Ảnh hưởng của hóa chất bảo vệ thực vật đến vi sinh vật đất trồng chè

Tuy nhiên, do các loại hóa chất bảo vệ thực vật thường là các chất hoá học có độc tính cao nên mặt trái của chúng là rất độc hại với sức khoẻ con người và là một đối tượng có nguy cơ cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Văn Tuyến

ẢNH HƯỞNG CỦA HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT ĐẾN

VI SINH VẬT ĐẤT TRỒNG CHÈ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Văn Tuyến

ẢNH HƯỞNG CỦA HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT ĐẾN

VI SINH VẬT ĐẤT TRỒNG CHÈ

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

Mã số: 60 85 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Nguyễn Xuân Cự

Hà Nội - 2012

LỜI CẢM ƠN

Để có thể hoàn thành đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự

nỗ lực cố gắng của bản thân còn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý thầy cô, cũng như

sự động viên ủng hộ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến PGS TS Nguyễn Xuân Cự và ThS

Trần Thị Tuyết Thu, những người đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất

cho tôi hoàn thành luận văn này Xin gởi lời tri ân nhất của tôi đối với những điều mà thầy, cô đã dành cho tôi

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể quý thầy cô trong bộ môn Môi trường Đất - Khoa Môi trường - Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi thực hiện đề tài luận văn

Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, những người đã không ngừng động viên, hỗ trợ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn

Cuối cùng, tôi xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn đến các anh chị và các bạn đồng nghiệp đã hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ một cách hoàn chỉnh

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

NN & PTNT Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Tổng quan về hóa chất bảo vệ thực vật 3

1.1.1 Khái niệm và phân loại hóa chất BVTV 3

1.1.2 Thực trạng sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật 5

1.1.3 Tồn lưu và chuyển hóa của hóa chất BVTV trong môi trường 8

1.2 Vi sinh vật trong đất 13

1.2.1 Thành phần và sự đa dạng của các VSV đất 13

1.2.2 Vai trò của vi sinh vật đất 17

1.2.3 Sự phân bố của sinh vật trong đất 18

1.2.4 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường tới phân bố vi sinh vật đất 22

1.3 Tác động của hóa chất BVTV tới VSV đất 24

1.4 Một số tính chất cơ bản của HCBVTV sử dụng trong thí nghiệm 30

1.4.1 Tính chất cơ bản của Actardor 100 WP 30

1.4.2 Tính chất cơ bản của Reasegant 3.6 EC 31

CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 34

2.1 Đối tượng nghiên cứu 34

2.2 Phương pháp nghiên cứu 34

2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu 34

2.2.2 Phương pháp khảo sát thực địa 34

2.2.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm trong nhà lưới 34

2.2.4 Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm 36

2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu 37

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Tình hình sử dụng đất và sản xuất chè tại vùng nghiên cứu 38

3.1.1 Tình hình sử dụng đất tại Tân Cương 38

3.1.2 Tình hình sản xuất chè ở Tân Cương 38

3.1.3 Tình hình sử dụng thuốc BVTV tại Tân Cương 39

3.2 Một số tính chất cơ bản trong đất nghiên cứu 41

3.3 Ảnh hưởng của việc sử dụng hóa chất BVTV hóa học Actardor 100 WP tới khu hệ vi sinh vật đất 42

3.3.1 Ảnh hưởng của việc sử dụng Actardor 100WP tới thành phần vi sinh vật tổng số 43

3.3.2 Ảnh hưởng của việc sử dụng Actardor 100 WP tới sinh khối vi sinh vật 49

3.4 Ảnh hưởng của việc sử dụng hóa chất BVTV sinh học Reasegant 3.6EC tới VSV trong đất 54

3.4.1 Ảnh hưởng của việc sử dụng hóa chất Reasegant 3.6 EC tới thành phần vi sinh vật tổng số 54

3.4.2 Ảnh hưởng của việc sử dụng Reasegant 3.6 EC tới sinh khối vi sinh vật 60

3.5 Đề xuất sau nghiên cứu 64

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHỤ LỤC 73

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Phân nhóm độc chất HCBVTV tại Việt Nam 5

Bảng 1.2 Thời gian tồn lưu của một số hóa chất BVTV trong môi trường 12

Bảng 1.3 Phân loại vi khuẩn theo hình thái 14

Bảng 1.4 Các nhóm vi khuẩn theo đặc điểm dinh dưỡng 15

Bảng 1.5 Số lượng VSV ở một số loại đất khác nhau 19

Bảng 1.6 Thành phần và số lượng VSV trong một số loại đất ở Việt Nam 20

Bảng 1.7 Sự phân bố VSV theo chiều sâu trong đất 22

Bảng 1.8 Ví dụ về ảnh hưởng của hóa chất BVTV tới sinh vật đất 25

Bảng 1.9 Một số tính chất của Imidacloprid 30

Bảng 1.10 Một số tính chất của Abamectin 32

Bảng 2.1 Các công thức thí nghiệm 35

Bảng 3.1 Một số loại thuốc bảo vệ thực vật được sử dụng ở Tân Cương 39

Bảng 3.2 Một số tính chất đất thí nghiệm 41

Bảng 3.3 Số lượng vi khuẩn tổng số trong các mẫu đất TN1 43

Bảng 3.4 Số lượng xạ khuẩn ở các mẫu đất TN1 45

Bảng 3.5 Số lượng nấm ở các mẫu đất thí nghiệm 1 47

Bảng 3.6 Tổng C trong sinh khối VSV ở các mẫu đất thí nghiệm 1 49

Bảng 3.7 Tổng N trong sinh khối VSV ở các mẫu đất thí nghiệm 1 52

Bảng 3.8 Số lượng vi khuẩn tổng số trong mẫu đất thí nghiệm 2 55

Bảng 3.9 Số lượng xạ khuẩn ở các mẫu đất trong TN2 57

Bảng 3.10 Số lượng nấm ở các mẫu đất trong TN2 59 Bảng 3.11 Tổng C trong sinh khối VSV ở các mẫu đất thí nghiệm 2 61 Bảng 3.12 Tổng N trong sinh khối VSV ở thí nghiệm 2 62

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sự chuyển hóa của hóa chất BVTV trong môi trường 11

Hình 1.2 Ảnh hưởng của yếu tố khí hậu tới vi sinh vật đất 23

Hình 1.3 Công thức cấu tạo của hoạt chất Imidacloprid 30

Hình 1.4 Công thức cấu tạo của hoạt chất Abamectin 32

Hình 3.1 Số lượng vi khuẩn tổng số trong TN1 bổ sung Actardor 100WP 44

Hình 3.2 Số lượng xạ khuẩn ở thí nghiệm 1 bổ sung Actardor 100WP 46

Hình 3.3 Số lượng nấm ở các công thức trong TN1 bổ sung Actardor 100WP 48

Hình 3.4 Tổng C trong sinh khối VSV ở mẫu thí nghiệm 1 51

Hình 3.5 Tổng Nitơ trong sinh khối VSV ở mẫu thí nghiệm 1 53

Hình 3.6 Ảnh hưởng của hóa chất Reasegant 3.6EC tới vi khuẩn tổng số 56

Hình 3.7 Ảnh hưởng của hóa chất Reasegant 3.6EC tới xạ khuẩn 58

Hình 3.8 Ảnh hưởng của hóa chất Reasegant 3.6EC tới nấm tổng số 60

Hình 3.9 Tổng C trong sinh khối VSV ở thí nghiệm 2 62

Hình 3.10 Tổng N trong sinh khối VSV ở thí nghiệm 2 63

MỞ ĐẦU

Việt Nam là nước sản xuất nông nghiệp, với khí hậu nhiệt đới nóng ẩm rất thuận lợi cho sự phát triển của cây trồng nhưng cũng tạo điều kiện tốt cho sự phát sinh, phát triển của sâu bệnh, cỏ dại gây hại mùa màng Do vậy việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật để phòng trừ sâu hại, dịch bệnh giữ vững an ninh lương thực quốc gia vẫn là một biện pháp quan trọng và chủ yếu Cùng với phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật được kì vọng là yếu tố quan trọng để đảm bảo cho một vụ mùa bội thu Tuy nhiên, do các loại hóa chất bảo vệ thực vật thường là các chất hoá học có độc tính cao nên mặt trái của chúng là rất độc hại với sức khoẻ con người và là một đối tượng có nguy cơ cao gây ô nhiễm môi trường sinh thái nếu không được quản lý chặt chẽ và sử dụng đúng cách Trên thực tế, việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật chỉ một phần là tác dụng trực tiếp còn lại đến 50% là thất thoát vào môi trường, nhất là môi trường đất Do đó, chúng là tác nhân quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường đất

