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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án "Nghiên cứu tích lũy cadimi trong lúa gạo trồng trên đất phù sa đồng bằng sông Hồng" là 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.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt 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 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. 0.16 0.14 Hàm lượng Cd (mg/kg) 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 Hè thu 2019 Đông xuân 2020 Hè thu 2020 Đông xuân 2021 Vụ thí nghiệm 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. 0.16 CF1 CT1 Hàm lượng Cd (mg/kg) - Hè thu 2019 CT2 0.14 CT3 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 5 tuần 9 tuần thu hoạch Thời kỳ lấy mẫu 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. 0.025 CF1 CT1 CT2 0.020 CT3 Hàm lượng Cd (mg/kg) 0.015 0.010 0.005 0.000 5 tuần 9 tuần thu hoạch Thời kỳ lấy mẫu 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: 0.014 0.012 Hàm lượng Cd (mg/kg) 0.010 0.008 0.006 0.004 0.002 0.000 -0.002 CF1 CT1 CT2 CT3 Công thức thí nghiệm 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 Cd trong gạo 0.01 y = 0.0222x + 0.002 R² = 0.8452 0 0 0.2 0.4 0.6 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. 0.16 Rễ Thân 0.14 Hạt 0.12 Hàm lượng Cd (mg/kg) 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 5 tuần 9 tuần thu hoạch Thời kỳ thu mẫu 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]. CF1 120 CT1 CT2 CT3 100 Chiều cao cây (cm) 80 60 40 20 0 1 3 5 7 9 11 13 Tuần sinh trưởng 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%. 16 14 12 10 Số lượng lá 8 6 4 21 ngày 28 ngày 35 ngày 2 42 ngày 49 ngày 56 ngày 63 ngày 0 CF1 CT1 CT2 CT3 Công thức thí nghiệm 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