Nghiên cứu cadimi trong một số nhóm đất ở việt nam và tích luỹ cadimi trong rau ăn lá

Mối quan hệ giữa Cd trong đất và cây trồng dưới các loại hình tác động khác nhau80 3.3.1 Mối quan hệ Cd trong đất và cây trồng dưới tác động của thâm canh nông nghiệp...82 3.3.2 Mối quan

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI, 2019

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

Mã số

: Khoa học đất : 9 62 01 03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Quang Hà

PGS.TS Nguyễn Đình Mạnh

HÀ NỘI, 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả, sốliệu, nội dung nghiên cứu trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được tácgiả nào công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây Các tài liệu, số liệutham khảo trong quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận án của các tác giả, các nhàkhoa học, các công trình nghiên cứu liên quan đã được trích dẫn rõ nguồn gốc theo quyđịnh của Bộ Giáo dục và Đào tạo trong quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận án

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Tác giả luận án

Hà Mạnh Thắng

Tác giả xin chân thành cảm ơn tới các Thầy, các Cô, t ập thể Lãnh Đạo ViệnKhoa học Nông nghiệp Việt Nam, tập thể cán bộ đã và đang công tác tại Ban Đào tạosau Đại học, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã dạy dỗ, định hướng, truyền đạtnhững kiến thức cho tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận án.

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo Viện Môi trường Nông nghiệp, lãnhđạo và tập thể cán bộ Bộ môn Hoá Môi trường, Viện Môi trường Nông nghiệp đã tạomọi điều kiện giúp đỡ, động viên, quan tâm, chia sẻ tác giả trong suốt quá trình nghiêncứu và hoàn thành luận án

Cuối cùng tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới bạn bè đồng nghiệp,tới những người thân yêu trong gia đình đã tận tìn h giúp đỡ, động viên tác giả về vậtchất, tinh thần để tác giả luôn yên tâm nghiên cứu và hoàn thành luận án./

Hà Nội, ngày tháng năm 2019

Tác giả luận án

Hà Mạnh Thắng

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii

DANH MỤC BẢNG ix

DANH MỤC HÌNH xii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 2

3.1 Ý nghĩa khoa học 2

3.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

4 Tính mới của nghiên cứu 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Cadimi và một số ứng dụng 4

1.2 Đôc tính của Cd trong thực vật 5

1.3 Độc tính của Cd đối với sinh vật và môi trường sinh thái 11

1.4 Độc tính của Cd đối với con người 13

1.5 Nguồn gây ô nhiễm Cadimi trong đất nông nghiệp 15

1.6 Tổng quan đất Việt Nam và một số nghiên cứu về Cadimi trong đất, cây trồng và môi trường ở Việt Nam 25

1.6.1 Một số loại đất chính sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam 25

1.6.2 Một số kết quả nghiên cứu về Cadimi trong đất, cây trồng và môi trường ở Việt Nam 27

1.7 Tổng quan một số nghiên cứu về Cadimi trong đất, cây trồng và môi trường trên thế giới 33

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 48

2.1 Đối tượng nghiên cứu 48

2.3 Nội dung, vật liệu và địa điểm nghiên cứu 49

2.3.1 Nội dung nghiên cứu 49

2.3.2 Vât liệu và địa điểm nghiên cứu 49

2.3.2.1 Vật liệu nghiên cứu 49

2.3.2.2 Địa điểm nghiên cứu 50

2.4 Phương pháp nghiên cứu 50

2.4.1 Phương pháp lấy mẫu đất, cây trồng và xử lý mẫu 50

2.4.2 Phương pháp thí nghiệm trong chậu 52

2.4.3 Phương pháp phân tích 55

2.4.4 Phương pháp xử lý số liệu 56

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 58

3.1 Đánh giá hàm lượng Cadimi trong một số nhóm đất chính sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam. 58

3.1.1 Cd trong nhóm đất phù sa Việt Nam 58

3.1.1.1 Cd trong tầng mặt đất phù sa Việt Nam 58

3.1.1.2 Cd trong một số phẫu diện đất phù sa Việt Nam 61

3.1.2 Cd trong nhóm đất xám Việt Nam 62

3.1.2.1 Cd trong tầng mặt nhóm đất xám 62

3.1.2.2 Cd trong một số phẫu diện đất xám Việt Nam 66

3.1.3 Cd trong nhóm đất đỏ 67

3.1.3.1 Cd trong tầng mặt đất đỏ Việt Nam 68

3.1.3.2 Cd trong một số phẫu diện đất đỏ Việt Nam 70

3.1.4 Cd trong nhóm đất cát 72

3.1.5 Hàm lượng Cd trong đất ở một số vùng có nguy cơ ô nhiễm do tác động của chất thải 75

3.2 Hàm lượng Cd trong một số loại cây trồng chính ở Việt Nam 76

3.2.1 Hàm lượng Cd trong rau tại một số vùng ở Việt Nam 76

3.2.2 Cd trong nhóm cây lương thực tại một số vùng ở Việt Nam 78

3.2.3 Cd trong nhóm cây thực phẩm tại một số vùng ở Việt Nam 79

3.3 Mối quan hệ giữa Cd trong đất và cây trồng dưới các loại hình tác động khác nhau80 3.3.1 Mối quan hệ Cd trong đất và cây trồng dưới tác động của thâm canh nông nghiệp 82

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 84

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 Việt Nam 86

3.4.1 Một số tính chất hoá học, vật lý và kim loại nặng của đất thí nghiệm 86

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 88

3.4.2.1 Trên đất phù sa sông Hồng 88

3.4.2.2 Trên đất xám bạc màu 89

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 92

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 92

3.4.3.2 Ảnh hưởng của Cd trong đất xám bạc màu đến tích luỹ Cd trong cải mơ, rau muống 95

3.4.4 Ảnh hưởng của Cd trong đất đến vi sinh vật tổng số trên đất phù sa sông hồng và đất xám bạc màu 98

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 101

1 Kết luận 101

2 Đề nghị 102

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN TIẾN SĨ 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

1 Tài liệu tham khảo tiếng việt 104

2 Tài liệu tham khảo nước ngoài 108

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

ACIAR (Australian Centre for International Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc

Agricultural Research) tế Úc

NCMC (An initiative of the National Ủy ban giảm thiểu Cadimi quốc gia Úc

Cadmium Minimisation Committee)

WHO (World Health Organization) Tổ chức y tế thế giới

DANH MỤC BẢNG

1.1 Hàm lượng KLN trong một số loại đá chính hình thành đất 16

1.3 Hàm lượng Cd trong phân bón tại miền BắcViệt Nam 201.4 Hàm lượng (ppm) một số kim loại nặng trong các sản phẩm dùng

làm phân bón trong sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam 201.5 Hàm lượng Cd trong một số mẫu chất hình thành đất 211.6 Hàm lượng Cd trong đất bị ô nhiễm ở một số Quốc gia 211.7 Hàm lượng Cd trong một số loại cây trồng tại một số điểm ô nhiễm 23

1.9 Hàm lượng Cd trong đất mặt tại một số Quốc gia trên thế giới 331.10 Hàm lượng Cd trong quặng phốt phát tại một số nước trên thế giới 341.11 Hàm lượng Cd trong một số loại đất trên thế giới 351.12 Hàm lượng Cd và một số nguyên tố trong mẫu chất hình thành đất

1.13 Hàm lượng Cd được cây trồng hút tại Đài Loan 371.14 Hàm lượng Cd trong đất nông nghiệp tại một số Quốc gia 381.15 Hàm lượng Cd trung bình trong một số cây thực phẩm (ppm) 391.16 Khối lượng kim loại nặng đã được cây trồng lấy đi sau thu hoạch

liên quan đến khối lượng bổ sung từ bùn thải và thời gian tồn dư ước

1.17 Hàm lượng Cd trong đất, Cd tích luỹ trong thực vật và hệ số hút Cd

1.18 Hàm lượng một số kim loại nặng trong các loại nước thải 451.19 Hàm lượng kim loại nặng trong nước chảy tràn từ các khu vực khác

2.1 Công thức thí nghiệm và lượng CdCl2.5H2O bón bổ sung cho các ô

2.2 Số liệu phân tích nước tưới dùng cho thí nghiệm 532.3 Lượng phân hóa học bón cho cây cải mơ của thí nghiệm 532.4 Lượng phân hóa học bón cho cây rau muống của thí nghiệm 532.5 Công thức thí nghiệm và lượng CdCl2.5H2O bón bổ sung cho các ô

2.6 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích trong đất

3.1 Lượng chứa Cd trong một số đá mẹ hình thành đất

3.2 hàm lượng Cd (mg/kg) trong các loại đất phù sa các hệ thống sông

3.3 Phân bố hàm lượng Cd trong đất phù sa theo xác suất

3.4 Hàm lượng Cd trong một số phẫu diện phù sa

3.5 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong một số loại đất xám ở Việt Nam

