Phạm vi nghiên cứu

Chƣơng 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2. Phạm vi nghiên cứu

- Đề tài nghiên cứu tác động đồng thời của các yếu tố chính của hoạt động chun canh hoa (nước tưới, phân bón, hố chất bảo vệ thực vật và phế phụ phẩm của hoa) đến chất lượng môi trường đất.

- Chất lượng môi trường đất chỉ giới hạn nghiên cứu: Sự tích luỹ hoá chất bảo vệ thực vật (BVTV), kim loại nặng (KLN) trong đất; sự thay đổi thành phần của động vật chân khớp bé và vi sinh vật đất.

Các KLN được lựa chọn nghiên cứu là Cd, Cu, Pb, Zn, Hg, As, Ni, Cr và Co. Các hóa chất BVTV quan tâm nghiên cứu gồm: Monitor, Wofatox, Dipterex, Bassa, Padan, BHC, Heptachlor, Aldrin, Chlordan, DDT, Diedrin, Endosunfate, Methoxylchlor, Endrin, Diclovos, Dimethoate, Fenitrothion, Kitazine, Fenvalerat, Tetramethrine, Cypermethrine, Deltamethirne; các thuốc diệt cỏ Paraquat, 2,4-D, 2,4,5-T, Glyphosate; các thuốc trừ bệnh Microthiol, Asimo.

2.3. Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc điểm đất, nước và cơ cấu cây trồng tại phường Tây Tựu, quận Bắc Từ Liêm, và xã Mê Linh, huyện Mê Linh, thành phố Hà Nội (vùng nghiên cứu).

- Nghiên cứu những đặc điểm cơ bản trong trồng và chăm sóc cây hoa hồng, hoa đồng tiền, hoa cúc tại vùng nghiên cứu.

- Xác định và đánh giá hàm lượng kim loại nặng (KLN) trong nước tưới, phân bón, vơi, trong phế thải của cây hoa và sự tồn lưu chúng trong môi trường đất tại các vùng chuyên canh hoa Tây Tựu và Mê Linh, Hà Nội.

- Xác định và đánh giá sự tồn lưu hóa chất BVTV trong đất trồng hoa ở vùng nghiên cứu.

- Xác định và đánh giá biến động của khu hệ sinh vật đất trong đất trồng hoa ở vùng nghiên cứu.

- Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng (KLN, hóa chất BVTV) sinh ra từ quá trình chuyên canh hoa đến chất lượng môi trường đất dựa trên sự biến động số lồi sinh vật có mặt trong đất nghiên cứu.

2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu

2.4.1. Phương pháp tổng hợp và phân tích dữ liệu, số liệu

Dựa trên các tài liệu, số liệu đã thu thập, tiến hành tổng hợp, lựa chọn và phân tích các số liệu, dữ liệu có liên quan đến nội dung nghiên cứu của đề tài.

Phương pháp phỏng vấn trực tiếp đã được thực hiện để thu thập số liệu về sử dụng hóa chất BVTV trong trồng hoa ở Tây Tựu và Mê Linh . Đã phỏng vấn trực tiếp 36 hộ dân tr ồng hoa ở Tây Tựu và Mê Linh . Các câu hỏi ph ỏng vấn liên quan đến liều lươ ̣ng , thời gian… s ử dụng hóa chất BVTV, những kiến thức và sự hiểu biết chung về cách thức sử du ̣ng các loa ̣i các loa ̣i hóa chất BVTV.

2.4.2. Nhóm phương pháp phân tích KLN và hóa chất BVTV

2.4.2.1. Phương pháp ICP-OES

Hàm lượng các ion kim loại dạng tổng số và linh động trong mẫu đất được xác định bằng phương pháp phổ phát xạ quang Plasma cặp cảm ứng (ICP-OES) sử dụng Plasma cao tần cảm ứng (ICP - Inductively Coupled Plasma torch), phương pháp được gọi tắt là phổ phát xạ quang plasma (ICP-OES). ICP là nguồn năng lượng được dùng làm nguồn kích thích cho phương pháp phân tích phổ phát xạ đang được ứng dụng phổ biến và có hiệu quả cao. Nguồn năng lượng này sử dụng khí Argon và có thể đạt tới nhiệt độ 8.000oC. Với plasma này, mọi nguyên tố kim loại đều bị kích thích để tạo ra phổ phát xạ của nó, đảm bảo phép phân tích có độ

nhạy rất cao (0,1-5 ng/mL đối với hầu hết kim loại). Bên cạnh đó, ICP có độ ổn định cao nên cho sai số rất nhỏ, tốc độ phân tích cao và có thể định lượng được đồng thời nhiều nguyên tố.

