Tóm tắt Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu cadimi trong một số nhóm đất ở việt nam và tích luỹ cadimi trong rau ăn lá

Chia sẻ: Co Ti Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án được nghiên cứu với mục tiêu nhằm xác định, đánh giá hàm lượng Cd trong một số nhóm đất chính phục vụ sản xuất nông nghiệp Việt Nam, mối quan hệ của Cd trong đất và Cd tích luỹ trong cây trồng dưới tác động của thâm canh sản xuất nông nghiệp, chất thải công nghiệp, đô thị, làng nghề.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu cadimi trong một số nhóm đất ở việt nam và tích luỹ cadimi trong rau ăn lá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM HÀ MẠNH THẮNG NGHIÊN CỨU CADIMI TRONG MỘT SỐ NHÓM ĐẤT Ở VIỆT NAM VÀ TÍCH LUỸ CADIMI TRONG RAU ĂN LÁ Chuyên ngành: Khoa học đất Mã số: 9 62 01 03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Phạm Quang Hà 2. PGS.TS. Nguyễn Đình Mạnh HÀ NỘI, 2019 1
Công trình được công bố tại: VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Phạm Quang Hà 2. PGS.TS. Nguyễn Đình Mạnh Phản biện 1: Deleted: PGS.TS Nguyễn Xuân Hải Phản biện 2: Phản biện 3: Deleted: TS. Trần Minh Tiến Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện Họp tại Vào hồi......giờ ........ngày........tháng.........năm.......... Có thể tìm hiểu luận án tại: 1. Thư Viện Quốc gia 2. Thư Viện Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam 2
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cadimi (Cd) là một trong những kim loại nặng độc nhất cho môi trường sinh thái đất, cây trồng, sức khoẻ con người và động vật (FAO, 1992). Cd vào đất từ nhiều nguồn khác nhau, thực tế phát triển công nghiệp, đô thị và kể cả thâm canh nông nghiệp đều tiềm ẩn tăng Cd trong môi trường nói chung và môi trường đất nói riêng. Các nghiên cứu về hiện trạng Cd trong đất, mức độ ô nhiễm Cd trong môi trường đất ở Việt Nam chưa thực sự có hệ thống, chưa đủ cơ sở khoa học tin cậy để xác định mức vượt ngưỡng đối với các nhóm đất khác nhau, rất ít số liệu về các quan hệ giữa Cd trong đất và Cd tích lũy trong cây, chưa xác định được nguyên nhân chính gây ô nhiễm Cd trong đất, mức vượt ngưỡng cảnh báo, cũng như tác động của việc tăng Cd trong đất đối với cây trồng và môi trường sinh thái, đặc biệt trong đối tượng cây rau ăn lá là đối tượng rau được con người tiêu thụ trực tiếp. Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần đánh giá hiện trạng ô nhiễm Cd trong đất, giúp tìm ra nguyên nhân gây ô nhiễm Cd, xác định được mối quan hệ giữa hàm lượng Cd trong đất, cây trồng và cây rau nói riêng nhằm cung cấp cơ sở khoa học tin cậy để xây dựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn về Cd trong đất cũng như đề xuất các giải pháp kiểm soát ô nhiễm Cd trong sản xuất nông nghiệp đặc biệt đối với đất trồng rau. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Xác định, đánh giá hàm lượng Cd trong một số nhóm đất chính phục vụ sản xuất nông nghiệp Việt Nam, mối quan hệ của Cd trong đất và Cd tích luỹ trong cây trồng dưới tác động của thâm canh sản xuất nông nghiệp, chất thải công nghiệp, đô thị, làng nghề. - Xác định mức độ ảnh hưởng của các ngưỡng Cd trong đất đến sinh trưởng, năng suất, Cd tích luỹ trong rau ăn lá (cải mơ, rau muống) trên đất phù sa sông Hồng và đất xám bạc màu Việt Nam. 3
3. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học - Đề tài góp phần xác định một cách có hệ thống hiện trạng Formatted: Line spacing: multiple 1,2 li Cd trong một số nhóm đất chính (đất xám, đất phù sa, đất đỏ vàng và đất cát) theo phân loại Việt Nam, cung cấp cơ sở khoa đề xuất các Deleted: Cd trong đất tiêu chuẩn, quy chuẩn quốc gia về sản xuất nông nghiệp. - Chỉ ra được những tác động, áp lực của công nghiệp, chất thải đô thị, đầu tư thâm canh sản xuất nông nghiệp… đến tích luỹ và gây ô nhiễm Cd trong đất sản xuất nông nhiệp, khuyến cáo được những tác động của ô nhiễm Cd trong đất đến chất lượng nông sản, môi trường và sức khoẻ con người, tìm hiểu giải pháp làm giảm quá trình ô nhiễm Cd trong đất trồng trọt. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài Đề tài đã xác định được ảnh hưởng của hàm lượng Cd trong đất đến sinh trưởng, phát triển của cây rau ăn lá (cải mơ, rau muống), tích lũy Cd trong cây trồng trên 02 loại đất chính (đất xám bạc màu, đất phù sa sông Hồng) cung cấp cơ sở cho việc xây dựng, hoàn thiện các tiêu quẩn, quy chuẩn quốc gia về môi trường đất, góp phần xác định vùng sản xuất rau an toàn đặc biệt đối với nhóm đất phù sa và đất bạc màu của Việt Nam. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1. Đối tượng nghiên cứu - Đối tượng đất: Đất phù sa, đất xám, đất đỏ vàng, đất cát. Trong đó lựa chọn đất xám bạc màu và đất phù sa sông Hồng làm đối tượng nghiên cứu về ô nhiễm Cd trong điều kiện thí nghiệm. - Đối tượng cây trồng: lúa, khoai lang, đậu xanh, ớt, rau muống và một số loại rau phổ biến khác. Trong đó lựa chọn cải mơ và rau muống làm đối tượng nghiên cứu về ảnh hưởng của Cd trong đất đến Cd tích luỹ trong cây trồng trong điều kiện thí nghiệm. 4.2. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu đánh giá hiện trạng hàm lượng Cd tổng số 4
trong một số loại đất chính (đất xám, đất phù sa, đất cát, đất đỏ) được nghiên cứu trên phạm vi toàn lãnh thổ Việt Nam. - Nghiên cứu tác động của sản xuất nông nghiệp và chất thải từ các hoạt động công nghiệp, làng nghề, đến tích luỹ Cd trong một số đối tượng cây trồng (cây lương thực, cây thực phẩm) tại một số tỉnh trọng điểm. - Nghiên cứu ảnh hưởng của Cd trong đất đến sinh trưởng và tích luỹ Cd trong cây rau ăn lá (cải mơ, rau muống) trên hai nhóm đất chính (đất phù sa sông Hồng, đất xám bạc màu) Việt Nam. 5. Những đóng góp mới của luận án về học thuật và lý luận - Luận án, là công trình nghiên cứu định lượng có hệ thống Formatted: Line spacing: multiple 1,2 li đầu tiên công bố về Cd trong một số loại, nhóm đất chính theo phân loại đất Việt Nam sử dụng trong sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam. - Đã xác định được mối quan hệ giữa Cd trong đất và cây trồng, khả năng nhiễm độc, tích luỹ của Cd trong cây rau ăn lá, cũng như những tác động của Cd trong đất đối với sinh trưởng và phát triển của cây rau ăn lá trên đất phù sa sông Hồng và đất xám bạc màu ở Việt Nam. - Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở khoa học cho việc xác định những công nghệ xử lý ô nhiễm Cd trong các vùng đất trồng rau trọng điểm, qui hoạch vùng rau sạch, hữu cơ; các giải pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm Cd trong đất cũng như các giải pháp nhằm giảm thiểu tích luỹ Cd đối với cây trồng ở những khu vực có nguy cơ ô nhiễm đất sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam hiện nay và trong tương lai. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Cadimi và một số ứng dụng Cadimi tên La tinh là Cadmium, ký kiệu hoá học (Cd), Cd sử dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo lò phản ứng, công nghệ hàn, mạ kim loại, chế tạo sơn màu vàng, sản xuất pin, acquy, dùng mạ kim loại, đồ trang sức, đồ chơi... 5
1.2. Độc tính của Cd trong thực vật Cd không phải là yếu tố dinh dưỡng cho cây trồng vì vậy khi xâm nhập vào cây trồng gây nên kìm hãm sự sinh trưởng, phát triển. Cd ở nồng độ 2,5 - 4mg/kg đất khô, nồng độ này làm cho năng suất lúa mỳ giảm 21%, tỷ lệ nảy mầm của ngô giảm 28% (Phạm Quang Hà, 2001). Bệnh nhiễm đốm lá, cuộn lá và còi cọc là các triệu chứng ngộ độc Cd chính và dễ thấy ở thực vật. Bệnh vàng lá có thể xuất hiện là thiếu Fe (Haghiri, 1973), thiếu phốt pho hoặc giảm vận chuyển Mn (Godbold and Hutterman, 1985). Sự ức chế gây ra bởi Cd dẫn đến thiếu Fe (II) và nó ảnh hưởng nghiêm trọng đến quang hợp (Alcantara et al., 1994). Cd làm giảm sự hấp thu, vận chuyển và sử dụng một số nguyên tố (Ca, Mg, P, K) và nước trong thực vật (Das P et al., 1997). Cd cũng làm giảm sự hấp thụ nitrat và vận chuyển của nó từ rễ sang chồi (Hernandez et al., 1996). Cd còn ảnh hưởng đến sự cố định nitơ và đồng hóa amoniac trong các nốt của cây đậu tương (Balestrasse et al., 2003). Mức độ ảnh hưởng của Cd đối với cây trồng phụ thuộc vào nồng độ trong đất, pH, khả năng oxi hóa khử, nhiệt độ và nồng độ của các nguyên tố khác trong đất (Clarkson and Luttge, 1989; Rivetta et al., 1997). 