NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA HOẠT ĐỘNG CHUYÊN CANH HOA ĐẾN MÔI TRƢỜNG ĐẤT VÙNG VEN ĐƠ HÀ NỘI TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN NGUYỄN HOÀNG LINH NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA HOẠT ĐỘNG CHUYÊN CANH HOA ĐẾN MÔI TRƢỜNG ĐẤT VÙNG VEN ĐƠ HÀ NỘI Chun ngành: Mơi trường đất nước Mã số: 62440303 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nội – 2016 Cơng trình hồn thành TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Văn Thiện PGS.TS Ngô Thị Tƣờng Châu Phản biện 1:…………………………………… Phản biện 2:…………………………………… Phản biện 3:…………………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án Tiến sĩ họp tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên vào hồi ngày tháng năm 2016 Có thể tìm hiểu Luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin – Thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Đề tài Những năm gần việc sử dụng phân bón, chất kích thích sinh trưởng hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) thâm canh sản xuất, đặc biệt thâm canh hoa, rau có xu hướng gia tăng số lượng lẫn chủng loại Một thực tế việc sử dụng HCBVTV tràn lan, khơng thể kiểm sốt gây ảnh hưởng xấu đến môi trường đất, nước, khơng khí, sức khoẻ người mơi trường sinh thái Mặt khác, xã hội ngày phát triển nên nhu cầu lương thực làm đẹp cho sống ngày tăng, nghề trồng hoa rau trở thành nghề sản xuất số vùng chuyên canh ngoại thành Hà Nội nhằm đáp ứng nhu cầu an ninh lương thực thú chơi hoa nước xuất Người dân số vùng chuyển đổi từ trồng lúa sang chuyên canh trồng hoa, rau lên có phường Tây Tựu, huyện Từ Liêm, Hà Nội xã Mê Linh, huyện Mê Linh, Hà Nội Trong khoảng 20 năm trở lại có chuyển đổi cấu canh tác nên đến kinh tế hộ nơng dân hồn tồn thay đổi, nhiều hộ gia đình trở thành “triệu phú”, sở hạ tầng cải thiện đáng kể Tuy nhiên, chuyển đổi cấu trồng từ lúa sang hoa, rau với mức thâm canh cao làm phát sinh vấn đề môi trường sử dụng phân bón hóa học, chất kích thích sinh trưởng, HCBVTV q mức chuyên canh nhằm tối đa hoá lợi nhuận nên ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mơi trường đất, nước, khơng khí sức khỏe cộng đồng Chính vậy, chúng tơi tiến hành đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng hoạt động chuyên canh hoa đến môi trường đất vùng ven đô Hà Nội” nhằm đánh giá tổng thể tác động hoạt động chuyên canh hoa đến chất lượng môi trường đất đề xuất giải pháp canh tác bền vững cho địa bàn nghiên cứu Đề tài có ý nghĩa khoa học thực tiễn cao, hướng tới nông nghiệp bền vững cho vùng ngoại thành Hà Nội nói riêng Việt Nam nói chung Mục tiêu, nhiệm vụ Luận án Nghiên cứu, đánh giá tác động hoạt động chuyên canh hoa đến chất lượng môi trường đất, đặc biệt thông qua đánh giá mức độ tồn dư hoá chất bảo vệ thực vật, kim loại nặng môi trường đất ảnh hưởng chúng đến hệ sinh học đất; sở kết nghiên cứu đề xuất giải pháp nhằm làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường đất chuyên canh hoa Những đóng góp Luận án a) Đã đánh giá cách có hệ thống yếu tố tác động đến môi trường đất vùng chuyên canh hoa ruộng trồng hoa phường Tây Tựu Xã Mê Linh (Hà Nội) thông qua kết phân tích nước tưới, phân bón, vơi bột, hóa chất bảo vệ thực vật, tàn dư hoa đất đất trồng hoa hồng, hoa đồng tiền, hoa cúc b) Đã xác định thấy mối liên hệ mức độ bón phân vơi cho đất trồng hoa đến mức độ tích lu Cu, Cd, n, s, Hg môi trường đất hai khu vực nghiên cứu Hầu hết kim loại nặng giảm dần theo độ sâu phẫu diện đất Mức độ tích lũy kim loại nặng đất chuyên canh hoa giảm dần theo thứ tự đất trồng hoa hồng > đất trồng hoa cúc hoa đồng tiền > đất trồng rau Ở tầng đất 0-20 cm trồng hoa Hồng thuộc vùng chuyên canh hoa Tây Tựu Cu, Cd Pb dạng tổng số vượt ngưỡng QCVN 03:2008 tương ứng 3,17 lần, 2,62 lần 1,57 lần; Hg, n nằm mức an toàn, vùng chuyên canh hoa xã Mê Linh, hàm lượng Cd Cu tổng số đất vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 03:2008/BTNMT tương ứng 2,42 lần 2,58 lần; As, Zn, Hg nằm mức an toàn d) Đã xác định