bảng 4.4 Quản lý bao bì chứa thuốc BVTV sau khi sử dụng từ năm 2011-2014 .... 57 Bảng 4.5 Một số yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn loại thuốc và liều lượng sử dụng ...... 58 Bảng 4.6 Dư lượng thuốc BVTV (µg/L) trong nước trên ruộng lúa ............... 60 Bảng 4.7 Dư lượng thuốc BVTV (µg/L) trong nước trên kênh nội đồng ........ 63 Bảng 4.8 Dư lượng thuốc BVTV (µg/L) trong nước trên sông, rạch .............. 67 Bảng 4.9 Dư lượng thuốc BVTV (µg/L) trong nước trên sông, rạch tại các vị trí nghiên cứu ................................................................................................ 67 Bảng 4.10 Chỉ tiêu lý-hóa nước tại thủy vực nghiên cứu ............................... 73 Bảng 4.11 Tương quan giữa dư lượng thuốc BVTV trong nước với chỉ tiêu lý-hoá nước ................................................................................................... 74 x
Bảng 4.12 Dư lượng thuốc BVTV (µg/Kg) trong đất ruộng lúa ..................... 74 Bảng 4.13 Dư lượng thuốc BVTV (µg/Kg) trong bùn đáy trên kênh nội đồng... 79 Bảng 4.14 Dư lượng thuốc BVTV (µg/Kg) trong bùn đáy trên sông, rạch ......... 83 Bảng 4.15 Dư lượng thuốc BVTV (µg/Kg) trong bùn đáy trên sông, rạch tại các vị trí nghiên cứu ...................................................................................... 84 Bảng 4.16 Chỉ tiêu lý-hóa đất, bùn đáy tại thủy vực nghiên cứu .................... 91 Bảng 4.17 Tương quan giữa dư lượng thuốc BVTV với chỉ tiêu lý-hóa đất và bùn đáy ......................................................................................................... 92 Bảng 4.18 Số lượng cá thể ĐVĐ (cá thể/m2) ở các thủy vực khảo sát theo thời vụ ...... 97 Bảng 4.19 Chỉ số SPEARpesticides phản ánh tình trạng của kênh nội đồng và sông rạch bị ảnh hưởng bởi thuốc BVTV .................................................... 101 xi
DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Con đường xâm nhiễm của thuốc BVTV đến môi trường ................ 5 Hình 2.2 Cơ cấu sử dụng đất của tỉnh Hậu Giang .......................................... 35 Hình 3.1 Sơ đồ vị trí thu mẫu ........................................................................ 38 Hình 3.2 Sơ đồ các điểm thu mẫu ở mỗi vị trí nghiên cứu ............................. 43 Hình 4.1 Tỷ lệ nhóm thuốc được sử dụng theo WHO (2009) ở 2 vụ/năm và 3 vụ/năm ....................................................................................................... 54 Hình 4.2 Tần suất phun thuốc BVTV ở khu vực lúa 2 vụ/năm và 3 vụ/năm....... 55 Hình 4.3 Phần trăm liều lượng pha thuốc BVTV giữa khu vực 2 vụ/năm và 3 vụ/năm ....................................................................................................... 56 Hình 4.4 Dư lượng thuốc BVTV trong nước trên ruộng lúa 3 vụ/năm và 2 vụ/năm ....................................................................................................... 61 Hình 4.5 Biến động dư lượng thuốc BVTV trong nước trên ruộng lúa theo thời vụ..... 62 Hình 4.6 Dư lượng thuốc BVTV trong nước trên kênh nội đồng ở khu vực lúa 3 vụ/năm và 2 vụ/năm ............................................................................. 