Nghiên cứu hàm lượng nitrat và kim loại nặng trong đất , nước , rau.........

Nghiên cứu hàm lượng nitrat và kim loại nặng trong đất , nước , rau.........

-*&* -

PHAN THỊ THU HẰNG

NGHIÊN CỨU HÀM LƯỢNG NITRAT VÀ KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT, NƯỚC, RAU VÀ MỘT SỐ BIỆN PHÁP NHẰM HẠN CHẾ SỰ

TÍCH LŨY CỦA CHÚNG TRONG RAU TẠI THÁI NGUYÊN

LUẬN ÁN TIẾN SỸ NÔNG NGHIỆP

Thái Nguyên, năm 2008

MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết của đề tài

Cùng với sự tăng trưởng kinh tế của cả nước, nền nông nghiệp Việt Nam trong những năm gần đây đã có được những thành tựu đáng kể, nhìn chung năng suất sản lượng của các loại cây trồng đều tăng, đời sống người lao động ngày càng được cải thiện Bên cạnh những thành tựu đã đạt được thì việc sử dụng lượng lớn và không đúng qui định phân hoá học và các loại thuốc bảo vệ thực vật đã làm giảm chất lượng của các sản phẩm nông nghiệp, ngoài ra chất thải của các nhà máy xí nghiệp, khu công nghiệp và nước thải đô thị làm ô nhiễm đất, nước và nông sản, gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ cộng đồng đặc biệt là ở những khu công nghiệp tập trung và các thành phố lớn

Thành phố Thái Nguyên là một trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa ở khu vực phía Bắc Việt Nam Với mật độ dân số đông (1.367 người/km2)[6], thành phố Thái Nguyên là một thị trường quan trọng để tiêu thụ các sản phẩm nông nghiệp trong đó có rau xanh Từ nhiều năm nay thành phố đã hình thành vành đai sản xuất thực phẩm trong đó cây rau được coi là sản phẩm quan trọng nhất Cùng với sự tăng trưởng nông nghiệp nói chung, sản xuất rau ở Thái Nguyên đã đáp ứng được nhu cầu về số lượng, khắc phục dần tình trạng thiếu hụt lúc giáp vụ, nhiều chủng loại rau chất lượng cao đã được bổ sung trong bữa ăn hàng ngày của người dân Tuy nhiên, trong xu thế của một nền sản xuất thâm canh, công nghệ sản xuất rau hiện nay đang bộc lộ những nhược điểm đó là việc ứng dụng ồ ạt, thiếu chọn lọc các tiến bộ kỹ thuật như phân bón, chất kích thích sinh trưởng, thuốc bảo vệ thực vật dẫn đến không những gây ô nhiễm môi trường canh tác mà còn làm cho rau bị nhiễm bẩn, ảnh hưởng đến sức khoẻ người sử dụng

Bên cạnh đó thành phố Thái Nguyên còn là một trong những trung tâm công nghiệp lớn ở Việt Nam, nơi đây tập trung nhiều nhà máy xí nghiệp lớn như Nhà máy gang thép Thái Nguyên, Nhà máy Giấy Hoàng Văn Thụ, Nhà máy điện Cao Ngạn … Vì vậy, lượng nước thải từ các nhà máy đổ ra môi trường hàng ngày khá lớn: Nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ thải khoảng 400m3/ngày, nước thải độc và bẩn làm ô nhiếm suối Mỏ Bạch và nguồn nước Sông Cầu, Nhà máy cán thép Gia Sàng và khu gang thép Cam Giá hàng ngày thải một lượng nước lớn không được xử lý vào suối Xương Rồng gây ô nhiễm khu vực phường Gia Sàng, phường Túc Duyên Các Nhà máy Tấm lợp Amiăng, Khu gang thép Thái Nguyên hàng ngày thải ra lượng bụi lớn làm ô nhiễm khu vực Cam Giá… Theo thông tin của Bộ Công nghiệp: Chất lượng nước sông Cầu ngày càng xấu đi, nhiều đoạn sông đã bị ô nhiễm tới mức báo động Ô nhiễm cao nhất là đoạn sông Cầu chảy qua địa phận thành phố Thái Nguyên, đặc biệt là tại các điểm thải của Nhà máy Giấy Hoàng Văn Thụ, khu Gang thép Thái Nguyên chất lượng nước không đạt cả tiêu chuẩn A và B của TCVN 5942 - 1995 (Báo công nghiệp Việt Nam, 12/2003[2]) Thêm vào đó là nạn khai thác khoáng sản từ các vùng Sơn Dương, Đại Từ, Phú Lương, Võ Nhai với 177 điểm quặng và mỏ bao gồm than đá, quặng titan, quặng chì, quặng thiếc chứa As…do công nghệ khai thác lạc hậu, không có hệ thống xử lý chất thải, đá thải đã làm cho môi trường sông, suối, hồ nước bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi các hoá chất độc hại như As, Pb, Cd….(UBND tỉnh Thái Nguyên, 2004[52]), hàm lượng Pb trong nước mặt ở một số khu vực của thành phố Thái Nguyên gấp từ 2 – 3 lần, Cd gấp từ 2 – 4 lần so với TCVN 6773 – 2000 (Nguyễn Đăng Đức, 2006 [10])

Có thể nói môi trường đất, nước mặt ở thành phố Thái Nguyên đã và đang bị ô nhiễm nặng nề bởi các hoá chất độc hại từ các nguồn thải công nghiệp, nông nghiệp và phế thải đô thị… Xu hướng ô nhiễm có chiều hướng

ngày càng gia tăng cả về số lượng, diện tích nếu không có biện pháp xử lý triệt để và đó là một trong những nguyên nhân thu hẹp dần vùng trồng rau sạch của thành phố

Vấn đề ô nhiễm đất, nước do các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, phế thải đô thị tại thành phố Thái Nguyên đã được cảnh báo Tuy vậy các nghiên cứu mới chỉ tập trung vào việc đánh giá tình hình ô nhiễm đất, nước mà chưa đi sâu tìm hiểu về mức độ ảnh hưởng của việc ô nhiễm đó đến chất lượng nông sản

Chính vì vậy, việc nghiên cứu sự nhiễm bẩn môi trường đất, nước và ảnh hưởng của chúng đến chất lượng sản phẩm nông nghiệp là một vấn đề cấp bách hiện nay, góp phần ngăn chặn sự gia tăng ngày một nhiều các chất thải sinh hoạt và công nghiệp được đổ vào đất, nước Từ những nghiên cứu đầy đủ về nhiễm bẩn đất, nước tưới trong nông nghiệp sẽ đưa ra các biện pháp hữu ích để tạo ra sản phẩm an toàn, hướng tới một nền nông nghiệp sạch và bền vững Trong hoàn cảnh chung của yêu cầu sản xuất và điều kiện môi trường

đề tài: “Nghiên cứu hàm lượng nitrat và kim loại nặng trong đất, nước, rau

và một số biện pháp nhằm hạn chế sự tích luỹ của chúng trong rau tại Thái Nguyên" được tiến hành, nhằm góp một phần vào việc kiểm soát và khống

chế sự tích luỹ nitrat và kim loại nặng trong rau tại Thành phố Thái Nguyên

2 Mục tiêu của đề tài

- Đưa ra những dẫn liệu cơ bản về tình hình ô nhiễm nitrat và kim loại nặng trong môi trường đất trồng và nước tưới tại một số vùng sản xuất rau ở thành phố Thái Nguyên

- Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng việc sử dụng nước tưới bị ô nhiễm nitrat và kim loại nặng (Pb, Cd, As) đến năng suất và sự tích luỹ của chúng trong phần thương phẩm của một số loại rau

- Đề xuất một số biện pháp hạn chế tồn dư NO3-và sự tích lũy kim loại nặng (Pb, Cd, As) trong rau ở thành phố Thái Nguyên

3 Giới hạn nghiên cứu - Đối tượng và thời gian nghiên cứu

3.1 Giới hạn nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện tại Thành phố Thái Nguyên với 5 địa điểm lựa chọn làm đại diện: Phường Túc Duyên, Phường Quang Vinh, Phường Cam Giá, Xã Lương Sơn và Xã Quyết Thắng

+ Điều tra, lấy mẫu đất, nước, rau tại 5 địa điểm trên

+ Thí nghiệm nghiên cứu trong chậu thực hiện tại Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

+ Thí nghiệm đồng ruộng và trong sản xuất thực hiện tại phường Túc Duyên và phường Cam Giá trên nền đất phù sa sông Cầu không được bồi hàng năm

3.2 Đối tượng nghiên cứu

3.2.1 Cây rau

Điều tra thực trạng sản xuất, đánh giá tồn dư NO3- và kim loại nặng (Pb, Cd, As) trong rau: Sử dụng 6 loại rau thuộc 4 nhóm trồng phổ biến ngoài sản xuất:

+Rau ăn lá: Bắp cải (Brassica L.var.capitata), Cải xanh (Brassica Juncea L.), Rau muống (Ipomoea aquatica)

+ Rau ăn củ: cải củ (Raphanus sativus L.)

+ Rau ăn quả: đậu côve leo (Phaseolus vulgaris L.) + Rau gia vị: rau mùi (Coriandrum sativum L.)

Thí nghiệm nghiên cứu được tiến hành trên 3 loại rau đại diện 3 nhóm: + Rau ăn lá: Cải canh Tên khoa học: Brassica juncea L., thuộc họ thập tự Cruciferae Giống sử dụng trong thí nghiệm là giống cải canh vàng TG của Công ty giống cây trồng Miền Nam, thời gian sinh trưởng 28 - 30 ngày

+ Rau ăn quả: Đậu côve leo Tên khoa học: Phaseolus vulgaris L., thuộc họ Leguminoceae Giống sử dụng trong thí nghiệm là giống Đậu côve leo hạt

đen cao sản của Công ty Cổ phần giống cây trồng Miền Nam Thời gian sinh trưởng 50 - 60 ngày

+ Rau ăn lá, củ: Cải củ Tên khoa học: Raphanus sativus L., thuộc họ thập tự Cruciferae Giống sử dụng trong thí nghiệm là giống cải củ lá ngắn số 13 của Trung Quốc được nhập khẩu bởi công ty giống rau quả Minh Tiến, Đống Đa, Hà Nội Thời gian sinh trưởng là 40 - 50 ngày

3.2.2 Đất, nước

Nguồn nước tưới và đất trồng rau tại 5 địa điểm trên của thành phố Thái Nguyên

3.3 Thời gian nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện từ năm 2002 - 2007

4 Những đóng góp mới của đề tài

4.1 Ý nghĩa khoa học

- Đóng góp về mặt lý luận cho việc giải thích các mối tương quan giữa hàm lượng các kim loại nặng trong đất, trong nước và hàm lượng của chúng trong phần sử dụng của một số loại rau

- Xem xét khả năng hấp thu NO3- và kim loại nặng (Pb, Cd, As) trong nước tưới cho rau cải canh, cải củ và đậu côve leo trồng tại Thành phố Thái Nguyên

4.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Đưa ra những dẫn liệu cơ bản về tình hình ô nhiễm N-NO3- và kim loại nặng (Pb, Cd, As) trong đất trồng, nước tưới và trong rau sản xuất ở thành phố Thái Nguyên

- Góp phần cung cấp cơ sở khoa học định hướng qui hoạch vùng sản xuất rau an toàn

- Đề xuất một số giải pháp để giảm thiểu sự tích luỹ nitrat và kim loại nặng trong rau

Chương 1

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ rau trên thế giới và Việt Nam

Rau xanh là thực phẩm cần thiết không thể thiếu, là nguồn cung cấp cung cấp chủ yếu khoáng chất và vitamin, góp phần cân bằng dinh dưỡng trong bữa ăn hàng ngày của con người Đồng thời rau là cây trồng mang lại hiệu quả kinh tế cao, là mặt hàng xuất khẩu quan trọng của nhiều nước trên thế giới Vì vậy rau được coi là loại cây trồng chủ lực trong cơ cấu sản xuất nông nghiệp ở nhiều quốc gia

