Rau là cây trồng có thời gian sinh trƣởng tƣơng đối ngắn nhƣng lại cho một khối lƣợng sản phẩm (năng suất, sản lƣợng) rất cao, từ 20 - 60 tấn/ha do vậy cây rau đòi hỏi phải đƣợc bón nhiều phân và đất trồng rau phải là đất tƣơng đối tốt. Có thể hình
Lª ThÞ H-êng K18 Cao häc M«i tr-êng
dung đƣợc điều đó qua ví dụ sau đây: để thu đƣợc 1 tấn cải bắp, cây cải bắp đã lấy đi từ đất 3,5kg N, 1,3kg P2O5 và 4,3kg K2O; nhƣ vậy 1 ha cải bắp nếu đạt năng suất 40 tấn thì đất đã mất đi 140kg N nguyên chất (tƣơng đƣơng với 304 kg đạm urê), 52 kg P2O5 (tƣơng đƣơng với 325 kg supe lân) và 172kg kali nguyên chất (K2O) tƣơng đƣơng với 358 kg phân kali thƣơng phẩm. Đó là chƣa kể đến phần lá già phải bỏ đi. Nhu cầu về chất dinh dƣỡng lớn nhƣ vậy vƣợt quá khả năng cung cấp của đất, dù là loại đất cực kỳ màu mỡ, vì vậy phải trông vào nguồn phân bón bón cho đất trồng rau. Dù là rau ăn lá, ăn củ hay rau ăn quả các loại cây rau nào cũng yêu cầu đầy đủ các chất dinh dƣỡng cơ bản là đạm, lân và kali cùng một số nguyên tố vi lƣợng thiết yếu để tạo nên giá trị dinh dƣỡng đặc biệt của cây rau.
Thêm vào đó, việc sử dụng phân bón cũng làm tích lũy kim loại nặng trong đất do kim loại nặng có khá nhiều trong sản phẩm dùng làm phân bón.
Bảng 8: Hàm lượng một số KLN trong một số phân bón thông thường
Nguyên tố
Bùn thải Phân chuồng Phân
lân Vôi Phân đạm
(mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) As 2 - 26 3 - 25 2 - 1200 0,1 - 24,0 2,2 - 120 Cd 2 - 1500 0,3 - 0,8 0,1 - 170 0,04 - 0,1 0,05 - 8,5 Cr 20 - 40600 5,2 - 55 66 - 245 10 - 15 3,2 - 19 Co 2 - 260 0,3 - 24 1 - 12 0,4 - 3 5,4 - 12 Cu 5 - 3300 2 - 60 1 - 300 2 - 125 < 1 - 15 Hg 0,1 - 55 0,09 - 0,2 0,01 - 1,2 0,05 0,3 - 2,9 Ni 16 - 5300 7,8 - 30 7-38 10 - 20 7 - 34 Pb 50 - 3000 6,6 - 15 7 - 225 20 - 1250 2 - 27 Zn 700 - 49000 15 - 250 50 - 1.450 10 - 450 1 - 42
Lª ThÞ H-êng K18 Cao häc M«i tr-êng
Hóa chất BVTV cũng là một nguồn đƣa KLN vào nông nghiệp: nhiều loại thuốc trừ sâu, diệt nấm và vật gây hại cho mùa màng có chứa các muối KLN rất độc, ví dụ: HgCl2 và các hợp chất hữu cơ có chứa Hg, CuSO4, Na3AsO4 (gặp ở thuốc diệt côn trùng và một số động vật không xƣơng), đặc điểm có thời gian phân huỷ chậm 6 tháng đến 2 năm, nó có thể tạo nên một dƣ lƣợng đáng kể trong đất và bị lôi cuốn vào chu trình đất, nƣớc, cây trồng, vật nuôi và con ngƣời và gây nên hiện tƣợng mất cân bằng đối với vi sinh vật và sinh học trong đất (Jagk E. Fergusson, 1991) [30].
