Sự tích lũy KLN trong đất nông nghiệp ngày càng trở thành mối quan tâm lớn trên thế giới do những ảnh hưởng nghiêm trọng mà KLN gây ra đối với vấn đề an toàn thực phẩm cũng như sức khỏe con người.
Đồng (Cu) có vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của cây trồng. Cây trồng thiếu Cu thường có tỷ lệ quang hợp bất thường, điều này cho thấy Cu có liên quan đến mức phản ứng oxit hóa của cây. Lý do của điều này là trong cây thiếu chất
Cu thì quá trình oxit hóa axit Ascorbic bị chậm, Cu hình thành một số lớn chất hữu cơ tổng hợp với protein, axit amin và một số chất khác thường gặp trong nước trái cây. Trong khi Zn, Cu là những nguyên tố vi lượng thiết yếu cho sự phát triển của cây trồng và con người thì Hg, Cd và Pb được đặc biệt lưu tâm vì độc tính của chúng đối với sức khỏe con người và hệ sinh thái. Hàm lượng KLN trong nước thải cao không chỉ gây ô nhiễm KLN trong đất nông nghiệp mà còn tích lũy trong cây trồng, từ đó ảnh hưởng đến chất lượng nông sản và an toàn thực phẩm [60,89].
Thêm vào đó, sự dư thừa Zn cũng gây độc đối với cây trồng khi Zn tích tụ trong đất quá cao. Dư thừa Zn có thể gây ra bệnh mất diệp lục đồng thời sự tích tụ Zn trong cây quá nhiều cũng gây một số mối liên hệ đến mức dư lượng Zn trong cơ thể người và góp phần phát triển thêm sự tích tụ Zn trong môi trường mà đặc biệt là môi trường đất. Tương tự như Zn, ngoài những ảnh hưởng do thiếu chất Cu, thì việc thừa Cu cũng xảy ra những biểu hiện ngộ độc mà chúng có thể dẫn tới tình trạng cây chết.
Đối với một số loại cây trồng như rau diếp, cần tây, củ cải, cải bắp có xu hướng tích lũy Cd khá cao, trong khi đó củ khoai tây, bắp, đậu tròn, đậu dài được tích lũy một số lượng Cd nhiều nhất trong các loại thực phẩm, lá cà chua được tìm thấy tích lũy Cd nhiều hơn khoảng 70 lần so với lá cà rốt trong cùng biện pháp trồng trọt giống nhau. Cd tập trung cao trong rễ cây hơn các bộ phận khác ở các loài yến mạch, đậu nành, cỏ, hạt bắp, cà chua, nhưng các loài này sẽ không phát triển được khi tích lũy Cd ở rễ cây. Tuy nhiên, trong rau diếp, cà rốt, cây thuốc lá, khoai tây, Cd chứa nhiều nhất trong lá. Trong cây đậu nành, 2% Cd được tích lũy hiện diện trong lá và 8% ở các chồi. Sự tập trung Cd trong mô thực vật có thể gây ra thông tin sai lệch của quần thể [2].
Theo Rattan và cộng sự (2005), chuỗi thức ăn là một trong những con đường quan trọng đưa KLN độc hại xâm nhiễm vào cơ thể con người. KLN tích lũy trong cây tùy thuộc vào loài thực vật và hiệu quả hấp thụ KLN được đánh giá bằng khả năng hấp thụ của mỗi loài hoặc khả năng chuyển hóa KLN của lớp đất mặt [81].
Để đánh giá rủi ro từ KLN lên sức khỏe con người, Ma và cộng sự (2006) cho rằng trước tiên là phải xác định được mối nguy hại tiềm năng, tính toán để ước lượng giới hạn của rủi ro và xác định mức độ hậu quả đối với sức khỏe con người [71].
Sau khi KLN tích lũy quá nhiều trong đất, nước hoặc không khí, từ đó có thể gây ra mối nguy hiểm cho sức khỏe con người thông qua việc tiêu thụ thực phẩm được trồng ở những môi trường bị ô nhiễm [92].
Quá trình hấp thụ thực phẩm bị nhiễm KLN là một trong những con đường chính mà qua đó KLN xâm nhập vào cơ thể con người [55].
Đối với cơ thể con người, có một số nguyên tố kim loại đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc hoặc là thành phần của protein và các enzym như Zn, Cu, Cd, As, Hg, Pb, Cr, Ni… [76]. Tuy nhiên, nếu hàm lượng của các nguyên tố này quá nhiều hoặc tích lũy quá lâu trong cơ thể có thể gây ra những rủi ro đến sức khỏe. Các nghiên cứu cho thấy, trẻ em là nhóm cư dân chịu rủi ro nhiều nhất đối với sức khỏe do tác động của KLN gây ra [65]. Tổ chức lương thực, nông nghiệp thế giới (FAO), tổ chức Y tế thế giới (WHO), Cục Bảo vệ môi trường Mỹ (US-EPA) và các ban ngành liên quan ở các quốc gia khác nhau đã đưa ra những quy định rất chặt chẽ về hàm lượng tối đa cho phép đối với KLN trong các loại thực phẩm.