thấy mối liên quan sử dụng tích lũy hóa chất bảo vệ thực vật môi trường đất trồng hoa Trong đất trồng hoa hai vùng nghiên cứu tìm thấy nhiều loại hóa chất bảo vệ thực vật, có chất clo hữu vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 15:2008/BTNMT Ở Tây Tựu, DDT đất trồng hoa Hồng vượt 1,42-1,65 lần, đất trồng hoa cúc vượt không đáng kể; Ở Mê Linh, mức độ tích lũy đất trồng hoa hồng lớn đất trồng hoa cúc hoa đồng tiền, thấp đất trồng rau Lượng BHC, DDT, DDE vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 15:2008/BTNMT, BHC đất trồng hoa Hồng vượt 10,4-12,7 lần e) Đã dụng số đa dạng H’ số đồng J’ để đánh giá tác động hoạt động chuyên canh hoa, cho thấy cấu trúc quần xã chân khớp bé Collembola ruộng thu mẫu Tây Tựu Mê Linh chịu ảnh hưởng lượng ô nhiễm KLN HCBVTV Điều thể chỗ, ruộng chuyên canh trồng hoa mức độ đa dạng H’ quần xã động vật chân khớp bé Collembola thấp so đất đối chứng; so với đất đối chứng, quần xã ruộng chuyên canh trồng hoa lại bền vững, ổn định so với đất đối chứng khơng bị tác động tích tụ chất gây ô nhiễm.Kết nghiên cứu ghi nhận loài ưu vượt trội ruộng chuyên canh trồng hoa riêng biệt Tây Tựu Isotomurus palutris, Cryptopygus thermophilus, Sminthurides bothrium, Isotomurus punctiferus, Cyphoderus javanus; Mê Linh Isotomurus palutris, Cyphoderus javanus, Protaphorura tamdaona Các loài giảm dần đất chuyên canh trồng hoa theo thứ tự: rau, hoa cúc, hoa hồng năm, hoa hồng năm, hoa hồng năm, hoa đồng tiền g) Lần sử dụng k thuật điện di gel biến thiên (DGGE) để xác định loài đánh giá biến động thành phần, số lượng vi sinh vật đất chuyên canh trồng hoa hai vùng nghiên cứu Số lượng VSV tổng số mẫu đất đối chứng cao mẫu đất chuyên canh trồng hoa Các nhóm VSV chức mẫu đất chuyên canh trồng hoa lớn mẫu đối chứng, chênh lệch khơng nhiều Dựa vào trình tự 16S r RN, xác định thấy, năm số sáu loài vi khuẩn ưu vi khuẩn chưa ni cấy (B1-B5) Chỉ có lồi vi khuẩn B6 lồi thuộc chi Klebsiella cơng bố với tên gọi Klebsiella sp Những loài vi khuẩn chưa nuôi cấy kỳ vọng loài Bố cục Luận án Luận án có 137 trang gồm phần mở đầu 04 trang; Chương 1: Tổng quan dài 28 trang, có 05 bảng; Chương 2: Đối tượng phương pháp nghiên cứu dài 15 trang, có 04 bảng; Chương 3: Kết Thảo luận dài 68 trang, có 29 bảng 09 hình; Kết luận dài 03 trang, có 06 kết luận; Kiến nghị: có 04 kiến nghị; Danh mục cơng trình khoa học có liên quan đến Luận án cơng bố dài 01 trang, có 06 cơng trình; Tài liệu tham khảo dài 18 trang, có tổng số 184 tài liệu có 25 tài liệu tiếng Việt 159 tài liệu tiếng nh; Phụ lục gồm 36 Phụ lục NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Đất canh tác nhóm tiêu đánh giá chất lƣợng đất Kết cấu đất ảnh hưởng lớn tới tính chất đất, tính chất vật lý đất Tỷ trọng đất định chủ yếu loại khoáng nguyên sinh, thứ sinh hàm lượng chất hữu đất Nhìn chung tỷ lệ chất hữu đất thường không lớn nên tỷ trọng đất phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoáng vật đất, thường dao động từ 2,5 - 2,8 - Một số nhóm tiêu lý hóa học đất: + Phản ứng đất Phản ứng đất biểu thị mức độ chua hay kiềm đất, đo biểu giá trị pH [69] + Dung tích hấp thụ (dung tích trao đổi cation - CEC), tổng bazơ trao đổi (S), độ bão hòa bazơ đất (BS): Dung tích hấp thụ đất phụ thuộc vào thành phần keo, thành phần giới đất, tỷ lệ SiO2/R2O3 pH Đất nhiều mùn montmorilonit CEC lớn; thành phần giới đất nặng CEC lớn; tỷ lệ SiO2/R2O3 lớn CEC lớn; độ pH đất tăng lên CEC tăng lên [69] Khi pH đất 8,2 giá trị CEC loại đất khác + Hàm lượng kim loại nặng đất Đất ln có chứa số lượng KLN định [19] Ở Việt Nam, đất sử dụng nơng nghiệp có qui định ngưỡng giá trị giới hạn cho phép tổng số số KLN [3], theo hàm lượng (mg/kg) Cu 50, Zn 200, Pb 70, As 12, Cd 2, Hg + Hàm lượng số chất dinh dưỡng chủ yếu đất: Chỉ tiêu đánh giá hàm lượng phốt tổng số (P2O5 tổng số) chia thành mức sau: Giàu: P2O5 tổng số > 0,10%; trung bình: P2O5 tổng số từ 0,06 - 0,10%, nghèo: P2O5 tổng số < 0,06% [11] Hàm lượng nguyên tố nitơ đất chia thành mức: cao (> 