Hóa chất BVTV cũng là một nguồn đƣa KLN vào nông nghiệp: nhiều loại thuốc trừ sâu, diệt nấm và vật gây hại cho mùa màng có chứa các muối KLN rất độc, ví dụ: HgCl2 và các hợp chất hữu cơ có chứa Hg, CuSO4, Na3AsO4 (gặp ở thuốc diệt côn trùng và một số động vật không xƣơng), đặc điểm có thời gian phân huỷ chậm 6 tháng đến 2 năm, nó có thể tạo nên một dƣ lƣợng đáng kể trong đất và bị lôi cuốn vào chu trình đất, nƣớc, cây trồng, vật nuôi và con ngƣời và gây nên hiện tƣợng mất cân bằng đối với vi sinh vật và sinh học trong đất (Jagk E. Fergusson, 1991) [30].
1.3.3.3. Sử dụng nước tưới
Theo tác giả Tạ Văn Cƣờng (2009) [20] khi nghiên cứu đánh giá mức độ ảnh hƣởng của kim loại nặng trong đất, nƣớc đến sự tích luỹ của chúng trong một số loại rau tại Hà Nội đƣa ra: hàm lƣợng As trong các mẫu nƣớc dao động từ 0,0001 đến 0,4866 mg/l. Có 15/806 (1,86%) mẫu nƣớc đã kiểm tra có hàm lƣợng As vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép. Trong đó, chủ yếu tập trung tại Duyên Hà (7 mẫu), xã Vạn Phúc (6 mẫu), xã Tam Hiệp (1 mẫu) thuộc huyện Thanh Trì với tỷ lệ mẫu nƣớc ngầm bị nhiễm là 50% (11/22 mẫu), quận Long Biên có tỷ lệ mẫu nƣớc ngầm bị nhiễm As là 25% (1/4 mẫu).
Lª ThÞ H-êng K18 Cao häc M«i tr-êng
1.4. Các nghiên cứu về Cd liên quan đếm môi trƣờng và sức khỏe con ngƣời
1.4.1. Độc tính Cd
Cadmium (Cd) là kim loại màu trắng dịu, điểm xanh, ít khi tìm thấy ở dạng nguyên chất, thƣờng tồn tại trong tự nhiên ở dạng Cd2+. Cd có nguyên tử lƣợng là 112,40 và áp suất bay hơi là 1,4 mm Hg, sôi ở 55550C. Cd nguyên chất không tan trong nƣớc còn các muối Cd có nồng độ hoà tan từ 0,00013 đến 140g/100ml.
Theo Báo cáo của Bộ Môi trƣờng Canada (CCME, 1997), Cd có thể ảnh hƣởng đến vi sinh vật đất và một số hoạt động vi sinh nhƣ sau: Tổng số vi khuẩn và nấm trong đất bắt đầu giảm đáng kể khi nồng độ Cd trong đất lớn hơn 2,9mg Cd/kg; ở nồng độ 5ppm Cd quá trình khoáng hóa giảm 17- 39%. Khi nồng độ lên đến 1000ppm quá trình nitrat hoá giảm 60%.
Cây trồng hút Cd khác nhau tuỳ theo họ và loài. Sự di chuyển Cd trong thực vật cũng khác nhau, có loài tích luỹ ở rễ, có loài tích luỹ ở lá. Nồng độ Cd thấp nhất bắt đầu xuất hiện độc hại nhìn thấy đƣợc đối với thực vật là 2,5 - 4mg/kg; ở nồng độ này năng suất lúa mỳ giảm 21%, ngô nảy mầm 28%.
Vật nuôi và động vật hoang dã có thể bị ngộ độc Cd khi ăn phải thức ăn giàu Cd; dĩ nhiên mức độ độc hại tuỳ theo loài, tuổi và trọng lƣợng cũng nhƣ phụ thuộc vào cả các cation khác trong thức ăn. Ví dụ các loại động vật có vú và chim có thể bị ngộ độc Cd ở nồng độ 15 - 1350 mg/kg trọng lƣợng. Trong giai đoạn tăng trọng, trọng lƣợng đàn lợn có thể giảm đến 96% mức tăng trọng nếu ăn mỗi ngày 140mg Cd/kg trọng lƣợng. Đối với vật nuôi thí nghiệm, liều bán tử vong LD50 qua thí nghiệm ở chuột theo con đƣờng tiêu hóa là 88- 357mg CdCl/kg trọng lƣợng. Trong môi trƣờng chứa oxit Cd, LD50 (hô hấp) là 29mgCd/m3 trong 15 phút.