65 Hình 4.7 Biến động dư lượng thuốc BVTV trong nước trên kênh nội đồng theo thời vụ ................................................................................................... 66 Hình 4.8 Biến động dư lượng thuốc BVTV trong nước trên sông, rạch theo thời vụ ................................................................................................... 70 Hình 4.9 Biến động dư lượng propiconazole trong nước theo loại hình thủy vực.... 71 Hình 4.10 Biến động dư lượng quinalphos trong nước theo loại hình thủy vực ...... 71 Hình 4.11 Biến động dư lượng fenobucarb trong nước theo loại hình thủy vực ...... 72 Hình 4.12 Biến động dư lượng fipronil trong nước theo loại hình thủy vực............ 72 Hình 4.13 Dư lượng thuốc BVTV trong đất ruộng lúa 3 vụ/năm và 2 vụ/năm ........ 77 Hình 4.14 Biến động dư lượng thuốc BVTV trong đất ruộng lúa theo thời vụ ........ 78 Hình 4.15 Dư lượng thuốc BVTV trong bùn đáy trên kênh nội đồng ở khu vực lúa 3 vụ/năm và 2 vụ/năm ............................................................................. 81 Hình 4.16 Biến động dư lượng thuốc BVTV trong bùn đáy trên kênh nội đồng theo thời vụ ................................................................................................... 82 xii
Hình 4.17 Biến động dư lượng thuốc BVTV trong bùn đáy trên sông, rạch theo thời vụ ................................................................................................... 86 Hình 4.18 Biến động dư lượng propiconazole trong đất, bùn đáy theo loại hình thủy vực ........................................................................................................ 87 Hình 4.19 Biến động dư lượng cypermethrin trong đất, bùn đáy theo loại hình thủy vực ........................................................................................................ 88 Hình 4.20 Biến động dư lượng fenobucarb trong đất, bùn đáy theo loại hình thủy vực ........................................................................................................ 88 Hình 4.21 Biến động dư lượng quinalphos trong đất, bùn đáy theo loại hình thủy vực ........................................................................................................ 89 Hình 4.22 Biến động dư lượng fipronil trong đất, bùn đáy theo loại hình thủy vực ...... 89 Hình 4.23 Thành phần loài ĐVĐ tại khu vực nghiên cứu theo thời vụ ........... 94 Hình 4.24 Thành phần loài ĐVĐ trên các loại hình thủy vực theo thời vụ ..... 96 Hình 4.25 Chỉ số đa dạng động vật đáy trên ruộng lúa, kênh nội đồng và sông, rạch ............................................................................................................. 100 xiii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AChE AchetylCholin Esterase enzyme BVTV Bảo vệ thực vật CHC Chất hữu cơ (%) ĐBSCL Đồng Bằng Sông Cửu Long DO Nồng độ oxy hòa tan trong nước DT50 Thời gian bán phân huỷ ĐVĐ Động vật đáy (benthic macro- and meso-invertebrates) EC Độ dẫn điện et al. và ctv. Cộng tác viên Fungicide thuốc trừ bệnh Herbicide thuốc trừ cỏ HPLC High-Performance Liquid Chromatography Insecticide thuốc trừ sâu Koc Chỉ số hấp phụ (organic carbon adsorption coefficient) Kow Chỉ số nồng độ tan trong octanol/nồng độ tan trong nước KPH Không phát hiện L Lít (đơn vị đo lường thể tích) LC50 Nồng độ gây chết 50% trong 48 giờ LD50 Liều lượng gây chết trung bình