Trong luận án, phương pháp đo phổ phát xạ dùng để xác định định tính và xác định hàm lượng các ion kim loại khác nhau trong các mẫu đất, mẫu nước, mẫu phân bón và mẫu phế thải của cây hoa đồng tiền, cây hoa cúc, lá cây hoa hồng lấy ở vùng nghiên cứu. Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Địa chất khoáng sản Việt Nam [4].

2.4.2.2. Các phương pháp sắc ký

Phân tích hà m lượng các nhóm hoạt chất th́c BVTV trong các mẫu được thực hiện dựa trên các phương pháp US EPA. Trong đó có phương pháp tách và làm sạch mẫu, phương pháp phân tích sắc ký khí detectơ cộng kết điện tử (GC/ECD) và sắc ký lỏng hiệu năng cao detectơ diod array (HPLC/DAD). Nghiên cứu được thực hiện tại Trung tâm Sinh học Thực nghiệm, Viện ứng dụng công nghệ, Bộ Khoa học và Công nghệ.

+ Phương pháp sắc ký khí đetectơ cộng kết điện tử. Phương pháp GC/ECD

dùng để phân tích định tính và định lượng các nhóm clo hữu cơ. Detectơ ECD là detectơ có độ nhạy đặc biệt với những hóa chất bảo vệ thực vật có chứa clo. Bên cạnh đó có sử dụng detectơ khối phổ chọn lọc ion (MS-SIM) để phân tích khẳng định các hóa chất bảo vệ thực vật có tính đặc thù. Detectơ khối phổ (MSD) cịn cho phép định tính các chất dựa vào thư viện phổ khối của các chất chuẩn [25].

Detectơ ECD hoạt động dựa trên đặc tính của các chất có khả năng cộng kết điện tử như hợp chất chứa nhóm halogen, ơxy, nitơ hoặc các chất có liên kết đơi. Detectơ ECD thích hợp để phân tích các hợp chất clo hữu cơ với giới hạn phát hiện từ 10-14 ng/mL, độ ổn định phân tích cao. Trong nghiên cứu sử dụng detectơ ECD để xác định các hóa chất bảo vệ thực vật trong môi trường đất vùng nghiên cứu.

+ Phương pháp sắc ký khí lỏng cao áp detectơ diod array. Phương pháp sắc

ký khí lỏng cao áp detectơ diod array (HPLC-DAD) ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến vì có độ nhạy cao, khả năng định lượng tốt, thích hợp tách các hợp chất khó bay hơi hoặc dễ phân hủy nhiệt. Detectơ DAD có phổ làm việc rơng từ UV đến IR (190-900 nm), do vậy phương pháp này có phạm vi ứng dụng rất rộng , như phân tích các hợp chất thuốc trừ sâu , thuốc kháng sinh, các chất phụ gia thực phẩm trong lĩnh vực thực phẩm, dược phẩm, môi trường… Do vậy trong luận án sử dụng

HPLC-DAD để xác định các hóa chất bảo vệ thực vật trong môi trường đất vùng nghiên cứu.

2.4.3. Nhóm các phương pháp nghiên cứu sinh học

2.4.3.1. Phương pháp đánh giá biến động về thành phần vi sinh vật trong đất bằng kỹ thuật DGGE kỹ thuật DGGE

Việc đánh giá này được thực hiện bằng kỹ thuật phân tử điện đi trên gel biến thiên nồng độ chất gây biến tính (DGGE).