1.1.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ rau trên thế giới

Trên thế giới rau là loại cây được trồng từ lâu đời Người Hy Lạp Ai Cập cổ đại đã biết trồng rau và sử dụng rau bắp cải như một nguồn thực phẩm Từ năm 2000 trở lại đây diện tích trồng rau trên thế giới tăng bình quân mỗi năm trên 600.000 ha, sản lượng rau cũng tăng dần qua các năm Theo FAO, 2006 [80]: Năm 2000 diện tích rau trên thế giới là 14.826.956 ha thì đến năm 2005 diện tích tăng lên 18.003.909 ha, sản lượng tăng từ 218.336.847 tấn lên đến 249.490.521 tấn

Rau được dùng kết hợp với các loại hoa quả thực phẩm rất tốt cho sức khoẻ do có chứa các loại vitamin, các chất chống ôxi hoá tự nhiên, có khả năng chống lại một số bệnh như ung thư Do vậy nhu cầu tiêu thụ rau quả ngày càng tăng Người dân Nhật Bản tiêu thụ rau quả nhiều hơn người dân của bất cứ quốc gia nào trên thế giới, mỗi năm Nhật Bản tiêu thụ 17 triệu tấn rau các loại, bình quân mỗi người tiêu thụ 100 kg/năm Xu hướng hiện nay là sự tiêu thụ ngày càng nhiều các loại rau tự nhiên và các loại rau có lợi cho sức khoẻ Trung bình trên thế giới mỗi người tiêu thụ 154 - 172g/ngày (FAO, 2006 [80]) Theo dự báo của Bộ nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) do tác động

của các yếu tố như sự thay đổi cơ cấu dân số, thị hiếu tiêu dùng và thu nhập dân cư, tiêu thụ nhiều loại rau sẽ tăng mạnh trong giai đoạn 2005 - 2010, đặc biệt là rau ăn lá Việc tiêu thụ rau diếp và các loại rau ăn lá khác tăng 22 - 23%, trong khi mức tiêu thụ khoai tây và các loại rau ăn củ chỉ tăng 7 - 8 %

1.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ rau ở Việt Nam

Việt nam có lịch sử trồng rau từ lâu đời, với điều kiện khí hậu rất thích hợp cho sinh trưởng, phát triển và tạo hạt của các loại rau, kể cả rau có nguồn gốc á nhiệt đới và ôn đới

Cho tới nay có khoảng 70 loài thực vật được sử dụng làm rau hoặc được chế biến thành rau Riêng rau trồng có khoảng hơn 30 loài trong đó có khoảng 15 loài là chủ lực, trong số này có hơn 80% là rau ăn lá Diện tích rau tập trung ở 2 vùng chính là vùng đồng bằng Sông Hồng và vùng đồng bằng Nam Bộ Trong các loại rau thì rau muống được trồng phổ biến nhất trên cả nước, tiếp đến là bắp cải được trồng nhiều ở miền Bắc Đối với nông dân, rau là loại cây trồng cho thu nhập quan trọng cho nông hộ (Hồ Thanh Sơn và cs, 2005[35])

Tuy vậy sản xuất rau của Việt Nam chủ yếu vẫn theo quy mô hộ gia đình khiến cho sản lượng hàng hóa không nhiều Bên cạnh đó sản xuất phụ thuộc nhiều vào phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật và môi trường sản xuất bị ảnh hưởng khá lớn bởi chất thải công nghiệp, chất thải sinh hoạt Việc chạy theo lợi nhuận, áp dụng thiếu chọn lọc các tiến bộ khoa học kỹ thuật cùng với sự thiếu hiểu biết của người trồng rau đã làm cho sản phẩm rau xanh bị ô nhiễm NO3-, kim loại nặng, vi sinh vật gây bệnh và hóa chất bảo vệ thực vật Vấn đề ô nhiễm rau xảy ra ở hầu khắp các vùng trồng rau trong cả nước (Nguyễn Văn Hải và cs (2000) [14], Chiêng Hông, 2003 [20], Vũ Đình Tuấn và Phạm Quang Hà (2003) [50], Đặng Thị Vân và cs, 2003 [54] Đó là những nguyên

nhân làm cho các sản phẩm rau của Việt Nam chưa hấp dẫn được người tiêu dùng trong nước cũng như người tiêu dùng quốc tế

Hiện nay vấn đề an toàn thực phẩm đang là nỗi lo của tất cả mọi người, mọi ngành Rau là thực phẩm được sử dụng hàng ngày ở tất cả các gia đình, vì vậy để đảm bảo sức khoẻ người sử dụng trong những năm gần đây nhà nước, ngành nông nghiệp và các địa phương đã có rất nhiều chủ trương giải pháp nhằm nhanh chóng phát triển các mô hình trồng rau an toàn Trên thực tế ở Việt Nam hiện nay có hai loại hình phát triển rau an toàn chủ yếu:

+ Thứ nhất là mô hình rau sạch trên diện tích hẹp đầu tư cao về cơ sở vật chất kỹ thuật Đó là mô hình trồng rau trong nhà kính, nhà lưới, trồng rau thuỷ canh, trồng rau trên giá thể ….Ưu điểm của những mô hình này là có thể trồng rau trái vụ, cho năng suất cao, tránh được những điều kiện thời tiết bất lợi, phù hợp chủ yếu với rau ăn lá và rau cao cấp Nhược điểm lớn nhất của việc trồng rau theo mô hình này là đầu tư khá cao (đầu tư cho 1ha nhà lưới từ 250 - 300 triệu đồng, cho nhà kính hàng tỷ đồng) nên giá thành cao, qui mô thường nhỏ do vậy ít người tham gia sản xuất, lượng rau sạch không đáp ứng được đại bộ phận người tiêu dùng có thu nhập thấp nên rất khó mở rộng

+ Thứ hai là mô hình phát triển rau an toàn trên diện rộng ngay tại đồng ruộng, bằng cách đầu tư chuyển giao kỹ thuật cho nông dân Nhược điểm cơ bản là không trồng được rau trái vụ, hay bị tác động bất lợi của thời tiết, nhưng có ưu điểm là nhiều nông dân có thể tham gia áp dụng, diện tích và sản lượng thu hoạch lớn nên đáp ứng được nhu cầu của đông đảo người tiêu dùng, khai thác được các ưu thế của thời tiết nhiệt đới, giá thành thấp, tác động tích cực nhanh đến nông nghiệp, môi trường và cộng đồng xã hội, dễ mở rộng quy mô sản xuất Đây được gọi là mô hình “sản xuất rau sach cộng đồng” đã được nghiên cứu ứng dụng và khởi xướng từ tỉnh Vĩnh Phúc thời kỳ 2000 – 2003, từ đó lan ra khá nhiều địa phương như Hà Nội, Thái Nguyên, Hải Dương, Bắc

Ninh, Bình Định, Khánh Hoà, Đà Lạt… Mô hình này hiện nay tỏ ra thích hợp, có hiệu quả

Mặc dù các cơ quan chức năng đã có rất nhiều cố gắng trong việc phát triển các mô hình rau an toàn nhưng mô hình rau an toàn cũng chỉ mới phát triển ở mức khiêm tốn Theo Bộ NN & PTNT, sản lượng rau quả chiếm 13,2% tổng giá trị sản lượng nông nghiệp và 16% tổng giá trị trồng trọt trong cả nước nhưng sản lượng rau an toàn chỉ chiếm khoảng 5% và chỉ đáp ứng một phần nhỏ nhu cầu người tiêu dùng, các bếp ăn tập thể, các trường học và doanh nghiệp [Nguyễn Văn Dũng, 2006[8]) Có thể nói hiện nay việc sản xuất rau an toàn vẫn chưa phổ biến (Dương Thế Hùng, 2007[21]) (Thu Hương, 2005 [23]) Kết quả 3 năm triển khai dự án rau an toàn của Bộ NN và PTNT trên địa bàn 6 tỉnh Hà Nội, Hải Phòng, Hà Tây, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Hưng Yên đạt gần 16.000 ha chỉ chiếm 8,4% về diện tích và 7,7 % về sản lượng Ngay như Hà Nội diện tích rau an toàn mới chiếm khoảng 44% và Vĩnh Phúc 17 % tổng diện tích rau trên địa bàn (Hà Tâm, 2006 [39])

Có rất nhiều nguyên nhân khiến cả người tiêu dùng và các cơ quan quản lý nhà nước nghi ngờ độ an toàn của rau, trong đó có 2 nguyên nhân chính:

+ Nguyên nhân thứ nhất là người nông dân sản xuất nhỏ lẻ, chưa áp dụng đầy đủ qui trình kỹ thuật trồng rau quả an toàn Hiện tại ngay cả trên 40% vùng sản xuất rau an toàn của cả nước lượng vi sinh vật, hoá chất độc hại, kim loại nặng và thuốc bảo vệ thực vật tồn dư trong rau an toàn vẫn tồn tại, trong đó khoảng 4% vượt mức cho phép (Hà Linh, 2006[25])

+ Nguyên nhân thứ hai là qui hoạch vùng sản xuất rau an toàn chưa hoàn thiện, ruộng rau an toàn vẫn bố trí xen kẽ với các thửa ruộng không theo qui trình Bất cập nhất hiện nay là ruộng sản xuất rau theo đúng qui trình kỹ thuật nhưng lại nằm ngay trong vùng môi trường canh tác bị ô nhiễm Hiện nay các

vùng sản xuất rau an toàn vẫn còn manh mún rất khó cho việc tổ chức sản xuất cũng như kiểm tra và tiêu thụ sản phẩm Ngay như Hà Nội là một địa phương có tốc độ qui hoạch vùng rau an toàn nhanh hơn rất nhiều các địa phương khác nhưng diện tích rau an toàn vẫn trong tình trạng phân bố rải rác, xen lẫn với vùng trồng lúa và trồng rau truyền thống Phần lớn diện tích rau an toàn của Hà nội được chuyển đổi từ đất trồng lúa, trồng hoa màu có tiền sử được sử dụng nhiều loại thuốc BVTV, phân hoá học….Do vậy khó tránh khỏi sự tác động ngược của các tồn dư hoá chất trong môi trường lên cây rau Một cuộc khảo sát gần đây nhất, Hà Nội có 108/478 vùng rau với diện tích 932 ha chiếm 35,3% diện tích canh tác không đủ các điều kiện về đất, nước để sản xuất rau an toàn, 77 vùng có chỉ tiêu kim loại nặng trong nước tưới vượt quy định cho phép, trong đó 16 vùng tưới bằng nguồn nước ngầm và 61 vùng tưới bằng nguồn nước mặt; 36 vùng có chỉ tiêu về hàm lượng kim loại nặng trong đất vượt quy định cho phép (chủ yếu là đồng, cadimi và kẽm) (Cục trồng trọt Bộ NN và PTNT, 2007 [53]) Việc triển khai mô hình sản xuất rau an toàn của Thành phố Thái Nguyên cũng nằm trong tình trạng như vậy, các mô hình không được cách ly với vùng canh tác theo tập quán chung và môi trường canh tác bị ô nhiễm làm cho người tiêu dùng không tin tưởng vào chất lượng rau an toàn nên lượng tiêu thụ rất ít (Chi cục BVTV Thái Nguyên, 2003 [5])