3.6 Phân bố hàm lượng Cd trong đất xám theo xác suất

3.7 Hàm lượng Cd trong nhóm đất xám tại một số tỉnh ở Việt Nam

3.8 Hàm lượng Cd trong một số phẫu diện đất xám Việt Nam

3.9 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất đỏ vàng Việt Nam theo các vùng

sinh thái

310 Phân bố hàm lượng Cd trong đất đỏ vàng theo xác suất

3.11 Hàm lượng Cd trong một số phẫu diện đất đỏ vàng Việt Nam

3.12 Hàm lượng Cd (mg/kg đất) trong đất cát theo các vùng sinh thái

3.13 Hàm lượng Cd (mg/kg đất) trong nhóm đất cát Việt Nam, phân loại

theo FAO

3.14 Phân bố hàm lượng Cd trong đất cát theo xác suất

3.15 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất ở một số khu vực chịu ảnh hưởng

của chất thải công nghiệp và làng nghề

3.16 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất và rau ăn lá tại một số điểm nghiên

cứu

3.17 Hàm lượng Cd trong đất và cây lương thực tại một số tỉnh thành ở

Việt Nam

3.18 Hàm lượng Cd trong đất và cây thực phẩm tại một số điểm nghiên

cứu ở Việt Nam

3.19 Hệ số tương quan tuyến tính r ở mức sai khác 5% và 1%

3.20 Hệ số tương quan giữa Cd trong đất và cây trồng

3.21 Hệ số tương quan giữa Cd trong đất và cây trồng ở một số vùng chịu

ảnh hưởng của chất thải

3.22 Một số tính chất lý hoá đất bạc màu trước thí nghiệm

3.23 Một số tính chất lý hoá đất phù sa sông Hồng trước thí nghiệm

3.24 Ảnh hưởng của các mức Cd trong đất đến sinh trưởng và năng suất

của rau cải mơ trên đất phù sa sông Hồng

3.25 Ảnh hưởng của Cd trong đất đến sinh trưởng và năng suất của rau

muống trên đất phù sa sông Hồng

3.26 Ảnh hưởng của Cd trong đất đến sinh trưởng và năng suất của rau

555960606163646566

697070727374757778

798182

858687888990

cải mơ trên đất xám bạc màu 3.27

Ản

h hưở

ng của

Cd tron

g đất đếnsinhtrưởng

và năn

g suấtcủa rau muốngtrênđất xá

m bạc màuHàm lượng

Cd trong đất

và rau cải

mơ trên đấtphù sa sôngHồng Hàmlượng Cdtrong đất vàrau muống

sa sông Hồng Hàm lượng Cd trong đất xám bạc màu và rau cải

mơ

Hàm lượng Cd trong đất và rau muống trên đất xám bạc màu

Ảnh hưởng của Cd trong đất đến vi sinh vật tổng sốtrên đất phù sa

sông Hồng Việt Nam

Ảnh hưởng của Cd trong đất xám bạc màu đến vi sinh vật tổng số

91939495969899

3.8 Mật độ xác suất Cd trong đất đỏ vàng Việt Nam theo phân bố

3.16 Tương quan giữa hàm lượng Cd trong đất và cây trồng ở khu

3.17 Tương quan hàm lượng Cd trong đất và rau cải mơ trên đất phù

Cadimi (Cd) được xem là một trong những kim loại nặng độc nhất cho môitrường sinh thái đất, cây trồng, sức khoẻ con người và động vật máu nóng (FAO,1992) Kết quả nghiên cứu của dự án (ACIAR - LWRI/1998/119, 2005) ở một số quốcgia đang phát triển, cho thấy, Cd được xác định là nguyên tố có nguy cơ tích tụ trongđất với một tốc độ đáng báo động, nguy cơ gây hại đến cây trồng, môi trường và sứckhoẻ con người.

Các nghiên cứu về ô nhiễm môi trường đất do KLN nói chung và Cd nói riêng ởViệt Nam còn ít và khá mới, do vậy chưa đủ cơ sở khoa học, đủ tin cậy để tìm ra đượcnguyên nhân gây ô nhiễm Cd hoặc ngưỡng đánh giá mức độ độc hại của Cd đối vớicây trồng và môi trường sinh thái Nghiên cứu về ô nhiễm đất nói chung và ô nhiễmđất do Cd nói riêng cũng như các ngưỡng độc của Cd đối với các cây trồng, đặc biệtcây rau ăn lá là hết sức cần thiết Các kết quả nghiên cứu này, sẽ tìm ra nguyên nhângây ô nhiễm Cd trong đất trồng trọt nói riêng và ô nhiễm Cd đối với môi trường sinhthái nói chung, thông qua nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở khoa học tin cậy phục vụ xâydựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn về Cd trong đất phục vụ sản xuất nông nghiệp bềnvững cũng như đặt ra các yêu cầu về chất lượng nông sản có liên quan đến Cd Nghiêncứu về độc tính Cd đối với cây trồng cũng như xác định được mối q uan hệ giữa hàmlượng Cd trong đất và sản phẩm cây trồng là rất cần thiết làm cơ sở cho việc đề xuấtcác giải pháp về sản xuất, về công nghệ cũng như chiến lược phát triển sản xuất nông

nghiệp, đặc biệt với các vùng có nguy cơ ô nhiễm cao về Cd Bên cạnh đó các kết quảnghiên cứu sẽ góp phần xây dựng cũng như phát triển những định hướng nghiên cứu

về độc học của Cd đối với cây trồng cũng như đề xuất các giải pháp kiểm soát ô nhiễm

Cd trong sản xuất nông nghiệp

2 Mục đích nghiên cứu

- Xác định, đánh giá hàm lượng Cd trong một số nhóm đất chính phục vụ sảnxuất nông nghiệp ở Việt Nam, mối quan hệ của Cd trong đất và Cd tích luỹ trong câytrồng dưới tác động của thâm canh sản xuất nông nghiệp, chất thải công nghiệp, đô thị

và chất thải làng nghề

- Xác đ ịnh mức đ ộ ảnh hưởng của các ngưỡng Cd trong đ ất 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 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

3.1 Ý nghĩa khoa học

- Đề tài góp phần xác định và làm rõ được hiện trạng Cd trong một số nhóm đấtchính (đất xám, đ ất phù sa, đ ất đ ỏ vàng, đ ất cát), tác đ ộng của một số yếu tố hìnhthành đất, vùng sinh thái đến hàm lượng Cd trong đất trồng trọt, cung cấp cơ sở khoahọc để đề xuất các tiêu chuẩn, quy chuẩn quốc gia về sản xuất nông nghiệp cũng nhưtrong công tác bảo vệ môi trường

- Các nghiên cứu chỉ ra được những tác động, áp lực của công nghiệp, chất thải

đô thị, hoạt đ ộng sản xuất nông nghiệp… đến khả năng tích luỹ và gây ô nhiễm Cdtrong đ ất sản xuất nông nhiệp Thông qua nghiên cứu khuyến cáo đư ợc những tácđộng của ô nhiễm Cd trong đất đến chất lượng nông sản, môi trường sinh thái và sứckhoẻ con người

- Đóng góp cơ sở khoa học về nguồn tác động của Cd đối với môi trường cũngnhư độc tính của Cd đối với con người, môi trường sinh thái, tìm hiểu một số giải pháplàm giảm ô nhiễm Cd trong đất trồng trọt ở những khu vực ô nhiễm Cd

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Đề tài đã nghiên cứu, thu thập và đánh giá đư ợc hàm lượng Cd trong một số loại đ ất sản xuất nông nghiệp chính ở Việt Nam, cung cấp cơ sở khoa học cho xây

dựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn quốc gia về Cd trong môi trường đất Góp phần cungcấp cơ sở dữ liệu cho quy hoạch các vùng sản xuất nông nghiệp an toàn, định hướngchiến lược trong sản xuất nông nghiệp bền vững và sát với thực tiễn ở Việt Nam.

- Đề tài góp phần khuyến cáo được độc học về Cd trong đất, khuyến cáo về cácnguồn gây tác động, tích luỹ Cd trong đất sản xuất nông nghiệp, làm cơ sở khoa họctin cậy cho người sản xuất đưa ra các quyết định, các biện pháp giảm thiểu tác độngcủa Cd đến chất lượng thực phẩm, nông sản và sức khoẻ con người

- Đề tài đã xác định được ảnh hưởng của hàm lượng Cd trong đất đến quá trìnhsinh trưởng và phát triển của cây rau ăn lá (c ải mơ, rau muống) cũng như đ ộng tháitích lũy của Cd trong cây trồng dưới tác động của hàm lượng Cd trong đất trên 02 loạiđất chính (đất xám, đất phù sa sông Hồng) ở Việt Nam, phục vụ cho việc xây dựng và hoàn thiện các tiêu quẩn, quy chuẩn quốc gia về môi trường đất ở Việt Nam

4 Tính mới của nghiên cứu

- Luận án là công trình đầu tiên công bố các kết quả nghiên cứu định lượng, có

hệ thống về Cd trong một số nhóm và loại đất sản xuất nông nghiệp chính theo phânloại đất Việt Nam

- Đánh giá được mối quan hệ giữa Cd trong đất và cây trồng, khả năng nhiễmđộc, tích luỹ của Cd trong cây rau ăn lá, cũng như những tác động của Cd trong đất đốivới sinh trưởng và phát triển của cây rau ăn lá trên đất phù sa sông Hồng và đất xámbạc màu ở Việt Nam

- Kết quả nghiên cứu luận án là cơ sở khoa học cho việc xác định những côngnghệ xử lý ô nhiễm Cd trong vùng đất trồng rau trọng điểm, các giải pháp nhằm giảmthiểu ô nhiễm Cd trong đất và giảm thiểu tích luỹ Cd đối với cây trồng ở những khuvực có nguy cơ ô nhiễm về Cd trong đất sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam hiện nay

và trong tương lai

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Cadimi và một số ứng dụng

Cadimi tên la tinh là Cadmium, ký kiệu hoá học (Cd) là nguyên tố hoá họcnhóm II trong hệ thống tuần hoàn Mendeleev, số thứ tự nguyên tử 48 khối lượngnguyên tử 112,41 Nguyên tố này do nhà hoá học Đức Stromeyer tìm ra năm 1817không thuộc loại nguyên tố đặc biệt quen thuộc Đó là một nguyên tố hiếm, chiếm1,3.10-5% khối lượng vỏ trái đất Cd thường gặp với kẽm trong các quặng, tên gọi củanguyên tố này cho thấy mối liên hệ với kẽm, (tiếng cổ Hy Lạp ‘’Cadmea’’ có nghĩa làcác quặng kẽm và kẽm ôxit, tiếng Anh là Cadmium) và trong đó người ta tìm thấy Cd

Về tính chất vật lý và hoá học Cd giống với kẽm hơn hết Cd là một kim loại có màutrắng bạc, mềm dễ rèn, dễ cán, trong môi trường không khí Cd bị mờ đục do lớp màngCdO bảo vệ khỏi bị oxi hoá tiếp tục Cd tác dụng với các halogen, tan chậm trong axit,nhưng khá bền trong môi trường kiềm, khác với kẽm Sự khác chủ yếu giữa Cd và kẽm

là tính bazơ của hidroxit Cd(OH)2 thể hiện khá rõ rệt, trong khi đó kẽm hidroxit lạilưỡng tính Cd trong tự nhiên phần lớn tồn tại dưới các dạng muối (Cd2+) ít khi tồn tại

ở dạng nguyên chất Cd có nhiệt độ sôi là 756oC, các muối Cd có tích số tan thấpkhoảng 0.00013-140g/100ml (Từ điển bách khoa hoá học, 1996)

Ứng dụng thực tế của Cd và hợp chất của nó khá đa dạng Vì đồng vị 113Cd hấpthụ tốt các nơtron nhiệt (lò phản ứng hạt nhân), Cd sử dụng rộng rãi làm thanh điềuchỉnh trong công nghiệp chế tạo lò phản ứng Cd có trong thành phần các hợp kim dễnóng chảy dùng để làm chất hàn, một phần khá lớn Cd sử dụng để mạ kim loại, mộtvài hợp chất của Cd có màu sắc khá rực rỡ bởi vậy người ta dùng cađimi sunfua (CdS)

để chế tạo các loại sơn màu vàng có sắc thái khác nhau Trong công nghiệp sơn người

ta dùng catmopon là hai sản phẩm của cùng một phản ứng (từ điển bách khoa hoá học,1996)

CdSO4 + BaS = CdS + BaSO4

Nguồn: Từ điển bách khoa hoá học, 1996

Ứng dụng thường thấy của Cd là sản xuất pin, acquy, dùng mạ kim loại Ngoài

ra, do có tác dụng cho màu sắc đẹp, nó thường dùng làm phẩm màu trong sản xuất sơn,

đồ trang sức, đồ chơi trẻ em d o Cd rất độc, độc gấp nhiều lần so với chì, mà người taquy định Cd không chứa quá giới hạn cho phép trong môi trường, đặc biệt

trong các sản phẩm có dùng các hợp chất chứa độc chất này.

