Nghiên cứu sự hút thu cu, pb, zn và tìm hiểu khả năng sử dụng phân bón để giảm thiểu sự tích lũy chúng trong rau cải xanh và rau xà lách

MỞ ĐẦU Ngày ô nhiễm đất trở thành vấn đề thời thu hút nhiều nhà khoa học nước nước nghiên cứu Một vấn đề ý nghiên cứu nhiều nhiễm đất kim loại nặng có nguồn gốc từ nước thải đô thị làng nghề chúng có độc tính cao dễ dàng gây độc hại cho người thông qua chuỗi thức ăn Rau xanh nói chung, rau cải xanh rau xà lách nói riêng sử dụng rộng rãi người dân Việt Nam Chúng trồng ăn có khả tích lũy cao nguyên tố kim loại nặng Nhiều nghiên cứu nước nước cảnh báo mức độ nguy hại loại rau khơng an tồn bữa ăn hàng ngày người dân có tích lũy cao kim loại nặng Những nghiên cứu tìm cách khắc phục vấn đề tập trung vào việc đánh giá ô nhiễm đất, tồn lưu chất độc hại nông sản Một số nghiên cứu sử dụng lồi trồng có khả hút thu cao kim loại nặng để xử lý đất ô nhiễm Tuy nhiên giải pháp thường không mang lại hiệu thực tế nước ta mức độ nhiễm đất cịn thấp phân bố rải rác, thường đất có tích lũy cao số nguyên tố kim loại nặng sử dụng nước thải thành phố sử dụng nước thải thành phố sử dụng phân bón khơng hợp lý Trên thực tiễn sản xuất khó ngăn cấm người dân không sản xuất vùng đất Vì nơng sản có chứa hàm lượng cao kim loại nặng lưu hành sử dụng cho bữa ăn hàng ngày người dân Sử dụng phân bón chất có khả cố định kim loại nặng nhằm giảm thiểu hút thu tích lũy chúng nơng sản xem giải pháp tích cực theo hướng tiếp tục trì trình sản xuất nên dễ chấp nhận người dân Trên giới có số nghiên cứu sử dụng loại phân bón chất tạo phức bền với kim loại nặng để giảm thiểu hút thu chúng trồng với kết tốt (Skinner, 1987, 1989; Ruby et al, 1994; Chen et al, 1997; …) Tuy nhiên nước ta chưa có nghiên cứu đề cập đến vấn đề Do xem hướng nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao nhằm trì q trình sản xuất nơng nghiệp vùng đất bị nhiễm bẩn kim loại nặng Nghiên cứu khả hút thu giải pháp nhằm giảm thiểu tích lũy kim loại nặng trồng nói chung, đặc biệt loại rau xanh sử dụng phổ biến cải xanh xà lách có ý nghĩa thực tiễn lớn, góp phần sản xuất rau an toàn cung cấp cho tiêu dùng hàng ngày người dân Xuất phát từ vấn đề tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu hút thu Cu, Pb, Zn tìm hiểu khả sử dụng phân bón để giảm thiểu tích lũy chúng rau cải xanh rau xà lách” Mục đích nghiên cứu đề tài: - Đánh giá khả hút thu kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) rau cải xanh xà lách liều lượng gây nhiễm khác - Xác định khả sử dụng phân bón để giảm thiểu tích lũy kim loại nặng (Cu, Pb, Zn) rau cải xanh xà lách góp phần sản xuất rau an toàn vùng ngoại thành Hà Nội CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình chung sản xuất rau giới Việt Nam 1.1.1 Sản xuất rau giới Nền kinh tế giới phát triển với tốc độ tăng trưởng cao để đạt mục tiêu tạo mức cân mới, với ổn định thị trường toàn cầu Cùng với phát triển