0,35%), cao (0,226 - 0,3%), trung bình (0,126 - 0,226%), thấp (0,05 - 0,126%), thấp (< 0,05%) [69] - Một số nhóm tiêu sinh học đất Tính tốn nhà khoa học đất cho thấy, 1ha đất trồng trọt (độ sâu 20-30 cm) có 5-7 vi khuẩn, 2-3 nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh 3-4 động vật không xương sống (giun, ấu trùng, sâu bọ, tuyến trùng ) Vì đánh giá sinh học đất, nhà khoa học đất đề xuất tiêu số lượng vi sinh vật đất; khả nitrat hóa khả cố định đạm đất; cường độ phân giải xenlulorơ, hơ hấp đất, hoạt tính men đất 1.2 Ảnh hƣởng hoạt động canh tác nông nghiệp tới chất lƣợng đất 1.2.1 Ảnh hưởng trình canh tác tới chất hữu đất Khi bón phân hữu tăng hàm lượng SOM đất SOM thành phần quan trọng góp phần làm tăng độ phì đất, tăng hoạt tính đất tăng tính bền vững cấu trúc đất Nó góp phần làm giảm thiểu tác động tiêu cực mơi trường, cải thiện chất lượng đất [11] Loại trồng ảnh hưởng tới SOM chất lượng đất mạnh mẽ hệ độc canh liên tục Những tác động tiêu cực độc canh bật nghèo hóa hệ động vật đất; tăng số lượng dịch hại trồng; giảm hoạt động q trình dehidrogenaza phốt phát hóa tăng hàm lượng axit phenolic đất 1.2.2 Ảnh hưởng bón phân tới hàm lượng nguyên tố đất Bón phân hoạt động quan trọng sản xuất nông nghiệp, ảnh hưởng chất dinh dưỡng sẵn có đất Các nhà khoa học rằng, sử dụng phân bón bón cho trồng làm tăng đáng kể hàm lượng N, P, K SOM lớp đất canh tác so với lớp đất phía [90] Nếu trì lớp phủ tàn dư thực vật sau thu hoạch tăng tỷ lệ lượng phân bón loại trì chất lượng đất [35] Bên cạnh loại phân bón vơ cơ, vơi phân hữu cơ, phân bùn,… có lượng đáng kể KLN Thành phần KLN phân bón nêu số tác giả nghiên cứu Trong số loại phân nghiên cứu tác giả phân lân có chứa hàm lượng KLN cao Phân lân nguồn đầu vào KLN vào hệ thống nông nghiệp Quặng phốt phat chứa nhiều nguyên tố KLN với giá trị dao động khoảng 1-100 mgCd/kg, 70110 mg Cr/kg, 1-1000 mgCu/kg, 0-117 mgNi/kg, 0-45 mgPb/kg, 4-1000 mgZn/kg, 0-710 mgF/kg 8-220 mgU/kg [39, 55, 100] Trong k thuật trồng hoa, hoa cứng cáp mầu hoa đẹp người ta bón lượng lớn phân khác nhau, có lượng lớn phân lân, làm tăng đáng kể hàm lượng KLN môi trường đất 1.2.3 Ảnh hưởng nước tưới tiêu tới hàm lượng nguyên tố đất Chất lượng nước sử dụng để tưới tiêu nêu tiêu chuẩn Việt Nam QCVN 08:2008/BTNMT Hiện nay, số vùng nơng nghiệp sử dụng nước tưới tiêu có hàm lượng số KLN cao tiêu chuẩn cho phép, dẫn đến làm gia tăng hàm lượng kim loại đất trồng trọt Ví dụ, Hà Nội, sơng Nhuệ sử dụng để tưới cho vùng rộng lớn đất nơng nghiệp, có vùng trồng hoa Tây Tựu Theo kết nghiên cứu giai đoạn 2011-2012 cho thấy, chất lượng nước sông Nhuệ bị ô nhiễm nghiêm trọng, không đáp ứng tiêu chuẩn cho sản xuất nông nghiệp, thông số phân tích vượt tiêu chuẩn cho phép chất lượng nước tưới tiêu QCVN 08:2008/BTNMT [9] Từ kết theo dõi biến động hàm lượng KLN đất nông nghiệp Việt Nam giai đoạn 2002–2007 rằng, tích lũy KLN loại đất nơng nghiệp có xu hướng gia tăng theo thời gian nhóm đất đỏ hệ thống canh tác nơng nghiệp nước ta tình trạng báo động tích lũy KLN vượt giới hạn cho phép [24] 1.2.4 Ảnh hưởng kỹ thuật làm đất đến tính chất hóa lý đất Hoạt động làm đất giúp tăng khả tiếp cận chất hữu vi sinh vật đất [51, 36] qua tăng q trình giải phóng N cho đất [101] Các nhà khoa học cho biện pháp lên luống vĩnh cửu kết hợp với giữ lại dư lượng sinh khối sau thu hoạch giúp vi đoàn lạp đất ổn định qua tăng cường bảo vệ C N so với biện pháp cày bừa thông thường [108] Nhiều nghiên cứu cho thấy, đất khơng cày bừa trì tăng tính tính linh động chất dinh dưỡng, chẳng hạn K tầng đất gần bề mặt đất nơi có hệ rễ thực vật hoạt động [71] Biện pháp lên luống vĩnh viễn cho hàm lượng K cao 1,65 lần lớp đất 0-5 cm 1,43 lần lớp 5-20 cm so với canh tác lên luống thông thường hai phương thức canh tác kết hợp với trì tàn dư thực vật trền bề mặt [77] Các nghiên cứu khác cho thấy mức độ K chiết rút cao tầng đất mặt cường độ cày bừa giảm [91, 173], hàm lượng K tăng đất không cày bừa so với đất cày bừa thông thường, tác dụng giảm theo độ sâu [60]; quan sát thấy tích tụ lớp đất bề mặt K linh động không phụ thuộc vào thực tế cày bừa hay độ sâu đất [61, 68, 88, 88, 114, 150] 1.2.5 Ảnh hưởng tàn dư thực vật tới chất lượng đất Sử dụng tàn dư thực vật loại phân bón hữu cho đất có tác động đáng kể đến chất lượng đất Sự phân hủy chậm tàn dư thực vật lớp phủ mặt đất giúp giảm thiểu q trình thẩm thấu nhanh chóng qua phẫu diện đất nguyên tố dinh dưỡng [34, 103] Tuy nhiên, mật độ cao khoảng hổng đất khiến q trình thẩm thấu chất dinh dưỡng hịa tan nhanh thấm sâu vào tầng đất bên tầng canh tác [70, 94] Một phương thức khác sử dụng tàn dư thực vật làm phân bón dạng đốt tàn dư Những báo cáo biện pháp đốt tàn dư sinh khối sau thu hoạch cho thấy, điều tăng lượng dinh dưỡng dễ tiêu cách tức thời tầng đất mặt cho trồng hút thu [60] Tuy nhiên, đốt tàn dư trồng không coi hình thức bền vững tác động tiêu cực tới tính chất vật lý đất, đặc biệt trình kết hợp với biện pháp giảm làm đất trước gieo trồng [109] 1.2.6 Ảnh hưởng sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật đến hệ sinh vật đất 1.2.6.1 Ơ nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật đất canh tác Việc sử dụng hóa chất BVTV canh tác nơng nghiệp dẫn đến làm ô nhiễm môi trường đất hóa chất Tùy thuộc vào loại hóa chất BVTV mà đất bị nhiễm chất dạng hữu KLN hai loại Trong thực tế, khơng sử dụng hóa chất BVTV cho mục đích khác nhau, có trồng trọt mơi trường đất nói chung đất canh tác nơng nghiệp nói riêng khơng bị nhiễm hóa chất BVTV dạng hữu KLN hai loại Đất bị nhiễm hóa chất BVTV gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng đất gây ảnh hưởng tới sức khỏe cộng đồng Vì vậy, hầu hết quốc gia giới quy định ngưỡng giá trị cho phép hàm lượng hóa chất BVTV mơi trường đất Việt Nam có quy định ngưỡng hàm lượng hóa chất BVTV cho phép môi trường đất [2] Nghiên cứu hai khu vực nông nghiệp Alau Dam Gongulong thuộc Bang Borno Nigeria cho thấy, dư lượng hóa chất BVTV dạng phốt hữu (dichlorvos, diazinon, chlorpyrifos fenitrothion) phát tất các mẫu đất nghiên cứu Nồng độ tất loại hóa chất BVTV độ sâu 21-30cm mẫu đất cao độ sâu 010cm; cao nhiều lần so với giới hạn cho phép Liên minh châu Âu [29] Kết nghiên cứu đất nông nghiệp thâm canh phía Bắc Ấn Độ hàm lượng hóa chất BVTV cho thấy, 4,27% tổng số 49 mẫu đất phát có dư lượng DDT 100% số mẫu đất có nhiễm chất hữu bền (OCPs) lindan, aldrin, endrin, dieldrin, p,p’-DDE, p,p’-DDD, p,p’-DDT [41] Ở Việt Nam, loại hóa chất BVTV sử dụng từ năm 50-60 Thế kỷ trước để phòng trừ loại dịch bệnh khác Từ năm 1957 đến 1980, hóa chất BVTV sử dụng khoảng 100 tấn/năm Những năm gần việc sử dụng hóa chất BVTV tăng đáng kể khối lượng lẫn chủng loại Vào năm cuối thập kỷ 80, lượng hóa chất BVTV sử dụng 10.000 tấn/năm; đến năm thập kỷ 90, lượng hóa chất BVTV sử dụng tăng lên gấp đôi (21.600 tấn/năm vào năm 1990), tăng lên gấp ba (33.000 tấn/năm vào năm 1995) Diện tích đất canh tác sử dụng hóa chất BVTV tăng theo thời gian từ 0,48% (năm 1960) lên khoảng 80-90% (năm 1997) 1.2.6.2 Ảnh hưởng hóa chất bảo vệ thực vật đến hệ sinh vật đất Trong năm gần thuốc hóa học sử dụng nhiều góp phần quan trọng việc bảo vệ trồng, đẩy mạnh sản xuất Tuy nhiên việc sử dụng thuốc hóa học với số lượng lớn, liên tục biểu mặt trái như: tiêu diệt nhiều thiên địch, nhiều loại vi sinh vật có ích, tích lũy chất độc nơng sản, gây nhiễm môi trường đất tồn lưu đất… Tác động loại thuốc hóa học đến hệ vi sinh vật đất khác tùy thuộc vào loại thuốc, nồng độ sử dụng, phương pháp sử dụng… 1.2.7 Ảnh hưởng nước tưới bón phân đến hệ sinh vật đất 1.2.7.1 Ảnh hưởng nước tưới Đất úng nước thoát nước, đất bị hạn tưới nước biện pháp canh tác có ý nghĩa cải tạo tính chất lý, hóa đất, làm thay đổi chế độ thống khí, phản ứng mơi trường, điện hóa khử đất 1.2.7.2 Ảnh hưởng phân bón Bón loại phân vơ hữu vào đất phát huy tác dụng nhanh hay chậm, nhiều hay phụ thuộc chủ yếu vào hoạt động chuyển hóa vi sinh vật đất Ngược lại, phân bón có tác dụng tốt tăng cường số lượng hoạt tính vi sinh vật đất Tùy theo