Đối với sức khỏe con ngƣời Cd vào cơ thể qua phổi, bộ máy tiêu hóa. Khi bị nhiễm Cd, ngƣời ta có thể bị nôn mửa, ỉa chảy, rỏ nƣớc dãi, hay co giật. Với nồng độ từ 0,25 - 0,5 mg/kg trọng lƣợng qua con đƣờng tiêu hóa đã có thể gây ra đau dạ
Lª ThÞ H-êng K18 Cao häc M«i tr-êng
1.4.2. Các nghiên cứu về Cd
Hàm lƣợng Cd trong đất trung bình nằm trong khoảng 0,05 - 1,2 ppm . Đất podzol và đất cát có hàm lƣợng Cd thấp. Đất phù sa, đất giầu chất hữu cơ có tỷ lệ cadmi cao hơn. Hàm lƣợng Cd trong đất phụ thuộc thành phần đá mẹ, chất hữu cơ tỷ lệ sét và các sesqui ôxit (R2O3).
Nồng độ Cd trong dung dịch đất tƣơng đối thấp, nằm trong khoảng 0,2 - 6 mg/lit. Khi Cadimi hoà tan đạt đến 300 mg - 400 mg/lit là đất bị ô nhiễm.
Khả năng hoà tan của hợp chất Cd phụ thuộc vào độ pH và thế oxyhoá-khử của đất. Bắt đầu từ ngƣỡng pH 4 - 4,5 cứ pH giảm 0,2 đơn vị thì nồng độ Cd tăng từ 3 đến 5 lần. Trong môi trƣờng kiềm Cd kết tủa dƣới dạng cadmi hydroxit. Ở đất có cacbonat nếu tăng cƣờng bón vôi độc tính của Cd giảm.
Trong đất, độ tan của các hợp chất Cadimi khó tan sắp xếp nhƣ sau :
Cd sulfua < Cd hydroxit < Cd Cacbonat
Trong đất Cd liên kết mạnh với kẽm và chì về mặt địa hoá, nên đất nào có hàm lƣợng kẽm và chì cao thì tỷ lệ Cd cũng cao và ngƣợc lại. Đất đai gần xí nghiệp luyện kẽm, chì hàm lƣợng Cd trên lớp đất mặt có thể lên đến 1700 ppm.
Theo tác giả Pendias, 1985 hàm lƣợng Cd trong đất tầng mặt của số nƣớc trên thế giới dao động từ 0,07- 1,10 mg/kg (bảng 9)
Bảng 9 : Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất tầng mặt ở một số nước trên thế giới
TT Loại đất Địa điểm Cd (mg/kg)
1 Đất Podzols và đất thịt Ba Lan 0,07 2 Đất thịt nhẹ và sét Canada 0,64 3 Đất phù sa Úc 0,37 4 Đất phù sa Anh 1,10 5 Đất nâu Áo 0,33 6 Đất mùn và các loại
Lª ThÞ H-êng K18 Cao häc M«i tr-êng
TT Loại đất Địa điểm Cd (mg/kg)
7 Đất mùn và các loại
đất giàu hữu cơ khác Mỹ 0,73
8 Đất Rendzinas Ba Lan 0,62
Nguồn: Alina Kabata Pendias, 1985[27]
Nhƣng Cd cũng có ái lực rất mạnh với lƣu huỳnh. Trong điều kiện khử các hợp chất lƣu huỳnh trong đất bị các vi khuẩn khử sulfat khử thành các hợp chất sulfua, hình thành các ion Sulphua (S 2-). S 2- kết hợp với Cd thành CdS khó tan. Việc hút Cd của lúa gặp khó khăn, giảm nhiều sau khi tháo nƣớc vào ruộng và ngƣợc lại.
Việc đồng hoá Cd phụ thuộc vào bản chất sinh lý của cây. Trong cùng một cây hàm lƣợng cadimi ở mỗi bộ phận một khác. Đối với lúa, hàm lƣợng Cd giảm dần theo thứ tự sau đây:
Rễ > thân > lá > hạt thóc > hạt gạo.
Khi hàm lƣợng Cd trong môi trƣờng cao thì hàm lƣợng Cd trƣớc hết tăng ở rễ. Thậm chí hàm lƣợng Cd trong rễ cao gấp 100 lần trong lá.
Việc hút Cd còn thay đổi theo nguồn Cd cung cấp cho cây. Nói chung Cd do con ngƣời đƣa vào đƣợc cây đồng hoá mạnh hơn Cd vốn có trong đất (Grupe và Kuntze, Filipínki).