Cd là một nguyên tố không thiết yếu ảnh hưởng tiêu cực đến tăng trưởng vàphát triển của cây trồng, gây độc cho môi trường sinh thái và động vật Cd được pháttán và xâm nhập vào môi trường bởi chất thải của các nhà máy điện, hệ thống sưởi ấm,các ngành công nghiệp kim loại hoặc giao thông đô thị Nó được sử dụng rộng rãitrong mạ điện, bột màu, chất ổn định nhựa và pin niken -cadimi (Sanita di Toppi andGabrielli, 1999)

1.2 Đôc tính của Cd trong thực vật

Ô nhiễm môi trường do kim loại trở nên rộng rãi khi các hoạt động khai thác vàcông nghiệp tăng vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, nó bắt nguồn từ sự gia tăng sốlượng lớn các nguồn nhân tạo khác nhau (nước thải và chất thải rắn công nghiệp, nướcthải đô thị, nhà máy xử lý nước thải; phân bón, thuốc BVTV trong nông nghiệp, bãirác, hoạt động khai thác khoáng sản ), đã ảnh hưởng dần dần đến các hệ sinh tháikhác nhau (Macfarlane and Burchett, 2001) Thực vật sở hữu cơ chế tế bào nội môi đểđiều chỉnh nồng độ của các ion kim loại bên trong tế bào nhằm giảm thiểu thiệt hạitiềm năng có thể phát sinh do tiếp xúc với các ion kim loại không cần thiết, vai trò củathành tế bào, màng huyết tương và mycorrhizas, là rào cản chính chống lại sự thâmnhập Cd đối với tế bào

Độc tính và khả năng chịu đựng kim loại trong thực vật là một chủ đề đã đượcđánh giá rộng rãi, được các nhà khoa học quan tâm ngay từ những năm đầu của thế kỷ

20 Trong số các kim loại này, Fe, Mo và Mn có vai trò quan trọng như vi chất dinh dưỡng, trong khi Zn, Ni, Cu, Co, Va và Cr là các nguyên tố độc hại, có tầm quan trọng cao hoặc thấp là nguyên tố vi lượng Cd và các nguyên tố (Ag, As, Hg, Pb, Sb) không

có chức năng được biết đến như chất dinh dưỡng và dường như ít nhiều độc hại đối vớithực vật và vi sinh vật (Niess, 1999)

Độc tính của Cd và các kim loại phụ thuộc vào dạng hóa trị, pH và sự có mặtcủa các ion khác (Das P et al, 1997), các triệu chứng độc tính quan sát thấy ở thực vậtvới sự có mặt của một lượng kim loại nặng quá mức có thể là do một loạt các tươngtác ở cấp độ tế bào (Hall, 2002) Độc tính có thể là kết quả của việc gắn kim loại vớicác nhóm sulphydryl trong protein, dẫn đến ức chế hoạt động hoặc gián đoạn cấu trúc.Enzyme là một trong những mục tiêu chính bị tác động do các ion kim loại nặng, đất

bị phơi nhiễm kéo dài với kim loại nặng dẫn đến giảm đáng kể hoạt động của cácenzym trong đất Sự tương tác kim loại với các nhóm ligand của enzyme phần lớn xácđịnh độc tính của chúng, sự ức chế enzym gây biến tính các protein (Das et al., 1997).Ngoài ra, dư thừa kim loại nặng có thể kích thích sự hình thành các gốc tự do và cácloại ôxy phản ứng (Dietz et al, 1999) Để thích ứng và đối phó với các kim loại độc hạicao, hoặc để duy trì mức kim loại thiết yếu trong phạm vi sinh lý, thực vật đã phát triểncác cơ chế phức tạp phục vụ kiểm soát sự hấp thụ, tích tụ và giải độc kim loại.

Cd được các nhà khoa học công nhận là một chất ô nhiễm cực nguy hiểm dođộc tính cao và độ hòa tan lớn t rong nước, các dung dịch đất không bị ô nhiễm cónồng độ Cd dao động từ 0,04 đến 0,32 mM Dung dịch đất có nồng độ Cd thay đổi từ0,32 đến khoảng 1 mM có thể được coi là ô nhiễm đến mức vừa phải ( Pinto et al.,2004) Cd trong đất có thể làm thay đổi sự hấp thụ của các chất khoáng dinh dưỡngcủa thực vật, phụ thuộc vào nồng độ của Cd sẵn có trong đất, hoặc thông qua việc tácđộng làm giảm mật độ hoạt động của vi khuẩn, vi sinh vật, sinh vật trong đất (Moreno

JL et al., 1999) Cd có tác động đến v iệc mở khí khổng, thoát hơi và quang hợp củathực vật, tuy nhiên ở thực vật việc sử dụng dinh dưỡng chứa hàm lượng Cd cao có tácđộng lớn hơn so với hàm lượng Cd từ đất (Sanitá di Toppi và Gabrielli, 1999) Nghiêncứu đã cho thấy bệnh nhiễm đốm lá, cuộn lá và còi cọc là các triệu chứng ngộ độc Cdchính 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 chếcủa reductase gốc Fe (III) gây ra bởi Cd dẫn đến thiếu Fe (II) và nó ảnh hưởng nghiêmtrọng đến quang hợp (Alcantara et al., 1994) Nói chung, Cd đã được chứng minh làcan thiệp vào sự hấp thu, vận chuyển và sử dụng một số nguyên tố (Ca, Mg, P and K)

và nước bằng thực vật (Das P et al., 1997) Cd cũng làm giảm sự hấp thụ nitrat và vậnchuyển của nó từ rễ sang chồi, bằng cách ức chế hoạt động của nitrate reductase trongcác chồi (Hernandez et al., 1996) Sự ức chế khả năng ức chế hoạt động của nitratereductase cũng được tìm thấy ở thực vật Silene cucubalus (Mathys, 1975) Cd còn chothấy ảnh hưởng đến s ự cố định nit ơ và đồng hóa amoniac trong các nốt của cây đậutương ở các thí nghiệm nghiên cứu về độc tính của Cd đến cây trồng (Balestrasse et al.,2003) Độc tính kim loại có thể ảnh hưởng đến tính thấm của màng tế bào, làm giảmhàm lượng nước; cụ thể là Cd đã được báo cáo là tương tác với sự cân bằng nước

(Barcelo et al., 1986; Poschenrieder et al., 1989) Cd đã được chứng minh là làm giảmhoạt tính ATPase của phần màng huyết tương của rễ lúa mì và hướng dương Cadimitạo ra sự thay đổi trong chức năng của màng bằng cách gây ra lipid peroxidation(Fodor và cộng sự, 1995) và rối loạn trong quá trình chuyển hóa lục lạp bằng cách ứcchế sinh tổng hợp chlorophyll và giảm hoạt động của các enzyme liên quan đến cốđịnh CO2 (De Filippis và Ziegler, 1993).

Một số nghiên cứu trước đây cho rằng ức chế quá trình oxy hóa có thể liên quanđến độc tính Cd, bằng cách gây ra oxy tự do hoặc bằng cách giảm các chất chống oxyhóa enzyme và không enzyme (Balestrasse và cộng sự, 2001; Fornazier et al., 2002;Cho and Seo, 2004) Sự lão hóa nhanh được quan sát thấy trong các nốt của cây đậutương được xử lý bằng Cd là do ức chế oxy hóa do kim loại tạo ra (Balestrasse et al.,2004)

Tác động của Cd đối với thực vật phụ thuộc vào nhiều cơ chế sinh lý và phân tửliên quan bao gồm sự hấp thu và tích tụ Cd thông qua liên kết với dịch ngoại bào vàthành tế bào, sự phức tạp của các ion bên trong tế bào bởi nhiều chất khác nhau ví dụnhư (axit, ferritin, phytochelatin và metallothionein) Các phản ứng phòng ngừa ức chếsinh hóa nói chung như sự kích thích các enzym chống oxy hóa và kích hoạt hoặc điềuchỉnh sự trao đổi chất thực vật để cho phép vận hành đầy đủ các đ ường chuyển hóa vàsửa chữa nhanh các cấu trúc tế bào bị hư hại (Hall, 2002; Cho M và cộng sự, 2003)

Độc tính sinh học của Cd và một số kim loại bị hạn chế do độ hòa tan thấp trongnước oxy hóa và gắn kết chặt chẽ với các hạt đất Cả hai quá trình axit hóa của thân rễ

và sự tiết dịch carboxylat được coi là các mục tiêu tiềm năng để tăng cường tích tụ kimloại (Clemens et al., 2002) Mức độ ảnh hưởng của Cd đối với cây trồng phụ thuộc vàonồng độ của nó trong đất và khả dụng sinh học của nó, đ ược điều tiết bởi sự hiện diệncủa chất hữu cơ, pH, khả năng oxi hóa khử, nhiệt độ và nồng độ của các nguyên tốkhác Ngoại trừ Fe, được hòa tan bằng cách giảm Fe (II) hoặc tạo ra cácphytosiderophores liên kết Fe (III) (Hirsch, 1998) Đặc biệt, sự hấp thu các ion Cdtrong thực vật có tính cạnh tranh với các chất dinh dưỡng như (K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu,

Zn, Ni) trong chu trình dinh dưỡng của thực vật (Clarkson and Luttge, 1989; Rivetta etal., 1997) Màng tế bào đóng một vai trò trong cân bằng nội môi kim loại, ngăn ngừahoặc giảm nhập vào tế bào Cd là một trong những kim loại nguy hiểm nhất do tính di

động cao, ngay cả khi ở nồng độ thấp đã có những hiệu ứng của nó trên thực vật bắtđầu xuất hiện (Barcelo and Poschenrieder, 1990).