Hệ vi sinh vật đất là yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng tới khả năng chuyển hóa

và cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, đồng thời thực hiện chức năng duy trì sự sống trong đất Việc nghiên cứu về sự phân bố, động thái của vi sinh vật đất, tìm kiếm những chủng mạnh, vừa có hoạt tính sinh học cao vừa phù hợp với điều kiện sinh thái

là một trong những hướng đi đúng đắn nhằm thực hiện định hướng phát triển nền nông nghiệp bền vững Tuy nhiên, hiện nay vấn đề ô nhiễm đất đã ảnh hưởng không nhỏ đến khu hệ vi sinh vật trong đất, làm thay đổi theo chiều hướng tiêu cực đối với chất lượng đất

Là một trong những nước xuất khẩu chè lớn trên thế giới, nước ta có rất nhiều vùng chè đặc sản như Thái Nguyên, Phú Thọ, Lâm Đồng… Các vùng chè này không chỉ được biết đến với hương vị chè của địa phương mà còn được biết đến vì kĩ thật thâm canh cây chè cao Hóa chất bảo vệ thực vật đã trở thành một yếu tố không thể thiếu để đảm bảo năng suất chè của các vùng thâm canh cao này Tuy nhiên hóa chất

bảo vệ thực vật là một trong những nhân tố gây ô nhiễm môi trường do bị lạm dụng, thiếu kiểm soát hoặc dùng sai Nhiều mặt tiêu cực của hóa chất bảo vệ thực vật đã bộc

lộ như gây ô nhiễm nguồn nước và đất; để lại dư lượng trên nông sản, gây độc cho người và nhiều loài động vật máu nóng; gây mất cân bằng trong tự nhiên; làm giảm tính đa dạng sinh học, xuất hiện nhiều loại dịch hại mới, tạo tính chống thuốc của dịch hại và làm đảo lộn các mối quan hệ giữa các loài sinh vật trong hệ sinh thái, gây bùng phát và tái phát dịch bệnh [15] Hiện nay, tình hình dịch hại ngày càng phát triển mạnh với nhiều loài sâu bệnh đột biến kháng thuốc nên mức độ sử dụng và chủng loại hóa chất bảo vệ thực vật ngày càng cao Chúng ta vẫn luôn nhận thức được ảnh hưởng của hóa chất bảo vệ thực vật đối với môi trường sinh thái nói chung cũng như vi sinh vật đất nói riêng, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng cụ thể ra sao thì chưa có nhiều nghiên cứu

đặc biệt là trong các đất trồng chè Do đó đề tài “Ảnh hưởng của hóa chất bảo vệ thực

vật đến vi sinh vật đất trồng chè” được thực hiện

Những nghiên cứu của đề tài góp thêm vào cơ sở dữ liệu về ảnh hưởng của một

số hóa chất bảo vệ thực vật đến tính đa dạng của vi sinh vật đất ở vùng nghiên cứu và làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất các biện pháp ứng dụng vào thực tiễn sản xuất ở địa phương

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về hóa chất bảo vệ thực vật

1.1.1 Khái niệm và phân loại hóa chất BVTV

1.1.1.1 Khái niệm hóa chất BVTV

Hóa chất dùng trong công tác BVTV bao gồm các hóa chất trừ sâu, diệt nấm, diệt cỏ, diệt chuột… đều được mang tên chung là thuốc BVTV hay nông dược Theo

Điều lệ quản lý thuốc BVTV (Ban hành kèm theo Nghị định số 58/2002/NĐ-CP ngày

03/6/2002 của Chính phủ), thuốc BVTV là các chế phẩm có nguồn gốc từ hóa chất,

thực vật, động vật, VSV và các chế phẩm khác dùng để phòng trừ sinh vật gây hại cho tài nguyên thực vật [25]

1.1.1.2 Phân loại hóa chất BVTV

Việc phân loại hóa chất BVTV có thể thực hiện theo nhiều cách: phân loại theo đối tượng phòng trừ (thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh…) hoặc phân loại theo gốc hóa học (nhóm clo hữu cơ, nhóm lân hữu cơ…) Các loại hóa chất BVTV có nguồn gốc khác nhau thì tính độc và khả năng gây độc khác nhau Dựa vào đặc điểm hóa học, các hóa chất BVTV thường được sử dụng thuộc các nhóm sau [15]:

- Nhóm thuốc thảo mộc: có độ độc cấp tính cao nhưng nhanh phân hủy trong môi trường

- Nhóm clo hữu cơ: DDT, 666 nhóm này có độ độc cấp tính tương đối thấp nhưng tồn lưu lâu trong môi trường, gây độc mãn tính nên nhiều sản phẩm bị cấm hoặc hạn chế sử dụng

- Nhóm lân hữu cơ: Parathinon Methyl (Vofatox), Bi-58 độ độc cấp tính của các loại thuốc thuộc nhóm này tương đối cao nhưng nhanh phân hủy trong cơ môi trường hơn so với nhóm clo hữu cơ

- Nhóm cacbamat: Mipcin, Bassa, Sevin…là thuốc được dùng rộng bởi vì thuốc tương đối rẻ tiền, hiệu lực cao, độ độc cấp tính tương đối cao nhưng khả năng phân hủy nhanh tương tự nhóm lân hữu cơ

- Nhóm Pyrethoide (Cúc tổng hợp): Decis, Sherpa, Sumicidine… nhóm này dễ bay hơi và nhanh phân hủy trong môi trường

- Các hợp chất Pheromone: Là những hóa chất đặc biệt do sinh vật tiết ra để kích thích hành vi của những sinh vật khác cùng loài Các chất điều hòa sinh trưởng côn trùng (Nomolt, Applaud…) là những chất được dùng để biến đổi sự phát triển của côn trùng Chúng ngăn cản côn trùng biến thái hoặc kích thích sự trưởng thành từ rất sớm Các hợp chất này rất ít độc với người và môi trường

- Nhóm thuốc trừ sâu vi sinh (Dipel, Thuricide, Xentari, NPV ): Rất ít độc với người và các sinh vật không phải là dịch hại

- Ngoài ra còn có nhiều chất có nguồn gốc hóa học khác, một số sản phẩm từ dầu mỏ được dùng làm thuốc trừ sâu

Để thể hiện mức độ độc của mỗi loại thuốc người ta sử dụng chỉ số gây độc cấp tính LD50 hay còn gọi là liều gây chết trung bình căn cứ thử nghiệm trên thỏ hoặc chuột bạch Chỉ số LD50 càng thấp thì thuốc càng độc và ngược lại chỉ số LD50 càng cao thì thuốc càng ít độc Ví dụ như LD50 của Furadan (Carbofuran) bằng 8-14 mg/kg là thuốc rất độc, chỉ số của Trebon (Ethofenprox) là 21,440 mg/kg nên thuốc ít độc hơn Căn cứ vào chỉ số LD50 người ta chia các thuốc BVTV ra thành 4 cấp độc từ I đến IV: Cấp I rất độc, cấp II độc, cấp III độc trung bình và cấp IV tương đối ít độc Để nhận biết, người

ta in băng màu trên nhãn thuốc biểu thị cấp độc (bảng 1.1)

Bảng 1.1 Phân nhóm độc chất HCBVTV tại Việt Nam Mức độ độc

Thể rắn (mg/kg)

Thể lỏng (ml/kg)