Nguồn ô nhiễm Cd của đất không phải chỉ từ nƣớc thải mà còn đến qua khí quyển và phân bón.
Bảng 10: Hàm lượng Cd trung bình trong một số cây thực phẩm (ppm)
Loại cây Bộ phận lấy mẫu Theo chất tƣơi Trong tro
Lª ThÞ H-êng K18 Cao häc M«i tr-êng
Loại cây Bộ phận lấy
mẫu Theo chất tƣơi Trong tro
Rau diếp lá 0,11 - 0,42 3,00 Cả rốt củ 0,03 - 0,15 2,10 Hành củ 0,01 - 0,05 1,20 Khoai tây củ 0,001 - 0,090 1,80 Cà chua quả 0,02 - 0,11 1,00 Táo quả 0,003 - 0,030 0,19 Cam quả 0,002 - 0,001 0,14
Nguồn: Grupe và Kuntze, Filipínki
Ở những nơi đất bị ô nhiễm (vùng khai khoáng, cơ sở chế biến kim loại, nông trại tƣới bằng bùn thải, nơi không khí bị ô nhiễm bụi) hàm lƣợng Cadimi trong:
củ cà rốt lên đến 3,7 ppm ngô hạt lên đến 35 ppm lá rau diếp lên đến 5,2 - 70 ppm hạt lúa mì lên đến 14,2 ppm lá cải bắp lên đến 1,7 - 3,8 ppm hạt gạo xay lên đến 5,2 ppm lá lúa mì lên đến 47 ppm rễ lúa mì lên đến 397 - 898 ppm Đất ô nhiễm Cadimi nặng nhất là ở vùng khai thác quặng và làm giầu quặng:
Cơ sở chế biến kim loại hàm lƣợng Cd trong đất có nơi lên đến 1500 ppm Cơ sở khai thác kẽm hàm lƣợng Cadimi trong đất có thể lên đến 336 ppm Đất nông trại đƣợc bón bằng bùn thải, cũng bị ô nhiễm Cadimi nhƣng cao nhất cũng chỉ đễn 167 ppm. Hàm lƣợng Cadimi trong đất lúa Nhật Bản lên đến 7,5 ppm.
Theo Phạm Quang Hà (2001-2003) [7] nghiên cứu hàm lƣợng Cd của đất phù sa miền Bắc Việt Nam với xác suất phân bố 97,5% dao động từ 0,175 – 1,404 mg/kg. Đây là khoảng giá trị nền Cd đƣợc đề xuất trong giai đoạn 2001-2003.
Nguyễn Đình Mạnh (2000) [16] nghiên cứu hàm lƣợng cadimi trong rau vùng ven Hà Nội cho thấy: Hàm lƣợng cadimi trong bắp cải, cải xanh, cải bao dao
Lª ThÞ H-êng K18 Cao häc M«i tr-êng
động từ 0,009 - 0,019 mg/kg, trong một số loại rau ăn quả từ 0,009 - 0,014 mg/kg, trong một số loại rau ăn thân và ăn củ từ 0,009 - 0,014 mg/kg và trong nhóm rau gia vị từ 0,009 - 0,028 mg/kg. Kết quả nghiên cứu cho thấy ở nhóm rau gia vị đã có một số mẫu rau có hàm lƣợng cadimi vƣợt quá tiêu chuẩn an toàn (0,028 mg/kg).
Vũ Đình Tuấn & Phạm Quang Hà (2004) [25] cho rằng một số mẫu rau đã có biểu hiện tích luỹ kim loại nặng nhất là Pb và Cd tuy nhiên trong trƣờng hợp này chƣa phát hiện thấy có sự tƣơng quan giữa kim loại nặng tổng số trong đất với kim loại nặng trong rau, do vậy cần có các nghiên cứu sâu hơn để xác định nguồn gốc ô nhiễm kim loại nặng trong rau.