1.3. Độc tính của Cd đối với sinh vật và môi trường sinh thái Các hợp chất của Cd trong nước, không khí, trong dung dịch và trong thức ăn đều gây độc. Trong không khí, nồng độ Cd tối đa cho phép là 0,1mg/m3. Với động vật, liều chết chắc chắn là 210mg Cd/kg thể trọng. Theo Báo cáo của Bộ Môi trường Canada (1997), Cd ảnh hưởng đến vi sinh vật đất, ảnh hưởng khá rõ nét đến quá trình sinh trưởng của một số chủng vi sinh vật có lợi. Theo Phạm Khắc Hiếu (1998), vật nuôi và động vật hoang dã có thể bị ngộ độc Cd khi ăn phải thức ăn giàu Cd, mức độ độc hại tuỳ theo loài, tuổi và trọng lượng cũng như phụ thuộc vào cả các cation khác trong thức ăn. 6
1.4. Độc tính của Cd đối với con người Cadimi xâm nhập vào cơ thể và làm mất hoạt tính của nhiều enzim do ion Cd2+ có ái lực mạnh đối với các phân tử có chứa nhóm -SH và -SCH3 của các enzim. Khi nhiễm độc Cd, con người có thể bị nôn mửa, tiêu chảy hoặc có thể bị co giật, các bệnh về xương, gan thận, tim mạch, tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến và ung thư phổi cũng khá lớn ở nhóm người thường xuyên tiếp xúc với chất độc này. 1.5. Nguồn gây ô nhiễm Cadimi trong đất nông nghiệp Nguồn ô nhiễm Cd từ tự nhiên và khí quyển: Cd trong đất thông qua khí quyển, chất thải công nghiệp, nông nghiệp và bản thân đất có sẵn (đá mẹ). Cd trong đất tồn tại ở các dạng rất khác nhau (pha khoáng, pha hữu cơ, tự do…). Cd được cây trồng hấp thụ qua con đường sinh dưỡng và trao đổi chất. Nguồn ô nhiễm Cd từ hoạt động sản xuất nông nghiệp: Sử dụng phân bón, thuốc BVTV qua nhiều năm cũng gây nên sự tích luỹ Cd trong đất. Trong các loại phân bón sử dụng trong sản xuất nông nghiệp, phân bón photphat vô cơ là nguồn cung cấp nhiêu Cd và các KLN khác vào đất. Đá photphat ở Senegal và Togo chứa hàm lượng Cd lớn nhất, vào khoảng 160-255 gCd/ tấn P2O5 (Alloway, 1990). Phân photphat với hàm lượng Cd trung bình khoảng 7 µg/g sẽ đóng góp vào khoảng 660 tấn Cd vào đất trên toàn thế giới thông qua hoạt động sử dụng phân photphat trong sản xuất nông nghiệp (Williams, 1985). Nguồn ô nhiễm Cd từ hoạt động công nghiệp và chất thải: Ở các khu vực khai thác mỏ và công nghiệp hàm lượng Cd trong đất rất cao, từ 2-336 mg/kg đối với khu vực khai thác mỏ và từ 1,8 - 1500mg/kg đối với khu vực tác động công nghiệp. Khu vực ven đô thị có hàm lượng Cd từ 0,02-17 mg/kg và trong nước tưới và phân bón là 0,4-167 mg/kg. Các khu vực bị tác động bởi chất thải đô thị có mức độ ô nhiễm Cd thấp hơn ở các khu vực khai thác mỏ và tác động của công nghiệp (Alina Kabata, 2010). Liu, Yizhang, (2013) nghiên 7
cứu về Cd trong đất từ một khu vực khai thác than, cho thấy trong khu vực nghiên cứu, đất canh tác chứa hàm lượng Cd từ 0,42– 42 mg/kg trong khi đó trong các khu vực không chịu tác động, hàm lượng Cd chỉ đạt từ 0,12–8,5 mg/kg, như vậy hoạt động nông nghiệp, khai thác than làm tăng đáng kể hàm lượng Cd trong đất. Nghiên cứu của Nguyễn Bích Thu và cộng sự, (1997) tưới nước thải công nghiệp dệt và công nghiệp bột giặt, sự tích luỹ Cd trong cây cải ngọt cao hơn, như vậy ảnh hưởng của chất thải công nghiệp đã là những nguyên nhân chính gây tích luỹ Cd trong đất và sản phẩm cây trồng. 1.6. Tổng quan đất Việt Nam và một số nghiên cứu về Cadimi trong đất, cây trồng và môi trường ở Việt Nam 1.6.1. Một số loại đất chính sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam Các loại đất sử dụng trong nông nghiệp hiện nay chủ yếu là đất phù sa, đất xám bạc màu, đất đỏ vàng, đất cát biển, đất mặn và đất phèn (Lê Văn Khoa, Lê Đức, 2014). 