Như vậy để có thể phát triển ngành sản xuất rau theo hướng an toàn và bền vững cần thiết phải có những biện pháp đồng bộ: Tập huấn nông dân về kỹ thuật, nâng cao ý thức cộng đồng, tiến hành kiểm tra chất lượng đất, nước để qui hoạch vùng sản xuất cách ly với các khu vực bị ô nhiễm, giám sát kiểm định chất lượng, quảng cáo thương hiệu … Bên cạnh đó phải có sự phối hợp chặt chẽ giữa các ngành, các cấp và người sản xuất như vậy việc triển khai mô hình sản xuất rau an toàn mới đạt hiệu quả cao

1.2 Dinh dưỡng đạm cho rau và vấn đề tồn dư nitrat

1.2.1 Vai trò của N đối với sự sinh trưởng và phát triển của cây rau

Tỷ lệ nitơ trong cây biến động từ 1 - 6 % trọng lượng chất khô N là yếu tố quan trọng hàng đầu đối với cơ thể sống vì nó là thành phần cơ bản của các prôtêin - chất cơ bản biểu hiện sự sống

Nitơ nằm trong nhiều hợp chất cơ bản cần thiết cho sự phát triển của cây như diệp lục và các chất men Các bazơ nitơ là thành phần cơ bản của axit nucleic, trong các ADN và ARN của nhân tế bào, nơi cư trú các thông tin di truyền đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp prôtêin

Do vậy N là yếu tố cơ bản trong việc đồng hoá C, kích thích sự phát triển của bộ rễ và hút các yếu tố dinh dưỡng khác

Cây trồng được bón đủ đạm lá có màu xanh lá cây thẫm, sinh trưởng khỏe mạnh, chồi búp phát triển nhanh, năng suất cao

Theo Trần Vũ Hải (1998) [13]: Đối với rau, đạm là yếu tố tác động rất lớn đến sinh trưởng phát triển như chiều cao cây, diện tích lá Với cải bẹ xanh khi sử dụng lượng đạm từ 120N - 180 N/ha thì chiều cao cây, chỉ số diện tích lá tăng dần Nghiên cứu của Phạm Minh Tâm (2001) [38] với cải bẹ xanh trên nền đất xám cũng cho kết quả tương tự, chiều cao cây cải tăng dần khi tăng lượng đạm bón, ở mức 120 kg N/ha chiều cao cây là 23,70cm so với 10,50 cm khi không bón đạm, động thái ra lá, trọng lượng trung bình cây cũng tăng dần khi tăng lượng đạm bón, đạt cao nhất ở mức bón 120 kg N/ha

Cây thiếu đạm lá có màu vàng, sinh trưởng kém, còi cọc, có khi bị thui chột, thậm chí rút ngắn thời gian tích luỹ hoàn thành chu kỳ sống Theo Bùi Quang Xuân và nnk (1996) [57]: với cải bắp liều lượng đạm có quan hệ chặt với năng suất ở mức 200 kg N/ha, năng suất cải bắp đạt cao nhất 430 tạ/ha, ở mức dưới 200 kg N/ha thì năng suất đạt thấp 320 tạ/ha

Bón thừa đạm lá cây có màu xanh tối, thân lá mềm, tỷ lệ nước cao, dễ mắc sâu bệnh, dễ lốp đổ và thời gian sinh trưởng kéo dài Bón nhiều đạm và không cân đối thì dẫn đến sự tích luỹ nitrat trong cây và làm ô nhiễm nitrat trong nước ngầm (Bùi Quang Xuân,1998 58, Vũ Hữu Yêm, 200559)

1.2.2 Quá trình chuyển hoá đạm trong cây

Việc cung cấp nitơ và các chu trình vật chất trong tự nhiên phụ thuộc nhiều vào quá trình phân huỷ sinh học các hợp chất chứa nitơ trong môi trường

Toàn bộ nitơ trong chu trình nitơ sinh học diễn ra chủ yếu qua hoạt động cố định đạm của các vi khuẩn sống trong cây, các tảo lục và các vi khuẩn cộng sinh trong rễ của một số loài thực vật (ví dụ như Rhizobium có ở trong nốt sần của rễ một số loài họ đậu) Những sinh vật này có khả năng chuyển hoá N2 thànhN-NH4+, mặc dù chiếm tỷ lệ nhỏ dòng nitơ trên toàn cầu, quá trình cố định đạm là nguồn cung cấp nitơ cao nhất cho cả sinh vật trên cạn và sinh vật thủy sinh

Cây trồng hút đạm ở cả hai dạng NH4+ và NO3- Mức độ hấp thu nhiều N-NH4+ hoặc N-NO3- của cây trồng phụ thuộc vào tuổi, loại cây trồng, môi trường và các yếu tố khác Một số loại rau như bắp cải, củ cải sử dụng được cả NH4+ và NO3- nhưng cải xoăn, cần tây, bí, các loại đậu sinh trưởng tốt hơn khi cung cấp đạm ở dạng NO3-, các loại cây như cà chua, khoai tây lại thích hợp môi trường dinh dưỡng có tỷ lệ N-NO3-/N-NH4+ cao Nhiệt độ cũng ảnh hưởng rất lớn đến việc hấp thu N-NO3- hơn N-NH4+, đặc biệt ở nhiệt độ 2-160C (Vaast và cs,1998 [113])

1.2.3 Độc tính của Nitrat

Sự tích luỹ NO3- cao trong mô cây không gây độc đối với cây nhưng khi sử dụng cây có hàm lượng NO3- cao có thể làm hại gia súc và con người đặc biệt là trẻ em do NO3- được tích lũy trong bộ máy tiêu hoá có khả năng khử thành NO2-:

2H+ + 2e = H2O

NO3- + 2e + 2H+ = NO2- + NAD+ + H2O

Trong dạ dày con người, do tác dụng của hệ vi sinh vật, các loại enzym và do các quá trình hoá sinh mà NO2- dễ dàng tác dụng với các acid amin tự do tạo thành Nitrosamine gây nên ung thư, đặc biệt là ung thư dạ dày (Bùi Quang Xuân và cs, 1996 [57], Ramos, 1994[69]) Các acid amin trong môi trường acid yếu (pH = 3 - 6), đặc biệt với sự có mặt của NO2- sẽ dễ dàng bị phân huỷ thành andehyt và acid amin bậc 2 từ đó tiếp tục chuyển thành nitrosamine Ngày nay nhiều tác giả nhắc đến nitrosamine như là một tác nhân làm sai lệch nhiễm sắc thể, dẫn đến truyền đạt sai thông tin di truyền gây nên các bệnh ung thư khác nhau

Trong máu NO2- ngăn cản sự kết hợp của O2 với hemoglobin ở quá trình hô hấp, quá trình này được lặp lại nhiều lần vì vậy mỗi iôn NO2- có thể biến rất nhiều phân tử hemoglobin thành methaemoglobin Methaemoglobin được tạo thành do oxyhemoglobin đã ôxyhoá Fe2+ thành Fe3+ làm cho phân tử hemoglobin mất khả năng kết hợp với oxy tức là việc trao đổi khí của hồng cầu không được thực hiện (Wite 1975) [116] Cơ chế này dễ dàng xảy ra với trẻ nhỏ đặc biệt là trẻ có sức khoẻ yếu, tiêu hoá kém vì trẻ em còn thiếu các enzym cần thiết để khử NO2- xuống N2 và NH3 rồi thải ra ngoài

1.2.4 Những yếu tố gây tồn dư NO3- trong rau xanh

Theo các nhà khoa học thì có đến 20 yếu tố gây tồn dư nitrat trong nông sản như: nhiệt độ, ánh sáng, đất đai, nước tưới, biện pháp canh tác… nhưng nguyên nhân chủ yếu được các nhà nông học khẳng định đó là phân bón đặc biệt là phân đạm, do sử dụng không đúng: bón với liều lượng quá cao, bón sát

thời kỳ thu hoạch, bón không cân đối với lân, kaly và vi lượng

1.2.4.1 Ảnh hưởng của phân bón

+ Phân đạm: Trong các loại phân bón dùng cho cây trồng thì phân đạm được sử dụng nhiều nhất và cũng là yếu tố then chốt quyết định năng suất cây trồng

Thực tế cây trồng được cung cấp đủ đạm sẽ phát triển mạnh, tổng hợp được nhiều chất tạo nên sinh khối và tăng sản phẩm Nhưng bón nhiều đạm trong điều kiện quang hợp, hô hấp kém, không đủ xetoaxid để chuyển hóa N-NO3- thành N-NH4+ rồi thành axitamin, N sẽ tích luỹ trong cây ở dạng Nitrat hoặc Cyanogen

* Ảnh hưởng của liều lượng đạm bón đến năng suất và tồn dư NO3- trong rau

Ở Việt Nam do chạy theo năng suất và lợi nhuận, người sản xuất đã lạm dụng phân đạm Trong khi sử dụng phân đạm theo chiều hướng gia tăng thì việc sử dụng phân lân và phân ka ly rất ít, phối hợp theo tỷ lệ không hợp lý điều đó đã làm cho hàm lượng nitrat trong thương phẩm rất cao

Kết quả điều tra ở 3 huyện Thanh Trì, Gia Lâm và Đông Anh của thành phố Hà Nội năm 2000, Đinh Văn Hùng và nnk (2005) [22] cho biết: nông dân sử dụng lượng đạm lớn và mất cân đối với phân lân và kali; đặc biệt đối với cây rau đậu, lượng phân đạm sử dụng phổ biến ở mức 500 kg N/ha với xu hào, bắp cải là 550 kg N/ha, cà chua là 640 kg N/ha

Đặng Thu Hoà (2002) [18] khi khảo sát tình hình sử dụng phân bón cho rau ở một số vùng chuyên canh rau của Hà nội cũng cho kết quả tương tự, lượng phân đạm nông dân sử dụng thường gấp từ 2-3 lần so với qui trình sản xuất rau an toàn, trong khi đó phân lân và kali sử dụng rất ít thậm chí không sử dụng

Các kết quả nghiên cứu đều khẳng định sử dụng lượng lớn phân đạm và không hợp lý là nguyên nhân dẫn đến hàm lượng nitrat cao trong sản phẩm

Theo Tạ Thu Cúc (1996) [7] khi bón phân đạm vào đã làm tăng tồn dư NO3- trong cà chua từ 370 mg/kg lên 485 mg/kg và hành tây từ 72,8 mg/kg lên 87,4 mg/kg

Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của lượng đạm bón đối với sự tích luỹ nitrat trong rau cải bẹ xanh trên nền đất xám tại thành phố Hồ Chí Minh, Phạm Minh Tâm (2001) [38] cho thấy năng suất cải bẹ xanh tăng dần khi tăng lượng đạm bón, cao nhất ở mức bón 150 kg N/ha, tuy vậy thì hàm lượng NO3-trong rau khi thu hoạch quan hệ chặt với lượng đạm bón, từ 31,7mg NO3-/kg rau tươi ở mức 0 kg N/ha lên 524,9 mg NO3-/kg ở mức 180 kg N/ha

Kết quả nghiên cứu của Đặng Thu Hoà (2002) [18] trên đất phù sa Sông Hồng cũng cho kết quả tương tự, tăng lượng đạm bón làm tăng sự tích luỹ nitrat trong rau, với rau muống tăng mức đạm bón từ 120 kg N/ha lên 180 kg N/ha thì hàm lượng NO3- trong rau tăng lên thêm 250 mg/kg rau

* Ảnh hưởng của thời gian bón thúc đạm lần cuối đến thu hoạch tới mức độ tích luỹ NO3- trong rau xanh

Ngoài việc sử dụng một lượng lớn phân đạm thì thời gian kết thúc bón đạm trước thu hoạch cũng là một hiện tượng rất phổ biến ở tất cả các vùng trồng rau trong cả nước Nông dân thường thu hoạch rau chỉ sau khi bón đạm 3 - 7 ngày (Tạ Thu Cúc, 1996 [7]),(Trần Vũ Hải, 1998 [13]), (Đặng Thu Hòa, 2002 [18]), (Phạm Minh Tâm, 2001 [38]) Người sản xuất hầu như không quan tâm đến tồn dư nitrat trong rau mà thời gian thu hoạch do thị trường quyết định, đặc biệt vào mùa khan hiếm rau