loại phân, liều lượng bón phương pháp bón mà ảnh hưởng đến hệ sinh vật đất khác + Phân vô cơ: Bón phân hóa học cách hợp lý có ảnh hưởng tốt đến phát triển vi sinh vật đất Các nguyên tố N, P, K, Ca, vi lượng cần thiết vi sinh vật chúng đòi hỏi nguyên tố theo tỉ lệ định + Phân hữu cơ: Vì hầu hết loại phân bón hữu sản phẩm chất thải, tỷ lệ sử dụng chúng thường định tính sẵn có nhu cầu Hầu hết việc bón phân hữu chủ yếu để mang lại lợi ích tăng trưởng thực vật 1.2.7.3 Ảnh hưởng việc bổ sung chế phẩm vi sinh vật vào đất Việc bổ sung chế phẩm vi sinh vật tự nhiên hay biến đổi di truyền phân chia theo đặc tính chúng: (i) tồn môi trường đất chúng (bản địa), (ii) cư trú vùng rễ, (iii) hình thành mối quan hệ cộng sinh với thực vật, (iv) thúc đẩy hoạt động vi sinh vật bề mặt rơm 1.3 Kỹ thuật điện di biến tính DGGE nghiên cứu biến động thành phần loài hệ vi sinh vật đất 1.3.1 Phương pháp “dấu vân tay” phân tích quần xã vi sinh vật đất Phần lớn phương pháp “dấu vân tay” dựa vào k thuật sinh học phân tử với việc sử dụng ADN RN tách chiết, thực phản ứng khuếch đại (PCR) theo sau k thuật điện di Trong số phương pháp “dấu vân tay” sử dụng để so sánh biến động quần xã vi sinh vật theo không gian thời gian phạm vi rộng môi trường khác nhau, k thuật DGGE dựa vào khác đặc tính tan chảy phân tử ADN sợi đôi sử dụng rộng rãi Điều quan trọng sau cho phép định danh lồi ưu quần xã vi sinh vật Chính DGGE xem phương pháp chuẩn nghiên cứu sinh thái vi sinh phân tử môi trường 1.3.2 Kỹ thuật phân tích DGGE K thuật bao gồm bước sau: + Tách chiết ADN/ARN trực tiếp từ mẫu môi trường + Khuếch đại đoạn gen 16S rARN phản ứng PCR + Điện di biến tính DGGE + Nhân dịng, xác định trình tự gen 16S rARN định danh 1.4 Kỹ thuật canh tác trồng hoa vùng nghiên cứu Phần đề cập tới k thuật canh tác trồng loại Hoa hồng, hoa cúc, hoa đồng tiền K thuật trồng loại hoa tổng hợp dựa phương pháp bón loại Phân bón chế độ bón phân, k thuật bón phân, tưới nước phịng trừ sâu bệnh 1.5 Ảnh hƣởng chuyên canh trồng hoa tới chất lƣợng đất 1.5.1 Ô nhiễm kim loại nặng hóa chất bảo vệ thực vật Ngày nay, hoa coi không sản phẩm nông nghiệp mà hàng hóa kèm với khám phá, trồng trọt, vận chuyển, phân phối hoạt động kinh doanh thị trường [184] Việc sử dụng hóa chất BVTV phân bón nơng nghiệp góp phần tăng suất trồng [57] Cho đến nay, ngành trồng hoa trở thành ngành tiêu thụ lượng phân bón hóa chất BVTV cao nơng nghiệp Trong chun canh trồng hoa sử dụng lượng lớn phân lân, phân đạm vôi làm cho hàm lượng KLN đất tăng Đặc biệt phân lân có hàm lượng KLN cao [28, 46, 115, 160] 1.5.2 Làm suy giảm hệ sinh vật đất Việc cày bừa xới xáo đất trồng hoa hạn chế Chu kỳ cày bừa xới xáo đất thường kéo dài hàng năm vài năm Quan hệ hệ sinh vật đất trồng mối quan hệ tương hỗ, có tác động qua lại lẫn Mỗi loại trồng có số lượng thành phần vi sinh vật vùng rễ định Vì thay đổi trồng, thay đổi chế độ luân canh dẫn đến thay đổi quần thể vi sinh vật Những vấn đề ảnh hưởng chuyên canh hoa đến chất lượng đất, có tác động xấu nêu chưa nhà khoa học nước vàquốc tế quan tâm nghiên cứu Điều đề cập cơng trình nghiên cứu CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Các mẫu đất lấy ruộng chuyên canh hoa hồng, hoa cúc, hoa đồng tiền Mẫu nước mặt nước ngầm khu vực ruộng trồng hoa tương ứng - Các mẫu phế thải hoa đồng tiền, hoa cúc, hoa hồng ruộng trồng hoa lấy đất để nghiên cứu - Các phân bùn, phân chuồng, phân lân, phân urê, vôi sử dụng trồng hoa - Sinh vật đất đất chuyên canh trồng hoa Khu vực lấy mẫu nghiên thuộc vùng chuyên canh hóa phường Tây Tựu xã Mê Linh, thành phố Hà Nội 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 2.2.1 Phương pháp tổng hợp phân tích liệu, số liệu Dựa tài liệu, số liệu thu thập, tiến hành tổng hợp, lựa chọn phân tích số liệu, liệu có liên quan đến nội dung nghiên cứu đề tài 2.2.2 Nhóm phương pháp hóa lý phân tích KLN hóa chất BVTV 2.2.2.1 Phương pháp ICP-OES 2.2.2.2 Các phương pháp sắc ký + Phương pháp sắc ký khí đetectơ cộng kết điện tử + Phương pháp sắc