Ia, Ib Rất độc Vạch màu đỏ < 50 < 200 < 100 < 400

II Độc Vạch màu vàng 50 - 500 200 -1000 100 - 1000 400 - 4000 III Độc trung bình

Vạch màu xanh lam > 500 > 2000 > 1000 > 4000

IV Ít độc Vạch màu xanh lá cây “Cẩn thận”

vệ cây trồng [17] Cuối thế kỷ XIX các HCBVTV đã được sử dụng rộng rãi nhưng biện pháp hoá học lúc này vẫn chưa có vai trò đáng kể trong sản xuất nông nghiệp

Từ đầu thế kỷ XX đến năm 1960, HCBVTV hữu cơ ra đời làm thay đổi vai trò của biện pháp hoá học trong sản xuất nông nghiệp Thuốc trừ nấm thuỷ ngân hữu cơ đầu tiên ra đời vào năm 1913; tiếp theo là các thuốc trừ nấm lưu huỳnh rồi đến các nhóm khác DDT đã được Zeidler tìm ra tại Thuỵ Sỹ năm 1924 [15] Hàng loạt HCBVTV ra đời sau đó: hợp chất phốt pho hữu cơ đã được phát minh năm 1942 [7], clo hữu cơ (1940-1950) và các hoá chất cacbamat (1945-1950) Hoá chất trừ cỏ xuất hiện muộn hơn, năm 1945 chất diệt cỏ carbamat lần đầu tiên được phát hiện ở Anh Biện pháp hoá học bị khai thác ở mức tối đa, từ cuối những năm 1950 những hậu quả xấu của HCBVTV gây ra cho con người và môi trường được phát hiện [15]

Từ năm 1960-1980, việc lạm dụng HCBVTV đã để lại những hậu quả rất xấu

cho môi trường và sức khoẻ con người Trong nhân dân tư tưởng sợ hãi, không dám dùng HCBVTV xuất hiện; thậm chí có người cho rằng cần loại bỏ không dùng HCBVTV trong sản xuất nông nghiệp [15] Chính vì điều này các nhà khoa học đã đầu

tư nghiên cứu các loại HCBVTV mới an toàn hơn đối với môi trường và sức khoẻ con người Nhiều HCBVTV mới ra đời như hoá chất trừ cỏ mới; các HCBVTV nhóm perethroid tổng hợp; các HCBVTV có nguồn gốc sinh học hay tác động sinh học, các chất điều tiết sinh trưởng côn trùng và cây trồng Lượng HCBVTV được dùng trên thế giới không những không giảm mà còn liên tục tăng lên [15], [37]

Từ những năm 1980 đến nay, vấn đề bảo vệ môi trường được quan tâm hơn, vai

trò của biện pháp hoá học vẫn được thừa nhận Tư tưởng sợ HCBVTV cũng bớt dần,

do hiểu biết tốt hơn về tác động qua lại của côn trùng và cây trồng, các loại HCBVTV

đã được phát triển lên một tầm cao mới cũng như đã có một chiến lược mới về công thức hoá học và các phương pháp sử dụng Nhiều loại hoá chất mới, trong đó có nhiều HCBVTV sinh học có hiệu quả cao với dịch hại nhưng an toàn với môi trường ra đời [15] Sự phát triển mới này đã tạo ra cơ hội giảm bớt nguy cơ nhiễm độc HCBVTV Sản lượng HCBVTV thế giới tăng lên theo thời gian, năm 1955 thế giới sản xuất ra gần

400 nghìn tấn, thập niên 90 của thế kỷ XX sản xuất ra hơn 3 triệu tấn mỗi năm [44] Đến nay thế giới sản xuất khoảng 4,4 triệu tấn/năm với 2.537 loại hóa chất BVTV [1], [37] Những quốc gia có sản lượng, kim ngạch xuất nhập khẩu và sử dụng HCBVTV đứng hàng đầu thế giới là Trung Quốc và Hoa Kỳ

Trong 10 năm gần đây đã có những thay đổi trong ngành công nghiệp HCBVTV thế giới, những hoá chất có độc tính cao đã từng bước được loại ra khỏi thị trường và thay vào đó là các loại HCBVTV ít độc hại hơn đối với môi trường và sức khoẻ cộng đồng [41]

1.1.2.2 Thực trạng sử dụng HCBVTV tại Việt Nam

Giai đoạn trước năm 1957, biện pháp hoá học hầu như không có vị trí trong sản

xuất nông nghiệp Tháng 1 năm 1956 thành lập tổ hoá bảo vệ thực vật của Viện Khảo cứu trồng trọt đã đánh dấu sự ra đời của ngành Hoá BVTV ở Việt Nam [15] Năm

1961 Cục Bảo vệ thực vật được thành lập, là một cơ quan quản lý nhà nước thuộc Bộ

NN & PTNN [8] HCBVTV được dùng lần đầu trong sản xuất nông nghiệp ở miền Bắc tại Hưng Yên (vụ đông xuân 1956-1957), miền Nam HCBVTV được sử dụng từ năm

1962 [15]

Giai đoạn từ 1957-1990, thời kỳ bao cấp việc nhập khẩu quản lý và phân phối HCBVTV hoàn toàn do nhà nước thực hiện Lượng HCBVTV dùng không nhiều, khoảng 15.000 tấn thành phẩm/năm với hơn 20 chủng loại chủ yếu là thuốc trừ sâu và thuốc trừ bệnh [15] Thời kỳ 1976-1980 mỗi năm cả nước sử dụng 16.000 tấn HCBVTV Thời kỳ 1986-1990 trung bình mỗi năm sử dụng 14.000 tấn HCBVTV, trong đó 55 % là lân hữu cơ, 13 % là clo hữu cơ, 12 % là hợp chất carbamat còn lại là hợp chất thuỷ ngân, asen Đa phần là các hoá chất tồn lưu lâu trong môi trường hay có

độ độc cao [17]

Giai đoạn từ 1990 đến nay, thị trường HCBVTV đã thay đổi cơ bản Nền kinh tế thị trường nguồn hàng phong phú, nhiều chủng loại được cung ứng kịp thời, nông dân

có điều kiện lựa chọn HCBVTV, giá cả khá ổn định có lợi cho nông dân [15] Lượng hóa chất sử dụng trong nông nghiệp ở Việt Nam ngày càng tăng Trong đó phần lớn là hoá chất trừ sâu và còn lại là trừ cỏ, trừ bệnh, nhóm photpho hữu cơ chiếm khoảng 56

%, phổ biến nhất là Vofatox và Monitor Đó là những loại thuốc độc hại cho môi trường và con người Giai đoạn gần đây cơ cấu tỉ lệ các loại HCBVTV đã được thay đổi đáng kể, nhiều loại hoá chất mới hiệu quả hơn, an toàn hơn với môi trường được nhập khẩu và sử dụng Năm 1991 hoá chất trừ sâu chiếm 83,3 %, hoá chất trừ nấm 9,5

%, hoá chất diệt cỏ 4,1 %, những loại khác 3,1 % [8] Đến năm 2008 tỉ lệ là hoá chất trừ sâu chiếm 37,9%, hoá chất trừ nấm 21,12 %, hoá chất diệt cỏ 13,77 %, hoá chất diệt côn trùng 23,46 % và những loại khác 3,75 % Lượng HCBVTV tiêu thụ qua các năm tăng dần, kim ngạch nhập khẩu HCBVTV tăng mạnh [15], [23] Theo số liệu của Tổng cục Thống kê, kim ngạch nhập khẩu HCBVTV và nguyên liệu năm 2008 là 473.760.692 USD, năm 2009 là 488.494.550 USD tăng 3,1% so với cùng kỳ năm

2008, năm 2010 đạt 549.254.817 USD tăng 12,4% so với cùng kỳ năm 2009 Nguồn HCBVTV được nhập khẩu về trong năm 2010 chủ yếu từ: Trung Quốc (226.934.364 USD), Ấn Độ (52.481.156 USD), Thái Lan (33.451.361 USD), kế tiếp là Anh (31.211.162 USD) [11], [21]