Nhiều kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng, tồn dư NO3- trong rau liên quan chặt chẽ tới sự cung cấp đạm và quá trình quang hợp trước lúc thu hoạch Nếu có đủ thời gian và điều kiện để cây quang hợp mạnh tạo ra glucid và hô hấp tạo ra acetoacid thì hàm lượng NO3- trong cây không đến mức gây độc Do đó thời gian bón đạm trước khi thu hoạch quyết định đến tồn dư

nitrat trong rau Tuy vậy khả năng hấp thụ N và tích luỹ NO3- nhanh hay chậm còn phụ thuộc vào từng loại rau Hầu hết các loại rau có hàm lượng NO3- đạt cao nhất sau khi bón thúc đạm lần cuối từ 3 - 10 ngày

Nghiên cứu về vấn đề này, Nguyễn Văn Hiền và cs (1994) [17] đã kết luận: Hàm lượng nitrat ở cải bắp đạt cao nhất vào ngày thứ 7 kể từ khi bón thúc lần cuối ở tất cả các liều lượng đạm khác nhau và chỉ thu hoạch sau 14 ngày thì hàm lượng nitrat trong cải bắp mới giảm hẳn dưới ngưỡng an toàn

Theo Lê Văn Tán và cs (1998) [37] tồn dư nitrat trong rau thương phẩm còn phụ thuộc vào khả năng tích luỹ của từng loại rau Tồn dư nitrat trong rau ăn lá và rau ăn quả cao nhất trong khoảng thời gian từ 10 - 15 ngày từ lúc bón lần cuối đến khi thu hoạch, đối với rau ăn củ là khoảng 20 ngày Thời gian bón thúc sau cùng càng xa ngày thu hoạch thì lượng nitrat trong rau càng giảm

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian bón thúc đạm lần cuối đối với một số loại rau trồng phổ biến tại Tỉnh Lâm Đồng, tác giả Bùi Cách Tuyến (1998) [51] cho biết:

+ Đối với xà lách: tồn dư nitrat đạt cao nhất khoảng 21 ngày khi ngừng bón (1569 mg NO3-/kg rau tươi) sau đó giảm dần theo thời gian và đến 25 ngày thì giảm hẳn dưới ngưỡng cho phép (426 mg NO3-/kg rau tươi)

+ Đối với đậu Hà lan, đậu côve: tồn dư nitrat đạt cao nhất vào thời điểm 7 ngày sau bón thúc lần cuối và được giảm dần ở các ngày sau đó, nhưng nếu bón đạm ở mức cao (>300 kg N/ha) thì sau 10 ngày tồn dư nitrat mới giảm tới mức cho phép

+ Đối với cà rốt: tồn dư nitrat được tích luỹ cao nhất ở thời điểm 20 ngày sau khi ngừng bón N và sẽ giảm dần ở các ngày tiếp theo

Kết quả nghiên cứu của Bùi Quang Xuân (1998) [58] cũng cho thấy hàm lượng nitrat trong cải bắp thực sự giảm sau 16 - 20 ngày bón N lần cuối, nếu

hoà phân đạm vào nước tưới thì thời gian bón thúc lần cuối rút ngắn hơn từ 2 - 4 ngày

Phạm Minh Tâm (2001) [38] khi nghiên cứu trên rau cải xanh tại thành phố Hồ Chí Minh cũng cho kết quả: với mức bón 90 kg N/ha thì hàm lượng nitrat trong cải bẹ xanh đạt cực đại ở 16 ngày sau bón thúc đạm lần cuối và giảm mạnh ở các ngày tiếp theo

Kết quả nghiên cứu trong thí nghiệm chậu vại trên nền đất phù sa Sông Hồng tại Hà Nội, Đặng Thu Hoà (2001) [18] cho biết: Đối với rau muống ở mức bón 120 - 210 kg N/ha thì hàm lượng nitrat trong rau muống đạt cao nhất trong khoảng 7 - 10 ngày sau bón thúc đạm lần cuối giảm dần ở những ngày tiếp theo, với xà lách và dưa chuột hàm lượng nitrat đạt cao nhất ở ngày thứ 3 - 5

* Ảnh hưởng của dạng đạm bón đến tồn dư nitrat trong rau

Bón dạng đạm khác nhau (NH4+ hoặc NO3-) cũng có ảnh hưởng khác nhau đến sự tích luỹ nitrat trong cây Các tác giả Chuphan và cs (1967) [70] Venter và cs (2007) [112] cho rằng bón phân đạm dạng NO3- làm tích luỹ NO3- trong rau cao hơn dạng đạm NH4+ và sử dụng phân bón CaCN2(canxixianamit) thì hàm lượng NO3- trong rau đạt thấp nhất

Theo Phạm Minh Tâm (2001) [38] cùng với mức đạm bón là 90N/ha, với cải bẹ xanh khi bón dạng đạm NH4NO3và urê sự tích luỹ đạm trong rau cao hơn so với khi bón phân NPK và (NH4)2SO4

+ Phân lân: Trong cây tỷ lệ P biến động từ 0,1 – 0,4% chất khô, trong

đó P ở dạng hữu cơ là chính Lân hữu cơ đa dạng đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất, hút chất dinh dưỡng Dạng hợp chất cao năng chứa lân quan trọng nhất, phổ biến nhất là ATP và ADP cần cho quá trình quang hợp, khử NO3 trong cây, tổng hợp prôtêin và các hợp chất quan trọng khác

Vai trò của lân đối với sự tích luỹ NO3- trong cây cũng đã được rất nhiều nghiên cứu khẳng định Khi sử dụng phân lân ở các mức khác nhau đối với bắp cải và cà chua trên nền bón đạm tại Đông Anh (Hà Nội), Bùi Quang Xuân và cs (1996) [57] cho thấy: Với cải bắp, cùng với mức bón đạm nếu không bón lân hàm lượng N - NO3- trong rau khi thu hoạch là 982 mg/kg tươi Nếu bón 60 P2O5/ha thì hàm lượng N-NO3- trong rau giảm xuống 540 mg/kg, và ở mức bón 120 P2O5/ha thì hàm lượng N- NO3- trong rau khi thu hoạch với rau cải bắp là 480 mg/kg tươi

Như vậy bón phân lân có tác dụng tăng cường chuyển hoá đạm khoáng thành đạm prôtit làm giảm sự tích luỹ NO3- trong rau

Tuy vậy tại các vùng trồng rau hiện nay lượng phân lân sử dụng rất ít thường chỉ đạt khoảng 50% so với qui trình sản xuất rau an toàn, như cà chua 21 - 40 kg P2O5/ha trong khi qui trình rau an toàn là 85 kg P2O5/ha, đậu côve là 30 - 40 kg P2O5/ha so với qui trình là 60 kg P2O5/ha (Đặng Thu Hoà, 2003[18]) Như vậy sử dụng phân lân ít trong khi đó phân đạm sử dụng với mức cao nên dẫn đến sự tích luỹ nitrat cao trong sản phẩm

+ Phân kali: Cũng như lân, nông dân hầu như chưa có thói quen sử dụng

phân kaly Các kết quả điều tra đều cho thấy lượng phân kaly bón cho rau thường rất ít, thậm chí không bón Các nghiên cứu đã khẳng định cùng với phân lân, phân kali được bón kết hợp cùng với phân đạm cũng có tác dụng làm giảm sự tích luỹ nitrat trong thương phẩm: Theo Bardy (1985), kali làm tăng quá trình khử nitrat trong cây Bón đạm kết hợp thêm phân kali sẽ làm giảm tích luỹ NO3- trong rau rõ rệt hơn khi chỉ bón riêng rẽ đạm

Tạ Thu Cúc (1996) [7], khi tăng liều lượng kali, hàm lượng NO3- trong cải bắp giảm xuống, bón thúc phân kali cho rau khi sinh trưởng và phát dục mạnh sẽ làm giảm hàm lượng nitrat trong cây

Theo Bùi Quang Xuân và nnk (1996) [57]: nếu bón đạm đơn độc ở mức 90 kg N/ha cho cải bắp thì hàm lượng nitrat trong rau là 930 mg NO3-/kg,

nhưng nếu vẫn mức bón đạm đó được kết hợp thêm 100 K2O/ha thì hàm lượng nitrat trong cải bắp giảm xuống chỉ còn 480 mg NO3-/kg

+ Phân hữu cơ: Việc bón phân hoá học chỉ là biện pháp trước mắt, tức

thời, nếu chỉ bón đơn thuần phân hoá học thì về lâu dài đất sẽ bị bạc màu, sức sản xuất của đất giảm Bón phân hữu cơ nhằm cân đối dinh dưỡng và cơ chất cho đất tăng cường độ màu mỡ tự nhiên của đất Hướng tới mục tiêu “nông nghiệp bền vững” thì biện pháp ổn định hàm lượng hữu cơ trong đất là rất quan trọng Đối với đất trồng rau nếu thời gian canh tác lâu dài và liên tục, sử dụng phân đạm hóa học, sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật, không bón phân hữu cơ sẽ làm cho đất chai cứng, giảm độ xốp, độ thoáng khí, giảm khả năng thấm thoát nước, khi sự phát triển của hệ rễ bị giới hạn sẽ ảnh hưởng đến hấp thu dinh dưỡng của rau Ngoài ra phân hữu cơ còn là nguồn cung cấp dinh dưỡng tổng hợp đa, trung, vi lượng, các vitamin, kích thích tố sinh trưởng…làm tăng chất lượng nông sản, tăng cường hoạt động các vi sinh vật đất, các quá trình chuyển hóa, tuần hoàn chất dinh dưỡng, sự cố định đạm, sự nitrat hóa và sự phân hủy các chất độc hại…Phân hữu cơ ở một thời điểm nhất định có sự giải phóng đạm vì vậy ngoài chức năng cải tạo đất phân hữu cơ còn là nguồn cung cấp đạm cho cây, vì vậy cũng như đạm nếu sử dụng phân hữu cơ với lượng quá cao, đạm được giải phóng nhiều vào giai đoạn cuối sẽ gây tồn dư NO3- cao trong sản phẩm Theo Bùi Quang Xuân và cs (1996) [57] cùng với liều lượng phân vô cơ, bón thêm phân chuồng đã làm tăng hàm lượng nitrat trong cải bắp, nếu bón liều lượng quá cao 45 tấn PC/ha thì hàm lượng nitrat trong cải bắp tăng mạnh, liều lượng thích hợp nhất để tăng năng suất và an toàn là 15 tấn PC/ha

Phương pháp bón phân chuồng cũng ảnh hưởng rõ đến hàm lượng nitrat trong rau: bón lót 50% và bón thúc 50% lượng phân chuồng làm tăng hàm

lượng nitrat trong bắp cải lên 834 mg NO3-/kg so với 529mg NO3-/kg khi bón lót 100% lượng phân chuồng (Bùi Quang Xuân và cs, 1996 [57])

Thực tế hiện nay lượng phân chuồng sử dụng cho cây trồng rất ít do nguồn phân hữu cơ và nguy hại hơn là tập quán rất phổ biến ở hầu hết các vùng trồng rau trong cả nước là bón phân tươi, nước giải trực tiếp cho rau theo định kỳ 3 - 5 ngày một lần (Đặng Thu Hoà, 2002[18]), Đinh Văn Hùng và cs, 2005 [22]), đây cũng là một nguyên nhân gây tích luỹ nitrat và các hoá chất độc hại trong rau