ký khí lỏng cao áp đetectơ diod array 2.2.3 Nhóm phương pháp nghiên cứu sinh học 2.2.3.1 Phương pháp đánh giá biến động thành phần số lượng vi sinh vật đất kỹ thuật DGGE 2.2.3.2 Phương pháp đánh giá biến động động vật chân khớp béCollembola - Số lƣợng lồi: Số lượng lồi tính tổng số lồi có mặt điểm thí nghiệm tất lần thu mẫu - Số cá thể: Tổng số lượng cá thể có tất lần thu mẫu điểm thí nghiệm - Chỉ số đa dạng Shannon-Weaver (H’): sử dụng để tính đa dạng loài hay số lượng loài quần xã tính đồng phong phú cá thể loài quần xã s H ' = -å i-1 ni ni ln N N - Chỉ số đồng (J’) hay số Pielou: J' H' ln( S ) Giá trị J’ dao động khoảng từ đến 1; Giá trị J’ lớn tất lồi quần xã có số lượng cá thể hay nói cách khác độ phong phú loài quần xã - Lồi ƣu thế: lồi có giá trị số ưu lớn 5% D na x100 n 2.3 Địa điểm nơi lấy mẫu nghiên cứu 2.3.1 Lấy mẫu đất mẫu nước Mẫu đất mẫu nước lấy ruộng trồng hoa rau địa điểm: phường Tây Tựu (quận Bắc Từ Liêm) xã Mê Linh (huyện Mê Linh), Hà Nội Mẫu đất nước lấy lần năm vào tháng tháng hàng năm Mẫu lấy vào năm 2009, 2012, 2014 Tây Tựu năm 2010, 2012, 2014 Mê Linh Các mẫu đất nước lấy hàng năm vị trí Việc lấy mẫu bảo quản mẫu thực theo tiêu chuẩn Việt Nam [4] + Mẫu đất lấy ruộng trồng hoa trồng rau để phân tích xác định hàm lượng ion Ca2+, Mg2+, Cd2+, Cu2+, Pb2+, Zn2+, Hg2+, As3+ hóa chất BVTV + Các mẫu nước lấy ruộng trồng hoa trồng rau để phân tích xác định ion Cd2+, Cu2+, Pb2+, Zn2+ , Hg2+, As3+ + Các mẫu đất nước lấy ruộng trồng hoa, gồm: - Ruộng trồng hoa hồng năm; Ruộng trồng hoa hồng năm; Ruộng trồng hoa hồng năm; Ruộng trồng hoa cúc; Ruộng trồng hoa đồng tiền; - Các mẫu đất so sánh lấy ruộng trồng rau cải ngọt; mẫu đất đối chứng lấy bãi đất hoang bên đường (ở Tây Tựu) bên bờ đê sông Hồng (ở Mê Linh) gần khu vực lấy mẫu nghiên cứu Ký hiệu mẫu đất thông tin hiểu ký hiệu mẫu sau: - Mẫu ký hiệu 3Đ20-H2-T5-10 hiểu mẫu ruộng trồng hoa hồng năm số 3, mẫu đất, lấy độ sâu 0-20 cm, trồng hồng năm, nơi lấy Tây Tựu, lấy tháng 5/2010 - Mẫu ký hiệu 1Đ40-HC-M7-12 hiểu mẫu ruộng trồng hoa cúc số 1, mẫu đất, lấy độ sâu 20-40 cm, trồng hoa cúc, nơi lấy Mê Linh, lấy tháng 7/2012 - Mẫu ký hiệu 6Đ20-ĐC-M7 hiểu mẫu đất vị trí lấy mẫu số 6, độ sâu 0-20 cm, đất đối chứng, nơi lấy Mê Linh, lấy vào tháng có giá trị trung bình năm Tương tự cách ký hiệu mẫu với mẫu đất nước khác + Các mẫu nước lấy khu vực nghiên cứu gồm nước mặt, nước giếng khoan Lấy mẫu nước mặt lòng nương dẫn nước tưới gần ruộng trồng hoa trồng rau lấy mẫu đất nêu trên; mẫu nước giếng lấy từ vòi hút trưc tiếp từ giếng khoan lên lấy trực tiếp giếng khoan hở Mỗi mẫu nước lấy 500 mL đựng đầy chai nhựa PVC có dung tích 500 mL Cho vào lọ mẫu nước mL axít nitric 5N 2.3.2 Lấy mẫu đất mẫu nước vùng trồng hoa Tây Tựu Sơ đồ vị trí tọa độ lấy mẫu đất mẫu nước vùng trồng hoa Tây Tựu nêu phần phụ lục luận án Ký hiệu mẫu đất nước lấy ruộng trồng hoa, mẫu đất so sánh trồng rau mẫu đất đối chứng lấy phường Tây Tựu nêu bảng 2.1 Tổng số mẫu đất nước lấy vùng trồng hoa Tây Tựu 152 mẫu, có 88 mẫu đất 64 mẫu nước 2.3.3 Lấy mẫu đất mẫu nước vùng trồng hoa Mê Linh Sơ đồ vị trí tọa độ lấy mẫu đất mẫu nước vùng trồng hoa Mê Linh nêu phần phụ lục luận án Ký hiệu mẫu đất nước lấy ruộng trồng hoa, mẫu đất so sánh trồng rau mẫu đất đối chứng lấy Mê Linh nêu bảng 2.2 Tổng số mẫu đất nước lấy khu vực trồng hoa Mê Linh 152 mẫu, có 88 mẫu đất 64 mẫu nước 2.3.4 Lấy mẫu phân bón mẫu thực vật Các mẫu lấy để xác định hàm lượng KLN gồm: Alpha - BHC 0,104 0,116 Beta - BHC Delta - BHC Gamma - BHC Heptachlor Aldrin Chlordane p,p’ - DDT 0,009 Dieldrin Endosulphan I Endosulphan II Methoxychlor 0,023 Endrin p,p’ - DDE 0,002 p,p’ - DDD Endosulfan sulfate Heptachlor epoxide 17 (B) 18 Endrin aldehyt * Ghi chú: -: không phát (< 0,002 mg/kg) 4Đ20-H4M7 10 11 12 13 14 15 16 1Đ20-HCM7 5Đ20H6-M7 3Đ20H2-M7 2Đ20CN-M7 6Đ20ĐC-M7 phân tích 15:2008 (mg/kg) [2] 0,006 0,003 - 0,018 0,004 - 0,01 - - - - 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 3.4.2 Ảnh hưởng việc sử dụng phân