LOD Giới hạn phát hiện LOQ Giới hạn định lượng mL Mililít (đơn vị đo lường thể tích) ng/L Nanogram/Liter PPBT Potential for particle bound transport index (Chỉ số lan truyền) QCVN Quy Chuẩn Việt Nam sp./spp. Loài ĐVĐ (species) SPEAR SPEcies At Risk (loài ĐVĐ rủi ro với thuốc BVTV) SPEnotAR SPEcies not At Risk (loài ĐVĐ không rủi ro với thuốc BVTV) TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TSPH Tần suất phát hiện µg/Kg Microgram/Kilogram µg/L Microgram/Liter WHO Tổ chức y tế thế giới (World Health Organization) xiv
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) đã được sử dụng rất phổ biến trong nông nghiệp, trên thế giới đạt 2 triệu tấn/năm; trong đó hơn 1/5 lượng được sử dụng ở các quốc đang phát triển (Abhilash and Singh, 2009; Beketov et al. 2009). Ở Việt Nam, thuốc BVTV được sử dụng tăng từ năm 1991 đến 2004, dao động từ 20.300 tấn đến 48.288 tấn (Pham Van Toan, 2011) và tăng đến 103.500 tấn ở năm 2012 (Tổng cục môi trường, 2013). Nghiên cứu của Blasing (2010) đã chỉ ra rằng dư lượng cao nhất của cypermethrin, propiconazole, fenobucarb và fipronil trong đất ruộng lúa tại Đồng Tháp và Cần Thơ lần lượt là 90,2 µg/Kg, 82,4 µg/Kg, 25,1 µg/Kg và 0,9 µg/Kg; trong bùn đáy trên kênh nội đồng đã có dư lượng propiconazole là 24,4 µg/Kg và fenobucarb là 1,5 µg/Kg. Trong nước trên các ruộng lúa tại Đồng Tháp và Cần Thơ, dư lượng cao nhất của fipronil, fenobucarb, cypermethrin và propiconazole là 5,68 µg/L, 5 µg/L, 4,89 µg/L và 0,43 µg/L tương ứng (Pham Van Toan, 2011). Nghiên cứu Chau et al. (2015) trên các sông, rạch tại Cần Thơ và An Giang đã phát hiện dư lượng propiconazole, fenobucarb, quinalphos, cypermethrin và fipronil trong nước với giá trị cao nhất là 4,76 µg/L; 2,32 µg/L; 1,33 µg/L; 0,77 µg/L và 0,41 µg/L tương ứng. Dư lượng thuốc BVTV trong nước, đất và bùn đáy đã ảnh hưởng đến động vật đáy (Schulz and Liess, 1999; Frank et al. 2000; Castillo et al. 2006), vi sinh vật (DeLorenzo et al. 2001), hệ thực vật (Frankart et al. 2003) và cá (Grande et al. 1994). Động vật đáy (benthic-invertebrate – ĐVĐ) là nhóm sinh vật sống ở nền đáy, có chu kỳ sinh trưởng khá dài, bền vững theo thời gian và luôn phản ánh đúng thay đổi của hệ sinh thái (Barbosal et al. 2001; Đặng Ngọc Thanh và Hồ Thanh Hải, 2007). Động vật đáy được đánh giá là loài bị rủi ro cao đối với chất ô nhiễm, đặc biệt là thuốc BVTV (Friberg et al. 2003; Dabrowski et al. 2005; Schafers et al. 2006). Nhiều nghiên cứu trên sông, rạch chịu ảnh hưởng canh tác nông nghiệp cho thấy dư lượng thuốc BVTV đã làm giảm thành phần loài và số lượng cá thể lớp Insecta và Malacostraca, trong khi số lượng lớp Oligochaeta và Gastropoda gia tăng (Heckmann and Friberg, 2005; Lenwood et al. 2007; Leitao et al. 2007). Trên thế giới, các chỉ số đánh giá ô nhiễm hữu cơ dựa vào động vật đáy đã được nghiên cứu gồm SOMI (the Serra dos Órgãos Multimetric Index) và BMWP (Biological Monitoring Working Party) (Baqtista et al. 2007; Kenney et al. 2009). Để đánh giá thủy vực bị ô nhiễm thuốc BVTV, chỉ số 1