ADN tổng số được chiết xuất với PowerSoil ADN Isolation Kit (Mo Bio Laboratories, USA). Điện di trên gel 1,5% agarose để xác định hàm lượng DNA tổng số trong dịch chiết xuất.

Khuếch đại đoạn gen 16S rARN bằng PCR. Điện di xác định sản phẩm PCR. Điện di trên gel biến thiên nồng độ chất gây biến tính (DGGE) theo các bước sau: làm nóng dung dịch đệm chạy điện di, chuẩn bị dung dịch gel và tạo khuôn gel, chuẩn bị mẫu, ráp bào bộ phận chứa gel, điện di DGGE. Phân tích dữ liệu thu được.

2.4.3.2. Phương pháp đánh giá biến động động vật chân khớp bé Collembola

Các thông tin, số liệu sau khi được thu thập, điều tra sẽ được xử lý bằng chương trình xử lý thống kê trên máy tính bằng phần mềm Word, Exel 2007, IRRISTAT 4.0 và đặc biệt phần mềm SPSS (chương trình này đặc biệt có hiệu quả khi xử lý các mẫu phiếu điều tra, phỏng vấn…).

Để đánh giá số lượng loài, số cá thể và chỉ số đa dạng loài Collembola trong nghiên cứu đã sử dụng các số liệu thực nghiệm và xử lý số liệu này dựa theo phương pháp thống kê sử dụng phần mềm Primer 5. Các chỉ số phân tích và tính tốn: số lượng lồi, độ phong phú (mật độ trung bình: số cá thể/m2), chỉ số đa dạng Shannon-Weaver (H’), chỉ số đồng đều (J’) [75], các loài phổ biến, các loài ưu thế được xác định như sau:

- Số lƣợng loài: Số lượng lồi được tính bằng tổng số lồi có mặt trong điểm

thí nghiệm ở tất cả các lần thu mẫu.

- Số cá thể: Tổng số lượng cá thể có ở tất cả các lần thu mẫu của điểm thí

- Chỉ số đa dạng Shannon-Weaver (H’): được sử dụng để tính sự đa dạng

lồi hay số lượng lồi trong quần xã và tính đồng đều về sự phong phú cá thể của các loài trong quần xã. Chỉ số được tính theo cơng thức:

N ni N ni H s i     1 ln '

Trong đó: s là số lượng loài; ni là số lượng cá thể của loài i

N là tổng số lượng cá thể trong toàn bộ mẫu

Giá trị của H’ dao động trong khoảng 0 - . Chỉ số đa dạng của quần xã phụ thuộc vào hai yếu tố là số lượng lồi và tính đồng đều về sự phong phú của các lồi trong quần xã. Một khu vực có số lượng lồi hoặc số cá thể nhiều chưa hẳn nơi đó có tính đa dạng cao. Chỉ số đa dạng, ở một khía cạnh nào đó cho biết tính đa dạng của quần xã và là một chỉ tiêu có thể đánh giá được tính đa dạng về khu hệ động vật của một khu vực.

- Chỉ số đồng đều (J’) hay chỉ số Pielou: được tính theo cơng thức:

) ln( ' ' S H J Trong đó: S là tổng số loài; H’ là Chỉ số đa dạng Shannon-Weaver

Giá trị của J’ dao động trong khoảng từ 0 đến 1; Giá trị của J’ lớn nhất khi tất cả các loài trong quần xã có số lượng cá thể bằng nhau hay nói cách khác độ phong phú của các lồi trong quần xã như nhau.

- Loài ƣu thế: là lồi có giá trị chỉ số ưu thế bằng hoặc lớn hơn 5%.