1.6.2. Một số kết quả nghiên cứu về Cadimi trong đất, cây trồng và môi trường ở Việt Nam * Cadimi trong đất: Theo tác giả Phạm Quang Hà và các cộng sự (2007), Cd trong các nhóm đất của Việt Nam rất biến động, phụ thuộc loại đất và vùng sinh thái. Cd trung bình thấp nhất ở đất cát biển, cao nhất ở nhóm đất mặn. Đất phù sa ở một số địa điểm tại Hà Nội, hàm lượng Cd trong đất đều nằm dưới ngưỡng QCVN 03- MT:2015/BTNMT cho phép đối với đất sản xuất nông nghiệp (Lê Đức, 1994). Theo kết quả nghiên cứu của đề tài ACIAR, Viện Thổ nhưỡng Nông hoá (2005), hàm lượng Cd tích lũy trong đất ở 3 huyện Gia Lâm, Đông Anh và Từ Liêm rất khác nhau nhưng vẫn nằm trong ngưỡng an toàn đối với đất sản xuất nông nghiệp. Theo Nguyễn Đình Mạnh (2004), môi trường đất Hà Nội bị ô nhiễm theo 3 khu vực: khu vực 1 bị ô nhiễm thuỷ ngân (Hg, Cd, Pb) bao gồm (Thanh Trì, Lĩnh Nam, Trần Phú, Yên Sở, Yên Mỹ). Khu vực 2 chủ yếu bị nhiễm bẩn 8
Hg bao gồm các điểm phía đông đường 1A. Khu vực 3 bao gồm phía Bắc Thanh Trì xuống thị trấn Văn Điển, Vĩnh Quỳnh, Ngọc Hồi, đất bị nhiễm bẩn Cd và Pb. Theo Nguyễn Xuân Hải (2009), đất và bùn ở các ruộng ngập nước và mương tưới tại Vân Nội và Vĩnh Quỳnh (Thanh Trì) đã có dấu hiệu cảnh báo ô nhiễm Cd. Theo nghiên cứu của Bùi Lan Hương và các cộng sự (2012), tại một số vùng trồng rau trọng điểm của Hà Nội (Đông Anh, Thanh Trì, Mê Linh) và Vĩnh Phúc, kết quả cho thấy 733/733 (100%) mẫu đất đều phát hiện có Cd. * Cadimi trong rau: Theo Nguyễn Đình Mạnh và cộng sự (2004), khu vực Đông Anh và Gia Lâm một số loại rau gia vị bị nhiễm bẩn nhẹ Cd; khu vực Thanh Trì bị nhiễm bẩn Cd và một số nguyên tố như Pb, Hg, thậm chí có những mẫu rau có hàm lượng Cd vượt quá 5 lần tiêu chuẩn cho phép. Nghiên Nguyễn Thị An Hằng (1998), hàm lượng Cd trong các loại rau ở 2 Khu vực Văn Điển và Hanel dao động từ 0,0007 - 0,0125ppm, thấp hơn Tiêu chuẩn của WHO. Theo Nguyễn Đình Mạnh và nnk (1999) khi nghiên cứu hàm lượng Cd và Pb trong rau vùng ven Hà Nội cho thấy: hàm lượng Cd trong bắp cải, cải xanh, cải bao có hàm lượng Cd từ 0,009-0,019ppm. Hàm lượng Cd trong một số loại rau ăn quả là 0,009-0,014ppm; hàm lượng Cd trong một số loại rau ăn thân và ăn củ từ 0,009-0,014ppm và trong nhóm rau gia vị có hàm lượng Cd từ 0,009-0,028ppm. * Một số loài thực vật có khả năng hút Cd: Một số thực vật có khả năng hút và tích luỹ tốt KLN (Cu, Zn, Pb, Cd) từ đất, nước như (Sậy, cỏ Vectiver, Bèo tây, Rau umống, rau ngổ, dừa nước) đã cho thấy nhiều tiềm năng và triển vọng trong việc ứng dụng công nghệ sinh học trong xử lý đất và nước bị ô nhiễm KLN (Anh B.T.K, và nnk, 2014). Theo Trần Kông Tấu và cộng sự (2005) đã tìm hiểu khả năng tích Cd và Zn của 9 loài cây cảnh phổ biến (cúc susi, ngũ gia bì, tía 9
tô cảnh, thanh táo, dâm bụt, tai tượng, ngâu, trúc đào và thiên thanh) cho thấy: Các loại cây có triển vọng cho mục đích xử lý đất ô nhiễm, riêng cúc susi và ngũ gia bì là 2 loại cây có hàm lượng tích tụ cao và có triển vọng cho xử lý đất ô nhiễm Cd và Zn. Theo Hồ Thị Lam Trà và cộng sự, (2000), cải bắp tích lũy Cd tăng dần theo % lượng bùn bón vào, với tỷ lệ bón 50% bùn, hàm lượng Cd trong rau tăng gấp 9 lần tiêu chuẩn cho phép và gấp 2 lần so với đối. 1.7. Tổng quan một số nghiên cứu về Cadimi trong đất, cây trồng và môi trường trên thế giới Theo Rietra, R. P. J. J và cộng sự (2017), khoảng 55% tổng lượng Cd trong thức ăn liên quan đến Cd trong đất. Theo M. J. McLaughlin, (1996), hàm lượng Cd trong đất mặt tại Hà Lan và Tây Ban Nha cho kết quả khá cao 1,70-1,76ppm. Cd trong đất phụ thuộc rất lớn vào hàm lượng Cd trong mẫu chất hình thành đất; Cd trung bình trong đá bazơ là 0,13 mg/kg, đá axit là 0,09, trầm tích là 0,17 mg/kg, trong vỏ phong hoá là 0,11 mg/kg; khoảng dao động của hàm lượng Cd trong mẫu chất là 0,01-2 mg/kg (Lindsay, 1979). Theo McLaughlin (1996), nguy cơ bị nhiễm bẩn Cd từ phân bón là rất cao, nhất là trong phân lân được sản xuất từ quặng phốt phát; Cd trong quặng phốt phát khu vực tây Mỹ từ 60-340ppm, Nga là 0,2ppm, Trung Quốc là 5ppm. Đất nông nghiệp không sử dụng phân bón có hàm lượng Cd từ 0,05-0,97mg/kg và đất nông nghiệp có sử dụng phân bón có hàm lượng Cd cao hơn đạt > 0,09 mg/kg. Một số loại cây trồng có khả năng hấp thụ rất mạnh Cd trong đất như (cỏ doi ngựa, cây bong nước, cẩm chướng, mào gà, ngũ tinh có khả năng hấp thu Cd từ đất đạt từ 50-56gCd/ha/năm (A.Elliott and P.Hoang, 1996). Theo Li Xiong, et al, (2016), củ cải có khả năng tích lũy Cd cao. Theo De Oliveira, Vinicius Henrique, và nnk (2016), tăng pH đất bằng cách bón vôi là phương pháp hiệu quả trong việc làm giảm độc tính Cd trong sự phát triển của cây con. 10