Hiện nay số lượng và chủng loại HCBVTV sử dụng ở nước ta tương đối cao so với khu vực Ngày 20/5/2011 Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã ban hành thông tư 36/2011/TT-BNNPTNT về việc ban hành Danh mục thuốc BVTV được phép

sử dụng, hạn chế sử dụng, cấm sử dụng ở Việt Nam, trong đó cho phép 1151 hoạt chất

và 2967 thương phẩm được phép sử dụng trong nông nghiệp tại Việt Nam [1]

1.1.3 Tồn lưu và chuyển hóa của hóa chất BVTV trong môi trường

Một số công trình nghiên cứu đã chỉ ra sự tồn lưu HCBVTV trong đất, nước, không khí, trong cây trồng và cả trong thực phẩm [20], hậu quả đã ảnh hưởng xấu đến động vật đặc biệt là con người

Không khí có thể dễ dàng bị ô nhiễm bởi HCBVTV dễ bay hơi, đặc biệt trong điều kiện khí hậu nóng Ở các vùng nhiệt đới, khoảng 90 % HCBVTV phốt pho hữu cơ

có thể bay hơi nhanh hơn Các thuốc diệt cỏ cũng bị bay hơi nhất là trong quá trình phun thuốc

Trong đất có tới 50 % lượng HCBVTV được phun để bảo vệ mùa màng hoặc

được sử dụng diệt cỏ để phun không đúng vị trí và dải trên mặt đất Một vài HCBVTV như clo hữu cơ có thể tồn tại trong đất nhiều năm mặc dù là một lượng lớn HCBVTV

đã bay hơi Theo Bùi Vĩnh Diên, Vũ Đức Vọng nghiên cứu dư lượng HCBVTV trong đất tại Đắk Lắk cho thấy trong đất canh tác các loại có chứa dư lượng HCBVTV chung

là 62,22 % số mẫu và 44,44 % mẫu có dư lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép Đất trồng cà phê 60,0 % số mẫu có dư lượng HCBVTV và 33,33 % số mẫu có dư lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép Đất trồng rau, màu 66,66 % số mẫu có dư lượng HCBVTV và 60,0 % mẫu có dư lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép Đất trồng lúa 60,0 % số mẫu có dư lượng HCBVTV và 40,0 % mẫu có dư lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép [2]

Nước có thể bị ô nhiễm bởi việc đổ các HCBVTV thừa sau khi phun xong hoặc

đổ nước rửa dụng cụ sau khi phun xuống hồ ao Cây trồng được phun HCBVTV ở ngay cạnh mép nước, sự rò rỉ, xói mòn từ đất đã xử lý bằng HCBVTV hoặc HCBVTV rơi xuống từ không khí bị ô nhiễm Sử dụng HCBVTV cho xuống các sông hồ để giết

cá và vớt cá để ăn [6], [14] Nghiên cứu của Bùi Vĩnh Diên, Vũ Đức Vọng dư lượng HCBVTV chung là 58,33 % số mẫu và 20,0 % mẫu có dư lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép Nước giếng đào có 60,0 % số mẫu có dư lượng HCBVTV và 20,0 % mẫu có

dư lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép Nước hồ thủy lợi 53,33 % số mẫu có dư lượng HCBVTV và 26,66 % mẫu có dư lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép Nước ruộng có 66,66 % số mẫu có dư lượng HCBVTV và 33,33 % vượt quá tiêu chuẩn cho phép

Nước sông, suối có 53,33 % số mẫu có dư lượng HCBVTV và không có mẫu nào vượt quá tiêu chuẩn cho phép [2]

Trên thực tế hiện tượng sử dụng HCBVTV không theo chỉ dẫn ở nhiều nơi hiện nay đã gây nên tình trạng ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Kết quả định lượng HCBVTV ở một số địa phương cho thấy dư lượng HCBVTV trong đất, nước và thực phẩm đang ở mức báo động và có nguy cơ gia tăng [10]

Khi đưa hóa chất BVTV vào trong môi trường đất, rất nhiều các quá trình chuyển hóa có thể xảy ra Ngoài tác động có lợi là tiêu diệt sâu hại, việc đưa hóa chất bảo vệ thực vật vào trong môi trường cũng gây ra rất nhiều tác động có hại Ví dụ như các dòng chảy có thể rửa trôi các hóa chất diệt cỏ tại khu vực có cỏ dại, dẫn đến giảm hiệu quả kiểm soát cỏ dại, gây thiệt hại cho các loài sinh vật khác đồng thời cũng gây ô nhiễm đất và nước Bên canh đó, các loại thuốc trừ sâu khi phát tán vào không khí gây

ra các ảnh hưởng nằm ngoài dự kiến

Có nhiều quá trình ảnh hưởng tới sự tồn lưu thuốc BVTV trong môi trường, ví

dụ như quá trình hấp phụ, di chuyển, phân hủy Di chuyển là quá trình mà hóa chất BVTV chuyển rời khỏi khu vực sử dụng nó bao gồm sự bay hơi, rửa trôi Các quá trình này được mô tả trong hình 1.1 [31]

Hình 1.1 Sự chuyển hóa của hóa chất BVTV trong môi trường

Thời gian tồn lưu được tính là thời gian bán phân hủy của hóa chất BVTV trong môi trường Nếu các hóa chất BVTV có thời gian phân hủy ngắn thì ít có khả năng tồn lưu và di chuyển trong môi trường (bảng 1.2) Thời gian tồn lưu của hóa chất BVTV phụ thuộc vào các yếu tố môi trường và hoạt động của VSV Hóa chất BVTV bị phân hủy khi tồn tại ở trên bề mặt đất, do tác động bởi các quá trình quang hóa, rửa trôi hay thất thoát nhờ gió Do vậy, sự chuyển hóa của các chất BVTV trên bề mặt đất là không liên tục và khó có thể dự đoán trước [31]

Bảng 1.2 Thời gian tồn lưu của một số hóa chất BVTV trong môi trường Thời gian tồn lưu nhanh

(chu kì bán phân hủy 30

TCA Picloram Bromacil Trifluralin Chlordane Paraquat Lindane

Nguồn: Kenneth R Bolen (1993)[46]

Hấp phụ là sự liên kết giữa thuốc BVTV với các hạt đất Số lượng hóa chất BVTV được hấp phụ ở các loại đất khác nhau phụ thuộc vào loại thuốc, loại đất và một

số đặc tính của đất như thành phần cấp hạt, cấu trúc, độ ẩm và độ chua Hóa chất BVTV được hấp phụ cao trong đất giàu sét và chất hữu cơ, ngược lại được hấp phụ rất

ít trong đất cát [48]

Bay hơi là các quá trình của các chất rắn, lỏng chuyển đổi thành dạng khí và có thể di chuyển đến nơi rất xa so với nơi sử dụng Hóa chất BVTV dễ bay hơi nhất từ đất cát, đất ẩm, khi thời tiết khô, nóng và có gió thì lượng bay hơi tăng

Rửa trôi là sự di chuyển của các hóa chất BVTV trong nước do nước có thể hòa tan các hóa chất này Các dòng chảy này cũng có thể xuất hiện khi lượng nước chảy trên bề mặt nhanh hơn tốc độ nó được hấp thu vào đất Lượng hóa chất BVTV trong các dòng chảy phụ thuộc vào độ dốc, kết cấu, độ ẩm của đất, lượng mưa và thời gian mưa, cũng như loại hóa chất BVTV được sử dụng Sự rửa trôi mang theo thuốc BVTV

có thể gây ô nhiễm ao, hồ và các nguồn nước khác Nước ô nhiễm chứa hóa chất BVTV có thể gây ảnh hưởng tới vật nuôi, cây trồng, gây ô nhiễm nước ngầm Ngoài ra việc thất thoát hóa chất BVTV rất dễ xảy ra khi trời mưa nhiều ngay sau khi phun Chính vì vậy, bên cạnh các biện pháp kỹ thuật sử dụng, cần theo dõi thời tiết để hạn chế, hoãn phun hóa chất BVTV vào những ngày mưa nhiều [48]

Quá trình phân hủy hóa chất BVTV do các VSV, phản ứng hóa học, phản ứng quang hóa có thể xảy ra vào bất cứ thời gian nào tùy thuộc vào điều kiện môi trường và đặc điểm hóa học của hóa chất BVTV [48]