kinh tế kéo theo hàng loạt vấn đề có liên quan đến môi trường xung quanh Do phát triển mạnh mẽ đô thị công nghiệp gia tăng lượng phân hoá học, thuốc trừ sâu nông nghiệp gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến sức khoẻ người Trong năm gần đây, tổ chức quốc tế như: Nông lương (FAO), tổ chức Y tế giới (WHO) tổ chức vấn đề môi trường đưa khuyến cáo, hạn chế việc sử dụng hoá chất nhân tạo vào nông nghiệp, xây dựng quy trình sản xuất theo cơng nghệ sạch, cơng nghệ sinh học, công nghệ sử dụng nguồn lượng tái tạo [11] … Ở thập kỷ 80, lượng thuốc bảo vệ thực vật sử dụng nước như: Indonesia, Srilanca, Philippin gia tăng 10% hàng năm Tổ chức y tế giới ước tính năm có 3% nhân lực lao động nơng nghiệp nước phát triển bị nhiễm độc thuốc bảo vệ thực vật Trong thập kỷ 90 Châu Phi hàng năm có khoảng 11 triệu trường hợp bị ngộ độc Ở Malaixia 7% nông dân bị ngộ độc hàng năm, 15% người bị ngộ dộc thuốc bảo vệ thực vật lần đời [12] Chính vậy, từ quy trình cơng nghệ sản xuất rau truyền thống, nước cải tiến ứng dụng công nghệ sản xuất rau an toàn phát triển mạnh, ngày phổ biến rộng rãi giới Ở nước phát triển công nghệ sản xuất rau hồn thiện trình độ cao Sản xuất rau an tồn nhà kính, nhà lưới, dung dịch trở nên quen thuộc Phần lớn loại rau thị trường sản xuất theo quy trình rau an tồn Vì rau an tồn nhu cầu khơng thể thiếu bữa ăn hàng ngày nước Những năm gần số nước Singapore, Thái Lan, Hồng Kông…cũng phát triển mạnh công nghệ sản xuất rau an toàn để phục vụ cho nhu cầu nội địa xuất Ở Đức có hàng ngàn cửa hàng bán “rau xanh sinh thái” “trái sinh thái” để phục vụ nhu cầu rau cho người tiêu dùng 1.1.2 Sản xuất rau Việt Nam Ở Việt Nam rau sản xuất chủ yếu từ hai vùng: Đối với vùng rau đặc biệt thường trồng dọc theo vành đai thành phố với tổng diện tích ước tính 40% tương đương với 113.000 48% sản lượng tương đương với 153 triệu Các loại rau sản xuất tiêu dùng thị trường nội địa Hiện có thay đổi cấu loại rau để đáp ứng cho thị trường sản lượng chất lượng Đối với loại rau quay vòng theo mùa vụ dùng làm thực phẩm chủ yếu tập trung vào mùa Đông từ tháng 11 đến tháng miền Bắc Việt Nam, đồng châu thổ sông MêKông miền Đông Nam Bộ, với 10 triệu hộ gia đình trồng rau có diện tích đất bình qn 36m 2/hộ Tuy nhiên diện tích đất dành cho sản xuất rau vùng 13 năm qua tăng 4% Hơn nữa, sản lượng rau Việt Nam phụ thuộc nhiều vào thời tiết, dễ bị thay đổi Ở Đà Lạt, Lâm Đồng vùng trồng rau đạt sản lượng cao 20.500 kg /ha vào năm 1993 Trong đó, Quảng Trị lại có sản lượng thấp 4500 kg /ha vào năm 1993 Đối với sản xuất rau an toàn triển khai nghiên cứu phát triển: vào năm 1995 chương trình rau quốc tế tham gia 80 nhà khoa học nghiên cứu rau làm việc với 11 viện nghiên cứu, Trường đại học Trung tâm rau nước Chương trình phối hợp với Viện nghiên cứu đưa 17 giống 12 loại giống rau dành riêng cơng nhận có hiệu suất chất lượng sản phẩm [5] Các mơ hình sản xuất