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu nghiên cứu 2.1.1. Đất thí nghiệm: Các nghiên cứu dựa trên cơ sở phân tích hàm lượng Cd tổng số trong 194 mẫu đất xám, 273 mẫu đất phù sa, 253 mẫu đất đỏ vàng và 200 mẫu đất cát. Bố trí thí nghiệm độc tính của Cd trên nền đất phù sa sông Hồng, đất xám bạc màu. 2.1.2. Cây trồng thí nghiệm: Cây trồng nghiên cứu sự tích lũy Cd: một số loại cây lương thực, cây thực phẩm (thóc, lạc, rau muống, khoai lang, ớt). Bố trí thí nghiệm nghiên cứu độc tính Cd với rau muống, cải mơ. 2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 2.2.1. Địa điểm nghiên cứu - Địa điểm lấy mẫu đất, cây trồng: Tại các vùng sản xuất nông nghiệp tại một số tỉnh thành trên phạm vi cả nước. - Địa điểm tiến hành thí nghiệm trong chậu: Khu vực thí nghiệm Viện Môi trường Nông nghiệp (MTNN), Phú Đô, Nam Từ Liêm, Hà Nội. 2.2.2. Thời gian nghiên cứu: Từ 2013 đến 2018 2.3. Nội dung nghiên cứu - Nội dung 1: Đánh giá hàm lượng Cd trong một số loại đất chính sản xuất nông nghiệp Việt Nam (đất xám, đất phù sa, đất đỏ vàng, đất cát) theo nguồn gốc phát sinh, theo vùng sinh thái phân bố. - Nội dung 2: Đánh giá tương quan hàm lượng Cd trong đất và cây trồng (cây lương thực, cây thực phẩm) do sản xuất nông nghiệp và tác động chất thải (công nghiệp, đô thị, làng nghề). - Nội dung 3: Xác định mức độ ảnh hưởng hàm lượng Cd trong đất đối với động thái tích luỹ Cd trong rau ăn lá (cải mơ, rau muống) trên đất phù sa sông Hồng và đất xám bạc màu. 2.4. Phương pháp nghiên cứu 2.4.1. Phương pháp lấy mẫu đất, mẫu cây trồng và xử lý mẫu * Phương pháp lấy mẫu 11
- Mẫu đất: lấy tầng canh tác ở độ sâu 0-30 cm, điểm lấy mẫu cách xa khu dân cư và đường quốc lộ, dụng cụ lấy mẫu bằng inox. - Mẫu cây trồng: Lấy phần con người sử dụng, khối lượng khô khoảng 15g. * Phương pháp xử lý mẫu - Mẫu đất: nghiền nhỏ và rây qua rây nhôm 2mm. - Mẫu cây trồng: rửa sạch bằng nước cất hai lần, để ráo, phơi khô không khí, sấy ở nhiệt độ 40oC, nghiền nhỏ phục vụ phân tích. 2.4.2. Phương pháp thí nghiệm trong chậu * Thí nghiệm 1: Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của một số ngưỡng Cd trong đất phù sa sông Hồng đến cải mơ và rau muống Bảng 2.1. Công thức thí nghiệm và hàm lượng Cd nghiên cứu trên nền đất phù sa Công thức CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 (đối chứng) Hàm lượng Cd (mg/kg 1 2 3 4 6 đất) trong đất + Bố trí thí nghiệm: Theo khối ngẫu nhiên với 05 công thức và 03 lần lặp lại; bố trí trong thùng xốp, kích thước 50 x 30 cm. + Phân bón và muối kim loại nặng chứa Cd: chỉ sử dụng phân hoá học, bón theo mức bón của nông dân; sử dụng CdCl2.5H2O tinh khiết để bón lây nhiễm Cd trong đất. * Thí nghiệm 2: Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của một số ngưỡng Cd trong đất xám bạc màu đến cải mơ và rau muống Bảng 2.3. Công thức thí nghiệm và lượng Cd nghiên cứu trên đất xám bạc màu Công thức CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 (đối chứng) Hàm lượng Cd (mg/kg 0,04 2 3 4 6 đất) trong đất 12