Sự phá hủy cấu trúc của hóa chất BVTV xảy ra do tác động của các VSV đất như nấm, vi khuẩn Sự phân hủy sinh học tăng khi nhiệt độ thuận lợi ở 25 - 30oC, pH đất, độ ẩm đất, độ thoáng khí thích hợp cho sự hoạt động của VSV đất [48]

Sự phân hủy quang học là sự phân hủy của hóa chất BVTV do chịu ảnh hưởng của ánh sáng mặt trời Trên thực tế, ở mức độ nào đó tất cả các hóa chất BVTV đều bị phân hủy quang học Tốc độ của phân hủy quang học phụ thuộc vào cường độ chiếu sáng, thời gian chiếu sáng và đặc tính của hóa chất BVTV [48]

Thường trong các loại đất, vi khuẩn chiếm tỷ lệ trung bình 80 – 90% tổng số lượng VSV; xạ khuẩn và nấm chiếm khoảng 8 – 18% Còn lại là các nhóm tảo đơn bào, nguyên sinh động vật [19]

1.2.1.1 Vi khuẩn

Vi khuẩn có thể là sinh vật đơn bào hoặc đa bào, có nhân giả, đa số không có tiêm mao Vi khuẩn có kích thước nhỏ (0,1 -1,2) x (0,2 – 6) µm Chúng có ý nghĩa lớn trong việc phân hủy, chuyển hóa các chất trong đất

Dựa theo đặc điểm hình thái các loại vi khuẩn được chia ra 5 nhóm chính là cầu khuẩn, trực khuẩn, cầu trực khuẩn, xoắn khuẩn, phẩy khuẩn (bảng 1.3)

Bảng 1.3 Phân loại vi khuẩn theo hình thái

Cầu khuẩn

Đơn cầu: Monococcus agilis Song cầu: Diplococcus pneumonia

Tứ cầu: Tetracoccus homeri

Tụ cầu: Staphylococcus pyogenes Chuỗi cầu: Streptococcus lactis

tử oxy và dạng năng lượng mà chúng sử dụng để lấy năng lượng qua đó người ta chia

ra làm 4 nhóm vi khuẩn chính: quang tự dưỡng, quang dị dưỡng, hóa tự dưỡng, hóa dị dưỡng (bảng 1.4)

Bảng 1.4 Các nhóm vi khuẩn theo đặc điểm dinh dưỡng

vi khuẩn lưu huỳnh màu tía),

vi khuẩn lam, nhóm ưa mặn

Quang dị dưỡng Ánh sáng Chất hữu cơ Vi khuẩn không lưu huỳnh

màu tía Hóa tự dưỡng vô

Cacbon dioxit

Hóa dị dưỡng vô

Hầu hết vi khuẩn, nấm và tất

cả động vật

nhau, có thể phân loại vi khuẩn đất theo các chất mà chúng tham gia chuyển hóa, ví dụ

như vi khuẩn phân hủy xenlulo (Clostridium, Cellulomonas, Myrothecium), vi khuẩn

sắt, vi khuẩn lưu huỳnh, các vi khuẩn chuyển hóa nitơ, bao gồm vi khuẩn amon hóa

(Micrococcus, bacillus) Vi khuẩn nitrat hóa giữ vai trò chuyển hóa NH4+  NO3-nhờ quá trình oxy hóa; vi khuẩn chuyển NH4+  NO2- gồm các chi Nitrosomonas,

Nitrosospira, còn chuyển NO2-  NO3-gồm: Nitrobacter, Nitrocystic Trong điều kiện

khử N2 cũng bị chuyển thành NO3- với sự tham gia của vi khuẩn cộng sinh Rhizobium hoặc sống tự do như Nitrobacter…

1.2.1.2 Xạ khuẩn

Xạ khuẩn là những VSV đơn bào thuộc nhóm nhân giả Cơ thể có hình sợi, người ta còn gọi xạ khuẩn là vi khuẩn-nấm Xạ khuẩn phân bố rộng rãi trong đất, trong nước, trong các cơ chất hữu cơ Chúng có kích thước vô cùng nhỏ (0,2 - 0,5) x (0,4 -100) µm Xạ khuẩn có 10 loại hình thái: đốt thưa, đốt dày, đốt cành, đốt cong, đốt cong xoắn, đốt cong xoắn chum, đốt sao, đốt cành sao, đốt xoắn ốc, đốt xoắn ốc chùm Các

xạ khuẩn có vai trò rất lớn trong quá trình phân hủy, chuyển hóa các chất trong đất và

xử lý ô nhiễm môi trường Trong môi trường đất có khoảng 11 chủng xạ khuẩn (Becgay, 1984) [16]

1.2.1.3 Nấm

Nấm là những VSV đơn hoặc đa bào, cơ thể hình sợi thuộc nhóm nhân thật Kích thước: (0,5 - 3,5) x (0,9 - 100) µm Nấm được chia thành 2 nhóm lớn: nấm mốc

và nấm men Trong đó nấm mốc được chia thành 2 nhóm: nấm mốc bậc thấp (có vách

ngăn) như: Mucor, Rhizopus…; nấm mốc bậc cao (không vách ngăn) như: nấm cúc

Aspergillus… Nấm men có nhiều hình dạng khác nhau như elip, trứng, hình ống, hình

cầu…

Khác với các VSV khác, nấm có cả 3 hình sinh sản: sinh sản sinh dưỡng, sinh sản vô tính và sinh sản hữu tính Sinh sản sinh dưỡng là hình thức sinh sản mà một

đoạn sợi nấm riêng rẽ trong môi trường thích hợp và gặp điều kiện thuận lợi sẽ phát triển thành hệ sợi nấm mới Sinh sản vô tính là hình thức sinh sản bằng bào tử kín hoặc bào tử đính (bào tử trần), các bào tử này được hình thành trên cơ quan sinh bào tử chuyên biệt Bào tử sau khi được giải phóng ra bên ngoài gặp điều kiên thuận lợi sẽ phát triển thành sợi nấm mới Sinh sản hữu tính là sự sinh sản bao gồm các hiện tượng tiếp hợp, kết hợp nhân và phân bào giảm nhiễm như ở thực vật bậc cao

1.2.2 Vai trò của vi sinh vật đất

Bên cạnh các tác động có hại như tham gia quá trình phản nitrat hóa, tiết độc tố vào đất, gây bệnh cho cây trồng, VSV có nhiều tác động tích cực cho đất và cây trồng như tham gia quá trình cải tạo đất, hình thành đất, phân hủy chất độc trong đất…

Nhiều loại VSV đất như vi khuẩn, tảo, địa y… tham gia vào quá trình gắn kết các hạt đất tạo thành các đoàn lạp đất, góp phần hình thành kết cấu đất Nhiều loại vi khuẩn hoại sinh phát triển trong môi trường hydrat cacbon sinh ra khí CO2, axit hữu cơ giúp phá hủy alumino silicat đặc biệt là phenspat và kaolinit, chúng tạo ra nhiều axit silic và giải phóng nhôm vào trong môi trường; Một phần quan trọng các tinh thể alumino silicat thứ sinh trong đất do hoạt động sống của vi khuẩn và nấm tạo thành Địa y không chỉ phá hủy đất đá bằng con đường hóa học mà còn phá hủy bằng tác động cơ học của các sợi nấm Địa y tích lũy trong môi trường các nguyên tố S, P, K…

là các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết đối với VSV khác; Các vi khuẩn butyric, vi khuẩn nitrat, vi khuẩn có nha bào có đủ năng lượng để phá hủy alumio silicat, apatit, mica Các tế bào của chúng tập hợp thành các khuẩn tập đoàn, tạo thành những màng nhày bao bọc phân tử khoáng; các phân tử khoáng này sau đó bị tác động tiếp của các loại VSV, các yếu tố vật lý, hóa học trở thành dạng dinh dưỡng cho cây

VSV đất phân hủy các chất hữu cơ trong xác động, thực vật…để lấy chất dinh dưỡng, năng lượng giải phóng các nguyên tố dinh dưỡng thành các chất dễ tiêu cho thực vật

