Nghiên cứu ứng dụng mô hình đệm sinh học biosel của thụy điển để xử lý chất thải thuốc bảo vệ thực vật tại khu vực có sản xuất nông nghiệp tại tp hcm

ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỆM SINH HỌC (BIOBED) CỦA THỤY ĐIỂN ĐỂ XỬ LÝ CHẤT THẢI THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT TẠI KHU VỰC SẢN XUẤT NƠNG NGHIỆP Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Chủ nhiệm đề tài: Th.S Đỗ Hòang Oanh Cộng tác viên : TS Trần Viết Mỹ TS Phạm Bích Ngân Th.S Bùi Ngọc Sơn Th.S Nguyễn Thị Kim Liên THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 12 / 2009 ỦY BAN NHÂN DÂN TP.HCM SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO NGHIỆM THU (Đã chỉnh sửa theo góp ý Hội đồng nghiệm thu) NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỆM SINH HỌC (BIOBED) CỦA THỤY ĐIỂN ĐỂ XỬ LÝ CHẤT THẢI THUỐC BẢO VỆ THỰC VẬT TẠI KHU VỰC SẢN XUẤT NƠNG NGHIỆP Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI (Ký tên) CƠ QUAN QUẢN LÝ (Ký tên/đóng dấu xác nhận) THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THÁNG 12 / 2009 CƠ QUAN CHỦ TRÌ (Ký tên/đóng dấu xác nhận) TĨM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Mơ hình đệm sinh học nhà khoa học Thụy Điển thiết kế vào năm 1993 Đệm sinh học cơng trình xây dựng đơn giản rẻ tiền trang trại với mục đích thu gom phân hủy dung dịch thuốc bảo vệ thực vật rơi vãi Trong nhiều năm qua sử dụng đệm sinh học tăng dần lên nhằm bảo vệ môi trường Các quốc gia châu Âu, châu Phi, Nam Mỹ Bắc Mỹ bắt đầu giới thiệu đệm sinh học phương tiện để bảo vệ nước mặt nước ngầm Nhờ vào khóa đào tạo “Quản lý thuốc bảo vệ thực vật giảm thiểu rủi ro thuốc bảo vệ thực vật” tổ chức Thụy Điển vào tháng năm 2005; học viên Việt Nam đến từ thành phố Hồ Chí Minh đăng ký đề tài nghiên cứu khoa học với Sở Khoa học Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh với tên gọi “Nghiên cứu ứng dụng mơ hình đệm sinh học (Biobed) Thụy điển để xử lý chất thải thuốc bảo vệ thực vật khu vực có hoạt động sản xuất nơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh”; nhằm triển khai trình diễn mơ hình đệm sinh học theo kinh nghiệm Thụy điển có sở khoa học thực tế khu vực có hoạt động sản xuất nơng nghiệp có sử dụng thuốc BVTV nhằm giảm thiểu rủi ro ô nhiễm môi trường sức khỏe cộng đồng Với kết khiêm tốn thu từ nghiên cứu này, mơ hình đệm sinh học đề xuất với tiêu chí phù hợp với tình hình sản xuất nơng nghiệp thành phố, tính sẵn có ngun vật liệu sử dụng đệm sinh học, dễ thực hiện, rẻ tiền thuận tiện sử dụng cho người nông dân i SUMMARY OF RESEARCH CONTENT Biobed model was designed by Sweden scientists on 1993 A biobed is a simple and cheap construction on farms intended to collect and degrade spills of pesticides During the last years an increased on the use of biobeds