+ Phân vi lượng: Sự tích luỹ NO3- gắn liền với quá trình khử NO3- và quá trình đồng hoá đạm trong cây Các quá trình này liên quan chặt chẽ đến các quá trình khác như quang hợp, hô hấp và chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của hệ enzim và các hợp chất cao năng Hiện nay có khoảng 1000 hệ enzim trong đó có khoảng 1/3 số hệ enzim này được hoạt hoá bằng các nguyên tố vi lượng Điển hình là các enzim tham gia trong chuỗi phản ứng khử NO3- thành NH4+như Nitratreductaza chứa Mo, Cu và Hydrôylaminreductaza chứa Mn, Mo Cây trồng nghèo Bo dẫn đến tích luỹ NO3- trong thân và rễ, lá do bị ức chế quá trình khử NO3- tổng hợp aminoacid Thiếu Mn ảnh hưởng nghiêm trọng tới chuỗi dây chuyền trong quang hợp, ảnh hưởng tới quá trình phosphoril hoá, quá trình khử CO2làm tích luỹ NO3- trong cây Mo nằm trong cấu trúc của enzim nitratredutaza có vai trò thúc đẩy quá trình khử CO2trong cây Cu có vai trò thúc đẩy quá trình quang hợp của cây Như vậy chế độ dinh dưỡng thiếu các nguyên tố vi lượng cũng là nguyên nhân gây tồn dư nitrat trong rau

1.2.4.2 Ảnh hưởng của khí hậu, thời tiết, ánh sáng, thu hoạch và bảo quản

Dư lượng NO3- trong rau chịu ảnh hưởng rất lớn của yếu tố khí hậu thời tiết Trong giai đoạn cuối chuẩn bị thu hoạch, nếu gặp thời tiết lạnh, trời âm u thì khả năng tích luỹ NO3- rất lớn

Các cây trồng trong điều kiện bình thường có dư lượng NO3 thấp hơn cây trồng trong nhà kính từ 2 - 12 lần, nhất là các cây ăn lá, với cùng một lượng phân đạm cải bắp trồng trong nhà kính có hàm lượng NO3- cao hơn so với khi trồng ngoài đồng (Venter và cs, 2007[112]) Mật độ cây trồng cũng là yếu tố làm tăng hoặc giảm lượng nitrat trong cây Khi trồng dày, lượng nitrat sẽ tăng lên do điều kiện chiếu sáng yếu Thời gian chiếu sáng trong ngày dài thì hàm lượng nitrat trong cây sẽ giảm, nếu giảm mức chiếu sáng 20% thì hàm lượng nitrat trong quả dưa chuột tăng lên 2,5 lần (Cantlife, 1972 [65])

Nhiệt độ cũng ảnh hưởng tới hàm lượng NO3- trong rau: nhiệt độ quá lớn cũng gây trở ngại cho quá trình khử nitrat ở rễ nên hàm lượng NO3-trong rau sẽ cao

1.2.4.3 Ảnh hưởng của đất trồng, nước tưới bị ô nhiễm tới mức độ tích luỹ nitrat trong rau

Thực tế môi trường đất, nước luôn là nơi tiếp nhận các nguồn thải Tại những vùng sản xuất nông nghiệp môi trường đất, nước chịu ảnh hưởng rất lớn của quá trình thâm canh trong nông nghiệp, các nguồn thải do sản xuất công nghiệp, nước thải đô thị… và một điều tất yếu từ môi trường theo vòng

tuần hoàn sẽ đi vào nông sản

Các nghiên cứu nước ngoài với việc sử dụng nguyên tử nitơ đánh dấu đã chỉ ra rằng bón phân đạm có hệ thống và lớn hơn 200 kg N/ha có ảnh hưởng đến vòng tuần hoàn đạm trong sinh thái đồng ruộng: Nitrat hoá dẫn tới rửa trôi nitrat làm ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm khi có nồng độ N - NO3-> 10 mg/l Trong điều kiện yếm khí bón phân đạm dạng NO3- cho đất lúa ngập nước có thể xảy ra quá trình phản nitrat hoá (denitrification) gây mất đạm và làm gia tăng thành phần khí nhà kính (N2O) tiền đề gây mưa axit (Ramos, 1994 [69]), (Estavillo và cs [89])

* Ảnh hưởng của nguồn đất bị ô nhiễm tới mức độ tích luỹ nitrat trong rau

Trong vùng trồng rau, đất thoáng khí, độ ẩm thích hợp cho quá trình ôxyhoá, nitrat được hình thành, rau dễ hấp thu Sự hấp thu đạm ở dạng nitrat không chuyển hoá thành prôtêin là nguyên nhân làm giảm chất lượng rau quả Mặt khác do sử dụng phân vô cơ không hợp lý sẽ làm cho đất bị ô nhiễm: trai đất, chua đất, và nhiễm bẩn NO3-, tích luỹ KLN trong đất

Trong đất các dạng đạm dễ tiêu mà cây trồng hấp thu được gồm 2 dạng chính: NH4+ và NO3- Các dạng đạm dễ tiêu này chủ yếu do quá trình phân giải chất hữu cơ trong đất hoặc do bón phân đạm vào đất chuyển hoá tạo thành Đạm hữu cơ trong đất ở điều kiện thoáng khí và xúc tác của các enzim được khoáng hoá thành NH4+

Trên đất trồng cạn, NH4+ hình thành kể cả từ khoáng hoá chất hữu cơ trong đất và bổ sung chất hữu cơ vào đất, cũng như từ việc phân vô cơ bón vào được ôxy hoá tạo thành NO2- và NO3- Quá trình này xảy ra theo 2 bước nhờ hoạt động của vi sinh vật Nitrosomonas, Nitrosolobus và Nitrosopira:

NH4+ + 3O2 → HNO2 + 2H+ + HOH HNO2 + O2 → 2NO3- + 2H+

2NH4+ + 4O2 → 2NO3- + 4H+ + 2HOH

Quá trình chuyển hoá NO2- thành NO3- là do Nitrobacter Mối quan hệ về quá trình chuyển hoá N-NH4+ và N-NO3- cùng với pH đất đã được nhiều tác giả nghiên cứu: sau 14 ngày gần như toàn bộ NH4+ được ôxyhoá thành NO3- và pH đất giảm Quá trình này được gọi là Nitrat hoá và thích hợp nhất ở 260C (Bùi Quang Xuân, 1998 [58]) Nitrat hình thành trong đất, tuỳ vào điều kiện một phần được cây hút, một phần bị rửa trôi hoặc bị mất do quá trình phản đạm hoá Bởi vậy bón phân đạm với lượng lớn và quá muộn sẽ hình thành NO3- quá nhiều so với nhu cầu của cây trồng sẽ làm rửa trôi và gây ô

nhiễm môi trường hoặc tích luỹ NO3- trong nông sản Tuy vậy iôn NO3- lại được hấp phụ rất yếu và rất ít trong đất nhờ phức hệ keo đất, tính chất này làm cho NO3- linh động di chuyển sâu hơn và ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm (Nguyễn Đình Mạnh, 2000 [26])

* Ảnh hưởng của nguồn nước bị ô nhiễm tới mức độ tích luỹ nitrat trong rau

Trong các loại rau, lượng nước chứa từ 90% trở lên do vậy chất lượng nước tưới ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm Các sông hồ là nguồn tiềm tàng các chất độc hại trong đó có N-NO3- nhưng đã được người nông dân sử dụng hàng ngày để tưới cho rau và hậu quả tất yếu là chúng sẽ dần được tích luỹ trong sản phẩm

Theo Vũ Thị Đào (1999) [9] tồn dư NO3- trong đa số các mẫu rau nghiên cứu tại Gia Lâm và Từ Liêm (Hà Nội) tưới bằng nước Sông Hồng và Sông Nhuệ có chất lượng nước tương đối đảm bảo, còn khu Thịnh Liệt, Thanh Liệt, Hoàng Liệt tưới rau bằng nước thải sông Tô Lịch là nguồn nước thải Thành phố Hà nội đã bị ô nhiễm nên hàm lượng NO3- trong rau đã vượt quá TCVN rất nhiều lần

1.2.5 Biện pháp hạn chế tồn dư nitrat trong rau

Khắc phục những yếu tố gây độc cho cây trồng là một vấn đề quan trọng mà ngành nông nghiệp đã và đang rất phải quan tâm Hàm lượng nitrat được tích luỹ quá nhiều trong rau nói riêng và trong nông sản nói chung là một trong những nguyên nhân gây ra nhiều bệnh tật nguy hại cho con người Do vậy NO3- trong rau là một trong những chỉ tiêu quan trọng phân biệt giữa rau “sạch” và rau "không sạch” Do vậy để có hàm lượng NO3 trong rau trong phạm vi cho phép, đồng thời cũng phải đạt được năng suất cao cần có biện pháp kỹ thuật tổng hợp Một trong những biện pháp quan trọng nhất là sử dụng phân đạm hợp lý, bón phân cân đối N, P, K và vi lượng (Bùi Quang Xuân, 1998[58], Vũ Hữu Yêm, 2005[59], Diez và cs, 1994[87])

1.2.5.1 Sử dụng phân bón

* Sử dụng đạm với liều lượng hợp lý

Các nghiên cứu đều khẳng định bón tăng liều lượng phân đạm không hợp lý làm tăng năng suất rau đồng thời làm tăng hàm lượng nitrat trong rau Hàm lượng nitrat trong rau ở mức độ ô nhiễm là do bón quá liều lượng đạm, bón không đúng cách Giảm lượng đạm bón sẽ làm giảm sự tích lũy NO3-trong rau (Eustix, 1991[78])

Theo Bùi Quang Xuân và cs (1996) [57] trên nền đất phù sa Sông Hồng, liều lượng đạm thích hợp nhất để suplơ đạt năng suất cao và tồn dư NO3- ở mức cho phép là 120 kg N/ha, với hành tây là 100 kg N/ha và cà chua là 150 kg N/ha

Theo Phạm Minh Tâm (2001) [38]: Đối cải bẹ xanh trên nền đất xám ở quận Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh thì liều lượng đạm thích hợp nhất để đạt năng suất cao (15,60 tấn/ha) và tồn dư NO3- đạt tiêu chuẩn cho phép là 90 kg N/ha trên nền bón 15 tấn PC + 30 kg P2O5+ 30 kg K2O /ha

* Đảm bảo thời gian chấm dứt bón thúc đạm lần cuối cùng

Các nghiên cứu đều khẳng định thời gian bón thúc đạm lần cuối trước thu hoạch đối với hầu hết các loại rau là 14 - 20 ngày vẫn tăng năng suất, đồng thời giảm hàm lượng NO3- trong rau (Tạ Thu Cúc, 1996[7], Trần Vũ Hải, 1998 [13]; Nguyễn Văn Hiền và cs, 1994 [17]; Đặng Thu Hòa 2002 [18]; Chiêng Hông, 2003 [20]; Lê Văn Tán và cs, 1998 [37])

* Bón phân cân đối

Biện pháp bón phân cân đối NP, cân đối NK, cân đối phân vô cơ và phân hữu cơ, vi lượng là được năng suất cao cũng như có hàm lượng NO3- trong rau thấp Sử dụng phân bón có chứa các nguyên tố đa, trung, vi lượng đã làm tăng năng suất rau, làm giảm hàm lượng NO3- trong rau

1.2.5.2 Môi trường canh tác đảm bảo tiêu chuẩn

Đất không những là giá đỡ mà là nguồn cung cấp thức ăn và nước cho cây Thành phần khoáng trong cây phản ảnh tình hình khoáng chất trong đất Đất là thành phần quan trọng trong dây chuyền sản xuất thực phẩm cho con người nên nếu đất bị ô nhiễm thì thực phẩm cũng bị ô nhiễm Đất để sản xuất rau an toàn phải không trực tiếp chịu ảnh hưởng xấu của các loại chất thải, đất phải thoáng khí