VSV đất phân giải dư lượng thuốc BVTV, các hợp chất hóa học, kim loại nặng

và các chất thải công nghiệp khác, góp phần quyết định vào việc bảo vệ hệ sinh thái đất thoát khỏi sự ô nhiễm hóa học

Sự tổng hợp các chất mùn đặc trưng của VSV như humic, fulvic…đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên kết cấu đất, duy trì độ phì, hạn chế quá trình rửa trôi bạc màu đất

VSV phân giải các chất dinh dưỡng dự trữ trong mùn để cây có thể hút thu chất dinh dưỡng qua đó giảm bớt lượng phân bón trong canh tác Riêng đối với các khu rừng tự nhiên và các thảo nguyên đồng cỏ ở những vùng đất hoang thì vai trò này càng

có tính quan trọng VSV đất giúp cố định nitơ, chuyển một lượng lớn khí nitơ trong thành phần không khí thành dạng amon dễ tiêu cho đất và cho cây trồng

Tóm lại, VSV đất là mắt xích không thể thiếu trong việc khép kín các vòng tuần hoàn vật chất (cacbon, nitơ, kali, photpho…) trong hệ sinh thái đất cũng như trong sinh quyển

Sinh khối vi sinh vật đất thể hiện một phần chức năng của đất trong chu trình dinh dưỡng, năng lượng và điều chỉnh quá trình chuyển hóa chất hữu cơ (Gregorich và

cộng sự, 1994; Turco và cộng sự, 1994) [32] Một số nghiên cứu chỉ ra mối quan hệ

chặt chẽ giữa sinh khối VSV đất, tốc độ phân hủy và khoáng hóa N (Jenkinson, 1988;

Smith và cộng sự, 1990) [33] Cuối cùng, sinh khối VSV đóng góp trong việc hình thành cấu trúc và sự ổn định của đất (Fliebach và cộng sự, 2000; Smith và cộng sự,

1990) [33]

1.2.3 Sự phân bố của sinh vật trong đất

1.2.3.1 Sự phân bố VSV theo loại đất

Theo Tropkin (Liên Xô, 1976) ở một số loại đất như đất podzol, đất xám bạc màu, đất đen có sự khác biệt khá rõ rệt về tỉ lệ các loại VSV cũng như số lượng VSV

tổng số [14] Đất đen có hàm lượng dinh dưỡng cao, độ ẩm thích hợp, các điều kiện khoáng hóa tốt, đất tơi xốp nên có lượng VSV nhiều hơn Ngược lại ở đất podzol nghèo dinh dưỡng, thành phần cơ giới nhẹ, các điều kiện độ ẩm và thoáng khí kém nên

có số lượng VSV ít hơn rất nhiều (bảng 1.5)

Bảng 1.5 Số lượng VSV ở một số loại đất khác nhau

Loại đất Dinh

dưỡng

VSV tổng

số (x 106)

Tỉ lệ các nhóm VSV (%)

Vi khuẩn tổng số Nấm tổng số

Xạ khuẩn tổng số Đất podzol

độ pH càng thấp và có tính phèn càng cao như đất phèn ngoại ô thành phố Hồ Chí Minh thì nấm và xạ khuẩn chiếm tỉ lệ càng lớn trong khu hệ VSV đất do nấm thích nghi được với độ pH của các loại đất này tốt hơn các loại VSV khác

Bảng 1.6 Thành phần và số lượng VSV trong một số loại đất ở Việt Nam

VSV tổng số (x 106)

Đất đỏ bazan trên đá sét (Vĩnh phúc)

Đất phù sa sông

Đất phù sa Tiền Hải (sông Thái Bình)

Đất bạc màu

Đất đồi Ferarit trên đá vôi (Thanh Hóa)

Đất cát biển Hậu Lộc, Thanh Hóa

Đất vàng trên đá biến chất, Hà Giang

Nguồn: [19] 1.2.3.2 Sự phân bố của sinh vật theo độ sâu

Quần xã sinh vật thường phân bố nhiều nhất tại tầng đất mặt, có điều kiện môi trường như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, dinh dưỡng thích hợp cho sự phát triển của sinh vật Đây là tầng đất thường xuyên được xới xáo, chăm bón tạo điều kiện cho các sinh vật như giun đất, ấu trùng ve và các VSV đặc biệt là các VSV hiếu khí như xạ khuẩn,

vi nấm, vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn phân hủy xenlulo phát triển Càng xuống dưới sâu,

số lượng các sinh vật đặc biệt là các VSV như vi khuẩn, nấm, xạ khuẩn, nguyên sinh động vật đất càng giảm

Theo nghiên cứu của Phedorvo và Khudianov nghiên cứu về sự phân bố của VSV trên đất podzol cho thấy quá trình hoạt động của VSV cũng như số lượng của chúng tập trung chủ yếu ở lớp đất mặt, giảm dần theo độ sâu phẫu diện

Tương tự như vậy Araragi và các cộng sự (1979) khi nghiên cứu đất tại Thái Lan cũng kết luận rằng mật độ của nhóm vi khuẩn hiếu khí, xạ khuẩn, vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn phân hủy xenlulo giảm dần theo chiều sâu của đất Trong khi đó tiểu nhóm vi khuẩn amon hóa có phần gia tăng theo chiều sâu của đất Còn tiểu nhóm nitrat hóa có sự biến động tùy từng loại đất, không theo quy định nhất định (bảng 1.7) [19]

Bảng 1.7 Sự phân bố VSV theo chiều sâu trong đất

(x 105)

Nấm (x 102)

Nhóm nitrat hóa (x 102)

1.2.4 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường tới phân bố vi sinh vật đất

Sự phân bố VSV đất có sự phụ thuộc rất lớn vào độ sâu, lớp phủ thực vật, loại đất cũng như các yếu tố khí hậu Sự phân bố của VSV trên bề mặt đất phụ thuộc vào sự phân bố chất hữu cơ trên bề mặt đất, nơi nào có chất hữu cơ VSV tập trung sinh sản tại nơi đó Khi đất được cày xới, chất hữu cơ phân bố đều hơn, nên sinh vật cũng phân bố đều hơn

Mỗi đới khí hậu có lớp thực vật đặc trưng như: ở vùng cực chủ yếu là tảo, địa y

và rêu với nhóm VSV phát triển chủ yếu là nấm rễ; còn ở vùng ôn đới chủ yếu phát triển nhóm các cây hạt trần, lá kim, rụng lá theo mùa, nhóm VSV phát triển chủ yếu là nấm Vùng nhiệt đới có khu hệ động thực vật, VSV phong phú Trừ nhóm VSV phân hủy xenlulo, phần lớn các nhóm VSV khác phát triển vào mùa mưa mạnh hơn mùa khô Động thái của VSV dao động rất lớn trong ngày, giờ, phụ thuộc từng mùa khác nhau

Động thái của VSV phụ thuộc nhiều vào khí hậu, thời tiết đặc biệt là các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm (hình 2) Đa số VSV hoạt động mạnh ở nhiệt độ: 22 - 30o VSV phát triển mạnh ở độ ẩm từ 50 - 70 % so với độ trữ ẩm cực đại [19]

Nhìn chung VSV ở càng gần rễ càng phong phú Ở vùng gần bề mặt rễ có tới 65

- 70% số lượng VSV vùng rễ cây; VSV gần sát rễ chiếm 15 - 25%, còn VSV xa rễ chỉ chiếm 5 - 10% (Rovira, 1956) Theo các nghiên cứu của Protocob (1982) đối với cây yến mạch và cây thuốc lá, cho thấy số VSV sát bề mặt rễ nhiều gấp hàng nghìn lần so với ở cách rễ 20 cm [19]

Hình 1.2 Ảnh hưởng của yếu tố khí hậu tới vi sinh vật đất [5]

Ở Việt Nam, vào mùa xuân, mùa đông và mùa thu mật độ VSV ban ngày nhiều hơn ban đêm, vào mùa hạ thì ngược lại.VSV tổng số trong đất đạt 107 - 109 CFU/g đất vào tháng 3 - 5 (nhiệt độ đất khoảng 23oC - 25oC) Khi nhiệt độ không khí tăng lên