for protection of the environment has been shown Countries in Europe, Africa, South America and North America have started introducing the biobeds as a mean of protection of surface and groundwater Thanks to the training course on “Pesticides management and pesticide risk reduction” conducted in Sweden on April, 2005; the participants who come from Ho Chi Minh city apply for a research funded by Department of Sciences and Technology with the research title “Research for application the Swedish biobed model for wastewater containing pesticides at the agricultural areas of Ho Chi Minh city”; with the aims to implement the demonstrative biobed pilot similar to Swedish biobed with scientific and practical basis at an agricultural area that the farmers use pesticides in their agriculture production in order to reducing the environmental risks and public health From the gained results of this research, a biobed model is suggested with criteria relevant to production situation in this city, the availability of raw materials used as biobed comositions, easy to make, reasonable price and be convenient for the farmers ii MỤC LỤC Trang Tóm tắt đề tài i Mục lục iii Danh sách chữ viết tắt viii Danh sách bảng ix Danh sách đồ thị xi Danh sách hình xiii PHẦN MỞ ĐẦU xv CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan thành phố Hồ Chí Minh 1.1.1 Điều kiện tự địa lý tự nhiên 1.1.2 Đặc điểm nông nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 1.2 Tổng quan quận 12 1.2.1 Tổng quan điều kiện địa lý tự nhiên 1.2.2 Tình hình hoạt động sản xuất nơng nghiệp 1.3 Tổng quan thuốc bảo vệ thực vật 1.3.1 Định nghĩa thuốc bảo vệ thực vật 1.3.2 Phân loại thuốc bảo vệ thực vật 1.4 Tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật Việt Nam 1.4.1 Văn pháp lý quản lý tiêu thụ sử dụng thuốc bảo vệ thực vật 1.4.2 Các loại thuốc bảo vệ thực vật sử dụng 1.5 Tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật thành phố Hồ Chí Minh 1.6 Tổng quan vi sinh vật đất 11 1.6.1 Các tầng cấu trúc đất 11 iii 1.6.2 Sự đa dạng nhóm vi sinh vật đất 12 1.6.2.1 Vi khuẩn 13 1.6.2.2 Xạ khuẩn 15 1.6.2.3 Nấm 16 1.6.2.4 Vi tảo 18 1.6.2.5 Động vật đơn bào 18 1.7 Vi sinh vật phân hủy cellulose lignin 19 1.7.1 Phân giải cellulose 19 1.7.1.1 Cellulose 19 1.7.1.2 Vi sinh vật phân giải cellulose 19 1.7.1.3 Cơ chế trình phân giải cellulose 22 1.7.2 Phân giải lignin 23 1.7.2.1 Lignin 23 1.7.2.2 Vi sinh vật phân giải lignin 25 1.7.2.3 Cơ chế trình phân giải lignin 27 1.8 Tổng quan đệm sinh học (biobed) 28 1.8.1 Đệm sinh học gì? 30 1.8.2 Các loại đệm sinh học 31 1.8.3 Thành phần đệm sinh học Thụy Điển 32 1.8.4 Đệm sinh học thực tế sử dụng Thụy Điển 34 1.8.5 Đệm sinh học giới 35 1.8.5.1 Đệm sinh học Anh quốc 35 1.8.5.2 Đệm sinh học Ý - Biomassbed 37 1.8.5.3 Đệm