Nước tưới chỉ sử dụng nước không bị nhiễm hoá chất độc hại

Các biện pháp trên bắt nguồn từ mục tiêu sản xuất đạt TCVN, tuy nhiên hạn chế lớn nhất là trong sản xuất chúng ta chưa nắm vững các yếu tố đầu vào (nước tưới, phân bón…) của sản xuất rau và điều kiện chuyển hóa của N-NO3-trong rau chưa được làm sáng tỏ vì vậy vấn đề ô nhiễm trong rau vẫn tồn tại

1.3 Kim loại nặng: Khái niệm và độc tính, nguồn, hiện trạng trong đất, nước, nguy cơ ô nhiễm trong nông sản và biện pháp hạn chế

1.3.1 Khái niệm kim loại nặng

Có hai quan điểm chính về kim loại nặng:

- Quan điểm phân loại theo tỉ trọng: cho rằng kim loại nặng là các kim loại có tỉ trọng (ký hiệu d) lớn hơn 5, bao gồm: Pb (tỉ trọng 11,34), Cd (tỉ trọng 8,6), As (d = 5,72), Zn (d = 7,10) Co (d = 8,9), Cu (d = 8,96), Cr (d = 7,1), Fe (d = 7,87), Mn (tỉ trọng 7,44) Trong số các nguyên tố này có một số nguyên tố cần cho dinh dưỡng cây trồng, ví dụ: Mn, Co, Cu, Zn, Fe …Các nguyên tố này cây trồng cần với hàm lượng nhỏ, gọi là nguyên tố vi lượng, nếu hàm lượng cao sẽ gây độc cho cây trồng (Prasad, 1974 [96])

- Theo quan điểm độc học: kim loại nặng là các kim loại có nguy cơ gây nên các vấn đề về môi trường, bao gồm: Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni, Cr, Co, Vn, Ti, Fe, Mn, Ag, Sn, As, Se Có 4 nguyên tố được quan tâm nhiều là Pb, As,

Cd và Hg Các nguyên tố này hiện nay chưa biết được vai trò sinh thái của chúng, tuy nhiên nếu dư thừa một lượng nhỏ 4 nguyên tố này thì tác hại rất lớn (Báo Hà Nội mới, 1997[55])

1.3.2 Sự phân bố - dạng tồn tại của kim loại nặng trong môi trường

1.3.2.1 Sự phân bố - dạng tồn tại của kim loại nặng trong đất (Mai Trọng

Nhuận, 2001 [28])

*Chì (Pb): là nguyên tố kim loại nặng có khả năng linh động kém, có thời

gian bán huỷ trong đất từ 800 - 6000 năm Theo thống kê của nhiều tác giả hàm lượng chì trong đất trung bình từ 15 - 25ppm Ở trong đất, Pb thường nằm ở dạng phức chất bền với các anion (CO32-; Cl-; SO32-; PO43-) Trong môi trường trung tính hoặc kiềm, Pb tạo thành PbCO3 hoặc Pb3(PO4)2 ít ảnh hưởng đến cây trồng Theo một số tác giả phản ứng cacbonat hoá hoặc đất trung tính sự ô nhiễm Pb được hạn chế Sự tăng độ chua có thể làm tăng độ hoà tan của Pb và sự giảm độ chua thường tăng sự tích luỹ của Pb do kết tủa Chì bị hấp phụ trao đổi chiếm tỷ lệ nhỏ ( 5%) hàm lượng Pb có trong đất Chì cũng có khả năng kết hợp với các chất hữu cơ hình thành các chất dễ bay hơi như (CH3)4Pb Trong đất chì có tính độc cao, hạn chế hoạt động của các vi sinh vật và tồn tại khá bền vững dưới dạng phức hệ với các chất hữu cơ

Pb trong đất có khả năng thay thế iôn K+ trong các phức hệ hấp phụ có nguồn gốc hữu cơ hoặc khoáng sét Khả năng hấp thu chì tăng dần theo thứ tự sau:

Montmorillonit  Axit humic  Kaolinit  Allophane  Ôxyt Sắt Khả năng hấp phụ Pb tăng dần đến pH mà tại đó hình thành kết tủa Pb(OH)2, sự hoà tan của Pb trong đất tăng lên do quá trình axit hoá trong đất chua

*Cadmium (Cd): là kim loại nằm sâu trong lòng đất, tồn tại ở dạng Cd2+ Trong các điều kiện ôxyhoá Cd thường ở các dạng hợp chất rắn như CdO CdCO3, Cd3(PO4)2 Trong điều kiện khử (Eh  - 0,2V) thì Cd thường tồn tại ở dạng CdS, ngoài ra Cd có thể tồn tại dạng phức như CdCl+, CdHNO3+; CdHCl- ; CdCl4- ; Cd(OH)4- Trong đất chua, Cd tồn tại ở dạng linh động hơn (Cd2+), tuy nhiên nếu đất chứa nhiều Fe, Al, Mn, chất hữu cơ thì Cd lại bị chúng liên kết làm giảm khả năng linh động của Cd Trong đất trung tính hoặc kiềm do bón vôi, Cd bị kết tủa dưới dạng CdCO3 Thông thường Cd tồn tại trong đất ở dạng hấp phụ trao đổi chiếm 20 - 40%, dạng các hợp chất cacbonat là 20%, hyđrôxyt và ôxyt là 20%, phần liên kết các hợp chất hữu cơ chiếm tỷ lệ nhỏ

Quá trình hấp phụ Cd trong đất xảy ra khá nhanh, 80 % Cd đưa vào đất bị hấp phụ trong vòng 10 - 15 phút và 100 % trong vòng 1 giờ Khả năng hấp phụ Cd của các chất trong đất giảm dần theo thứ tự: Hyđrôxyt và ôxyt sắt, nhôm, halloysit > Allphane kaolinit, axit humic  montmorillonit

*Arsen (As): tồn tại trong đất dưới dạng hợp chất chủ yếu như Arsenat

(AsO43-) trong điều kiện ôxyhoá Chúng bị hấp thu mạnh bởi các khoáng sét, sắt, mangan ôxyt hoặc hyđrôxyt và các chất hữu cơ Trong các đất axit, As có nhiều ở dạng Arcsenat với sắt và nhôm (FeAsO4; AlAsO4), trong khi ở các đất kiềm và đất cácbonat lại có nhiều ở dạng Ca3(AsO4)2 Arsen có xu hướng được tích tụ trong quá trình phong hóa, trên mặt cắt của vỏ phong hóa và trong đất As thường tồn tại ở phần trên (0 - 1,5 m) do bị hấp phụ bởi vật liệu hữu cơ, keo hyđrôxyt sắt và sét Trong môi trường khí hậu khô các hợp chất của As thường tồn tại dưới dạng ít linh động, còn trong điều kiện khí hậu ẩm ướt các hợp chất của arsen sufua bị hòa tan và bị rửa trôi Lượng As trong đất chuyển vào nước khoảng 5 - 10 % tổng lượng As trong đất (Đỗ Văn Ái và cs, 1999 [1])

1.3.2.2 Dạng tồn tại của một số kim loại nặng trong nước

* Chì (Pb) trong nước có 3 dạng tồng tại là Pb hoà tan, Pb lơ lửng ở dạng

keo và phức chất Trong môi trường nước, tính năng của hợp chất chì được xác định chủ yếu thông qua độ tan của nó Độ tan của chì phụ thuộc vào pH, pH tăng thì độ tan giảm và phụ thuộc vào các yếu tố khác như hàm lượng ion khác của nước và điều kiện ôxyhoá khử Trong nước sinh hoạt thường pH= 6, lúc này Pb tồn tại ở dạng vô cơ, ít có ở dạng keo Trong nước mặt sử dụng cho sản xuất nông nghiệp nếu pH = 7, Pb nằm dạng keo Nhờ tác dụng ngoại lực của chất hữu cơ mà các phức keo của Pb ở dạng Pb(CH3)32+; Pb(CH3)4 và Pb(CH3)22+ thường lắng đọng ở bùn cặn đáy, Pb trong nước tự nhiên chủ yếu tồn tại dưới dạng hoá trị 2

* Cadmium (Cd): Trong nước Cd tồn tại chủ yếu ở dạng hoá trị 2 và rất

dễ bị thuỷ phân trong môi trường kiềm Ngoài dạng hợp chất vô cơ nó liên kết với các hợp chất hữu cơ đặc biệt là axit humic tạo thành phức chất và phức chất này có khả năng hấp phụ tốt trên các hạt sa lắng, chiếm 60 - 75% của nồng độ tổng số trong các dòng nước

* Arsen (As): Trong nước chứa nhiều ôxy, arsen tồn tại ở dạng hoá trị 5,

rất hiếm ở dạng arsen hoá trị 3 Trong nước chứa ít ôxy (giếng ngầm, sâu) arsen tồn tại ở dạng arsenat (III) và arsen kim loại Một vài dạng hợp chất hữu cơ của arsen cũng tồn tại trong nước

1.3.3 Độc tính của kim loại nặng

Tính độc của kim loại nặng đã được khẳng định từ lâu nhưng không phải tất cả chúng đều độc hại đến môi trường và sức khoẻ của con người Độ độc và không độc của kim loại nặng không chỉ phụ thuộc vào bản thân kim loại mà nó còn liên quan đến hàm lượng trong đất, trong nước và các yếu tố hoá học, vật lý cũng như sinh vật Một số các kim loại như Pb; Cd; Hg khi được

cơ thể hấp thu chúng sẽ làm mất hoạt tính của nhiều enzim, gây nên một số căn bệnh như thiếu máu, sưng khớp Trong tự nhiên kim loại nặng thường tồn tại ở dạng tự do, khi ở dạng tự do thì độc tính của nó yếu hơn so với dạng liên kết, ví dụ khi Cu tồn tại ở dạng hỗn hợp Cu - Zn thì độc tính của nó tăng gấp 5 lần khi ở dạng tự do

Độc tính của một số kim loại nặng (Trịnh Thị Thanh, 2002 [44]):

* Chì (Pb): là một nguyên tố không cần thiết cho cơ thể sinh vật, Pb có

thể thâm nhập vào cơ thể con người qua thức ăn, nước uống, hít thở hoặc thông qua da nhưng chủ yếu lượng chì (Pb) đi vào cơ thể con người là do khẩu phần ăn uống, chúng được tích tụ trong xương, ít gây độc cấp tính trừ liều lượng cao, nguy hiểm hơn là sự tích luỹ lâu dài trong cơ thể ở liều lượng thấp nhưng với thời gian dài Triệu chứng thể hiện nhiễm độc chì là mệt mỏi, ăn không ngon, đau đầu, nó tác dụng lên hệ thần kinh trung ương và ngoại vi, Hiệu ứng sinh hoá quan trọng của Pb là can thiệp vào hồng cầu, nó can thiệp vào quá trình tạo hợp chất trung gian trong quá trình hình thành Hemoglobin Khi nồng độ Pb trong máu đạt 0,3 ppm thì ngộ độc bắt đầu và khi nồng độ >0,8ppm thì hụt hẳn Hemoglobin gây thiếu máu và làm rối loạn chức năng thận

Ngoài ra Pb2+ đồng hình với Ca2+ nên có thể thay thế Ca2+ tạo phức trong xương (làm xương đen), nhưng nếu lượng Ca2+ cao lại đẩy Pb2+ ra và Pb2+ được tích luỹ ở mô mềm

*Cadmium (Cd): Cd thâm nhập vào cơ thể bằng nhiều cách khác nhau

và được tích tụ lại chủ yếu trong thận và có thời gian bán huỷ sinh học rất dài từ 20 - 30 năm

Cd thường gắn liền với Zn nên có khả năng thay thế Zn Trong cơ thể, Zn là thành phần thiết yếu của một số hệ thống enzim nên khi bị Cd thay thế sẽ gây ngộ độc Cd:

S S Enzim Zn + Cd2+ → Enzim Cd + Zn2+

S S

Hậu quả cuả việc thay thế Zn gây biến đổi trao đổi chất dẫn đến thiếu máu, rối loạn xương tuỷ, cao huyết áp và ung thư Thông thường lượng dư Cd sẽ liên kết với Protein và chuyển về tích luỹ ở thận khoảng 1 % còn 99 % nhờ thận thải ra ngoài, khi bị độc Cd trước tiên sẽ bị suy thận, hỏng tuỷ xương và ảnh hưởng đến thần kinh Ngoài ra nhiễm độc Cd có thể dẫn đến quái thai và thai chết ở giai đoạn non Cadmium còn có thể gây ung thư cho người tiếp xúc với nó ở mức độ thấp trong thời gian dài, đặc biệt là ung thư vú Theo quy định của tổ chức sức khoẻ thế giới “WHO” lượng Cd được cơ thể người chấp nhận tối đa là 100mg/ngày hoặc tối đa là 1 mg/kg trọng lượng cơ thể

* Arsen (As): Về mặt hoá học As là một á kim, về mặt sinh học As nằm

trong danh mục các hoá chất độc hại cần được kiểm soát As được xếp cùng hàng với các kim loại nặng, As là chất độc có thể gây nên 19 bệnh khác nhau trong đó có ung thư da và phổi, bàng quang, ruột (Đỗ Mai Ái và cs[1], Willam Hartley và cs, 2004 [115]) Các triệu chứng cổ điển của nhiễm độc As là sậm màu da, tăng sừng hóa và ung thư, tác động đến hệ thần kinh ngoại biên và ảnh hưởng xấu đến sức khỏe như chứng to chướng gan, bệnh đái tháo đường, cao huyết áp, bệnh tim, viêm cuống phổi, các bệnh về đường hô hấp… As ở dạng vô cơ có độc tính cao gấp nhiều lần As ở dạng hữu cơ, trong đó các hợp chất có chứa As thì hợp chất chứa As (III) độc tính cao hơn As (V), tuy nhiên trong cơ thể As (V) có thể bị khử về As (III) (Vũ Hữu Yêm, 2005 [59]:

As3+ tác động vào nhóm - SH của các enzim do vậy ức chế hoạt động của men

O - As + CH2 → O = As+ CH2 O- HS - CH2 S - CH

(CH2)4 (CH2)4 C = O C = O Prôtêin Prôtêin

Acid dihydrolipoic - prôtêin Phức Prôtêin - As3+ (mất hoạt tính)

1.3.4 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng trong đất, nước ở Việt Nam

Kết quả nghiên cứu của Trần Kông Tấu, Trần Kông Khánh, 1998 [40] khảo sát trên phạm vi toàn quốc gồm 5 nhóm đất chính cho thấy: đất phù sa thuộc đồng bằng Sông Hồng có hàm lượng Pb và Zn cao nhất và hầu hết các loại đất có tỷ lệ hàm lượng các kim loại nặng dạng linh động so với dạng tổng số rất cao

Kết quả điều tra khảo sát của N.M.Maqsud,1998 [27] từ 8/1995 đến tháng 8/1997 tại một số kênh rạch của Thành phố Hồ Chí Minh cho thấy: Hầu hết các kênh rạch của Thành phố Hồ Chí Minh đều bị ô nhiễm rất cao về các kim loại nặng, cụ thể: so sánh với tiêu chuẩn cho phép thì Cd cao gấp 16 lần, Zn gấp 90 lần, Pb gấp 700 lần Hàm lượng các kim loại nặng trong trầm tích cũng ở mức báo động As gấp 11,7 lần TCVN, Cd là 36 lần, Pb là 61 lần.…

Theo Trần Công Tấu và cs, 2000 [41] Sau một thời gian nghiên cứu và theo dõi hiện tượng nhiễm kim loại nặng cũng như sự thay đổi hàm lượng của

chúng trong 16 ao, hồ trên địa bàn Hà Nội so sánh với TCVN 5942 - 1995 loại A đối với nước mặt thì tất cả các ao hồ của Hà Nội đều đã bị ô nhiễm kim loại nặng, đặc biệt là As, Pb và Hg bị ô nhiễm đến 90 % mẫu kiểm tra

Theo số liệu của nhiều nhà nghiên cứu, nhiều vùng mỏ chì, kẽm, vàng và đa kim có nồng độ As trong nước ngầm và trong đất rất cao (Đặng Văn Can, Đào Ngọc Phong, 2000 [4]), (Nguyễn Kinh Quốc, Nguyễn Quỳnh Anh, 2000 [32]) Tại Quỳnh Lôi, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội có đến 68% giếng khoan nước ngầm có hàm lượng As vượt quá tiêu chuẩn qui định của WHO (Trần Đình Hoan, 1999) [19], (Trần Quang Thương, 2000) [47]

Theo nghiên cứu của Đỗ Trọng Sự (2001) [36], tại vùng Hà Nội và Việt Trì - Lâm thao, Phú Thọ có hàm lượng As trong nước ngầm rất cao, cụ thể: kiểm tra 19 mẫu tại các địa điểm khác nhau ở Hà Nội thì có đến 26 % số mẫu có hàm lượng As vượt quá qui định theo TCVN (> 0,05mg/l), đối với nước uống thì tại Hà Nội có đến 28% số mẫu kiểm tra có hàm lượng As vượt quá TCVN, còn tại Lâm Thao -Việt Trì, Phú Thọ là 12 % số mẫu kiểm tra

Phạm Quang Hà (2002) [12] khi phân tích hàm lượng Cd trong các mẫu đất trồng lúa màu, và các mẫu bùn của Huyện Văn Môn, Yên Phong, Bắc Ninh cho thấy: lượng Cd phát hiện được trung bình là 1mg/kg đất, cá biệt có mẫu 3,1mg/kg cao gấp 1,1 lần TTVN, còn lượng Cd trong các mẫu bùn rất cao gấp 5 lần TCVN

Có thể nói rằng vấn đề ô nhiễm nói chung và ô nhiễm kim loại nặng đã và đang thách thức môi trường Việt Nam, các loại ô nhiễm thường thấy tại các đô thị Việt Nam là ô nhiễm nguồn nước mặt, ô nhiễm bụi, ô nhiễm kim loại nặng và chất độc hại như là chì, thuỷ ngân, arsen (Võ Thuận, 2006[48])

1.3.5 Nguồn phát tán kim loại nặng trong đất, nước

1.3.5.1 Nguồn phát tán kim loại nặng trong môi trường nước

Nhiễm bẩn kim loại nặng trong nước có thể bằng con đường chính sau:

- Yếu tố gây ô nhiễm trực tiếp vào nước: Nước thải bẩn đổ vào các sông là tình trạng phổ biến hiện nay ở các thành phố lớn như Nhà máy gang thép Thái Nguyên, nước thải có chứa rất nhiều phenon, kim loại nặng, NH4+ các hợp chất hữu cơ làm ô nhiễm sông Cầu nghiêm trọng nhất là vào mùa khô (Báo Công nghiệp Việt Nam, 12/2003 [2])

- Yếu tố kim loại nặng sau khi tồn tại trong đất sẽ dần dần hoà tan vào trong nước kể cả nước ngầm

- Sự rửa trôi tích đọng dần dần yếu tố độc (đặc biệt do sự phát tán của chất độc từ nguồn thải của lá rừng )

Nhiễm bẩn các kim loại nặng trong nước thường được nghiên cứu đến nhiễm bẩn do nồng độ các kim loại: Cu; Pb; Cd; Zn; Hg; Ni; As khi vượt quá giới hạn cho phép

Nguồn phát tán một số kim loại nặng vào nước:

*Chì (Pb): Sự nhiễm bẩn Pb là do nguồn thải của công nghiệp in, ắc quy,

đúc kim loại, giao thông (David Tin Win và cs, 2003 [71])

*Cadmium (Cd) phát tán vào môi trường nước từ nhiều nguồn thải như:

nước thải công nghề mạ, nhà máy sơn, phân huỷ và đốt cháy nhựa, phân huỷ xăm lốp, cộng nghệ pin, công nghệ sản xuất phân bón và lượng sử dụng phân bón đặc biệt là phân lân

* Arsen (As):Arsen xâm nhập vào nước chủ yếu từ các công đoạn hoà tan

chất của quặng mỏ, từ nước thải công nghiệp, nông nghiệp, thuốc trừ sâu, diệt cỏ ở dạng các chất hữu cơ có chứa arsen như methylarsenic axit, dimethylarsinic axit, arsenocholine, arsenobentaine…

1.3.5.2 Nguồn phát tán kim loại nặng trong môi trường đất

Có 2 nguồn chính là từ phong hoá đá mẹ trong quá trình hình thành đất và các hoạt động nhân sinh

Nguồn từ quá trình phong hoá đá: Nguồn này phụ thuộc nhiều vào đá mẹ

nhưng hàm lượng các kim loại nặng trong đá thường rất thấp, vì vậy nếu không có các quá trình tích lũy do xói mòn, rửa trôi… thì đất tự nhiên ít có khả năng có hàm lượng kim loại nặng cao Nguồn gây ô nhiễm kim loại nặng trong đất chủ yếu là do hoạt động nhân sinh

Nguồn từ hoạt động nhân sinh: Ngoài nguồn từ quá trình phong hoá đá,

có nhiều nguồn từ các hoạt động nhân sinh đưa kim loại vào đất, bao gồm: Khai khoáng và luyện kim, các hoạt động công nghiệp, lắng đọng từ khí quyển (Witter, 1994 [77]), hoạt động sản xuất nông nghiệp (Ubavie và cs, 1994[101]), (Nguyễn Đình Mạnh, 2000 [26]), chất thải đưa vào đất…

Theo Nguyễn Hữu On và cs (2004) [30]: hàm lượng Cd trong đất có tương quan tuyến tính với thời gian sử dụng phân lân, đặc biệt khi phân lân được sử dụng trên đất phèn, đất nhiễm mặn và đất có hệ thống đê bao

Nước tưới và đất trồng có một mối quan hệ với nhau Nếu sử dụng nước tuới bị ô nhiễm tưới cho đất thì dẫn đến đất cũng bị ô nhiễm Khi đất bị ô nhiễm As cao cũng có thể do sử dụng nước tưới có hàm lượng As cao (Folkes, 2001[82])

Theo Cheang Hong, 2003 [20] khi nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón nước tưới đến sự tích luỹ kim loại nặng trong đất đã kết luận: Nước tưới nhiễm kim loại nặng nếu sử dụng tưới cho rau sẽ làm tích đọng kim loại nặng trong đất qua các vụ Hàm lượng Cd tích luỹ trong đất qua các vụ tỉ lệ thuận với nồng độ Cd trong nước tưới

Nguồn phát tán một số kim loại nặng vào đất:

* Chì (Pb): Ô nhiễm Pb ở nước ta ngày càng trở nên nghiêm trọng do

nguồn nguyên liệu xăng pha chì ngày càng được sử dụng nhiều để chạy động cơ Hàm lượng Pb tới 0,4g/lít nhiên liệu, khi cháy sẽ phát tán vào môi trường

không khí rồi lắng đọng xuống đất hoặc nước Càng gần đường giao thông thì hàm lượng chì trong đất càng cao, đại bộ phận Pb nằm trong đất cách mặt đường dưới 50 cm và chủ yếu nằm ở tầng đất mặt

*Cadmium (Cd): Nguồn gây ô nhiễm Cd chủ yếu là do chất thải công

nghiệp mỏ, mạ điện, ống dẫn plastic, thuốc sơn…Theo Phạm Quang Hà (2002) [12] khi nghiên cứu hàm lượng Cd trong đất ở những vùng ven nội, nơi chịu ảnh hưởng của rác thải, nước thải sinh hoạt và công nghiệp hay từ các làng nghề truyền thống như gò đúc nhôm, đồng có hàm lượng Cd khá cao Ngoài ra sử dụng phân bón photphat lâu dài nó sẽ là yếu tố chủ yếu quyết định hàm lượng Cd trong đất Theo ước tính của các nước EEC lượng Cd đưa vào đất hàng năm qua phân bón phosphat là 5g/ha (Nguyễn Đình Mạnh, 2000 [26])

*Arsen (As): sử dụng thuốc trừ sâu hay diệt cỏ dại là nguồn cung cấp As

cho đất (Folkes, 2001[82]), ngoài ra khi bón vôi cho đất cũng làm tăng khả năng linh động của As do chuyển từ Fe,Al - Arcsenat sang dạng Ca- Arcsenat linh động hơn (Vũ Hữu Yêm, 2005[59]).