30oC, trời khô hanh, không thích hợp cho sự phát triển của VSV [19]

Lớp phủ thực vật có ảnh hưởng gián tiếp hoặc trực tiếp tới khu hệ sinh vật đất thông qua tác động đến các yếu tố môi trường như tạo bóng mát, bảo vệ đất, độ hút nước và chất dinh dưỡng; phương thức trực tiếp bằng cách cung cấp thức ăn, tiết ra các

chất tiết tại vùng rễ Bao quanh mỗi hệ rễ của loài cây riêng biệt có khu hệ sinh vật riêng biệt như: quanh rễ cây họ đậu luôn có các vi khuẩn cố định nitơ và phân giải protein, quanh rễ cây hòa thảo có vi khuẩn phân giải tinh bột và lên men đường

Bên cạnh đó ngay ở mỗi thời kì sinh trưởng và phát triển của cây cũng có các nhu cầu dinh dưỡng khác nhau, cũng tiết ra các chất khác nhau, điều này gây ảnh hưởng tới khu hệ sinh vật đặc biệt là khu hệ VSV trong đất Ví dụ như khi cây còn non thì các xác hữu cơ tạo ra chủ yếu vẫn là các dạng dễ phân hủy có tỉ lệ C/N thấp nên

nhóm các vi khuẩn Chromobacterium, Mycobacterium, Pseudomonas phát triển mạnh,

khi cây đã già các chất hữu cơ bền vững hơn, tiết ra nhiều lignhin hơn…nên nhóm các

vi khuẩn sinh nha bào và các nhóm có khả năng phân hủy các chất hữu cơ bền vững

như: Bacillus, Asperillus…chiếm ưu thế [19]

1.3 Tác động của hóa chất BVTV tới VSV đất

Hóa chất BVTV gây các tác động tới hệ sinh vật đất các tác động ấy có thể bao gồm cả các tác động có lợi và các tác động có hại Chúng có thể gây ra các tác động có tính trực tiếp, mang tính ngắn hạn và ngay lập tức khu hệ sinh vật đất do các sinh vật trong đất tác dụng với các hóa chất độc hại; hoặc các tác động có thể mang tính gián tiếp do sự thay đổi do các phản ứng hóa học gây ra ảnh hưởng tới môi trường cũng như nguồn thức ăn của các loài sinh vật này Trong một số trường hợp khi sử dụng hóa chất BVTV chỉ gây ra các tác động mang tính ngắn hạn do sự hồi phục nhanh chóng của quần xã sinh vật đất (Angus và cộng sự, 1999) [36]

Thuốc diệt cỏ và thuốc diệt côn trùng ăn lá thường chỉ có ảnh hưởng nhỏ tới hệ VSV đất trong khi các loại thuốc diệt nấm và thuốc dạng xông khói thường gây các thay đổi đáng kể tới khu hệ sinh vật đất (bảng 1.8) [30] Ví dụ như thuốc diệt cỏ Glyphosate có khả năng gây kích thích sự ra tăng của các quần thể xạ khuẩn và nấm và làm giảm về số lượng của quần thể vi khuẩn (Araujo và cộng sự, 2003) Thuốc diệt

nấm Benomyl tác động bất lợi đến nhóm rễ nấm cộng sinh Mycorrhiza (Smith và cộng

Vi khuẩn phản nitrat và nitrat

Gupta 1994

Hóa chất diệt côn trùng

Vi khuẩn Chloryriflos làm giảm về số

lượng

Pahndey và Singh 2004)

diệt nấm

Vi khuẩn phản nitrat và nitrat

Mancozeb và Chlorothalonil hạn chế tạo ra N2O và NO

Kinney và cộng sự

2005

Nguồn:[30]

Đôi khi các sản phẩm của suy thoái của HCBVTV dưới tác động của vi khuẩn là các chất độc hại hơn so với các chất hóa học ban đầu Jill Clapperton và cộng sự (2009)

đã nghiên cứu sự phân hủy của hai thuốc trừ cỏ ba lá chọn lọc là Mikado và Callisto (tên thương mại ở Châu Âu) và so sánh độc tính của sản phẩm phân hủy với các chất ban đầu [34] Họ kết luận rằng việc nghiên cứu này là cần thiết để đánh giá khả năng gây độc của các sản phẩm phân hủy sinh học trung gian cũng như các hoạt chất và phụ gia trong công thức thuốc diệt cỏ thương mại ban đầu Sự đồng thuận chung giữa các nhà sinh thái học đất là chất diệt cỏ thường được sử dụng không ảnh hưởng lớn đến sự

đa dạng và chức năng chung của khu hệ vi sinh vật đất [34]

So với thuốc diệt cỏ, những tài liệu nghiên cứu về ảnh hưởng của thuốc diệt nấm và thuốc trừ sâu trên các sinh vật đất vẫn còn ít và chưa đầy đủ Thuốc diệt nấm

và thuốc trừ sâu có xu hướng tác động tiêu cực lớn hơn với các loài động vật đất Tuy nhiên, các hóa chất này có thể bị phân hủy bởi vi khuẩn trong đất, làm cho việc xử lý sinh học trở thành thực tế Thuốc trừ sâu cũng bị phân hủy bởi ánh sáng mặt trời và phản ứng hóa học phi sinh học trong đất Với đủ thời gian, các hệ sinh thái đất có khả năng phục hồi nếu có sự xuất hiện của thuốc diệt nấm và thuốc trừ sâu được áp dụng, mặc dù sự phục hồi có thể mất vài tháng hoặc nhiều năm [28], [38]

Thuốc diệt nấm được sử dụng để ngăn ngừa bệnh nấm như phương pháp điều trị hạt giống, hoặc để điều trị hoặc ngăn chặn một bệnh đặc biệt khi áp dụng trên lá hoặc đất Việc sử dụng thuốc diệt nấm có khả năng tác dụng phụ tồi tệ nhất của là nó giết chết hầu hết các loại nấm trong đất hoặc xung quanh các hạt giống, trong đó trên thực

tế nó có thể bảo vệ cây con từ các tác nhân gây bệnh hoặc đem lại các lợi ích khác Trong trường hợp xấu nhất, một loại thuốc diệt nấm có thể ngăn chặn nấm rễ có lợi từ

rễ cây trồng Tuy nhiên, nó chỉ tạm thời ức chế (thường 3 - 4 tuần) có tác động nhỏ vào

số lượng tổng thể của nấm rễ [28]

Việc sử dụng liên tục và lâu dài của thuốc trừ sâu tác động đến quần thể vi sinh vật vùng rễ tiêu cực hơn so với cả hai thuốc diệt cỏ và thuốc diệt nấm Một lần nữa, hầu hết các thuốc trừ sâu là nhanh chóng bị phân hủy bởi vi khuẩn trong đất Chlorpyrifos (Lorsban), một thuốc trừ sâu gây độc thần kinh được sử dụng rộng rãi có thể suy thoái trong vài ngày (20 ngày) Mặc dù chúng có thể tác động lên các vi khuẩn

và nấm đất trong suốt thời gian đó nhưng những vi sinh vật có thể phục hồi trong một vài tuần Tuy nhiên, tác động của thuốc trừ sâu này trên động vật đất có thể liên tục và khó phục hồi [28]

Nói chung, tác động tiêu cực mạnh nhất của thuốc trừ sâu phổ biến hơn trên chu trình nitơ, mà đặc biệt đúng trong đất nhiệt đới Ví dụ: hoạt chất Imidacloprid trực tiếp

ức chế vi khuẩn cố định nitơ với cây đậu xanh Chlorpyrifos cùng với quinalphos và một số pyrethroid đều được chứng minh là có tác động tiêu cực đến khả năng cố định

nitơ của vi khuẩn sống tự do Azospirillum spp Nhiều trong số các tác dụng phụ khác

của thuốc trừ sâu được tìm thấy trong các phương pháp điều trị của hạt giống hoặc đất

là gián tiếp Ví dụ: Xử lý hạt với diazinon, Imidacloprid và lindane làm tăng sự hấp thu photpho của cây trồng [28]