sinh học Bỉ - Biofilter 38 1.8.5.4 Đệm sinh học Pháp – Phytobac Biobac 40 1.8.5.5 Đệm sinh học Đan Mạch 42 1.8.5.6 Đệm sinh học châu Mỹ La tinh 43 1.8.5.7 Đệm sinh học quốc gia khác 45 iv 1.9 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hoạt động đệm sinh học 46 1.9.1 Ảnh hưởng hỗn hợp sinh học đến phân hủy hấp thụ thuốc 46 BVTV 1.9.2 Quản lý nước đệm sinh học 54 1.9.3 Ảnh hưởng độ sâu đến khả phân hủy thuốc BVTV 57 1.9.4 Ảnh hưởng tính chất đất đến khả phân hủy thuốc BVTV 60 1.10 Lợi ích đệm sinh học 61 1.11 Khả ứng dụng đệm sinh học thành phố Hồ Chí Minh 63 CHƢƠNG II: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 64 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 65 2.2 Phƣơng pháp luận nghiên cứu 65 2.3 Nội dung nghiên cứu 65 2.3.1 Thuốc bảo vệ thực vật thử nghiệm đề tài 65 2.3.1.1 Carbendazim 66 2.3.1.2 Chlorpyrifos 67 2.3.1.3 Trichlorfon 67 2.3.1.4 Acetochlor 68 2.3.2 Nghiên cứu loại vật liệu mơ hình đệm sinh học 68 2.3.2.1 Vật liệu sử dụng mơ hình đệm sinh học 68 2.3.2.2 Phương pháp thực 69 CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 76 3.1 Kết thực nghiệm 77 3.1.1 Kết thử nghiệm với Carbendazim 77 3.1.1.1 Kết phân tích Carbendazim 77 3.1.1.2 Kết phân tích độ ẩm 78 3.1.1.3 Kết phân tích pH 79 3.1.1.4 Kết phân tích tổng nấm mốc 80 3.1.2 Kết thử nghiệm với Chlorpyrifos 81 v 3.1.2.1 Kết phân tích nồng độ Chlorpyrifos 81 3.1.2.2 Độ ẩm 83 3.1.2.3 pH 84 3.1.2.4 Tổng vi khuẩn, vi nấm 85 3.1.3 Kết thử nghiệm với Trichlorfon 3.1.3.1 Nồng độ Trichlorfon 87 3.1.3.2 pH 91 3.1.3.3 Độ ẩm 92 3.1.3.4 Tổng vi khuẩn hiếu khí 93 3.1.3.5 Nấm mốc tổng số 94 3.1.4 Kết thử nghiệm với Acetochlor 96 3.1.4.1 Nồng độ Acetochlor 96 3.1.4.2 pH 99 3.1.4.3 Độ ẩm 100 3.1.4.4 Tổng vi khuẩn hiếu khí 101 3.1.4.5 Nấm mốc tổng số 104 3.2 Kết điều tra xã hội học 104 3.2.1 Hiện trạng sử dụng lọai thuốc BVTV nông dân quận 12 105 3.2.1.1 Đặc điểm chung 105 3.2.1.2 Tình hình sâu bệnh 105 3.2.1.3 Phương pháp sử dụng thuốc 106 87 3.2.2 Hiện trạng thải bỏ nước thải từ họat động súc rửa dụng cụ 108 phun xịt thuốc BVTV quận 12 3.2.3 Hiện trạng biện pháp sử dụng phương tiện bảo hộ lao 108 động, cách thức tồn trữ trình sử dụng thuốc BVTV nông dân quận 12 3.2.4 Đánh giá mức độ rủi ro đến môi trường sức khỏe sử dụng 110 thuốc BVTV nông dân quận 12 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ vi 111 4.1 Kết luận 111 4.1.1 Sử dụng an toàn thuốc bảo vệ thực vật quận 12 111 4.1.2 Kết thử nghiệm bốn loại thuốc bảo vệ thực vật mơ 112 hình đệm sinh học 5.2 Đề nghị 113 4.2.1 Đối với quyền 113 4.2.2 Đối với nơng dân 114 4.2.3 Mơ hình đệm sinh học phù hợp với điều kiện tự nhiên tập quán 114 nông dân thành phố Hồ Chí Minh PHỤ LỤC Phục lục A: Phiếu điều tra tình hình sử dụng thuốc BVTV quận 12 Phục lục B: Phiếu thăm dò ý kiến khả