Chỉ số ưu thế được tính theo cơng thức:

100

x n n

D a

Trong đó: na là số lượng cá thể của loài a

2.5. Địa điểm và vị trí lấy mẫu nghiên cứu

2.5.1. Lấy mẫu đất và mẫu nước

+ Mẫu đất và m ẫu nước được lấy ở các ruộng trồng hoa và trồng rau ở phường Tây Tựu (quận Bắc Từ Liêm ) và xã Mê Linh (huyê ̣n Mê Linh ), Hà Nội . Tây Tựu và Mê Linh là hai vùng trồng hoa lâu năm, lớn nhất của Hà Nội. Các ruộng trồng hoa và trồng rau chọn lấy mẫu tương đối cách xa nhau để không bị ảnh hưởng lẫn nhau bởi chế độ gieo trồng, bón phân và tưới tiêu. Ruộng chọn lấy mẫu có năng suất hoa theo vụ và theo năm ở mức trung bình.

Mẫu đất và nước được lấy 2 lần trong một năm vào tháng 5 và tháng 7 hàng năm. Mẫu lấy vào các năm 2009, 2012, 2014 ở Tây Tựu và năm 2010, 2012, 2014 ở Mê Linh. Các mẫu đất và nước được lấy hàng năm tại cùng một vị trí. Việc lấy mẫu và bảo quản mẫu được thực hiện theo TCVN 6663-1:2011 [5], lấy mẫu đất theo QCVN 03:2008 [11].

+ Mẫu đất được lấy ở các ruộng trờng hoa và tr ồng rau để phân tích xác định hàm lượng các KLN Cd, Cu, Pb, Zn, Hg, As dạng tổng số và linh động, và các nhóm hóa chất BVTV.

+ Các mẫu nước được lấy ở ao tù chứa nước sát các ruộng trồng hoa và trồng rau và lấy ở các kênh mương dẫn nước tưới cho các ruộng trồng hoa và tr ồng rau. Các mẫu nước lấy để phân tích xác định các KLN Cd, Cu, Pb, Zn.

+ Các mẫu đất và nước lấy ở các ruộng trồng hoa và trồng rau, gồm: - Ruộng trồng hoa hồng 2 năm;

- Ruộng trồng hoa hồng 4 năm, - Ruộng trồng hoa hồng 6 năm, - Ruộng trồng hoa cú c, - Ruộng trồng hoa đồng tiền;

- Các mẫu đất so sánh được lấy ở ruộng trồng rau cải ng ọt; các mẫu đất đối chứng được lấy ở bãi đất hoang bên đường (ở Tây Tựu) và bên bờ đê sông Hồng (ở Mê Linh) gần khu vực lấy mẫu nghiên cứu.

Mỗi ruộng chuyên canh hoa lấy mẫu có diện tích khoảng 90 m2 (chiều rộng 1,2-1,5 m và chiều dài khoảng 60 m).

+ Mẫu đất được lấy theo đường chéo, lấy 4 mẫu ở hai đầu đường chéo và một mẫu lấy điểm giao của hai đường chéo. Lấy mẫu đất theo 2 lớp độ sâu 0-20 cm

và 20-40 cm. Trên mỗi ruộng, lấy ở 5 vị trí, mỗi vị trí lấy 2 mẫu ở 2 độ sâu khác nhau, mỗi độ sâu lấy 200 g, trộn đều mẫu ở cùng một độ sâu. Mẫu đất đối chứng lấy ở 5 điểm theo đường chéo ô vuông cạnh dài 50 cm, trộn đều 5 điểm mẫu, lấy 200 g tương tự như mẫu đất nghiên cứu.

Chia mẫu đất đã lấy làm 2 phần bằng nhau, mỗi phần cho vào 01 túi PVC và dán nhãn ghi đầy đủ thông tin về địa điểm, ngày thu , sinh cảnh thu… bu ộc chặt miệng túi, bảo quản mẫu trong thùng kín. Chuyển mẫu về phịng thí nghiệm. Mẫu được giữ ở 5oC cho đến khi phân tích.

Ký hiệu mẫu đất và thơng tin hiển thị ký hiệu mẫu được ví dụ như sau: - Mẫu ký hiệu 3Đ20-H2-T5-10 được hiểu là mẫu của cùng một ruộng trồng hoa hồng 2 năm số 3, mẫu đất, lấy ở độ sâu 0-20 cm, trồng hồng 2 năm, nơi lấy Tây Tựu, lấy tháng 5/2010.