Mặc dù có sự di chuyển khác nhau của các ion kim loại trong thực vật, tuynhiên hàm lượng kim loại thường lớn hơn ở rễ so với bộ phận khác của cây trồng trênmặt đất (Ramos et al., 2002) Trong hầu hết các điều kiện môi trường, Cd đi vào rễ đầutiên, và do đó rễ thường bị tổn thương Cd trước so với các bộ phận khác khi cây trồng

ở môi trường đất ô nhiễm Cd (Sanita di Toppi and Gabrielli, 1999) Cd dễ dàng thâmnhập vào rễ thông qua các mô vỏ tế bào và được chuyển đến các mô trên mặt đất, ngaykhi Cd đi vào rễ, nó có thể đến đ ược tế bào thông qua con đường dinh dưỡng của câytrồng (Salt và cộng sự,1995a) Thông thường, các ion Cd chủ yếu được giữ lại trong rễ

và chỉ một lượng nhỏ được vận chuyển đến các chồi (Cataldo et al., 1983) Nói chung,hàm lượng Cd trong cây giảm theo thứ tự: rễ> thân cây> lá> quả> hạt (Blum, 1997).Theo nghiên cứu của Moral và cộng sự (1994) cho thấy, Cd dễ dàng được vận chuyểnđến các bộ phận (rễ, thân, lá) của cây cà chua nhưng không được phát hiện trong cácloại quả Gần đây người ta đã đ ưa ra giả thuyết rằng tích lũy Cd trong việc phát triểncác loại trái cây có thể xảy ra thông qua vận chuyển qua trung gian phloem (Hart JJ vàcộng sự, 1998) Hinesly và cộng sự (1984) nghiên cứu và cho thấy pH đất ảnh h ưởngrất lớn đến sự hấp thu và vận chuyển Cd trong ngô Nồng độ Cd trong ngô và lúa mạchđen có tương quan nghịch với pH của đất, bên cạnh đó kết quả nghiên cứu cũng chothấy, hàm lượng ion Na+ trong đất cũng có tác dụng làm tăng tích luỹ Cd trong thựcvật (Chiy PC and Phillips, 1999)

Ngoại trừ các Cd-carbonic anhydrase mới được phát hiện gần đây của các tảocát biển, các kết quả nghiên cứu cũng cho thấy Cd và Pb không có chức năng sinh họcnào đối với cây trồng Cd và Zn đã được tìm thấy là đồng tích tụ trong các bộ phận của

cây họ cải châu phi (Arabidopsis halleri), đây là loài cây có khả năng tích luỹ Cd và

các KLN rất cao, thường có mặt ở những vùng ô nhiễm, điều này cho thấy sự hấp thu

Cd và Zn tương quan về mặt di truyền, cho thấy các kim loại được đưa lên bởi cùngmột con đường vận chuyển (Lane and Morel, 2000)

Nói chung, sự tích tụ trong thực vật của một kim loại nhất định là một chứcnăng của khả năng hấp thu và các vị trí liên kết nội bào Ở mọi cấp độ, nồng độ và áilực của phức chất vòng càng giữa các hợp chất hữu cơ dẫn xuất từ amino

polycacboxylic axit với các ion kim loại, cũng như sự hiện diện và chọn lọc của cáchoạt động vận chuyển dinh dưỡng gây ảnh hưởng đến tỷ lệ tích tụ kim loại (Clemens

và cộng sự, 2002) Có nhiều cách tránh ngộ độc kim loại nặng như: lập rào cản ức chếhấp thu, vận chuyển Cd, cố định Cd bằng phương tiện thành tế bào ở vùng rễ cũng cónhiều hiệu quả trong việc làm giảm tích luỹ Cd trong thực vật (Nishizono và cộng sự,1989) Trong rễ và lá, các ion Cd tích luỹ phụ thuộc bởi các vị trí pectic và các nhómhystidyl của thành tế bào Tuy nhiên, các cơ chế này có thể thay đổi theo nồng độ Cdtrong đất , loài thực vật, thời gian phơi nhiễm và các yếu tố ngoại cảnh khác Ngănchặn các ion Cd xâm nhập vào cytosol thông qua hoạt động của màng plasma, cónghĩa là loại trừ các ion khỏi thành tế bào thực vật, về cơ bản là giải pháp khá tốt trongviệc giảm tích luỹ của Cd trong thực vật Nghiên cứu cũng cho thấy, trong giai đoạnđầu của hạt giống nảy mầm củ cải Cd xâm nhập vào tế bào thông qua con đường hấpthu, vận chuyển Ca2+ trong màng plasma (Rivetta và cộng sự, 1997)

Trong môi trường đất ô nhiễm Cd và các KLN, thành của các tế bào rễ đ ượctiếp xúc đầu tiên và trực tiếp với các kim loại trong dung dịch đất Hoạt động, tươngtác của các kim loại với thành tế bào thông qua quá trình hút dinh dưỡng, hút nước…

mà KLN có thể xâm nhập vào thực vật ở các mức độ nhất định Hầu hết các kim loạinặng liên quan đến thành tế bào đều liên kết với các axit polygalacturonic, trong đó áilực của các ion kim loại thay đổi theo kim loại (Ernst và cộng sự, 1992) Màng plasma

là cấu trúc "sống" đầu tiên nhắm vào độc tính kim loại nặng do đó, cũng có thể liênquan đến hút KLN Độc tính của KLN có thể do các cơ chế khác nhau bao gồm quátrình oxy hóa và liên kết chéo các protein thiols, ức chế protein màng tế bào như H+ -ATPase, hoặc thay đổi thành phần và tính lưu động của lipid màng Một tác dụng trựctiếp của Cd và Cu đã đ ược nghiên cứu và cho thấy có mối liên quan đến thành phầnlipid của màng tế bào (Fodor và cộng sự, 1995; Hernandez và Cooke, 1997; Quartacci

và cộng sự, 2001) Nhiều nghiên cứu về độc tính đã cho thấy Cd làm giảm hoạt tínhATPase của phần màng huyết tương của rễ lúa mì và hướng dương (Fodor và cộng sự,1995)

Đối với thực vật sống trong môi trường đất ô nhiễm Cd và các KLN, chúngcũng tạo ra cơ chế thường xuyên để giải độc kim loại nặng là chelation của kim loạibằng một phối tử, trong một số trường hợp, sự phân chia tiếp theo của phức hợp

(ligand-metal) Việc phân chia không bào ngăn cản sự lưu thông tự do của các ion Cdtrong cytosol và cố định các Ion vào một khu vực giới hạn nhằm giảm thiểu độc tínhcủa chúng (Sanita di Toppi and Gabrielli, 1999) Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằngkhông bào là vị trí tích lũy của một số kim loại nặng bao gồm Zn, Cd để làm giảm mức

độ độc tố đến quá trình sinh trưởng (Ernst et al., 1992) Một ví dụ là sự tích tụ của Cdtrong không bào liên quan đến một vận chuyển ABC (Hall, 2002) Hai polypeptit kimloại nặng có đặc tính tốt nhất liên quan đến chelation và cô lập các kim loại nặng baogồm các metallothioneins (MT), các polypeptit có nhiều mã hóa, cysteine, và cácphytochelatin (PC), ngược lại, là enzym tổng hợp, peptide giàu cysteine (Cobbett,2000)

Phytochelatin (PC) là các peptide gắn kết kim loại nhỏ với cấu trúc (g-glu-cys)n-gly, (g-glu-cys) nb-ala, (g-glu-cys) n-ser, (g-glu) -n) n-glu, (g-glu-cys) n-gln hoặc (g-glu-cys) n, trong đó n thay đổi từ 2 đến 11 (Grill và cộng sự, 1985, 1986a, b) PC lầnđầu tiên được xác định vào năm 1983 trong nấm men Schizosaccharomyces pombe(Cobbett, 2000), sau đó đã được xác định trong một loạt các loài thực vật và trong một

số vi sinh vật khác (Grill và cộng sự, 1989; Cobbett và cộng sự, 2000) Nhiều nghiêncứu sinh lý, sinh hóa và di truyền đã xác nhận rằng glutathione tripeptide (GSH; g -Glu-CysGly) là chất nền cho sinh tổng hợp PC (Rauser, 1999) Tổng hợp PC từ GSHđược xúc tác bởi một transpeptidase, có tên là phytochelatin synthase (EC 2.3.2.15), làmột enzyme cấu thành cần kích hoạt sau dịch bởi các kim loại nặng (Grill và cộng sự,1989; De Knecht và cộng sự, 1995) Phytochelatin synthase (PCS) chỉ được kích hoạtkhi có các ion kim loại nặng, đặc biệt là Cd, Ag, Pb, Cu, Hg, Zn, Sn, Au và As(Cobbett, 2000)

Một số báo cáo đã chứng minh rằng PC S là thiết yếu đối với khả năng chịuđựng cấu thành bình thường đối với một số kim loại không cần thiết, đặc biệ t là Cd.Gián đoạn gen PCS ở S pombe dẫn đến quá mẫn cảm với Cd (Clemens và cộng sự,1999; Ha SB và cộng sự, 1999) Hơn nữa, sự biểu hiện của PCS cDNA từ lúa mì,Arabidopsis và S pombe làm tăng đáng kể khả năng chịu Cd trong Saccharomycescerevisiae, ngay cả trong các đột biến thiếu hụt sự hình thành không bào hoặc axit hóakhông bào (Clemens và cộng sự, 1999) Một số đột biến Cid -hypersensitiveArabidopsis dường như bị suy yếu trong tổng hợp PC (Howden và cộng sự, 1995;

Cobbett và cộng sự, 1998) Ngoài ra, các dòng tế bào cà chua được chọn để tăng dungnạp với Cd cho thấy sự tổng hợp PC tăng cường theo phơi nhiễm Cd, do tăng g-glutamyl cysteine synthetase (g-ECS) hoạt động (Chen JJ và Goldsbrough, 1994).