tiếp nhận mơ hình xử lý nước thải chứa thuốc trừ sâu hộ gia đình đệm sinh học (biobed) Phục lục C: Thông tin thuốc Vicarben 50HP Phục lục D: Thông tin Chlorpyrifos Phục lục E: Thông tin Trichlorfon Phục lục F: Thông tin Acetochlor Phục lục G: Hướng dẫn kỹ thuật mô hình đệm sinh học đề xuất Phục lục H: Phương pháp phân tích mẫu xử lý số liệu Phục lục I: Một số hình ảnh thực địa Phục lục J: Thành phần đệm sinh học thí nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VIẾT TẮT ACP THUẬT NGỮ TIẾNG VIẾT Advisory Committee of Pesticides (Uỷ ban Cố vấn thuốc trừ sâu) CESA Central Ecuatoriana de Servicios Agricolas COLPOS Colegio de Postgraduados BVTV Bảo vệ thực vật IPCS International Programme for Chemical Safety (Chương trình Quốc tế An tồn Hóa học) ĐSH Đệm sinh học IFAD International Fund for Agricultural Development (Quỹ Quốc tế dành cho Phát triển Nông nghiệp) NN&PTNT Nông nghiệp phát triển nông thôn OSB Original Swedish Biomixture (hỗn hợp sinh học ban đầu Thụy Điển) RAT Rau an toàn SDC Swiss Agency for Development and Cooperation (Cơ quan Phát triển Hợp tác Thụy Sĩ) TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh TTS Thuốc trừ sâu UBND Ủy ban nhân dân US-EPA United States Environmental Protection Agency VSV Vi sinh vật WHO World Health Organization (Tổ chức Y tế Thế giới) viii PHỤ LỤC H PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MẪU VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU + Phƣơng pháp sắc ký lỏng cao áp (HPLC) Sắc kí lỏng cao áp (HPLC-High Performance Liquid Chromatography) kiểu sắc kí sử dụng rộng rải kỹ thuật phân tích Q trình sắc kí định nghĩa kỹ thuật phân tách dựa vào vật chất di chuyển pha tĩnh pha động Sắc kí lỏng cao áp sử dụng chất lỏng làm pha động để tách thành phần hỗn hợp Những thành phần hỗn hợp trước tiên tan dung môi, sau bắt buộc chảy qua cột sắc kí áp suất cao Trong cột sắc kí, hỗn hợp phân tách theo thành phần Hiệu suất phân tách quan trọng, cịn phụ thuốc vào phạm vi tương tác thành phần chất tan pha tĩnh Pha tĩnh định nghĩa vật liệu độn đứng yên cột sắc kí Sự tương tác chất tan với pha tĩnh pha động lơi kéo chất tan vào hai pha pha tĩnh pha động Kết sắc kí lỏng cao áp đạt hiệu cao mà khơng tìm thấy hệ thống sắc kí khác phương pháp dễ dàng tách hỗn hợp nhiều hóa chất khác Sắc kí lỏng cao áp dùng để: Tách hổn hợp nhiều thành phần Phân tích định tính / phân tích định lượng Pha chế thành phần quan trọng Hình A.1: Q trình tách phân tích HPLC Phân tích định tính : Cho biết hỗn hợp có thành phần A, B C Phân tích định lượng: Cho biết nồng độ thành phần A, B, C Kết cho HPLC: Hình A.2: Kết HPLC cho thành phần A, B, C Sắc kí đồ có mũi tương ứng với thành phần A, B C Phân tích định tính cho biết diện phân tích định lượng xác định rõ nồng độ chất Hình A.3: Kết sắc kí đồ HPLC: Hình A.4: Nhận dạng thành phần A HPLC: Thành phần A tách lúc với mũi caffeine, nên A caffeine Xác định nồng độ: Ví dụ xác định nồng độ chất A: Hình A.5: Cách xác định nồng độ chất A: Diện tích (độ cao) mũi tương ứng với nồng độ thành phần cần xác định Nồng độ thành phần A (caffeine) xác định cách so sánh diện tích mũi với mũi caffeine chuẩn Cơ chế phân tách: Hình A.6: Các thành phần qua cột sắc ký: Quá trình phân tách định cột (vật liệu cố định) pha động (dung môi) Pha động tách thành tan dung môi, vật liệu độn giữ lại số thành phần cột Hình A.7: Các thiết bị chủ yếu hệ thông sắc kí lỏng cao áp: Hình A.8: Sơ đồ phối hợp sắc kí lỏng cao áp: Bảng A.1: Năm kiểu sắc kí phổ biến: Kiểu sắc kí lỏng Vật liệu độn Phương pháp chuẩn Silica gel Pha động Kiểu tƣơng tác n-Hexane/IPE Adsorption pha Phương pháp đảo pha (hút bám) Silica-C18(ODS) MeOH/Water Hydrophobic (kỵ nước) Phương pháp chọn Porous polymer THF lọc kích thước Gel permeation (thẩm thấu qua gel) Phương pháp trao đổi Ion exchange gel Buffer sol Buffer sol (ái lực) (Nguồn: Jasco international Co., Ltd HPLC seminar) + Phân tích pH Tỉ lệ đất : nuớc cất = 1:1 (g/ml) Vortex mẫu cho Để lắng 10 phút Đo pH mẫu máy đo pH (Làm mẫu control với nước cất) Ghi chép kết exchange (trao đổi ion) ion Phương pháp lôi Packings with ligand Ion Affinity (ái lực) + Phân tích độ ẩm Cân khối lượng mẫu đất ướt Sấy 1050C/1h Cân khối lượng mẫu đất sau sấy Tính độ ẩm mẫu theo công thức: Khối lượng đất ướt – khối lượng đất Độ ẩm (%) = X 100 Khối lượng đất ướt + Phân tích vi sinh vật (tổng nấm mốc) Môi trường dụng cụ: - Sử dụng mơi trường PGA (Potatoes Glucose Agar) có thành phần sau: Khoai tây: 300g; glucose : 20g ; agar : 15g ; nước cất : đủ 1000ml ; pH= 5-5,5 - Đun sôi 300g khoai tây sắt lát 500ml nước cất 30 phút Lọc qua vải thu lấy dịch chiết Trộn với đường aga - Hấp khử trùng 1210C 15 phút Đỗ đĩa để thạch đông đặc - Chuẩn bị nước cất khử trùng - Khử trùng dụng cụ : đầu tip pipet, ống nghiệm Qui trình phân tích: Chuẩn bị mẫu trước phân tích - Cân xác 1g đất hịa 9ml nước cất vô trùng vortex cho mẫu Sau làm đồng ta dung dịch mẫu có độ pha lỗng 10-1 so với ban đầu - Dịch mẫu đồng tiếp tục pha loãng theo dãi thập phân cách dùng pipet vô trùng chuyển 1ml dịch mẫu vào ống nghiệm chứa 9ml nước cất vô trùng Trộn mẫu máy vortex Dung dịch có độ pha lỗng 10-2 - Thao tác tương tự để có dịch mẫu có độ pha loãng 10-3, 10-4, 10-5… Cấy mẫu - Chọn hay độ pha loãng liên tiếp liên tiếp dự kiến có mặt nấm mốc để trải lên đĩa thạch petri - Hút 100 microlit vào đĩa petri chuẩn bị tiến hành phương pháp trải đĩa - Ghi ký hiệu mẫu độ pha loãng lên petri - Ủ ấm 300C/72h Tính kết quả: Đếm tất khuẩn lạc đĩa sau ủ Chọn đĩa có từ 25 – 250 khuẩn lạc để tính toán kết Mật độ tổng vi nấm 1g đất tính tốn sau: N VSTS/1g đất = n1V f1 +…….