- Mẫu ký hiệu 1Đ40-HC-M7-12 được hiểu là mẫu của cùng một ruộng

trồng hoa cúc số 1, mẫu đất, lấy ở độ sâu 20-40 cm, trồng hoa cúc, nơi lấy Mê Linh, lấy tháng 7/2012.

- Mẫu ký hiệu 6Đ20-ĐC-M7-12 được hiểu là mẫu của cùng một vị trí lấy mẫu số 6, mẫu đất, lấy ở độ sâu 0-20 cm, đất đối chứng, nơi lấy Mê Linh, lấy tháng 7/2012.

- Mẫu ký hiệu 6Đ20-ĐC-M7 được hiểu là mẫu đất của cùng một vị trí lấy mẫu số 6, ở độ sâu 0-20 cm, đất đối chứng, nơi lấy Mê Linh, lấy vào tháng 7 có giá trị trung bình 3 năm.

+ Các mẫu nước lấy ở khu vực nghiên cứu gồm nước mặt, nước giếng khoan, nước ngầm khoan để tưới và sinh hoạt. Lấy 5 mẫu nước mặt ở giữa lòng mương dẫn nước tưới ở gần các ruộng trồng hoa và trồng rau lấy mẫu đất nêu trên; các mẫu nước ngầm được lấy từ các vòi hút trực tiếp từ giếng khoan lên hoặc lấy trực tiếp ở giếng khoan hở. Mỗi mẫu nước lấy là 500 mL đựng đầy trong chai nhựa PVC có dung tích 500 mL. Cho vào mỗi lọ mẫu nước 1 mL axít nitric 5N.

Ký hiệu các mẫu nước và thông tin hiển thị về mẫu nước được ví dụ như sau: - Mẫu ký hiệu 3N-H2-M5-10 được hiểu là vị trí lấy mẫu số 3, mẫu nước mặt, gần ruộng trồng hồng 2 năm, nơi lấy Mê Linh, lấy tháng 5/2010.

- Mẫu ký hiệu 5N-ĐT-T7-12 được hiểu là vị trí lấy mẫu số 5, mẫu nước

- Mẫu ký hiệu 3N-H2-M5 được hiểu là vị trí lấy mẫu số 3, mẫu nước mặt, gần ruộng trồng hoa hồng 2 năm, nơi lấy Mê Linh, lấy vào tháng 5. Đây là mẫu có giá trị KLN trung bình 3 năm.

- Mẫu ký hiệu 7N-NN-T5 được hiểu là vị trí lấy mẫu số 7, mẫu nước ngầm, nơi lấy Tây Tựu, lấy vào tháng 5 và là mẫu có giá trị KLN trung bình 3 năm.

2.5.1.1. Địa điểm lấy mẫu đất và mẫu nước vùng trồng hoa ở Tây Tựu

Sơ đồ và vị trí tọa độ lấy mẫu đất và mẫu nước vùng trồng hoa ở Tây Tựu được nêu trong phần phụ lục 1. Ký hiệu mẫu đất và nước lấy ở các ruộng trồng hoa, mẫu đất so sánh trồng rau và mẫu đất đối chứng lấy ở phường Tây Tựu được nêu ở bảng 2.1.

Bảng 2.1. Ký hiệu mẫu đất và nước nghiên cứu lấy ở Tây Tựu

Điểm lấy mẫu

Mẫu lấy tháng 5 hàng năm Mẫu lấy tháng 7 hàng năm

Đất Nƣớc Đất Nƣớc Đất trồng hoa đồng tiền 1Đ20-ĐT-T5-09 1N-ĐT-T5-09 1Đ20-ĐT-T7-09 1N-ĐT-T7-09 1Đ40-ĐT-T5-09 1Đ40-ĐT-T7-09 1Đ20-ĐT-T5-12 1N-ĐT-T5-12 1Đ20-ĐT-T7-12 1N-ĐT-T7-12 1Đ40-ĐT-T5-12 1Đ40-ĐT-T7-12 1Đ20-ĐT-T5-14 1N-ĐT-T5-14 1Đ20-ĐT-T7-14 1N-ĐT-T7-14