rau triển khai số thành phố Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Đà Lạt bước đầu thu kết định, cụ thể sau: Hà Nội có số quan nghiên cứu, thử nghiệm sản xuất rau an tồn Đại học Nơng nghiệp I, Đại học Quốc gia Hà Nội, Viện nghiên cứu rau Trung ương, Trung tâm nghiên cứu rau Hà Nội, Sở khoa học công nghệ môi trường Hà Nội Nhờ năm vừa qua phát triển 35 hợp tác xã Văn Đức, 10 Đông Dư - Gia Lâm, xã Tây Tựu - Từ Liêm, huyện Đông Anh số diện tích rau vùng [10] với hiệu suất rau an tồn cịn thấp so với loại rau loại không sản xuất rau an tồn nhân diện rộng xã ngoại thành có điều kiện mơi trường tự nhiên cho phép Bên cạnh việc triển khai mơ hình sản xuất rau an toàn đồng ruộng sở nghiên cứu cịn triển khai số mơ hình rau an tồn nhà lưới, đặc biệt mơ hình trồng rau an toàn phương pháp thuỷ canh trường đại học Nơng nghiệp I Tuy nhiên, mơ hình thích hợp với việc sản xuất nhỏ tiêu thụ chỗ khơng phù hợp với mơ hình sản xuất có tính hàng hố lớn, đa dạng giá thành cao Thành phố Hồ Chí Minh hình thành số mơ hình sản xuất rau ngoại thành: 14 xã Tân Phú Trung, huyện Củ Chi trung tâm khoa học tự nhiên công nghệ quốc gia phối hợp với Sở khoa học cơng nghệ mơi trường thành phố Hồ Chí Minh triển khai Trong mơ hình ứng dụng biện pháp sinh học tổng hợp tạo sản phẩm rau an toàn mà chủ yếu bắp cải thị trường chấp nhận Hiện mơ hình tiếp tục triển khai trồng loại rau khác dưa leo, đậu đũa, mướp đắng… Ở Đà Lạt đạo Liên hiệp Hội khoa học nhiều mơ hình thí nghiệm áp dụng phương pháp bón phân vi sinh, dùng thuốc trừ sâu sinh học thay thuốc trừ sâu hoá học, đồng thời sử dụng biện pháp canh tác tổng hợp với mục tiêu giảm tối thiểu lượng phân hoá học thu kết khả quan ban đầu Tính đến cuối tháng 12 năm 1995 có 3500 rau an toàn xuất sang thị trường nước Singapore, Đài Loan, chào bán sản phẩm xu hào an toàn sang Nhật Bản 1.2 Ô nhiễm đất ảnh hưởng đến chất lượng nơng sản 1.2.1 Ơ nhiễm đất Theo định nghĩa tổ chức Y tế giới (WHO) “Ơ nhiễm môi trường đưa vào môi trường chất thải nguy hại lượng đến mức ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống sinh vật, sức khỏe người làm suy thối chất lượng mơi trường” Vì nhiễm mơi trường đất xem tất tượng làm nhiễm bẩn môi trường đất chất gây ô nhiễm, gây ảnh hưởng đến đời sống sinh vật người Môi trường đất bị nhiễm nhóm nguyên nhân a Nguồn gốc tự nhiên: bao gồm nguyên nhân nằm can thiệp người như: - Hiện tượng nhiễm phèn Hiện tượng nhiễm phèn nước phèn từ rốn phèn (trung tâm sinh phèn) theo dòng nước mặt nước ngầm lan đến vị trí khác gây tượng nhiễm phèn Các đất nhiễm phèn chủ yếu nhiễm chất độc Fe 2+, Al3+, SO42+ đồng thời làm cho nồng độ chúng tăng cao dung dịch đất, mật độ keo đất tăng lên cao, pH môi trường giảm xuống Hậu gây ngộ độc cho trồng sinh vật đất - Hiện tượng nhiễm mặn Hiện tượng nhiễm mặn gây muối nước biển, nước triều hay từ mỏ muối, có chất độc như: Na +, K+, Cl-, SO42+ Các chất gây