+ Bố trí thí nghiệm: Theo khối ngẫu nhiên với 05 công thức và 03 lần lặp lại; bố trí trong thùng xốp, kích thước 50 x 30 cm, khối lượng đất thí nghiệm 20 kg/ chậu. + Phân bón và muối kim loại nặng chứa Cd: chỉ sử dụng phân hoá học, bón theo mức bón của khuyễn nông; sử dụng CdCl2.5H2O tinh khiết để bón lây nhiễm Cd trong đất. 2.4.3. Phương pháp phân tích Phân tích Cd trong đất và cây trồng: TCVN 6496-99. 2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu - Số liệu Cd trong đất và cây trồng được xử lý: Số trung vị (Me, Median), nhỏ nhất (min), lớn nhất (max), trung bình ( m ), độ lệch chuẩn (Std), khoảng tin cậy (Confidence Interval, CI) của giá trị trung bình (m), phân bố chuẩn (Normal distribution). Các số liệu năng suất, xử lý Excel, GenStat 2013. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đánh giá hàm lượng Cadimi trong một số nhóm đất chính sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam 3.1.1. Cd trong nhóm đất phù sa Việt Nam Bảng 3.2. Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất phù sa Nhóm Đất phù sa hệ thống sông Thông số đất Cửu thống kê Hồng Mã Lam khác phù sa Long Số mẫu 273 47 91 16 20 86 Nhỏ nhất 0,01 0,133 0,010 0,045 0,035 0,200 Lớn nhất 1,7 1,600 1,620 1,250 1,100 1,700 Trung bình 0,567 0,769 0,53 0,371 0,315 0,620 Độ lệch chuẩn 0,401 0,411 0,442 0,441 0,387 0,263 0,519 - 0,673- 0,438 - 0,163- 0,134- 0,564- < m , 95% < 0,615 0,914 0,622 0,606 0,496 0,677 13
Hàm lượng Cd tích luỹ trong đất ở nhóm đất phù sa dao động trong khoảng 0,519-0,615 mg/kg ; Cd trong đất tại đồng bằng sông Hồng có kết quả cao nhất, trung bình đạt 0,769 mg/kg; Cd trung bình trong đất phù sa sông sông Mã và sông Lam thấp nhất trong các loại đất nghiên cứu. Hàm lượng Cd trong đất có xu hướng tích luỹ chủ yếu ở tầng mặt (0-30 cm) và giảm dần theo chiều sâu của phẫu diện đất nghiên cứu (0-30 ; 30-80 ; 80-120cm). 3.1.2. Cd trong nhóm đất xám Việt Nam Bảng 3.8. Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất xám Việt Nam Đất Đất Đất Đất xám xám Đất xám xám Đất trên phù Đất bạc xám trên bạc xám Thông số sa cổ có xám màu trên phù sa màu trên đá thống kê thành trên đá trên phù sa cổ có trên macma phần cơ granít sản cổ tầng phù sa axít giới nhẹ phẩm loang lổ cổ dốc tụ Số mẫu 67 11 43 13 37 10 14 Nhỏ nhất 0,05 0,03 0,2 0,33 0,03 0,08 0,08 Lớn nhất 1,11 0,78 1,31 1,0 0,82 0,49 0,43 Trung bình 0,426 0,420 0,456 0,638 0,270 0,292 0,274 Độ lệch chuẩn 0,228 0,256 0,188 0,206 0,148 0,139 0,098 0,37 - 0,25 - 0,40 - 0,51 - 0,22 - 0,19 - 0,22 - < m , 95% < 0,48 0,9 0,51 0,76 0,32 0,39 0,33 Hàm lượng Cd trong đất xám đạt từ 0,003-0,850 mg/kg. Ở mức tin cậy 95 %, trung bình hàm lượng Cd trong các loại đất xám ở Việt Nam dao động trong khoảng 0,19-0,76 mg/kg. Cd lớn nhất 14
trong đất xám trên phù sa cổ có thành phần cơ giới nhẹ và thấp nhất trong đất xám trên đá granit. Cd trong đất xám là rất thấp, Cd có xu hướng tích luỹ chủ yếu ở tầng mặt của phẫu diện đất và giảm dần ở độ sâu 30-80 cm, 80-120 cm. 3.1.3. Cd trong nhóm đất đỏ vàng ở Việt Nam Bảng 3.10. Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất đỏ vàng ở Việt Nam Nhóm đất Phân theo vùng sinh thái Thông số đỏ vàng ở Miền núi Miền Tây Miền đông thống kê Việt Nam phía Bắc Trung Nguyên Nam bộ Số mẫu 253 49 49 134 21 Nhỏ nhất 0,01 0,65 1,50 0,01 2,63 Lớn nhất 3,95 3,75 3,43 3,95 3,93 Trung bình 2,08 2,06 2,71 1,66 3,33 Độ lệch chuẩn 1,20 0,63 0,35 1,40 0,37 < m , 95% < 1,93-2,23 1,88-2,24 2,61-2,81 1,42-1,90 3,16-3,50 Hàm lượng Cd rất cao, dao động 0,01-3,95 mg/kg, trung bình đạt 2,08 mg/kg vượt quá giới hạn 1,5mg/kg của QCVN 03- MT :2015/BTNMT. Cd trong đất đỏ Đông Nam Bộ đạt cao nhất. 95% của giá trị trung bình hàm lượng Cd trong đất dao động trong khoảng từ 3,16 -3,50 mg/kg, trung bình là 3,33 mg/kg cao hơn gấp 1,22 lần so với QCVN 03-MT :2015/BTNMT. Kết quả phân tích trên 23 phẫu diện đất đỏ vàng ở Việt Nam cho thấy, hàm lượng Cd cao nhất ở tầng 0-30 cm và giảm dần ở các tầng 30-80cm và tầng 80-120 cm, tuy nhiên kết quả đánh giá hàm lượng Cd ở tầng sâu hơn 120 cm hàm lượng Cd có xu hướng tăng. 15