Tuy nhiên, thuốc trừ sâu có thể có lợi cho sự phát triển của vi khuẩn phân hủy

cụ thể có thể sử dụng các thành phần phân tử khác nhau của các hóa chất Trong các quần thể vi sinh vật nước ngọt tiếp xúc với dòng chảy bị ô nhiễm thuốc diệt cỏ, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng sinh vật sản xuất đã tăng gấp đôi, trong khi các quần thể

vi khuẩn Cyanobacteria đã tăng 4,5 lần và Picocyanobacteria tăng gấp 40 lần, mặc dù

quần thể sinh vật phù du giảm [38]

Hóa chất bảo vệ thực vật được sử dụng đã tăng lên rất nhiều trong suốt 30 năm qua, ước tính hiện tại của tổng số lượng sử dụng hàng năm trên thế giới vượt quá

1800000 tấn Khoảng 50% trong số này được sử dụng trong việc bảo vệ cây trồng nông nghiệp (Bradly, 1980) Hóa chất bảo vệ thực vật được sử dụng rộng rãi khắp thế giới

để kiểm soát nấm và côn trùng phá hoại cây trồng Tuy nhiên, các hóa chất nông nghiệp cũng tiêu diệt nhiều loại vi sinh vật có ích (Venkatuaman, 1972; Roger và Kulasonya, 1980) [26]

Hóa chất bảo vệ thực vật ảnh hưởng đến nhiều quá trình khác nhau của vi khuẩn trong đất, ức chế phân hủy và tùy thuộc vào loại và tỷ lệ ứng dụng, có thể làm thay đổi sinh khối về số lượng và chất lượng trong cả thời gian ngắn hạn và dài hạn [26] Hiệu ứng ngắn hạn liên kết với việc sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu thường liên quan đến rối loạn các chất hóa học và cân bằng sinh học trong đất Sử dụng thuốc trừ sâu đã ức chế hoạt động của các vi sinh vật cố định nitơ và nitrat hóa từ 4 đến 12 tuần trong đất (Bollen, 1961; Chandra, 1964) Việc sử dụng phân bón hóa học và thuốc trừ sâu đã có mức khuyến cáo, tuy nhiên vẫn có những ảnh hưởng trực tiếp lâu dài lên các quần thể

vi sinh vật và hoạt động của chúng (Wainwright, 1978; Biederbeck và cộng sự, 1987) Một số thuốc bảo vệ thực vật có thể bị phân hủy nhanh hơn trong đất có hàm lượng chất hữu cơ cao, có lẽ vì các hoạt động của vi sinh vật mạnh mẽ hơn (Greaves và cộng

sự, 1976) [26]

Có một số báo cáo về độc tính của nhiều loại thuốc bảo vệ thực vật với vi khuẩn

cố định nitơ trong đất canh tác lúa nước (Singh, 1973; Kar và Singh, 1978; Adhikary, 1989; Das và Adhikary, 1996) [26] Việc sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu hóa học tổng hợp được cho là có hại cho các vi sinh vật và các dạng sống khác (Wolf, 1977)

Sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật có thể làm giảm quần thể vi sinh vật tổng số (Greaves và cộng sự, 1976) mà một số nhà nghiên cứu cho rằng là do giảm tàn dư hữu

cơ đầu vào từ kiểm soát cỏ dại (Wainwright, 1978) Fraser và cộng sự (1988) đã tiến hành nghiên cứu thực tế để đánh giá các quần thể vi sinh vật và các hoạt động của chúng theo mô hình cach tác hữu cơ và thông thường Họ đã quan sát thấy rằng không

có sự khác biệt đáng kể nào được tìm thấy khi đo các đặc tính sinh học do thuốc trừ sâu

ở mức thấp Họ kết hợp với cả phân bón nhưng cũng có ít ảnh hưởng trực tiếp khi đo lường hoạt động của vi sinh vật đất [26]

Xu và Zhang (1997) nghiên cứu các tác động của Methaniclophos được sử dụng rộng rãi kiểm soát dịch hại côn trùng ở cây bông, áp dụng ở các mức 0 - 0.5 - 2.5 - 5 và

10 mg/g đất cho thấy sự tăng trưởng của vi khuẩn, xạ khuẩn Azotobacter bị ức chế,

trong khi tăng trưởng nấm được kích thích Họ cũng nói rằng, nhìn chung, hô hấp đất

đã được kích thích, nhưng nó đã cho thấy một xu hướng phức tạp và ảnh hưởng của Methamidophos mạnh mẽ hơn và kéo dài lâu hơn khi liều lượng tăng [26]

Das và Adhikary (1996) thấy rằng các ứng dụng của Sevin, Rogor và Hildan, (thuốc bảo vệ thực vật ở cấp thương phẩm) ở các mức đề nghị (4 kg/ha Sevin và 1.0 l/ha cho Rogor và Hildan) có thể không ảnh hưởng đáng kể sự phát triển của sinh vật đất có lợi Tuy nhiên, sự gia tăng nồng độ của thuốc trừ sâu ở mức cao có thể ảnh hưởng bất lợi đến sự tăng trưởng của vi sinh vật Nhiều nghiên cứu về ảnh hưởng của thuốc trừ sâu đến vi sinh vật đã không xác định bất kỳ tác động có hại lâu dài về thành phần, số lượng và hoạt động của vi sinh vật ít nhất là ở mức ứng dụng bình thường (Johnen và Frew, 1977) [26] Những tác động của thuốc bảo vệ thực vật thường thể hiện rõ trong 3 tuần nuôi cấy Ví dụ như các sinh vật nitrat có khả năng phục hồi sau 3 tuần và quá trình nitrat hóa xảy ra như bình thường [26]

Theo Anderson và cộng sự (1992), thuốc trừ sâu được sử dụng không đúng hướng dẫn như được thử nghiệm nên có ảnh hưởng sinh thái tiêu cực tác động đến quá trình khoáng hóa cacbon và nitơ trong đất [26]

1.4 Một số tính chất cơ bản của HCBVTV sử dụng trong thí nghiệm

1.4.1 Tính chất cơ bản của Actardor 100 WP

Actardor 100WP là thuốc trừ sâu, rầy hóa học, thời gian cách li theo khuyến cáo

là 7 ngày, với hoạt chất diệt trừ sâu hại là Imidacloprid có công thức hóa học được thể hiện trong hình 1.3

Hình 1.3 Công thức cấu tạo của hoạt chất Imidacloprid Hoạt chất Imidacloprid có các tính chất đặc trưng trong bảng 1.9

Bảng 1.9 Một số tính chất của Imidacloprid

Chu kì bán phân hủy thủy phân > 30 ngày (25 0 C, pH = 7) Chu kì bán phân hủy quang học > 1 giờ (24 0 C, pH = 7) Chu kì bán phân hủy kị khí 27,1 ngày

Chu kì bán phân hủy hiếu khí 997 ngày

Chu kì bán phân quang học trong đất 38,9 ngày Chu kì bán phân hủy trên đồng ruộng 26,5 - 229 ngày

190 ngày Suy thoái trên đất thông thoáng qua quá trình quang phân hủy là 39 ngày Thời gian bán hủy của Imidacloprid trong đất có xu hướng tăng khi tăng độ pH của đất (Sarkar và cộng sự, 2001) Phân bón hữu cơ, chẳng hạn như phân gà, phân bò làm tăng khả năng hấp phụ thuốc bảo vệ thực vật dẫn đến tăng thời gian bán hủy của nó Thời gian bán hủy thay đổi từ 40 ngày khi không có phân bón hữu cơ lên đến 124 ngày khi phân bò được sử dụng [35]

Như vậy, Imidacloprid có thể tồn tại trong đất phụ thuộc vào loại đất, pH, việc

sử dụng phân bón hữu cơ và sự hiện diện hay vắng mặt của che phủ mặt đất [35]

1.4.2 Tính chất cơ bản của Reasegant 3.6 EC

Reasegant 3.6 EC là thuốc trừ sâu, rầy sinh học có hoạt chất là Abamectin 3.6%, thời gian cách li theo khuyến cáo là 7 ngày Công thức hóa học của Abamectin được thể hiện trong hình 1.4