tác hại đến môi trường đất tác động ion gây hại áp suất thẩm thấu, nồng độ muối cao dung dịch đất đến thể sinh vật, đặc biệt gây độc sinh lý cho thực vật - Q trình glây hóa Q trình glây hóa mơi trường đất q trình phân giải hợp chất hữu điều kiện ngập nước yếm khí, nơi tích lũy nhiều xác chết sinh vật sinh nhiều chất độc như: CH4, H2S, FeS, NH3…đồng thời sản phẩm hữu phân hủy dở dang dạng hợp chất mùn đóng vai trị gián tiếp việc gây ô nhiễm đất liên kết chặt chẽ chúng với hơp phần ô nhiễm vào đất - Các trình khác Các trình vận chuyển chất nhiễm theo dịng nước mưa lũ, theo gió từ nơi đến nơi khác xảy hoạt động núi lửa hay cát bay Ngồi nhiễm đất từ q trình tự nhiên cịn đặc điểm, nguồn gốc q trình địa hóa Tác nhân gây nhiễm đất chủ yếu kim loại nặng b Nguồn gốc nhân tạo Chức chứa đựng phế thải chức quan trọng mơi trường, đất nơi chấp nhận khối lượng lớn chất thải người mang đến Xét theo nguồn gốc phát sinh nhiễm mơi trường đất ngun nhân chính: - Ơ nhiễm đất chất thải sinh hoạt - Ơ nhiễm đất chất thải cơng nghiệp - Ơ nhiễm đất hoạt động nơng nghiệp - Ơ nhiễm đất tác động khơng khí từ khu công nghiệp, đô thị, khu vực đơng dân cư hoạt động giao thơng - Ơ nhiễm đất nước thải đô thị khu công nghiệp làng nghề thủ công Do nhiều tác nhân gây nhiễm có nguồn gốc khác lại gây tác hại nên để thuận lợi cho công việc khảo sát, đánh giá, khắc phục xử lý ô nhiễm người ta phân loại ô nhiễm đất theo tác nhân gây nhiễm: - Ơ nhiễm đất tác nhân hóa học Các tác nhân hóa học bao gồm muối vơ (Na +, K+, SO42-, CO32-…), anion (các dạng anion chứa S2-, SO42-…), ion Cl- hòa tan mạnh, độc hại (NaCl, KCl…) kim loại nặng Theo số liệu tính tốn Tổ chức nơng lương giới (FAO) (1998), sản xuất phân hóa học trung bình tăng khoảng triệu tấn/năm Các loại phân hóa học thuộc nhóm chua sinh lý (NH4)2SO4, K2SO4, KCl, super phốt phát tồn dư axit, bón liên tục mà khơng có biện pháp trung hòa làm thay đổi thành phần tính chất đất, khơng sử dụng hợp lý làm chua đất, làm thay đổi cân dinh dưỡng đất trồng, nghèo kiệt ion bazơ xuất nhiều độc tố trồng Al 3+, Fe3+, Mn2+… làm giảm hoạt tính sinh học đất Ở Đồng sông Hồng sau 10 năm canh tác (1990-2000) trung bình độ chua đất (pHKCl) giảm 4,5%[1] Sử dụng phân bón làm tích lũy kim loại nặng đất kim loại nặng có nhiều sản phẩm dùng làm phân bón Mặt khác đất bão hòa chất chúng xâm nhập vào nguồn nước, khí gây ô nhiễm môi trường Hậu tình trạng chua hóa tầng canh tác phổ biến, nơi đất phì nhiêu có tập quán thâm canh sử dụng lâu dài phân khoáng - Ô nhiễm đất tác nhân vật lý Nguồn ô nhiễm nhiệt đất so thải bỏ nước làm mát thiết bị nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện nguyên tử nhà máy khí Nước làm mát thải vào đất làm cho nhiệu độ đất tăng kên từ 5-15 0C gây ảnh hưởng đến môi trường đất, đặc biệt làm hủy hoại nhiều vi sinh vật có ích đất Khi sinh vật đất chết để lại lượng tồn dư chất thải hữu lớn nguyên nhân gây nguồn