Mặc dù Cd không phải là yếu tố thiết yếu hoặc có lợi cho cây trồng, nhưngchúng thường tích luỹ ở mức độ nào đó Cd có thể đo được, đặc biệt là rễ, lá, người tathường gọi là do sự hấp thu và dịch chuyển vô ý (Assunção et al., 2003) Nồng độ látrên 100 µg/kg khô (0,01%) đ ược coi là ngoại lệ và đ ược sử dụng như một giá trịngưỡng cho sự tích lũy Cd (Baker AJM, McGrath SP, 2000)

Cd trong đất có đặc điểm khá linh động, có bán kính hydrát hóa giống với Zn vìvậy cây trồng bị1 với yếu tố dinh dưỡng là Zn Cây trồng hút Cd khác nhau tuỳ thuộc vàoloài và sự di chuyển của Cd trong cây cũng khác nhau, Cd không phải là yếu tố dinhdưỡng 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, ở nồng độ này làm cho năng suất lúa mỳgiảm 21%, tỷ lệ nảy mầm của ngô giảm 28% (Phạm Quang Hà, 2001) Theo Andresen,Elisa and Hendrik Kupper, (2013) nghiên cứu về độc tính của Cd đối với một số cây trồngthông qua các thí nghiệm và phản ứng sinh lý của cây trồng cho thấy, Cd là một chất gây ônhiễm quan trọng trong môi trường, độc hại đối với hầu hết các sinh vật và nguy cơ tiềmtàng đối với sức khỏe con người Cây trồng lấy Cd từ đất hoặc nước và có thể làm giàutrong rễ và chồi, tác động của Cd bao gồm ức chế quá trình oxy hóa, gây độc tính gen, ứcchế bộ máy quang hợp và ức chế chuyển hóa trong rễ

1.3 Độc tính của Cd đối với sinh vật và môi trường sinh thái

Trong công nghiệp thực phẩm, Cd được coi là nguyên tố nguy hiểm nhất, khihàm lượng Cd >15ppm thì thực phẩm được coi là nhiễm độc Các hợp chất của Cdtrong nước, không khí, trong dung dịch và trong thức ăn đều gây độc Trong khôngkhí, nồng độ Cd tối đa cho phép là 0,1mg/m 3 Với động vật , liều chết chắc chắn là210mg Cd/kg thể trọng Hít phải một lượng hơi Cd sẽ làm cho cơ thể mệt mỏi, đauđầu, kém ăn, sút cân, ho, răng lung lay, rụng tóc, thận hoạt động rối loạn Ngộ độc Cdqua tích tụ từ nước còn có thể dẫn đến quái thai ở động vật, cho bò và cừu ăn thức ăn

có chứa 50-500mgCd/kg trong một năm liên tục sẽ gây những biến đổi dị dạng chothai của chúng Nhưng đối với người bị nhiễm độc Cd không thấy dị tật bẩm sinh ở trẻ

em mới sinh nhưng trọng lượng của chúng thấp hơn và có vài trường hợp xuất hiệnchứng còi xương.

Cd ảnh hưởng đến vi sinh vật đất: Cd trong đất có ảnh hưởng khá rõ nét đến quátrình sinh trưởng của một số chủng vi sinh vật có lợi, khi hàm lượng Cd trong đất ởngưỡng 2,9mg/kg đất khô làm tổng số vi khuẩn và nấm bắt đầu giảm đáng kể; ở nồng

độ 5mg/kg đất khô làm cho quá trình khoáng hoá giảm đến 17 - 39% và khi nồng độ1000mg/kg đất khô, quá trình nitrat hoá giảm 60% Nhiều nghiên cứu cho thấy giunđất có thể sống trong môi trường chứa một hàm lượng và tích luỹ Cd trong cơ thể ởmột mức độ nào đó Các nghiên cứu cũng cho thấy mức độ hấp thu của Cd trong giunđất phụ thuộc rất nhiều vào pH và CEC (dung tích hấp thu của đất), nồng độ LD50 của

Cd trong đất đối với giun đất là 253-1843 mg/kg đất khô tuỳ thuộc vào loại đất (PhạmQuang Hà, 2001)

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 cũngnhư phụ thuộc vào cả các cation khác trong thức ăn Các loại động vật có vú và chim

có thể bị ngộ độc Cd ở nồng độ 15 - 1350 mg/kg khối lượng Trong giai đoạn tăng trọng, khối lượng đàn lợn có thể giảm đến 96% mức tăng trọng nếu ăn mỗi ngày 140mg Cd/kg trọng lượng Đối với vật nuôi thí nghiệm, liều bán tử vong LD50 qua thí nghiệm ở chuột theo con đường tiêu hóa là 88 đến 357mg CdCl/kg khối lượng Trong môi trường chứa oxit Cd, LD50 (hô hấp) là 29mgCd/m3 trong 15 phút

Kim loại nặng là các chất gây ô nhiễm môi trường quan trọng và độc tính của chúng là vấn đề tăng ý nghĩa cho các lý do sinh thái, tiến hóa, dinh dưỡng và môi trường Cd được xem là một trong những KLN không có ý nghĩa đối với sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, là kim loại thu hút sự chú ý nhất trong khoa học đất

và dinh dưỡng thực vật do độc tính tiềm tàng đối với con người và tính di động tương đối của nó trong sinh thái của đất Độc tính Cd trên thực vật liên quan đến các khía cạnh sinh thái, sinh lý và sinh hóa, các triệu chứng độc hại của Cd trong thực vật nghiên cứu cho thấy như (giảm tăng trưởng và phát triển cây trồng, thay đổi trong quang hợp, điều hòa stomatal, hoạt động enzyme, quan hệ nước, hấp thu khoáng, chuyển hóa protein, hoạt động màng tế bào ) Bên cạnh đó Cd cũng là yếu tố gây ức chế quá trình oxy hóa trong tế bào của cây trồng (Tran Tuan Anh and Losanka, 2013)

Cd xâm nhập vào đất từ hoạt động nông nghiệp, khai khoáng, chất thải côngnghiệp do quản lý bị rò rỉ Đất giàu Cd là những nguyên nhân ảnh hưởng đến chu trìnhdinh dưỡng của cây trồng, bên cạnh các triệu chứng độc tính gây ra Cd Redox tín hiệuchuyển hướng đối với stress oxy hóa mà tăng tốc thiệt hại tế bào, gây ra sự thay đổitrao đổi chất dẫn đến rò rỉ điện tử như ROS, giảm quang hợp và cố định carbon Sựtrao đổi chất chính bị tổn thương tiêu cực và ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật(Irfan, Mohd và cộng sự, 2013).

Cd là một chất gây ô nhiễm độc hại cho con người, động vật và thực vật Sự ônhiễm ngày càng tăng của Cd trong môi trường và sự tích tụ của nó trong chuỗi thức

ăn từ các hoạt động nhân tạo, chẳng hạn như công nghiệp kim loại màu, khai thác, sửdụng và tiêu hủy pin, chất thải bị ô nhiễm kim loại và xử lý bùn, ứng dụng thuốc trừsâu và phân lân dẫn đến sự phân tán của Cd Cd trong đất có những tác động nhất địnhđến quá trình sinh trưởng của cây trồng thông qua ức chế các gen hô hấp của cây trồng(Gallego, Susana M và cộng sự, 2012)

1.4 Độc tính của Cd đối với con người

KLN như As, Hg, Pb, Zn và Cd khi xâm nhập vào cơ thể ở bất cứ con đườngnào đều nguy hiểm vì chúng tồn tại lâu, hệ số tích lũy cao Khi vào cơ thể, KLN gâytác hại lớn đối với hệ enzym bằng cách thế chỗ cho ion kim loại trong enzym đó.Chúng đặc biệt có ái lực đối với enzym có chứa nhóm -SH hoặc nhóm -SH3 dẫn tớingộ độc hoặc gây một số bệnh hiểm nghèo như thiếu máu, đau xương, dòn xương, caohuyết áp, thậm chí gây tử vong … (Phạm Khắc Hiếu, 1998) Chính vì độc tính của cácnguyên tố kim loại nặng khi xâm nhập vào sản phẩm nông nghiệp gây ô nhiễm ảnhhưởng đến sức khỏe người tiêu dùng nên ngành quản lý thực phẩm đã đưa ra các chỉtiêu về kim loại nặng với qui định chặt chẽ cho một thực phẩm, đặc biệt là những thức

ăn cho trẻ em vì trẻ em rất nhạy cảm với kim loại nặng Hàm lượng KLN cho phép cótrong thực phẩm giành cho trẻ nhỏ thường chỉ bằng 1/2 trong thức ăn của người lớn,nên việc kiểm tra các KLN trong thực phẩm giành cho trẻ em thường chặt chẽ hơn

Cadimi được xếp vào nhóm những kim loại độc nhất đối với sinh vật, con người vàmôi trường sinh thái Khi Cd xâm nhập vào cơ thể nó 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 cácenzim Nguyên nhân chủ yếu làm Cd có độc tính là do Cd đồng hình với Zn, nên

nó có khả năng thay thế Zn trong một số enzim, từ đó gây nên rối loạn trao đổi chấtkhoáng, rối loạn trao đổi gluxit và rối loạn sinh tổng hợp protein Trong cơ thể, Cd gắnvới metalotionin tạo thành chất rất bền, Cd khó phân hủy trở lại, do đó sự thải loạichúng ra ngoài rất lâu (Phạm Khắc Hiếu, 1998).

Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy khi bị nhiễm độc Cd con người có thểmắc chứng bệnh loãng xương, nứt xương, các bệnh về gan, thận, tim, mạch, cản trởviệc cố định Ca Ngoài ra, tỷ lệ ung thư tiền liệt tuyến và ung thư phổi cũng khá lớn ởnhóm người thường xuyên tiếp xúc với chất độc này Theo Nguyễn Văn Phổ, (2002),những tác động sinh lý của Cd xuất phát từ sự tương đồng về hoá học của nó với kẽm,đặc biệt là Cd có thể thay thế Zn trong một số enzym do đó làm biến đổi cấu hìnhenzym, làm suy yếu hoặc mất chức năng xúc tác của enzym Cd xâm nhập vào cơ thểcon người thông qua nhiều con đường khác nhau như hô hấp, thức ăn, nước uống Với nồng độ Cd từ 0,25 - 0,5 mg/kg khối lượng qua đường tiêu hoá đã có thể gây ra đau dạ dày và các bệnh đường ruột nghiêm trọng

Theo Phạm Quang Hà, (2001), nguồn xâm nhập Cd vào cơ thể con người thôngqua nhiều con đường khác nhau như hô hấp, thức ăn, nước uống khi nhiễm độc Cd conngười có thể bị nôn mửa, tiêu chảy hoặc có thể bị co giật, các bệnh về xương, gan thận,tim mạch Với nồng độ 0,25-0,5mg/kg trong lượng qua đường tiêu hoá đã có thể gây rađau dạ dày và các bệnh đường ruột nghiêm trọng Liều gây chết trung bình (LD50) khinghiên cứu ở chuột theo con đường tiêu hoá là 88 -357mg CdCl2/kg trong lượng, trongmôi trường có chứa oxit Cd thì LD50 hô hấp là 29mg Cd/cm3 trong 15 phút

Lượng Cd xâm nhập vào cơ thể không chỉ phụ thuộc vào việc ăn phải các loạithực phẩm có chứa Cd mà phần lớn phụ thuộc vào chế độ và chất lượng thực phẩm.Nếu hàm lượng Ca, Fe, protein thấp thì tỷ lệ tích tụ Cd cao hơn, ở người có lượng Fetrong cơ thể thấp thì tỷ lệ hấp thụ trung bình Cd cao hơn 4 lần người bình thường và ởphụ nữ nguy cơ nhiễm Cd nhiều hơn so với nam giới Cd khi xâm nhập vào cơ thể hầuhết được giữ lại ở thận và gây ảnh hưởng đến chức năng thẩm thấu của ống thận, làmtăng protein niệu, tăng β2 -microglobulin niệu và huyết thanh, sau đó tăng creatininhuyết thanh, cuối cùng có thể ảnh hưởn g đến axit amin, gluco và phốt phát (PhạmQuang Hà, 2001)

Cd và hợp chất của nó được xếp vào nhóm có thể gây ung thư (nhóm 2A theo

sự sắp xếp của IARC) Cd là chất gây ung thư đường hô hấp, khi người bị nhiễm độc

Cd, tùy theo mức độ nhiễm sẽ gây ra ung th ư phổi, thủng màng ngăn mũi, ung thưtuyến tiền liệt Cd có khả năng làm ức chế miễn dịch cơ thể Ngộ độc cấp tính Cd cótriệu chứng nôn, mửa, đau bụn g, tiêu chảy, rối loạn hệ thần kinh, có thể dẫn đến tửvong (Thi Lam Tra Ho và cộng sự, 1999)

1.5 Nguồn gây ô nhiễm Cadimi trong đất nông nghiệp

1.5.1 Nguồn gây ô nhiễm Cd trong đất từ tự nhiên và khí quyển

Thông qua nghiên cứu nhiều năm M J McLaughlin và ctv (2005) tổng hợp vàđưa ra được mô hình của vòng tuần hoàn Cd trong đất nông nghiệp như sau:

Nguồn : Cadmium in soil and plant - M J McLaughlin et al (2005)

Hình 1.1 Nguồn Cd và vòng tuần hoàn Cd trong hệ thống nông nghiệp

Qua hình 1.1 cho thấy, 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 khácnhau (pha khoáng, pha hữu cơ, tự do…) Cd được cây trồng hấp thụ qua con đườngsinh dưỡng và trao đổi chất Khi con người sử dụng các sản phẩm cây trồng, thông qua

đó mà Cd tích luỹ và gây độc

Cd luôn tiềm ẩn trong các hoạt động sản xuất công nghiệp, đặc biệt là các ngànhcông nghiệp nặng như chế tạo máy, luyện kim, khai thác mỏ Kết quả nghiên cứu cho thấy, trong chất đất bị ảnh hưởng của chất thải công nghiệp đôi khi có hàm lượng Cd lên tới 1500ppm Chất thải sinh hoạt cũng có hàm lượng Cd và một số các KLN độc hại đôi khi rất cao, khi thải ra môi trường chúng làm ô nhiễm môi trường nước, tích tụ

và gây ô nhiễm cho môi trường đất (M J McLaughlin, 2005)

KLN tồn tại tự nhiên trong đá và khoáng vật hình thành đất, qua quá trìnhphong hoá các KLN đượ c đưa tự nhiên vào trong đất, các nghiên cứu cũng cho thấyKLN tồn tại tự nhiên trong đất qua con đường phong hoá là khá thấp, lượng lớn hơn vàngày càng gia tăng của một số KLN là con đường nhân tạo, thông qua hoạt động côngnghiệp và phân bón trong sản xuất nông nghiệp Cambell (1983) đã nghiên cứu chothấy, lượng Cd xâm nhập vào đất từ các hoạt động của nhân tạo so với tự nhiên làkhoảng 15 lần Cd xâm nhập vào đất và có những tác động tiêu cực, gây độc cho môitrường ở mức độ như thế nào còn phụ thuộc và o tính chất vât lý và hoá học của đất

Độ chua, điều kiện ngập nước, khoáng sét, hữu cơ, điều kiện địa hình… các yếu tố này

sẽ có những tác động đến sự di chuyển cũng như độc tính của Cd và các KLN khác tồntại trong đất đến môi trường và sinh vật

Bảng 1.1 Hàm lượng KLN trong một số loại đá chính hình thành đất

Cadimi xâm nhập vào khí quyển, nước thông qua các nguồn tự nhiên như: bụinúi lửa, bụi đại dương, các đá, quặng; ngoài ra Cd còn xuất phát từ chất thải côngnghiệp và chất thải khai thác mỏ Về tính chất hoá học Cd rất giống với Zn và hai kimloại này thường là đôi bạn đồng hành trong chu trình địa hoá Trong tất cả các hợp chất

tự nhiên và hầu hết các hợp chất nhân tạo của Zn đều chứa một lượng nhỏ Cd; cả haiđều có mặt trong tự nhiên dưới dạng các ion hoá trị 2, có điểm khác biệt giữa Zn và Cdlà: Zn là nguyên tố dinh dưỡng vi lượng đối với cây trồng, vật nuôi, còn Cd là kim loạigây độc hại (Nguyễn Văn Phổ, 2002)

Cadimi gây ô nhiễm trong nước và cặn lắng các bể thải xung quanh các cơ sởcông nghiệp Hàm lượng khoảng trên 100ppm trọng lượng khô sẽ thấy trong cặn lắngcủa bể chứa Điển hình là trong thời kỳ yên tĩnh vào mùa đông khi nước tù đọng thìlượng bùn đáy yếm khí của bể lắng có hàm lượng Cd hoà tan thấp bởi qúa trình khửsulfat của các vi sinh vật tạo ra các sulfit theo sơ đồ sau :

2(H2O) + SO4 + H+ = 2CO2 + HS- + 2H2O

Và nhờ vậy mà cadimi lắng đọng dưới các sulfit cadimi:

CdCl+ (trong nước biển) + HS- CdS(s) + H+ + ClQuá trình hoà trộn nước biển bên ngoài bể lắng với nước của bể lắng nhờ giómạnh trong mùa đông dẫn đến giải phóng Cd từ cặn lắng của bể chứa ra nước vịnhthoáng khí Cd hoà tan được mang ra vịnh, ở đó nó tác dụng với các chất rắn lơ lửngrồi sau đó đi cùng với trầm tích vịnh biển Đây là một ví dụ về dạng tương tác phức tạpcủa các yếu tố thuỷ lực, hoá học giữa dung dịch chất rắn và vi sinh vật có liên quanđến sự phân bố của một chất gây ô nhiễm trong một hệ thống nước (Nguyễn Văn Phổ,2002)

-Lịch sử của việc ô nhiễm KLN từ khí quyển ở Tây Bắc Châu Âu và Bắc Mỹ đãước tính từ những nghiên cứu địa hoá than bùn đầm lầy và bùn lòng hồ Nhiều khu vực

ở Châu Âu, sự gia tăng mạnh mẽ của tích luỹ KLN từ nguồn khí quyển đã xuất hiện từkhoảng 200 năm trước đây, ở Bắc Mỹ, bằng chứng về sự ô nhiễm KLN từ khí quyểnxuất hiện gần hơn, khoảng 80-100 năm trước đây (Norton, 1986)

Các sol kim loại có đường kính khác nhau được giải phóng vào khí quyển từmặt đất, sau đó được khuyếch tán lên cao Các phần tử kim loại lớn nhất rơi xuống đấtdưới dạng kết tủa khô, mưa đã mang phần kim loại hoà tan từ khí quyển dưới dạngđọng ướt, lắng đọng ướt được xem là là quá trình lắng đọng chủ yếu đưa KLN vào đất

từ nguồn khí quyển Bên cạnh đó cũng cho thấy Cd và các KLN xâm nhập vào đất từ

khí quyển thông qua các dạng sương mù Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng Cd và cácphần từ KLN khác có thể di chuyển trong một khoảng cách rất xa, tính từ nguồn phátthải, chính vì vậy càng gần các nguồn phát thải thì chỉ số ô nhiễm càng lớn (Pacyna JM

và cộng sự, 1984)

Sự xâm nhập của Cd và các KLN từ khí quyển cũng có thể xuất phát từ nguyên nhân tự nhiên khác đó là hoạt động của núi lửa, hoạt động này có thể đưa vào khí quyển một lượng rất lớn các KLN Tuy nhiên hàm lượng Cd và các KLN phần lớn xâmnhập vào khí quyển lại thông qua các hoạt động nhân tạo (khai khoáng, luyện kim, xe

cộ, máy móc ), tỷ lệ Cd xâm nhập vào khí quyển thông qua các hoạt động nhân tạo này vào khoảng 22,1% (Nriagu và Pacyna, 1988)

1.5.2 Nguồn gây ô nhiễm Cd trong đất từ hoạt động sản xuất nông nghiệp

Trong các hoạt động sản xuất nông nghiệp việc sử dụng phân bón, thuốc bảo vệthực vật và các chất kích thích sinh trưởng qua nhiều năm cũng gây nên sự tích luỹ Cdtrong đất Nhiều KLN là yếu tố dinh dưỡng không thể thiếu đối với cây trồng, vật nuôi

và ngay cả sự sống của con người, tuy nhiên khi hàm lượng KLN vượt quá mức độ nào

nó, lại có tác dụng gây độc, dựa vào tính độc hại của các kim loại nặng đối với sứckhoẻ con người và sinh vật, Duxbury (1985) chia ra 3 nhóm độc, trong đó Cd th uộcnhóm có độc tính trung bình đối với sức khoẻ con người