Theo Mingli Huang và cộng sự (2008), KLN có thể gây ra những nguy hại đối với sức khỏe con người thông qua việc ăn các loại ngũ cốc trồng ở một số khu vực bị ô nhiễm bởi thành phố công nghiệp Kunshan (Đông Nam Trung Quốc). Các kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng KLN trong hạt lúa mì giảm xuống theo thứ tự Zn > Cu > Pb > Cr > Ni > Cd > As > Hg. Liên quan đến chỉ số nguy cơ rủi ro (HQI), HQI của tất cả các kim loại trên đều nằm trong ngưỡng an toàn. Tuy nhiên, nguy cơ rủi ro lên sức khỏe trẻ em sống ở vùng nông thôn đối với 8 nguyên tố này được đánh giá là khá đáng kể. Do mức độ ảnh hưởng của KLN được phân theo chuỗi: trẻ em ở nông thôn > người lớn ở nông thôn > trẻ em ở thành phố > người lớn ở thành phố nên HQI và HI cho cư dân khác nhau là khác nhau. Trong số các KLN thì As, Cu, Cd và Pb được cho là có tiềm năng gây hại cho sức khỏe rất lớn còn Cr được đánh giá là kim loại ít gây nguy hiểm nhất [75].
Theo Na Zheng và cộng sự (2007), hàm lượng KLN đưa vào cơ thể hàng ngày của cư dân xung quanh nhà máy kẽm Huludao như Hg, Pb, Cd, Zn, Cu thông qua rau quả lần lượt là 1,322; 574,3; 301,4; 5263; 292,5μg đối với người lớn và là 1,029; 446,8; 234,5; 4095; 227,6μg đối với trẻ em. Điều này dẫn đến nguy cơ rủi ro lên sức khỏe đặc biệt là đối với trẻ em khi HQI của Cd hoặc Pb cao hơn 1. Liều lượng rủi ro (HQIs) do tiêu thụ rau cho người lớn và trẻ em tương ứng là 5,79-9,90; 7,6-13,0. So sánh với HQIs trong các mẫu được lấy ở các khu vực khác nhau xung quanh nhà máy kẽm Huludao cho thấy rằng rủi ro đối với sức khỏe cư dân khu vực cách nhà máy 500m là cao nhất và tại khu vực xa hơn 1000m thì cao hơn nhiều so với ở khoảng cách 500-1000m [78].
Theo tác giả Lee Haeng Shin và cộng sự (2007), mặc dù hàm lượng KLN trong thực phẩm từ tảo biển và cá ở Hàn Quốc là cao nhất nhưng lượng KLN được đưa vào cơ thể con người chủ yếu qua thực phẩm tiêu dùng hàng ngày trong đó gạo được cho là nguồn chính đưa Hg vào cơ thể và rau quả là nguồn chính đưa Pb vào trong cơ thể. Bên cạnh đó, những phân tích và tính toán từ 116 món ăn Hàn Quốc đã ước lượng được hàm lượng As, Cd, Pb, Hg đưa vào cơ thể tương ứng là 38,5mg/người/ngày, 14,3mg/người/ngày, 24,4mg/người/ngày, 1,61mg/người/ngày [69].
Khả năng tích lũy KLN trong các loài động thực vật cũng được sự quan tâm nghiên cứu của rất nhiều các nhà khoa học. Carballeira C.B. và cộng sự (2008) đã sử dụng thuật toán thống kê để so sánh sự tích lũy các kim loại trong hai loài rêu cạn (Pseudoscleropodium và Hypnumcupressiforme) lấy từ Galicia. Sử dụng phân tích đồng phương sai để so sánh sự tích lũy sinh học từng nguyên tố kim loại giữa 2 loại rêu cạn thu được kết quả: Sự tích lũy sinh học giữa các loài rêu đối với các nguyên tố kim loại là khác nhau không có nghĩa (giống nhau) [42].
Không phải mọi hợp chất của Asen trong đất trồng đều độc. Sự hấp thụ Asen của nhiều loại cây trồng không quá lớn ngay cả trên đất chứa hàm lượng As tổng số tương đối cao. Nhìn chung, lượng As trong các sản phẩm nông nghiệp khoảng 1mg/kg. Sự tích lũy của As trong đất có thể tùy thuộc vào giá trị pH của đất. Độc chất ảnh hưởng từ As làm giảm đột ngột sự vận động trong nước hay làm đổi màu
của lá kéo theo sự chết của lá cây ở trên đỉnh và rìa, hạt giống thì ngừng phát triển. Đậu và những loại cây họ đậu rất nhạy cảm đối với độc tố của As. Mức độ chịu độc As của các loài cây khác nhau cũng rất khác nhau. Sự tích lũy As trong cây trồng phụ thuộc nhiều vào các dạng tồn tại của As trong đất trồng và nước tưới [79].
Thực vật khi gieo trồng trong môi trường nhiễm các dạng As linh động sẽ hấp thụ một lượng As đáng kể vào trong thân cây. Thực vật nhiễm As có thể bị hạn chế quá trình quang hợp, làm rụng lá cây, gây thiếu sắt, làm cho cây chết. Khi con người và động vật ăn phải thực vật bị nhiễm As thì cũng bị nhiễm độc. Như vậy, As ảnh hưởng đến thực vật như một vật cản đối với quá trình trao đổi chất và giảm năng suất cây trồng do chất độc ảnh hưởng từ As làm giảm đột ngột sự chuyển động trong nước hay làm thay đổi màu của lá kéo theo sự chết lá cây.
Thủy ngân có thể được đưa vào đất nông nghiệp do bón phân và vôi. Hầu hết các loại phân bón hóa học đều có chứa thủy ngân. Thủy ngân tích lũy trong hạt ngũ cốc thấp hơn trong rau khoảng 3 – 10 lần. Nghiên cứu của Lê Đức và nnk (2005) cho thấy ảnh hưởng của đồng, chì, kẽm, cadimi đến sinh trưởng và phát triển của mạ là rất rõ thể hiện ở chiều dài rễ cũng như chiều cao thân lá đều giảm dần khi tăng nồng độ KLN đưa vào. [6].
Sử dụng nước thải có chứa KLN vào mục đích nông nghiệp có nguy cơ ảnh hưởng đến chất lượng rau quả tươi [17].