+ niV fi Trong : N: Tổng số khuẩn lạc đếm đĩa chọn ni: Số lượng đĩa cấy độ pha loãng thứ i V: thể tích dịch mẫu (ml) cấy vào đĩa fi: Độ pha loãng tương ứng + Phƣơng pháp xử lý số liệu Sử dụng phần mềm Microsoft Excel để tính tốn phần mềm kế tốn thống kê Statistical Package for Social Sciences - SPSS 15.0 để phân tích số liệu PHỤ LỤC I THÀNH PHẦN ĐỆM SINH HỌC THÍ NGHIỆM 1- Đệm sinh học 1: [Rơm mục] : [Than bùn] : [ Đất ruộng] = 50% : 25% : 25% 2- Đệm sinh học 2: [Cỏ khô] : [Than bùn] : [Đất ruộng] = 50% : 25% : 25% 3- Đệm sinh học 3: [ Rơm mục] : [ phân vi sinh] : [ Đất ruộng] = 50% : 25% : 25% 4- Đệm sinh học 4: [rơm mục = cỏ khô = trấu = vỏ đậu] : [than bùn] : [đất ruộng] = 50% : 25% : 25% 5- Đệm sinh học đối chứng: Là đất tự nhiên có kích thước 1m x 1m, khơng đào, khơng lót đáy đất sét, để tự nhiên hoàn toàn trồng cỏ đệm sinh học thí nghiệm STT Nguyên liệu Đệm sinh Đệm sinh Đệm sinh Đệm sinh Đệm sinh học học học học học đối chứng Rơm mục 50% Than bùn 25% 25% Đất ruộng 25% 25% Cỏ khô Phân vi sinh Hỗn hợp 50% 25% 25% 25% 50% 25% 50% (Rơm mục = cỏ khô= trấu = vỏ đậu) Đất tự nhiên 100% PHỤ LỤC J MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC ĐỊA Đào hố Chuẩn bị đất sét Lót đáy đệm sinh học Tập kết vật liệu Tập kết vật liệu Trộn vật liệu Hỗn hợp vật liệu cho vào đệm Hỗn hợp vật liệu đệm sinh học Đệm sinh học chứa đầy vật liệu phủ đất mặt Trồng cỏ đệm sinh học Chia ô lấy mẫu Đệm sinh học chia Bình phun thuốc loại lít Mặc đồ bảo hộ lao động Phun thuốc BVTV Lấy mẫu Cho mẫu vào bao nylon Giở bạt che đệm SH vào ban ngày Che bạt cho đệm SH trời mưa Đệm sinh học sau tháng (trồng cỏ voi) Phun thuốc thí nghiệm Đệm sinh học sau tháng (trồng cỏ chỉ) Đệm sinh học sau tháng (trồng cỏ voi) Chặt rơm Pha trộn vật liệu thí nghiệm Đập vỏ đậu phọng Chặt rơm mục Cắt cỏ khô Nén vật lịệu đổ đầy đệm sinh học thí nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Agro, 2007 TP Hồ Chí Minh chuyển dịch cấu kinh tế nơng nghiệp http://www.agro.gov.vn/news/newsdetail.asp?targetID=2136 [2] Phịng thống kê-UBND quận 12, 2007 Khái quát điều kiện tự nhiên quận 12 [3] Bùi Cách Tuyến, Phạm Văn Biên, Nguyễn Mạnh Chính, 2005 Cẩm nang thuốc BVTV NXB Nông Nghiệp [4] Phương Liễu, 2006 Lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật đầu độc đất đai [5] Thu Thảo, 2004 Ô nhễm thuốc trừ sâu nguồn nước ngầm, vietnamnet.com ngày 2/7/2004 [6] Chi cục Bảo vệ thực vật TP.HCM, 2008 Báo cáo kết điều tra, khảo sát tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật nông dân TP HCM từ năm 2002 đến tháng đầu năm 2008 [7] Chi cục Bảo vệ thực vật TP.HCM, 2007 Báo cáo kết điều tra diện tích, suất, sản lượng rau vụ mùa 2007, báo cáo số 60/BC-CCBVTV, 16/04/2007 [8] Bộ Khoa học Công nghệ, 2006 Giới thiệu khái quát thành phố Hồ Chí Minh