Tại Vân Nội nhóm tác giả Nguyễn Xuân Hải, 2009 [12] tiến hành lấy 07 mẫu, trong đó có 04 mẫu đất ruộng và 03 mẫu trầm tích ở các ruộng ngập nƣớc và mƣơng nƣớc tƣới. Kết quả phân tích hàm lƣợng Cd lên tới 3,260 mg/kg vƣợt quá tiêu chuẩn cho phép QCVN 03: 2008 (2 mg/kg) gấp 1,63 lần. Và tại xã Vĩnh Quỳnh, huyện Thanh Trì, có 05 mẫu đƣợc lấy trong đó có 03 mẫu đất và 02 mẫu bùn. Kết quả phân tích cũng tìm thấy hàm lƣợng Cd trong 2 mẫu bùn đều vƣợt tiêu chuẩn cho phép từ 1,2-1,7 lần. Nhƣ vậy đất và bùn trên địa bàn nghiên cứu đã có dấu hiệu cảnh báo ô nhiễm Cd.
Theo kết quả nghiên cứu của đề tài ACIAR [28] hàm lƣợng Cd trong đất và trong rau ăn lá tại Hà Nội đƣợc trình bày trong bảng nhƣ sau:
Bảng 11: Hàm lượng Cd trung bình trong đất và rau ở Hà Nội
Địa điểm nghiên cứu Cd mg/kg khô n
Trong đất Trong rau Gia Lâm
Trâu Quỳ 0,03 0,195 4
Đông Dƣ 0,24 0,177 6
Lª ThÞ H-êng K18 Cao häc M«i tr-êng
Địa điểm nghiên cứu Cd mg/kg khô n
Trong đất Trong rau
Văn Đức 0,1 0,036 6 Trung bình 0,11 0,143 Tối thiểu 0,03 0,036 Tối đa 0,24 0,195 Đông Anh Vân Nội 0,09 0,041 4 Nam Hồng 0,05 0,092 4 Trung bình 0,07 0,067 Tối thiểu 0,05 0,041 Tối đa 0,09 0,092 Từ Liêm Phú Diễn 0,19 0,189 14 Tây Tựu 0,21 0,207 4 Trung bình 0,2 0,198 Tối thiểu 0,19 0,189 Tối đa 0,21 0,207 QCVN 03: 2008 2 -
Nguồn: Đề tài ACIAR[28]
Nhìn bảng trên cho thấy, hàm lƣợng Cd tích lũy trong đất ở 3 huyện Gia Lâm, Đông Anh và Từ Liên rất khác nhau, thấp nhất ở huyện Đông Anh có giá trị Cd trung bình đạt 0,07 mg/kg và cao nhất ở huyện Từ Liêm đạt giá trị trung bình là 0,2 mg/kg. Tuy nhiên so với quy chuẩn cho phép đều nằm trong ngƣỡng an toàn đối với đất sản xuất nông nghiệp. Hàm lƣợng Cd trong rau khá đồng nhất ở các điểm nghiên cứu thuộc huyện Gia Lâm, khoảng giá trị dao động trong khoảng 0,036 – 0,195mg/kg rau khô. Giá trị Cd trung bình trong rau thấp nhất đạt 0,067mg/kg rau
Lª ThÞ H-êng K18 Cao häc M«i tr-êng
khô nằm trong huyện Đông Anh, và giá trị cao nhất đạt 0,198 mg/kg rau khô đƣợc tìm thấy ở hầu hết mẫu rau của huyện Từ Liêm.
1.4.3. Nguồn gây ô nhiễm Cd trong đất
1.4.3.1. Bản chất đá mẹ
Kim loại nặng nói chung và Cd nói riêng luôn tiềm ẩn trong các hoạt động sản xuất công nghiệp, đặc biệt là các ngành công nghiệp nặng nhƣ chế tạo máy, luyện kim, khai thác mỏ... McLaughlin và B.R. Singh (1996) [32] nghiên cứu cho thấy trong đất bị ảnh hƣởng của chất thải công nghiệp đôi khi có hàm lƣợng Cd lên tới 1500mg/kg. Chất thải sinh hoạt cũng có hàm lƣợng Cd và một số các KLN độc hại đôi khi rất cao, khi thải ra môi trƣờng chúng làm ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, tích tụ và gây ô nhiễm môi trƣờng đất.
Lª ThÞ H-êng K18 Cao häc M«i tr-êng
Hình 1: Vòng tuần hoàn Cd trong hệ thống nông nghiệp
Nguồn: M. J. Mc Laughlin và B.R. Singh (1996)[32]
Trong các lớp đá mẹ, Cd thƣờng chỉ đạt ở mức 0,2 mg/kg. Các thành phần đá