SPEARpesticides (Species At Risk) đã ra đời (Liess and Von der Ohe, 2005; Liess et al. 2008). Ưu điểm của chỉ số này là đánh giá dựa vào sự đáp ứng của sinh vật đối với dư lượng thuốc BVTV, nhưng không phụ thuộc vào các yếu tố vô sinh (pH, nhiệt độ…) (Liess and Von der Ohe, 2005) hay khác nhau về vùng địa lý (Schafers et al. 2007). Chỉ số được phát triển ở mức độ loài SPEARpesticide(sp) và mức độ họ SPEARpesticide(fm); nhưng ở hầu hết các quốc gia đều sử dụng ở mức độ họ bởi vì dễ áp dụng, không đòi hỏi nhiều kỹ năng và nhân lực (Beketov et al. 2009; Schafers et al. 2011). Ở Việt Nam, sử dụng động vật đáy để đánh giá chất lượng môi trường nước đã được thực hiện (Đặng Ngọc Thanh và ctv. 2002). Các chỉ số sinh học dựa trên động vật đáy được sử dụng chủ yếu là chỉ số đa dạng sinh học, BBI (Belgian Biotic Index) và BWMP nhằm đánh giá ô nhiễm hữu cơ trong môi trường nước. Ở vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long, ĐVĐ cũng được sử dụng để đánh giá chất lượng môi trường nước bị ô nhiễm hữu cơ (Phạm Văn Toàn và Lê Hoàng Việt, 2008; Nguyễn Công Thuận và ctv. 2010; Dương Trí Dũng và ctv. 2011). Các nghiên cứu sử dụng ĐVĐ để đánh giá môi trường nước bị ảnh hưởng bởi thuốc BVTV vẫn còn hạn chế. Tỉnh Hậu Giang có thế mạnh về nông nghiệp với diện tích đất trồng lúa chiếm 59,5% trong tổng diện tích đất nông nghiệp của Tỉnh (Niên giám thống kê Hậu Giang, 2015). Mô hình canh tác lúa 3 vụ và 2 vụ mỗi năm đã tạo điều kiện cho sâu bệnh phát triển, do vậy thuốc BVTV được sử dụng với liều lượng cao hơn chỉ dẫn với tần suất phun thuốc phổ biến là 7 – 8 lần/vụ. Khảo sát thực tế tại Hậu Giang cho thấy người dân vẫn còn sử dụng nguồn nước sông, rạch cho sinh hoạt; nếu như trong nước mặt tồn lưu dư lượng thuốc BVTV thì có nguy cơ ảnh hưởng đến sức khoẻ cộng đồng dân cư tại chỗ và lân cận (Gandhi and Snedeker, 1999; Phạm Bích Ngân và Đinh Xuân Thắng, 2006). Từ các vấn đề được đề cập, đề tài “Đánh giá ô nhiễm thuốc bảo vệ thực vật trên ruộng lúa và các sông rạch chính tại tỉnh Hậu Giang” đã được thực hiện. 1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu tổng quát Nghiên cứu biến động dư lượng thuốc BVTV trong nước, trong đất ruộng, trong bùn đáy trên kênh nội đồng, sông rạch nhằm đánh giá ô nhiễm thuốc BVTV giữa các loại hình thủy vực khác nhau và mối liên hệ giữa động vật đáy với thuốc BVTV góp phần bảo vệ môi trường trong sản xuất lúa trên địa bàn tỉnh Hậu Giang. 2
1.2.2 Mục tiêu cụ thể Nghiên cứu dư lượng thuốc BVTV trong nước trên ruộng lúa, kênh nội đồng và sông, rạch nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm giữa các thủy vực bị ảnh hưởng bởi thuốc BVTV. Nghiên cứu dư lượng thuốc BVTV trong đất ruộng lúa và bùn đáy trên kênh nội đồng, các sông, rạch tiếp nhận nhằm đánh giá tương quan giữa thuốc BVTV với động vật đáy và xác định chỉ số SPEARpesticides dựa vào động vật đáy để phản ánh tình trạng của các thuỷ vực có động vật đáy bị rủi ro với thuốc trên địa bàn tỉnh Hậu Giang. 1.2.3 Nội dung nghiên cứu Đánh giá thực trạng sử dụng và quản lý thuốc BVTV ở khu vực lúa 3 vụ/năm và 2 vụ/năm thuộc 3 huyện có diện tích canh tác lúa lớn nhất gồm Long Mỹ, Vị Thủy và Phụng Hiệp là cơ sở xác định vị trí thu mẫu và các hoạt chất thuốc BVTV được sử dụng phổ biến. Đánh giá biến động dư lượng thuốc BVTV trong nước, trong đất ruộng lúa và trong bùn đáy trên kênh nội đồng và sông, rạch tiếp nhận nước từ kênh nội đồng. Đánh giá thành phần loài và số lượng cá thể động vật đáy trên ruộng lúa, kênh nội đồng và sông rạch. Xác định chỉ số SPEARpesticides