Hoạt động bón phân vô cơ, hữu cơ, bùn thải, phun thuốc BVTV, tưới nước cóchứa KLN… đều là nguồn có thể cung cấp Cd và các KLN vào đất Có thể lượng bổsung này chưa đủ để gây tác động ngay lập tức, nhưng nếu quá trình lặp đi lặp lạinhiều lần trong chu kỳ sản xuất ở thời gian dài, KLN sẽ tích tụ và đạt đến ngưỡng gâyđộc cho hệ sinh thái đất và cây trồng (Williams và cộng sự, 1985)

Sử dụng bùn thải, phế thải ủ phân bón compost cung cấp một lượng rất lớn cho đất các KLN như (Cd, Zn, Pb), bên cạnh đó một lượng đáng kể các KLN khác như (Cr,

Cu, Hg) Theo McGrath (1987) và Lane (2000) khi nghiên cứu hệ thống nông nghiệp tại Woburn (Anh quốc) trong vòng 40 năm đã thấy rằng, sau 20 năm trên đất sử dụng bùn thải làm phân bón hàng năm, chỉ có khoảng 0,5% lượng KLN bón cho cây trồng được sử dụng, lấy đi lượng còn lại sẽ rửa trôi hoặc tồn dư trong đất Để khắc phục và giảm thiểu lượng KLN xâm nhập vào đất từ phân bón, nhiều quốc gia trên thế giới đã đặt ra những tiêu chuẩn về KLN tối đã cho phép đối với phân bón sử dụng trong sản xuất nông nghiệp

Bảng 1.2 Hàm lượng một số KLN trong phân bón

Đơn vị: µg/kg

có tính thương mại sẽ có hàm lượng Cd tăng theo quy mô sử dụng phân chứa photphat.Các số liệu nghiên cứu của tác giả cũng chỉ ra rằng đá photphat ở Senegal và Togochứa hàm lượng Cd lớn nhất, vào khoảng 160-255 gCd/ tấn P2O5 Theo Williams vàctv (1985) ước tính, phân photphat với hàm lượng Cd trung bình khoảng 7µg/g sẽđóng góp vào khoảng 660 tấn Cd vào đất trên toàn thế giới thông qua hoạt động sửdụng phân photphat trong các hoạt động sản xuất nông nghiệp Bên cạnh đó, việc sửdụng hoá chất BVTV, chất bảo quản, diệt côn trùng về bản chất là các muối KLN rấtđộc cũng là những tác nhân chính gây tích luỹ Cd và các KLN trong đất nông nghiệp

Nhiều nghiên cứu cảnh báo rằng bón phân hữu cơ kể cả rác thải đô thị và cácloại phân lân có thể sẽ làm gia tăng lượng Cd trong môi trường đất Một mặt ở cácvùng ven đô thị khó có thể tránh khỏi ảnh hưởng của các nguồn rác thải và các hoạtđộng sản xuất công nghiệp bao giờ cũng tiềm ẩn một lượng KLN trong đó có Cd thải

ra môi trường gây ô nhiễm, mặt khác trong các nguồn phân hữu cơ và lân cũng cóchứa một lượng nhất định Cd Ở Việt Nam những nghiên cứu về phân bón chưa khẳngđịnh bón lân làm gia tăng lượng Cd trong đất vì liều lượng phân lân dùng nói chungcòn thấp, kết quả phân tích được thể hiện trên (bảng 1.3) Tuy nhiên trong phân lân vàquặng apatit đã được phân tích cũng chứa một lượng Cd khá đáng kể từ 2,5 – 4,0mg/kg (Phạm Quang Hà, 2003)

Bảng 1.3 Hàm lượng Cd trong phân bón tại miền BắcViệt Nam

Nguồn: Viện TNNH – Chất lượng Nền Đất đỏ, 2003 Theo Lê Văn Khoa và ctv (2000),

sưu tầm và nghiên cứu trên các sản phẩm làm phân bón cho thấy: hàm lượng một số

KLN độc hại trong phân bón đôi khi rất cao,trong đó hàm lượng Cd trong phân phốt pho đạt từ 0,1 -190ppm, trong phân nitơ đạtđến 9ppm, trong bùn thải đạt từ 2-3.000 ppm, trong phân chuồng từ 0,1-0,8ppm (bảng1.4) Như vậy việc sử dụng phân bón chứa Cd ở một chu kỳ sản xuất lâu dài cũng tiềm

ẩn nhiều nguy cơ ô nhiễm Cd trong đất nông nghiệp

Bảng 1.4 Hàm lượng (ppm) một số kim loại nặng trong các sản phẩm

dùng làm phân bón trong sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam

Cd 0,1-190 <0,1-9 <0,05-0,1 2-3000 <0,1-0,8 <0,05

Nguồn: Lê Văn Khoa, 2000

Đá mẹ là nguồn cung cấp đầu tiên các nguyên tố khoáng và có vai trò quantrọng trong việc tích luỹ kim loại nặng trong đất Trong những điều kiện xác định, phụ thuộc vào các loại đá mẹ khác nhau mà các loại đất được hình thành có chứa hàm lượng các kim loại nặng khác nhau Cd trong đất hình thành trên đá macma dao động trong khoảng 0,1 - 0,3 ppm, đá biến chất là 0,1 - 1,0 ppm, đá trầm tích 0,3 - 11 ppm Cadimi thường có nhiều trong trầm tích sét và khoáng sét Các loại đất hình thành trên loại đá mẹ này có hàm lượng Cd trung bình là 8 ppm; Trong các loại đất thoát nước tốt

Cd có hàm lượng ít hơn Trong đất phù sa thường có Cd < 1 mg/kg đất, đất đỏ bazan >

1 mg/kg đất, đất bạc màu từ 0,05 - 0,5 mg/kg đất (Lê Văn Khoa, 2000)

Bảng 1.5 Hàm lượng Cd trong một số mẫu chất hình thành đất

Nguồn: Phạm Quang Hà, Viện TNNH năm 2007

Phạm Quang Hà (2007) thu thập và nghiên cứu cho thấy: hàm lượng Cd trong

đá bazan và đá phiến sét có hàm lượng Cd đạt cao nhất từ 0,13 - 0,30ppm; trong đágranit hàm lượng Cd từ 0,09-0,22ppm, đá vôi có hàm lượng Cd trung bình là0,035ppm và cát kết là 0,05ppm (bảng 1.5)

1.5.3 Nguồn gây ô nhiễm Cd trong đất từ hoạt động công nghiệp, chất thải sinh hoạt

Các hoạt động sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, làng nghề, chất thải

đô thị, chất thải sinh hoạt cũng là những nguồn gây nhiễm bẩn Cd và các KLN độc hạikhác cho môi trường đất nói riêng, môi trường nước và môi trường sinh thái nói chung.Đất bị nhiễm bẩn bởi Cd có mức độ nguy hiểm rất cao đối với môi trường đất và tiếptheo là sức khoẻ con người, Cd có thể tích luỹ trong đất Các nguyên nhân chủ yếu vàgây hậu quả nghiêm trọng đối với những vùng bị ô nhiễm đất bởi Cd lại là từ chất thảicông nghiệp trong đó bao gồm khai thác mỏ, công nghiệp sản xuất, nước thải sinh hoạt

từ đô thị và các khu dân cư (Alina Kabata, 2010)

Bảng 1.6 Hàm lượng Cd trong đất bị ô nhiễm ở một số Quốc gia

Cd (mg/kg) Quốc gia Khu vực

Nguồn: Alina Kabata, Trace Elements in Soils and Plant, 2010 Kết quả (bảng 1.6) cho

thấy hàm lượng Cd trong đất ở các khu vực và Quốc gia cho kết quả rất khác nhau: ở

các khu vực khai thác mỏ và khu vực công nghiệp hàmlượng Cd trong đất rất cao Hàm lượng Cd đạt từ 2-336 mg/kg, đối với khu vực khaithác mỏ; từ 1,8 -1500mg/kg, đối với khu vực tác động công nghiệp Khu vực ven đôthị có hàm lượng Cd từ 0,02 -17 mg/kg và trong nước tưới và phân bón là 0,4-167mg/kg Các khu vực bị tác động bởi chất thải đô thị có mức độ ô nhiễm Cd thấp hơn ởcác khu vực khai thác mỏ và tác động c ủa công nghiệp Mức độ ô nhiễm Cd do sảnxuất công nghiệp cho thấy Mỹ và Bỉ là hai nước có nền công nghiệp phát triển có mức

độ cao nhất Đánh giá chung cho thấy tác động của hoạt động khai khoáng, chất thảicông nghiệp có nguy cơ rất cao đến việc tích luỹ Cd trong đất, tiếp theo đó là ảnhhưởng của chất thải sinh hoạt, đô thị và hoạt động sản xuất nông nghiệp

Alina Kabata (2010) nghiên cứu hàm lượng Cd trong một số loại cây trồng tạicác khu vực đã bị ô nhiễm bởi các nguyên nhân khác nhau, kết quả thể hiện trên (bảng1.6) Kết quả nghiên cứu cho thấy, tại một số điểm bị ô nhiễm Cd tích luỹ trong địa ytại các khu vực khai thác mỏ có giá trị rất cao từ 11-22mg/kg khô Đối với các khu vực

bị tác động bởi chất thải của công nghiệp đã làm cho hàm lượng Cd tích luỹ trong gạođạt từ 0,72-4,17mg/kg khô, trong lá rau diếp là 5,2-14,1mg/kg khô; cá biệt có những

mẫu rau đạt 45mgCd/kg khô, tác động của chất thải công nghiệp cũng làm hàm lượng

Cd trong cà rốt đạt từ 1,7-3,7mg/kg khô, của cải đường là 0,04-0,49 mg/kg khô

Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy ở các khu vực bị ảnh hưởng của chất thải công nghiệp có hàm lượng Cd tích luỹ trong cây ở mức độ cao nhất, sau đó đến vùngkhai thác mỏ Các khu vực ven đô thị và sử dụng bùn thải cho sản xuất nông nghiệp cóhàm lượng Cd tích luỹ trong cây trồng ở mức độ thấp hơn (bảng 1.7 ) (Alina Kabata,2010)