3.1.4. Cd trong nhóm đất cát Việt Nam Bảng 3.13. Hàm lượng Cd (mg/kg đất) trong đất cát Nhóm Vùng sinh thái Thông số đất cát Bắc Nam thống kê Việt Đông bắc Trung Nam bộ Trung bộ Nam bộ Số mẫu 209 14 110 56 29 Nhỏ nhất 0,03 0,09 0,03 0,11 0,15 Lớn nhất 1,29 0,43 0,72 0,39 1,29 Trung bình 0,28 0,23 0,28 0,22 0,38 Độ lệch chuẩn 0,16 0,11 0,15 0,07 0,26 < m , 95% < 0,26-0,30 0,16-0,29 0,25-0,30 0,20-0,23 0,28-0,48 Hàm lượng Cd trong đất cát biển Việt Nam ở mức thấp, Formatted: Line spacing: multiple 1,2 li trung bình đạt 0,28 mg/kg. Ở khoảng tin cậy với mức 95% của giá trị trung bình, Cd (mg/kg) trong nhóm đất cát Việt Nam là 0,26 - 0,30 mg/kg. Cd đạt cao nhất trong các mẫu đất cát ở khu vực Nam Bộ (0,38 mg/kg) và thấp nhất ở khu vực Đông Bắc (0,23 mg/kg). Các mẫu đất cát nghiên cứu được coi là sạch đối với chỉ tiêu Cd. 3.1.5. Cd trong đất ở một số vùng có nguy cơ ô nhiễm do tác động của chất thải Nghiên cứu hàm lượng Cd trong đất tại một số vùng có nguy cơ ô nhiễm do tác động của chất thải cho thấy: đất tại các điểm trồng rau vẫn được coi là sạch, hầu hết các mẫu đất nghiên cứu đều có hàm lượng Cd nằm dưới ngưỡng QCVN 03-MT:2015/BTNMT cho phép đối với đất nông nghiệp. Cd trong đất tại các điểm nghiên cứu vùng ngoại ngoại ô thành phố Hà Nội dao động trong khoảng 0,015-2,500 mg/kg, trong đó có một số điểm hàm lượng Cd vượt quá QCVN 03- MT:2015/BTNMT cho phép đối với đất nông nghiệp. Tuy nhiên, hiện tượng tích luỹ Cd trong đất chỉ mang tính cục bộ, nguyên nhân do chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi các nguồn thải công nghiệp và sinh hoạt từ thành phố Hà Nội. 16
3.2. Hàm lượng Cd trong một số loại cây trồng chính ở Việt Nam 3.2.1. Hàm lượng Cd tích luỹ trong rau tại một số vùng ở Việt Nam Nhóm rau ăn lá (húng quế, hành tây, mùng tơi, một số rau họ cải…): Hàm lượng Cd tồn dư từ 0,02 đến 0,4 mg/kg rau khô. Đối với rau lang, hàm lượng Cd tích luỹ trung bình là 0,15 mg/kg rau khô; hàm lượng Cd trong rau muống trung bình là 0,2 mg/kg rau khô. Nhóm rau ăn củ: Cd dao động từ 0,01 – 0,62 mg/kg rau khô. So sánh đánh giá hàm lượng Cd tồn dư trong các nhóm rau nghiên cứu cho thấy trung bình Cd tích luỹ trong rau ăn củ đạt cao nhất (0,21 mg/kg khô), tiếp theo là trong rau muống (0,20 mg/kg khô), hàm lượng Cd trong rau ăn lá và rau khoai lang thấp nhất trong các nhóm rau nghiên cứu. 3.2.2. Cd trong nhóm cây lương thực tại một số vùng ở Việt Nam Hàm lượng Cd tồn dư trong thóc dao động 0,01 - 1,58 mg/kg khô. Hàm lượng Cd tồn dư trong khoai lang dao động 0,02 - 0,1 mg/kg. 3.2.3. Cd trong nhóm cây thực phẩm tại một số vùng ở Việt Nam Hàm lượng Cd tồn dư trong lạc từ 0,02 đến 0,24 mg/kg, hàm lượng Cd trong đất trồng lạc động từ 0,02 đến 0,17 mg/kg đất khô. Cd tồn dư trong ớt từ 0,05 đến 1,17 mg/kg khô. Hàm lượng Cd trong ớt và đất trồng ớt có xu hướng cao hơn Cd tích luỹ trong lạc và đất trồng lạc tại các điểm nghiên cứu. 3.3. Mối quan hệ giữa Cd trong đất và cây trồng dưới các loại hình tác động khác nhau 3.3.1 Mối quan hệ Cd trong đất và cây trồng dưới tác động của thâm canh nông nghiệp Mối quan hệ giữa hàm lượng Cd trong đất và cây trồng, được tổng hợp nghiên cứu trên tổng số 187 cặp mẫu đất và cây trồng, kết quả nghiên cứu cho thấy, hàm lượng Cd trong đất tại các vùng sản xuất nông nghiệp chưa ảnh hưởng đến khả năng tích luỹ Cd trong một số sản phẩm cây trồng nghiên cứu (rau ăn củ, rau ăn lá, rau lang 17
lá, lạc, thóc). Hệ số tương quan giữa hàm lượng Cd trong đất và rau ăn lá, đất và khoang lang củ, đất và thóc có giá thị rất, thấp điều này chứng tỏ rằng nguyên nhân gây tích luỹ Cd trong rau ăn lá, khoai lang củ, thóc không phải là từ đất mà từ các nguyên nhân khác. 3.3.2 Mối quan hệ hàm lượng Cd trong đất và cây trồng tại một số vùng chịu ảnh hưởng của chất thải công nghiệp, đô thị và chất thải làng nghề Nghiên cứu trên tổng số 103 cặp mẫu (đất - cây trồng) trong đó bao gồm 8 cặp đất – thóc; 11 cặp mẫu (đất – rau muống); 64 cặp mẫu (đất – rau ăn lá) và 20 cặp mẫu (đất – rau ăn củ) được lấy tại (Hà Nội, Bình Dương, Thành phố Hồ Chí Minh). Kết quả tính toán hệ số tương quan giữa đất và cây trồng cho thấy, hàm lượng Cd trong đất ở các vùng nghiên cứu không có mối tương quan đến tích luỹ Cd trong các sản phẩm cây trồng nghiên cứu, điều này có nghĩa là hàm lượng Cd trong đất hiện nay ở các khu vực