1.3.6 Sự cố định biến đổi và khả năng chuyển hoá kim loại nặng trong đất, nước

Sự tích luỹ kim loại nặng trong đất rất cần được xem xét, nhưng tính linh động của chúng trong đất càng cần phải quan tâm hơn Thực tế các kim loại nặng trong đất hay trong nước luôn diễn ra quá trình trao đổi với bề mặt của keo đất Tính linh động các kim loại nặng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: pH môi trường, thế ôxi hoá khử, hàm lượng các chất tạo phức có khả năng hoà tan kim loại nặng (Ejaz ul Islam và cs, 2007 [79]), anion cùng tồn tại trong môi trường (Cl-, SO42-, NO3-…) (Danielle Oliver và cs, 2003 [72]) Độ linh động của các ion kim loại nặng tăng khi pH đất thấp và giảm khi pH đất cao, ở môi trường kiềm (pH đất khoảng 9 - 12) các kim loại nặng sẽ bị kết tủa dưới dạng hydroxit hoặc cacbonat

Các quá trình chính liên quan đến sự cố định và chuyển hoá kim loại nặng trong đất là: Quá trình phong hoá, sự hoà tan và khả năng hoà tan của các kim loại, sự kết tủa, sự hấp thu bởi cây trồng, sự cố định bởi các sinh vật đất, khả năng trao đổi cation, sự hấp phụ, sự tạo phức chelát, và sự rửa trôi…

* Quá trình phong hoá: Hàm lượng kim loại nặng từ quá trình phong hoá

đá rất thấp, và chủ yếu nằm trong các vùng trầm tích giàu oxít, quặng và các loại đá giàu kim loại như magma siêu axit, bao gồm cả serpentine Đất giàu kim loại thường được đặc trưng bởi loài thực vật, bao gồm các loài có khả năng tích luỹ kim loại cao Quá trình phong hoá hoá học được đặc trưng bởi các quá trình hoà tan, hyđrát hoá, thuỷ phân, oxy hoá - khử và sự tạo thành đá vôi

* Khả năng hoà tan và các ion tự do trong dung dịch:

+ Ảnh hưởng của tính axít tới khả năng hoà tan của kim loại nặng trong đất

Một trong các nhân tố quan trọng nhất để kiểm soát khả năng hoà tan của kim loại nặng là tính axít, với pH lớn hơn 5,5 thì nồng độ của iôn Pb2+ tự do nhỏ, mức độ linh động của Cd và Zn tăng lên khi tăng mức độ axit của môi trường, bắt đầu từ ngưỡng pH = 4 - 4,5 thì cứ giảm đi 0,2 đơn vị pH thì nồng độ Cd tăng lên 3 - 5 lần (Wang và cs, 2006 [114]) Nhìn chung khi pH > 6,5 thì hầu như các kim loại nặng ít linh động hơn (Danielle Oliver và cs, 2003 [72])

* Về khả năng liên kết và vận chuyển các kim loại trong đất: axít fulvíc

đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình này Do khả năng liên kết tạo phức bao bọc xung quanh ion kim loại và phức này còn có thể hoà tan trong cả môi trường axít và kiềm (Singh và cs, 1998 [62]; Danielle Oliver và cs, 2003 [72]) Bên cạnh đó, axít humic cũng có khả năng liên kết với các ion kim loại, nhưng do khối lượng phân tử lớn, nên phức của nó với ion kim loại kém linh động hơn và dễ bị giữ trong các khe đất, ít bị rửa trôi theo độ sâu phẫu diện

Đất ở điều kiện nhiệt đới hàm lượng axít fulvíc chiếm ưu thế nên khả năng chuyển hóa và độ linh động của các kim loại trong đất thường cao hơn so với đất vùng ôn đới Do khả năng làm chuyển hoá và linh động của chất hữu cơ đối với kim loại nặng nên các nguồn chất hữu cơ đưa vào đất như bùn thải cầnphải được kiểm soát một cách chặt chẽ

* Khả năng rửa trôi và di chuyển: khả năng rửa trôi theo độ sâu phẫu

diện là rất ít, nhưng do quá trình xói mòn rửa trôi trên bề mặt đã làm cho kim loại nặng sau khi tích luỹ chủ yếu ở trên tầng đất mặt sẽ bị rửa trôi và tích luỹ trong trầm tích và làm tăng nồng độ ở sông, hồ làm ô nhiễm môi trường nước Ngoài ra sự rửa trôi và chuyển hoákim loại trong đất do mưa axít và axít hoá đất cũng là một yếu tố rất quan trọng Mưa axít thường tập trung ở các vùng công nghiệp và đô thị phát triển hay các vùng chịu ảnh hưởng của quá trình này, trong nó thường chứa thêm một số kim loại nặng như Pb, Hg, Cd, Cu, Zn Khi nước mưa rơi xuống đất làm axít hoá môi trường đất, tăng khả năng chuyển hoá và linh động các kim loại trong đất

1.3.7 Ảnh hưởng của sự có mặt kim loại nặng trong môi trường đất, nước đến sự tích luỹ của chúng trong nông sản

Chính do những nguy hiểm về hàm lượng kim loại nặng cao thêm lên trong dây chuyền thực phẩm nên trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về sự tích luỹ kim loại nặng vào cây trồng Theo Garcia Lopez De Sa (1994) [95] hàm lượng Cd trong dung dịch dinh dưỡng ở mức thấp (5 - 10ppm Cd) sự sinh trưởng của rau diếp tăng nhưng ở mức Cd trong dung dịch dinh dưỡng cao (>10ppm) thì sự sinh trưởng của rau diếp giảm Singh và cs (1998) [62] khi nghiên cứu sự hấp thụ Cd của cây đậu Jill trên nền đất chịu ảnh hưởng của nước thải cho thấy hàm lượng Cd trong cây tỷ lệ với mức độ ô nhiễm Cd trong bùn thải, nước thải Tương tự trong đất, sự hấp thu của cây trồng cũng

có quan hệ tuyến tính với sự bổ sung Cd vào đất (Van Lune và cs, 1997 [105]), ngoài ra còn lượng chất hữu cơ, kết cấu đất, loại đất… (Bride và cs, 2002[64]) Nước nhiễm bẩn As sử dụng tưới lâu dài cho rau cũng làm tích lũy

As trong rau (Alam và cs, 2003[84]) Nhìn chung sự có mặt của các kim loại

nặng trong môi trường đều có quan hệ chặt chẽ với sự hấp thu của chúng trong cây trồng

Ở Việt Nam nghiên cứu về vấn đề này còn mới, tuy nhiên một số kết quả cho thấy những vùng đang sử dụng rác thải đô thị, bùn thải, nước thải bón ruộng hay những vùng cạnh các nhà máy xí nghiệp đều có ảnh hưởng tới chất lượng cây trồng Bùi Cách Tuyến và cs (1995) [49 khi nghiên cứu tồn dư kim loại nặng trong nông sản ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh, cho biết: Hệ số tương quan giữa kim loại nặng trong nước và rau muống là: 0,95 với Zn; 0,73 với Pb và 0,94 với Cd Hệ số tương quan giữa kim loại nặng trong đất và rau cải bông được trồng trên đó là: 0,98 với Zn; 0,12 với Pb và 0,99 với Cd

Theo nghiên cứu của Cheang Hong (2004) 20 hàm lượng kim loại nặng (Pb, Cd) trong nước tưới có quan hệ chặt chẽ với lượng chứa của chúng trong rau cải xanh, càng về vụ sau quan hệ này càng thể hiện rõ

Phạm Quang Hà và cs (2004) [85] đã tiến hành thí nghiệm bổ sung một số nguyên tố Cu, Zn, Cd cho đất bạc màu Mê Linh, Vĩnh Phúc và rút ra nhận xét: Hàm lượng Cu, Zn tồn dư trong đất cao có ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình sinh trưởng của bắp cải

Việc sử dụng nước thải đô thị để tưới cho rau sẽ gây tích luỹ kim loại nặng trong các sản phẩm rau và hàm lượng các chất độc hại trong sản phẩm rau nước cao hơn so với rau cạn (Hoàng Lê, 2004[24]), Phạm Tố Oanh, 2004[31])

Hàm lượng kim loại nặng tích luỹ trong cây phụ thuộc vào khả năng đồng hoá kim loại nặng của cây trồng, phụ thuộc vào pH môi trường, lượng

kim loại nặng trong đất và nước tưới, vào tuổi cũng như loại cây trồng và loại kim loại nặng khác nhau, phụ thuộc vào chất hữu cơ trong đất, khả năng trao đổi iôn, thành phần sét Hàm lượng kim loại nặng trong cây còn phụ thuộc vào dạng hợp chất của chúng trong đất và nước tưới

Sự hấp thu Cd vào cây trồng tập trung chủ yếu ở phần rễ cây, ngoài ra Cd còn bị hấp thu ở lá, nhưng chủ yếu lượng Cd bị hấp thu tập trung vào rễ (Cieslinski, 1996 [67], Ejaz ul Islam và cs, 2007[79], Long Xin - Xian, 2002[92]) Nghiên cứu của Robert, 1974[106]: Sự tích luỹ Pb cao nhất ở rau ăn lá (rau diếp), vùng đất bị ô nhiễm Pb nặng thì hàm lượng Pb trong rau diếp có thể lên đến 0,15% tính theo chất khô và khi có mặt Pb trong dung dịch dinh dưỡng thì cây có củ có khả năng hút Pb mạnh nhất và sự hút thu này sẽ tăng lên cùng với nồng độ Pb trong đất và thời gian trồng trọt

Kim loại nặng có trong các sản phẩm rau quả tươi và rau quả chế biến thông qua nhiều con đường khác nhau Nguyên nhân thì nhiều nhưng có một số nguyên nhân chủ yếu sau:

+ Quá trình canh tác, kim loại nặng xâm nhập vào rau quả: Theo nghiên cứu của Chien và cs (1996) [108] sự tích lũy Cd trong cây phụ thuộc vào hàm lượng lân bón và lượng Cd có trong phân lân

+ Rau trồng trên những vùng đất, nước bị ô nhiễm: Theo Nguyễn Đình Mạnh (2000) 26 rau được trồng ở vùng đất, nước bị ô nhiễm như khu vực khai thác mỏ pyrit, đồng, kẽm, khu đất thải sau khai thác than, khu đất chứa thải sau nhiều năm của sản xuất công nghiệp, bãi chôn rác thải rắn hoặc rau được tưới bằng nước bị ô nhiễm như nước thải thành phố, nước thải công nghiệp đều bị nhiễm kim loại nặng trong sản phẩm Nhất là các trường hợp dùng bùn thải, phân chế biến bằng chất thải đô thị để trồng rau được nhiều tác giả như: Vũ Thị Đào, 2001 9; Nguyễn Đình Mạnh, 2000 26 đã nhận xét là làm tăng lượng kim loại nặng trong sản phẩm