ô nhiễm gián tiếp khác đất Ví dụ hàm lượng axit mùn cao đất bị ô nhiễm kim loại nặng hay thuốc bảo vệ thực vật góp phần làm tăng tính bền vững chất ô nhiễm đất Nguồn gây ô nhiễm đất chất phóng xạ phế thải từ trung tâm nghiên cứu phóng xạ, nhà máy điện nguyên tử bệnh viện có dùng chất phóng xạ vụ thử vũ khí hạt nhân Người ta thấy sau vụ thử vũ khí hạt nhân chất phóng xạ đất tăng lên gấp 10 lần Các chất sau xâm nhập vào đất theo chu trình dinh dưỡng tới trồng, động vậtvà người làm thay đổi cấu trúc tế bào, gây bệnh di truyền - Ô nhiễm đất tác nhân sinh học Những tác nhân sinh học làm nhiễm đất, gây bệnh người động vật trực khuẩn lỵ, thương hàn, amip, lý sinh trùng (giun, sán,…) Sự ô nhiễm phương pháp đổ bỏ chất thải vệ sinh sử dụng phân bắc tươi, bùn ao tươi, bùn kênh dẫn chất thải sinh hoạt bón trực tiếp vào đất 1.2.2 Ảnh hưởng ô nhiễm đất đến chất lượng nông sản 1.2.2.1 Ảnh hưởng đất bị ô nhiễm sử dụng phân bón chất kích thích sinh trưởng Hệ sinh thái nông nghiệp hệ sinh thái quan trọng định tồn phát triển lồi người Do hệ sinh thái nơng nghiệp nơi cung cấp lương thực thực phẩm nhu cầu cần thiết khác phục vụ cho đờI sống Tuy nhiên ngày hệ sinh thái nông nghiệp có biểu báo động suy thoái nghiêm trọng tác động người Một tác động có ảnh hưởng trực tiếp gây biến đổi sâu sắc hệ sinh thái nông nghiệp việc sử dụng cân đốI phân bón, lạm dụng chất kích thích sinh trưởng nhằm tạo suất trồng cao, đáp ứng nhu cầu ngày cao người Theo số liệu FAO việc sử dụng phân bón hóa học từ 1961 đến 1987 tăng từ 17 lên 40 kg/ha nước phát triển từ đến kg/ha nước phát triẻn Sản xuất phân bón hóa học tăng khoảng triệu tấn/năm năm đầu 100 triệu tấn/năm năm cuối kỷ 20 Ở Việt Nam, mốc đánh dấu việc sử dụng phân bón hóa học vào năm đầu thập kỷ 60 kỷ 20 nhà máy Supe lân phân lân nung chảy bắt đầu hoạt động Bảng1 Nhu cầu sử dụng phân bón hóa học Việt Nam (Kg/ha đất nông nghiệp) Năm 1996 1997 1998 1999 2000 Phân đạm 109,4 103,2 107,9 106,3 113,6 Phân lân 51,8 73,4 49,5 59,9 54,7 Phân kali 9,1 22,7 24,7 43,9 22,6 170,3 199,3 182,1 210,1 190,9 Chủng loại Tổng số Nguồn: Lê Văn Khoa, 2002 Việc sử dụng phân khống có hệ thống canh tác vùng nhiệt đới làm cho đất vốn chua trở nên chua, bị chai cứng, thối hóa cấu trúc làm thay đổi cân dinh dưỡng đất – trồng Tình trạng chua hóa tầng đất canh tác phổ biến vùng đất phì nhiêu sử dụng nhiều phân khoáng Trong vùng trồng rau, đất thống khí, độ ẩm thích hợp cho q trình oxy hóa, nitrat đất hình thành, rau dễ hấp thu Rau hấp thu Nitơ dạng NO 3không chuyển hóa thành protein nguyên nhân làm giảm chất lượng rau Rau bị “bẩn” nitrat hay kim loại nặng nguy hiểm cho sức khỏe người Trong số trường hợp NO3- tích lũy nhiều đất góp phần vào hội chứng Methaemoglobinaemia (hội chứng trẻ xanh) trẻ sơ sinh ung thư dày người lớn Bảng Ngưỡng hàm lượng NO3 cho phép số loại rau Đơn vị: mg/kg sản phẩm Loại rau Hàm lượng NO3 Loại rau Hàm lượng NO3