có nguy cơ ô nhiễm không có những tác động rõ nét đến sự tích luỹ Cd trong sản phẩm cây trồng. Tuy nhiên ở nhóm rau muống và thóc hệ số tương quan (r) giữa Cd trong đất và cây trồng là khá lớn, gần ở mức có ý nghĩa thống kê, tiềm ẩn nhiều rủi ro ô nhiễm Cd từ đất nếu không có những biện pháp giảm thiểu lượng Cd tích luỹ trong đất trong thời gian tới. 3.4. Ảnh hưởng của các ngưỡng Cd trong đất đến tích luỹ Cd trong rau ăn lá trên đất phù sa sông Hồng và đất xám bạc màu. 3.4.1. Một số tính chất hoá học, vật lý và kim loại nặng của đất thí nghiệm Kết quả phân tích đất xám trước thí nghiệm cho thấy đất có độ chua trung tính, OC trong đất ở mức nghèo, thành phần cơ giới thịt nhẹ, hàm lượng Cd trong đất là 0,04 mg/kg đất khô. Kết quả phân tích phù sa sông Hồng trước thí nghiệm cho thấy đất có độ chua trung tính, OC trong đất ở mức trung bình, thành phần cơ giới thịt nhẹ đến trung bình, hàm lượng Cd trong đất là 1,0 mg/kg đất khô. 18
3.4.2. Ảnh hưởng của Cd trong đất đến sinh trưởng, năng suất của (cải mơ, rau muống) trên đất xám bạc màu và đất phù sa sông Hồng 3.4.2.1. Trên đất phù sa sông Hồng * Cải mơ: Hàm lượng Cd trong đất từ 1 - 6 mg Cd/kg đất, cải mơ phát triển khá tốt, thậm chí phát triển tốt hơn so với công thức đối chứng (Cd1); chiều cao trung bình của rau cải mơ đạt từ 18,5 – 22,4 cm; năng suất trung bình ở các công thức thí nghiệm dao động từ 3,97-9,01 tấn tươi/ha; ở công thức có bón Cd, cải mơ cho năng suất cao hơn so với công thức đối chứng. * Rau muống: Hàm lượng Cd trong đất từ 1-6mgCd/kg đất, không có tác động đến quá trình sinh trưởng của rau muống; chiều cao cây ở các công thức đạt từ 43,83-58,3 cm; năng suất trung bình ở các công thức đạt từ 16,53-21,33 tấn tươi/ha. So sánh về quá trình sinh trưởng, chiều cao cây và năng suất cho thấy hàm lượng Cd bón bổ sung vào đất không làm ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng cũng như năng suất của rau muống trên đất phù sa sông Hồng. 3.4.2.2. Trên đất xám bạc màu * Cải mơ: Hàm lượng Cd trong đất từ 0,04 mg - 6 mg Cd/kg đất; cải mơ sinh trưởng và phát triển khá tốt; chiều cao trung bình của rau cải mơ đạt 17,8 – 22,1cm; chiều cao trung bình đạt cao nhất ở công thức Cd2 và thấp nhất ở công thức Cd5. Năng suất trung bình ở các công thức thí nghiệm dao động 3,15-3,94 tấn tươi/ha, năng suất trung bình của cải mơ ở 2 công thức có hàm lượng Cd cao (Cd4 và Cd5) cho thấy năng suất thấp hơn so với các công thức còn lại. * Rau muống: Kết quả cho thấy, chiều cao trung bình của rau muống dao động 35 – 39,3 cm; năng suất trung bình ở các công thức đạt 8,0-12,5 tấn tươi/ha. So sánh chiều cao cây và năng suất cho thấy ở các mức bón Cd không làm ảnh hưởng xấu đến chiều cao cũng như năng suất của rau muống trên đất phù sa sông Hồng. 19
3.4.3. Ảnh hưởng của Cd trong đất đến tích luỹ Cd trong cải mơ, rau muống trên đất phù sa sông hồng và đất xám bạc màu Việt Nam. 3.4.3.1. Ảnh hưởng của Cd trong đất đến tích luỹ Cd trong cải mơ, rau muống trên đất phù sa sông hồng Bảng 3.28. Cd trong đất và cải mơ trên đất phù sa sông Hồng Công thức Cd trong đất Cd (mg/kg rau thí nghiệm (mg/kg đất khô) tươi) Cd1 1 0,008 Cd2 2 0,037 Cd3 3 0,044 Cd4 4 0,062 Cd5 6 0,088 Hàm lượng Cd tồn dư trong cải mơ tăng dần từ 0,008 mg đến 0,088 mg Cd/kg rau cải tươi; như vậy hàm lượng Cd trong đất ở các công thức thí nghiệm đã có tác động làm gia tăng sự tích luỹ Cd trong rau cải mơ trên đất phù sa sông Hồng ở mức 99% (P=0,01). Cd trong cải mơ ở tất cả các công thức thí nghiệm ở ngưỡng an toàn theo quy định của Bộ Y tế (TT 22/2011-BYT) là 0,2 mg Cd/kg rau tươi Bảng 3.29. Cd trong đất và rau muống trên đất phù sa sông Hồng Công thức thí Cd trong đất Cd (mg/kg rau tươi) nghiệm (mg/kg đất khô) Cd1 1 0,007 Cd2 2 0,045 Cd3 3 0,058 Cd4 4 0,074 Cd5 6 0,096 Ở công thức không bón Cd trong đất phù sa, hàm lượng Cd tích luỹ đạt từ 0,007 – 0,96 mg/kg rau tươi; hàm lượng Cd trong đất ở các công thức thí nghiệm đã có tác động làm gia tăng sự tích luỹ 20