dựa vào động vật đáy ở mức độ họ để phản ánh tình trạng các thủy vực có động vật đáy bị rủi ro với thuốc BVTV tại địa bàn nghiên cứu. 1.3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu trên ruộng lúa, kênh nội đồng và sông, rạch thuộc khu vực lúa 3 vụ/năm và 2 vụ/năm tại 3 huyện Long Mỹ, Vị Thuỷ và Phụng Hiệp; điểm tham chiếu là rạch Mái Dầm tại thị trấn Mái Dầm, huyện Châu Thành, tỉnh Hậu Giang; đây là khu vực không canh tác lúa. 1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Cung cấp số liệu về dư lượng 5 hoạt chất propiconazole, fipronil, quinalphos, fenobucarb và cypermethrin trong nước mặt, trong đất và bùn đáy từ ruộng lúa ra kênh nội đồng và sông, rạch tiếp nhận là cơ sở đánh giá tình hình ô nhiễm thuốc BVTV trong nước, đất và bùn đáy, phục vụ cho công tác quan trắc dư lượng thuốc trên địa bàn tỉnh Hậu Giang. Phân tích, đánh giá được mối liên hệ giữa dư lượng thuốc BVTV với động vật đáy và tình trạng các loại hình thuỷ vực khác nhau bị ảnh hưởng bởi thuốc dựa vào chỉ số SPEARpesticides. 3
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tổng quan về thuốc bảo vệ thực vật 2.1.1 Khái niệm Theo Trần Văn Hai (2009), thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) là những hợp chất độc gốc tự nhiên hoặc tổng hợp hóa học được dùng để phòng và trừ sinh vật gây hại, bảo vệ năng suất cây trồng. Thuốc BVTV gồm nhiều nhóm khác nhau, gọi theo tên nhóm sinh vật gây hại như thuốc trừ sâu dùng để trừ sâu hại, thuốc trừ bệnh dùng để trừ bệnh cây, thuốc trừ cỏ dùng trừ các loài cỏ dại gây hại cho cây trồng. 2.1.2 Phân loại thuốc bảo vệ thực vật Theo Nguyễn Trần Oánh và ctv. (2007) thuốc BVTV được phân loại dựa vào: a. Đối tượng phòng chống Thuốc trừ sâu (insecticide) là các chất hay hỗn hợp các chất có tác dụng tiêu diệt hoặc xua đuổi các loại côn trùng có mặt trong môi trường, để trừ hoặc ngăn ngừa tác hại của côn trùng đến cây trồng, nông sản, gia súc và con người. Thuốc trừ bệnh (fungicide và bactericide) là các hợp chất có nguồn gốc hóa học (vô cơ và hữu cơ), sinh học (vi sinh vật và các sản phẩm của chúng, nguồn gốc thực vật), có tác dụng ngăn ngừa hay trừ các loài vi sinh vật gây hại cho cây trồng và nông sản (nấm ký sinh, vi khuẩn, xạ khuẩn) bằng cách phun lên bề mặt cây, xử lý giống và xử lý đất. Thuốc trừ bệnh dùng để bảo vệ cây trồng trước khi bị các loài vi sinh vật gây hại tấn công hơn là diệt nguồn bệnh. Thuốc trừ cỏ (herbicide) là các hợp chất được dùng để trừ các loài thực vật cản trở sự sinh trưởng cây trồng có lợi cho con người như các loài thực vật mọc hoang dại trên đồng ruộng và kênh mương. Đây là nhóm thuốc dễ gây hại cho cây trồng; cho nên cần đặc biệt thận trọng khi sử dụng. Ngoài ra, các loại thuốc BVTV khác như trừ chuột, trừ nhện và trừ tuyến trùng… b. Độc tính của thuốc BVTV Theo Nguyễn Trần Oánh và ctv. (2007) đánh giá tác động của thuốc BVTV đến cơ thể sinh vật hay so sánh độ độc của các loại thuốc với nhau thường dùng liều gây chết trung bình (medium lethal dose – LD50) là liều lượng chất độc gây chết 50% cá thể thí nghiệm qua đường miệng hoặc da. Giá trị LD50 càng nhỏ, chứng tỏ chất độc càng mạnh (Bảng 2.1). Ngoài ra, so sánh độ độc của các loại thuốc BVTV có thể dùng chỉ tiêu nồng độ gây chết trung bình (medium lethal concentration – LC50) là nồng độ 4