Bảng 1.7 Hàm lượng Cd trong một số loại cây trồng tại một số điểm ô nhiễm Loại cây trồng Cd mg/kg khô Quốc gia Khu vực ô nhiễm bởi

Loại cây trồng Cd mg/kg khô Quốc gia Khu vực ô nhiễm bởi

Nguồn: Alina Kabata, Trace Elements in Soils and Plant, 2010 Trên thế giới có nhiều

nước sử dụng bùn thải bón cho đất, đặc biệt là các nước mà đất đai nghèo chất hữu cơ,

một lượng khá lớn phân bón hữu cơ được sản xuất cónguồn gốc từ chất thải công nghiệp và sinh hoạt Ví dụ ở Đức, ngay từ năm 1980 đãsản xuất 36 triệu tấn bùn thải, năm 1969 hơn 60% lượng bùn thải ở Thụy Điển được sửdụng làm phân bón cho sản xuất nông nghiệp Con số đó giảm chậm, 40% vào nhữngnăm 80 và gần 30% vào năm 1993 (McGraw Hill, 1993) Hiện nay, 40% bùn thải ởĐức, 40% bùn thải ở Anh, 30% bùn thải EU được tái sản xuất thành phân bón và dùngcho đất nông nghiệp, bùn thải có thể chứa kim loại đặc biệt cao vì bùn thải này là trầmtích của các nguồn nước thải và do việc sử dụng các kim loại này làm chất xúc táctrong quá trình công nghiệp Sự có mặt của các kim loại nặng với khối lượng lớn trongbùn thải chính là yếu tố hạn chế sử dụng nó đối với sản xuất nông nghiệp Kim loạinặng tồn tại trong bùn thải dưới nhiều dạng khác nhau: ion tự do, cacbonnat và cả dạngphức hữu cơ tan và không tan, trong bùn thải dạng tồn tại chủ yếu đối với Pb và Cd làhợp chất cacbonnat (tương ứng ~61% và 49%), Zn chủ yếu tồn tại dưới dạng hữu cơ(35%), trong khi dạng tồn tại chủ yếu của Cu là dạng sulfua (35%) (L Hermite, 1994)

Liu, Yizhang, (2013) nghiên cứu về sự phân bố và nguồn Cd trong đất từ mộtkhu vực khai thác than, vùng Tam Hiệp, Trung Quốc Kết quả cho thấy trong khu vựcnghiên cứu, đất canh tác chứa hàm lượng Cd từ 0,42– 42 mg/kg trong khi đó trong cáckhu vực không chịu tác động, hàm lượng Cd chỉ đạt từ 0,12–8,5 mg/kg, như vậy hoạtđộng nông nghiệp, khai thác than làm tăng đáng kể hàm lượng Cd trong một s ố loạiđất trồng trọt

Theo Nguyễn Đình Mạnh và cộng sự (1996) khi nghiên cứu ở các khu vực chịutác động của chất thải tỉnh Thanh Hoá cho thấy: 32% mẫu nước tưới bị nhiễm bẩn Cd,

23% mẫu đất bị nhiễm bẩn Cd do ảnh hưởng của chất thải từ hoạt động công nghiệp vàsinh hoạt.

Nghiên cứu của Nguyễn Bích Thu và cộng sự (1997) về sự tích luỹ một số kimloại nặng trong lúa và rau cải ngọt cũng như đất có tưới nước thải công nghiệp tại Cụmcông nghiệp Phước Long, Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh cho thấy: khi tưới nước thảicông nghiệp dệt và công nghiệp bột giặt, sự tích luỹ Cd trong cây cải ngọt cao hơn có

ý nghĩa thống kê so với đối chứng, hàm lượng Cd trong rau cao hơn so với tiêu chuẩnrau an toàn của Bộ Y tế Cũng nghiên cứu này cho thấy sự tích luỹ kim loại nặng trongđất khu vực chịu ảnh hưởng của nước thải công nghiệp đã đến mức báo động: lượng

Cd cao gấp 1,5 đến 5 lần, như vậy ảnh hưởng của c hất thải công nghiệp đã là nhữngnguyên nhân chính gây tích luỹ Cd trong đất và sản phẩm cây trồng ở các địa điểmnghiên cứu

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

Tổng diện tích đất tự nhiên cả nước là 33,097 triệu ha, trong đó diện tích sôngsuối và núi đá khoảng 1.068.100 ha (chiếm khoảng 3,32% diện tích đất tự nhiên), phầnđất liền khoảng 31,1 triệu ha (chiếm khoảng 94,5% diện tích tự nhiên) Các loại đất sửdụng 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)

Bảng 1.8 Diện tích của các nhóm đất chính ở Việt Nam

Nguồn: Lê Thái Bạt, Phạm Quang Khánh, 2015 Đất phù sa là nhóm đất màu mỡ nhất

của Việt Nam trong loại hình thổ nhưỡng vùng đồng bằng, ít có yếu tố hạn chế đến sản

xuất nông nghiệp Đất phù sa của ViệtNam thường phân bố ở giữa khối đất bồi tụ hai đồng bằng tam giác chân lớn là đồngbằng sông Cửu Long (ĐBSCL), đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) và đồng bằng các sôngkhác ở miền Trung Đất phù sa được chia thành 3 loại: Đất phù sa của hệ thống sôngHồng, sông Cửu Long và các sông khác

Nhóm đất đỏ vàng có diện tích khoảng 17.071.594 chiếm 53,29% diện tích tựnhiên cả nước, phân bố rộng khắp các vùng đồi núi, phổ biến ở địa hình cao (độ caotuyệt đối từ 50m đến 1000m), dốc, chia cắt mạnh, phong hóa nhanh Nhóm đất này cócác loại đất chính là đất nâu đỏ, đất nâu vàng và đất mùn vàng đỏ trên núi

Nhóm đất xám bạc màu có diện tích khoảng 2 triệu ha, phần lớn phân bố ở địa hìnhđồi núi Chia thành các loại đất xám bạc màu trên phù sa cổ, đất xám bạc màu gờ lây trênphù sa cổ, đất xám bạc màu trên sản phẩm phong hóa của đá macma axit và đá cát

Đất cát có diện tích khoảng 569 nghìn ha, chiếm 1,72 % diện tích cả nước, phân

bố chủ yếu ở ven biển các tỉnh ven biển miền trung Việt Nam (Nghệ An, Hà Tĩnh,Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế, Ninh Thuận, Bình Thuận…) Ngoài ra, cómột số đất cát phân bố ven các sông lớn hoặc ở một số vùng đất phát triển tại chỗ trên

đá mẹ sa thạch hoặc Granit Có 3 loại đất cát phổ biến ở Việt Nam là đất cồn cát trắng,đất cồn cát đỏ và đất cát biển (Hồ Quang Đức và cộng sự, 2014)

Đất mặn chiếm khoảng gần 1 triệu ha, phân bố chủ yếu ở các tỉnh đồng bằngNam Bộ như: Bạc Liêu, Cà Mau, Kiên Giang, Trà Vinh, Bến Tre và các tỉnh Bắc Bộ

như: Quảng Ninh, Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định, Ninh Bình, Thanh Hóa Ngoài racòn có một ít đất mặn nội địa phân bố ở Ninh Thuận, gọi là đất mặn kiềm Nhóm đấtmặn được chia ra các loại sau: Đất mặn sú, vẹt, đước; Đất mặn nhiề u; đất mặn trungbình và mặn ít.

Đất phèn được hình thành từ sản phẩm bồi tụ phù sa với vật liệu sinh phèn(sunlfidic material)- Pyrite Trong điều kiện khử, vật liệu sinh phèn sẽ hình thành đấtphèn tiềm tàng và khi bị oxy hóa, tầng Pyrite sẽ tạo nên Jarosite (có màu vàng rơm),hình thành tầng phèn (sulfuric horizon) là tầng chẩn đoán của đất phèn hoạt động (haycòn gọi là đất phèn hiện tại)

Đất phèn tiềm tàng có khoảng gần 600 nghìn ha, tập trung chủ yếu ở ven biển đồngbằng Nam Bộ Đất phèn hoạt động có khoảng gần 1,4 triệu ha, phân bố chủ yếu ở đồngbằng Nam Bộ và một số tỉnh đồng bằng Bắc Bộ (Hồ Quang Đức và cộng sự, 2014)

1.6.2 Một số kết quả nghiên cứu về Cadimi trong đất, cây trồng và môi

trường ở Việt Nam

Ở Việt Nam vấn đề nghiên cứu về môi trường đất nói riêng và môi trường nóichung mới chỉ bắt đầu vào khoảng những năm 80 của thế kỷ 20, một trong những vấn

đề nổi bật đối với môi trường đất là nguy cơ nhiễm bẩn của các KLN trong đó cónhiễm bẩn của Cd Tuy nhiên những nghiên cứu về Cd còn rất ít và hết sức mới mẻ,các nghiên cứu cho thấy hàm lượng Cd trong đất nông nghiệp, đất rừng nhìn chungvẫn còn rất sạch, phần lớn các nghiên cứu cho thấy hàm lượng Cd trong đất đều nằmdưới ngưỡng quy chuẩn Việt Nam về chất lượng môi trường đất (QCVN 03 -MT:2015/BTNMT)

Theo tác giả Phạm Quang Hà và các cộng sự, (2007), hàm lượng Cd trong cácnhóm đất của Việt Nam rất biến động và ở từng vùng khác nhau, hàm lượng Cd trongđất cũng khác nhau Cd có giá trị trung bình thấp nhất ở đất cát biển và cao nhất ởnhóm đất đỏ Thậm chí, nhiều mẫu đất đỏ, nằm xa khu công nghiệp và ít bị tác độngbởi các yếu tố ngoại cảnh có hàm lượng Cd cao hơn QCVN 03-MT:2015/BTNMT chophép đối với đất sản xuất nông nghiệp, giá trị lớn nhất là 3,95 mgCd/kg đất

Tại Vân Nội, vùng rau ngoại thành Hà Nội nhóm tác giả Nguyễn Xuân Hải,(2009) tiến hành lấy 07 mẫu, trong đó có 04 mẫu đất ruộng và 03 mẫu trầm tích ở cácruộng ngập nước và mương nước tưới Kết quả phân tích hàm lượng Cd lên tới 3,260