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
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI, NĂM 2023
i
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Nguyễn Thị Hằng Nga
Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Đinh Thị Lan Phương
Phản biện 1: GS.TS Nguyễn Ngọc Minh – Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội
Phản biện 2: PGS.TS Cao Việt Hà – Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Thị Lan Hương – Trường Đại học Thủy Lợi
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án họp tại
...............................................................................................................................
...............................................................................................................................
vào lúc giờ ngày tháng năm 2023.
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc gia
- Thư viện Trường Đại học Thủy lợi ii
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
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]. 1
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 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.
3. 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; 2
- 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.
4. 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.
5. 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:
3
- 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 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. 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.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
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 4
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;
- 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.
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về nguồn gốc, cơ chế tích luỹ và ảnh hưởng của Cd đến lúa gạo
1.2 Tổng quan về ô nhiễm Cd trong đất nông nghiệp, nước tưới và lúa gạo
1.3 Tổng quan các giải pháp xử lý ô nhiễm Cd trong lúa gạo
1.4 Tổng quan về vùng đồng bằng sông Hồng
1.5 Luận giải vấn đề nghiên cứu của luận án
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
2.2 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
5
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 đánh giá hiệu quả của việc dùng vật liệu Si phối trộn để hạn chế
tích lũy Cd 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:
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.
- Kỹ thuật tưới ngập với mức nước ngập mặt ruộng từ 3-5 cm theo qui trình của
6
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.
- 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.
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, 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. 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 ở nhiệt độ 500 – 550 oC.
2.2.5 Phân bón và hóa chất
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),
7
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).
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.
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.
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: 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
8
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.
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.
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.
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,
thời kỳ sinh trưởng sinh thực, thời kỳ chín.
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 phân tích mẫu: theo các phương pháp TCVN.
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, năng suất. Thí nghiệm trên đồng ruộng được theo
dõi thông số chiều cao cây và năng suất sau khi thu hoạch.
9
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 mềm Microsoft Excel version 2019. 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.
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 thu được như sau: 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, cột B1.
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: 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. 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 10
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.
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 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.
Hình 3.2 Hàm lượng Cd trong đất sau thu hoạch trên ruộng
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 11
3.3.1.1 Vụ hè thu năm 2019
- Tích lũy Cd trong rễ
Tại thời điểm 5 tuần tuổi, 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 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.
12
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.
Hình 3.4 Hàm lượng Cd tích luỹ trong thân vụ hè thu năm 2019
- Tích lũy Cd trong gạo
13
Kết quả nghiên cứu hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo thu được như sau:
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.
Mối tương quan giữa hàm lượng Cd trong nước tưới và trong gạo
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. 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.
14
Hè thu 2019
0.02
o ạ g
0.01
y = 0.0222x + 0.002 R² = 0.8452
0
g n o r t
0
0.2
0.4
0.6
d C
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
3.3.1.3 Vụ hè thu năm 2020
3.3.1.4 Vụ đông xuân năm 2021
3.3.2. Kết quả nghiên cứu thí nghiệm đồng ruộng
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: 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.
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.
15
Hàm lượng Cd trong gạo đạt 0,0056±0,0006 mg/kg.
Hình 3.19 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận vụ hè thu năm 2019 3.3.2.2 Vụ đông xuân năm 2020
3.3.2.3 Vụ hè thu năm 2020
3.3.2.4 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
3.3.3.2 Đánh giá sự tích luỹ Cd trong thân
3.3.3.3 Đánh giá sự tích luỹ Cd trong gạo
3.3.3.4 Hàm lượng Cd tích lũy trong các bộ phận của cây
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
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.
16
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% 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 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].
17
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: 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; 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 3.29 Số lượng lá lúa theo thời gian dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd
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
18
nhánh; 20 nhánh; 17 nhánh và 16 nhánh. Sự khác biệt về số nhánh giữa hai
công thức CT2 và CT3 là 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].
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 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
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.
19
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.
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.
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
3.5.2 pH của đất khi phối trộn rơm rạ và than sinh học:
3.5.3 Hàm lượng Si trong đất sau thu hoạch
3.5.2 Giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo bằng rơm rạ
20
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.
3.5.3 Giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo bằng than sinh học vỏ trấu
Kết quả phân tích cho thấy, 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 vụ canh tác. Nguyên nhân
21
giảm Cd trong hạt là do Si đã đi vào cây trồng theo cơ chế hút chất dinh dưỡng.
Hình 3.40 Hàm lượng Cd tích lũy trong gạo tại công thức phối trộn than sinh học
3.5.4 Biện pháp giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo bằng 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 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.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
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
22
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.
+ 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.
23
- 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.
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.
24
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.
25