bón đến chất lượng đất chuyên canh trồng hoa Tây Tựu Mê Linh a) Mức độ sử dụng phân bón Tây Tựu Mê Linh Phân bón vô dùng chuyên canh trồng hoa Tây Tựu Mê Linh đa dạng, thường dùng phân NPK đầu trâu Bình Điền, Lâm Thao; phân lân nung chảy Văn Điển, Lào Cai, Ninh Bình; supe lân kali clorua Lâm Thao, phân urê Hà Bắc Phú M Ngồi cịn sử dụng loại phân hữu truyền thống phân chim cút, phân gà, phân lợn, phân bắc Riêng người dân trồng hoa Tây Tựu dùng thêm loại phân phân đậu tương Mức bón thực tế địa phương cao nhiều so với k thuật trồng hoa yêu cầu (mức bón cao 2-3 lần) Phân hóa học phân bón hữu bón cho hoa thường xuyên sử dụng để tăng suất.Nông dân sử dụng vôi bột CaO nhiều loại phân hóa học NPK, urê, supe lân phân hữu phân chuồng, phân bắc trồng hoa Bón phân bắc có Mê Linh (89,79% số hộ điều tra) nguồn gây ô nhiễm đất đáng kể.Mặt khác, người dân sử dụng lượng lớn vơi, phân bón hóa chất BVTV làm tăng chi phí sản suất gây ảnh hưởng xấu đến môi trường, sức khỏe người dân.Kết điều tra mức độ sử dụng phân bón cho hoa Tây Tựu Mê Linh bảng 3.12 Các loại phân bón sử dụng canh tác hoa Mê Linh Tây Tựu thể bảng 3.12 Bảng 3.12 Hiện trạng hộ dân sử dụng phân bón Tây Tựu Mê Linh theo tổng số hộ điều tra Loại phân bón Phần trăm số hộ s dụng phân bón (%) Phần trăm số hộ s dụng lƣợng phân bón lần cho 1000 m2 đất trồng hoa (%) Dƣới 30 kg 31-50 kg 51-200 kg 16 > 200 kg Phần trăm số hộ bón phân theo tần suất lần vụ (%) 1-3 lần vụ 4-6 lần vụ Tây Tựu Mê Linh Tây Tựu Mê Linh Tây Tựu Mê Linh Tây Tựu Mê Linh Tây Tựu Mê Linh Tây Tựu Mê Linh 29,16 95,91 100 89,79 6,38 0 0 100 95,74 4,26 Urê 95,83 100 100 0 0 0 86,95 97,95 13,05 2,05 0 0 92,68 97,91 Supe lân Phân chuồng Phân bắc Mê Linh Tây Tựu NPK 100 85,41 97,95 90,25 72,91 9,75 27,09 92,91 97,95 89,79 7,32 2,09 0 0 60,0 40,0 100 100 100 0 0 18,18 79,55 2,27 100 0 b) Thành phần hóa học số loại phân bón sử dụng để trồng hoa Tây Tựu Mê Linh Để đánh giá ảnh hưởng phân bón đến đất trồng hoa, nghiên cứu chúng tơi phân tích đánh giá hàm lượng kim loại nặng số loại phân bón dùng chun canh hoa vùng trồng hoa Tây Tựu Mê Linh + Phân lân Trong phân lân sử dụng để bón cho hoa Việt Nam có hàm lượng kim loại nặng xác định Cu, Zn, Pb số KLN khác Cụ thể nêu bảng 3.14 Phân lân nguồn sử dụng lớn trồng hoa, với lượng KLN phân lân Việt Nam cao (bảng 3.14) gây tác động xấu tới mơi trường đất trồng hoa nói chung Tây Tựu Mê Linh nói riêng Bảng 3.14 Hàm lượng KLN phân lân Việt Nam Nguyên tố As Cd Cr Co Cu Hg Ni Pb Zn Hàm lƣợng (mg/kg) 2,1- 120 0,05- 8,5 3,2 - 1,9 5,4 - 12 đất trồng rau Nguy dẫn đến ô nhiễm KLN môi trường đất hai vùng nghiên cứu lạm dụng sử dụng phân bón Mức độ ô nhiễm đất KLN đất chuyên canh hoa hai vùng nghiên cứu xác định Ở đất chuyên canh hoa Tây Tựu, lớp đất 0-20 cm phát Cu, Cd Pb vượt ngưỡng giá trị cho phép; đất trồng hoa hồng tương ứng 3,24, 1,62 1,73 lần; đất trồng hoa đồng tiền tương ứng 1,14, 1,17 1,2 lần; Hg, n nằm ngưỡng an toàn theo QCVN 03 : 2008/BTNMT - Ở đất chuyên canh hoa Mê Linh, đất chuyên canh hoa có hàm lượng KLN cao đất đối chứng, cao đất trồng hoa hồng So với ngưỡng cho phép theo QCVN 03:2008/BTNMT, hàm lượng Cd đất chuyên canh hoa hồng hoa cúc vượt tương ứng 4,69 3,01 lần; hàm lượng Cu đất chuyên canh hoa hồng hoa cúc vượt tương ứng 2,44 1,2 lần; As, Zn, Hg nằm ngưỡng an toàn - Dạng linh động Cu, Pb Cd đất chuyên canh hoa Tây Tựu Mê Linh có khác Ở Tây Tựu dạng linh động Cu Pb lớn tương ứng 16,46 11,67 mg/kg; Mê Linh, Cu linh động 8,065 mg/kg Ở Tây Tựu Mê Linh, n linh động đất chuyên canh hoa thấp Các tiêu vượt ngưỡng cho phép, dạng linh động KLN độc hại cao dạng linh động chất vi lượng Zn thấp nói lên chất lượng đất chuyên canh hoa Tây Tựu Mê Linh thấp Có mối liên quan sử dụng tích lũy hóa chất bảo vệ thực vật mơi trường đất trồng hoa Trong đất trồng hoa hai vùng nghiên cứu tìm thấy nhiều loại hóa chất bảo vệ thực vật, có chất clo hữu vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 15:2008 Ở Mê Linh, mức độ tích lũy đất trồng hoa hồng lớn đất trồng hoa cúc hoa đồng tiền, thấp đất trồng rau Lượng BHC, DDT, DDE vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 15:2008, BHC đất trồng hoa Hồng vượt 10,4-12,7 lần Ở Tây Tựu, DDT đất trồng hoa Hồng vượt 1,42-1,65 lần, đất trồng hoa cúc vượt không đáng kể Sử dụng số đa dạng H’ số đồng J’ cho thấy số kết sau: - Cấu trúc quần xã chân khớp bé Collembola ruộng thu mẫu Tây Tựu Mê Linh chịu ảnh hưởng lượng ô nhiễm KLN hóa chất BVTV Điều thể chỗ, ruộng chuyên canh hoa mức độ đa dạng H’ quần xã động vật chân khớp bé Collembola thấp so đất đối chứng; so với đất đối chứng, quần xã ruộng chuyên canh hoa lại bền vững, ổn định so với đất đối chứng khơng bị tác động tích tụ chất gây ô nhiễm 28 - Mức độ đa dạng H’ quần xã động vật chân khớp bé Collembola đất chuyên canh hoa Mê Linh cao so với Tây Tựu Kết nghiên cứu ghi nhận loài ưu vượt trội ruộng chuyên canh hoa riêng biệt Tây Tựu Isotomurus palutris, Cryptopygus thermophilus, Sminthurides bothrium, Isotomurus punctiferus, Cyphoderus javanus; Mê Linh Isotomurus palutris, Cyphoderus javanus, Protaphorura tamdaona Các loài giảm dần đất chuyên canh hoa theo thứ tự: rau, hoa cúc, hoa hồng năm, hoa hồng năm, hoa hồng năm, hoa đồng tiền Sử dụng k thuật điện di gel biến thiên (DGGE) xác định số lượng VSV tổng số mẫu đất đối chứng cao mẫu đất chuyên canh hoa Các nhóm VSV chức mẫu đất chuyên canh hoa lớn mẫu đối chứng, chênh lệch khơng nhiều Dựa vào trình tự 16S r RN, xác định thấy, năm số sáu loài vi khuẩn ưu vi khuẩn chưa ni cấy (B1-B5) Chỉ có lồi vi khuẩn B6 lồi thuộc chi Klebsiella cơng bố với tên gọi Klebsiella sp Những loài vi khuẩn chưa nuôi cấy kỳ vọng loài xuất điều kiện chuyên canh trồng khác khác KIẾN NGHỊ - Cần quan tâm nhiều đến việc giáo dục, tuyên truyền nâng cao hiểu biết cho người dân k thuật trồng hoa bảo vệ môi trường Bồi dưỡng kiến thức k thuật trồng hoa chuyên canh hoa; theo rõ cách thức sử dụng phân bón, hóa chất hóa chất bảo vệ thuốc trừ sâu phù hợp, liều lượng, thời điểm để đạt hiệu cao, tiết kiệm kinh phí, khơng làm thối hóa đất bảo vệ mơi trường sử dụng phân bón, hóa chất hóa chất bảo vệ thuốc trừ sâu mức - Thường xuyên tra, kiểm tra thị trường phân bón hóa chất BVTV nhằm kiểm soát số lượng, chủng loại chất lượng, đặc biệt loại thuốc cấm sử dụng, thuốc giả, thuốc nhập lậu loại sản phẩm chất lượng có khả gây thối hóa đất - Cần mở rộng diện tích hoa áp dụng k thuật sản xuất tiên tiến làm nhà lưới, nhà kính, sử dụng hóa chất BVTV sinh học để nâng cao hiệu trồng hoa, bảo vệ hoa trước dịch bệnh - Nghiên cứu k thuật canh tác hoa đại nhập k thuật trồng hoa nước tiên tiến để phổ biến cho người dân áp dụng Từ giúp người dân hạn chế sử dụng phân bón thuốc trừ sâu khơng cách 29 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Lê Văn Thiện, Nguyễn Kiều Băng Tâm, Nguyễn Hoàng Linh, “Nghiên cứu ảnh hưởng canh tác trồng đến tích lũy kim loại nặng thuốc bảo vệ thực vật môi trường đất vùng thâm canh rau, hoa phường Tây Tựu, Từ Liêm, Hà Nội”, Tạp chí Khoa học 26, số 5S (2010) 859 – 864 Nguyễn Hoàng Linh, Lê Văn Thiện, Nguyễn Kiều Băng Tâm, “Ảnh hưởng việc thâm canh trồng đến môi trường đất xã Mê Linh, huyện Mê Linh, Hà Nội”, Tạp chí Khoa học 27, số 5S (2011) 147 - 156 Nguyễn Hoàng Linh, Nguyễn Kiều Băng Tâm, Lê Văn Thiện, “Bước đầu đánh giá ảnh hưởng việc thâm canh trồng tới khu hệ vi sinh vật đất phường Tây Tựu, huyện Từ Liêm, Hà Nội”, Tạp chí Khoa học 27, số 5S (2011) 157 – 163 Nguyễn Thị Thu Anh, Nguyễn Hoàng Linh, “Ảnh hưởng chuyên canh hoa đến quần xã bọ đuôi bật (Collembola) đất trồng rau hoa Tây Tựu (Từ Liêm, Hà Nội)”, Tạp chí Bảo vệ Thực vật, số (248) (2013) 10 – 15 Nguyễn Hoàng Linh, Nguyễn Thị Thu nh, Đào Duy Trinh,”Dẫn Liệu số nhóm động vật khơng xương sống đất trồng hoa Mê Linh, Hà Nội”, Tạp chí Bảo vệ Thực vật, số (250) (2013) 14 – 19 Nguyễn Hồng Linh, Nguyễn Thị Thu nh,”Quần xã bọ bật (Microarthropoda: Collembola) đất chuyên canh rau màu, cảnh Mê Linh, Hà Nội”, Tạp chí Nơng nghiệp Phát triển nông thôn, số 13 (2013) 54 – 60 30