Hóa chất BVTV gây các tác động tới hệ sinh vật đất các tác động ấy có thể bao gồm cả các tác động có lợi và các tác động có hại. Chúng có thể gây ra các tác động có tính trực tiếp, mang tính ngắn hạn và ngay lập tức khu hệ sinh vật đất do các sinh vật trong đất tác dụng với các hóa chất độc hại; hoặc các tác động có thể mang tính gián tiếp do sự thay đổi do các phản ứng hóa học gây ra ảnh hƣởng tới môi trƣờng cũng nhƣ nguồn thức ăn của các loài sinh vật này. Trong một số trƣờng hợp khi sử dụng hóa chất BVTV chỉ gây ra các tác động mang tính ngắn hạn do sự hồi phục nhanh chóng của quần xã sinh vật đất (Angus và cộng sự, 1999) [36].
Thuốc diệt cỏ và thuốc diệt côn trùng ăn lá thƣờng chỉ có ảnh hƣởng nhỏ tới hệ VSV đất trong khi các loại thuốc diệt nấm và thuốc dạng xông khói thƣờng gây các thay đổi đáng kể tới khu hệ sinh vật đất (bảng 1.8) [30]. Ví dụ nhƣ thuốc diệt cỏ Glyphosate có khả năng gây kích thích sự ra tăng của các quần thể xạ khuẩn và nấm và làm giảm về số lƣợng của quần thể vi khuẩn (Araujo và cộng sự, 2003). Thuốc diệt
Nguyễn Văn Tuyến – Cao học KHMT K18 Trang 25
nấm Benomyl tác động bất lợi đến nhóm rễ nấm cộng sinh Mycorrhiza (Smith và cộng sự, 2000) [30].
Bảng 1.8. Ví dụ về ảnh hƣởng của hóa chất BVTV tới sinh vật đất Hóa chất
BVTV Vi sinh vật đất
Mức ảnh hƣởng tới VSV
đất Nguồn tham khảo
Hóa chất diệt cỏ
Vi khuẩn phản nitrat và nitrat
Prosulfuron ức chế N2O và NO đƣợc tạo ra bởi vi khuẩn
Kinney và cộng sự. 2005
Nấm Mycorrhiza Giảm trong một vài trƣờng
hợp
Dodd và Jeffries 1989
Protozoa
Giảm do sự gia tăng của hàm lƣợng 2,4- D, simazine, diuron, monuron, cotoran Tăng trong nhóm Prozota có vai trò kích thích sự phát triển của vi khuẩn
Gupta. 1994
Hóa chất diệt côn trùng
Vi khuẩn Chloryriflos làm giảm về số
lƣợng Pahndey và Singh. 2004) Nấm Chloryriflos làm tăng rõ rệt về số lƣợng Pahndey và Singh. 2004
Prozoa Diazinon làm tăng quần thể
prozoa Ingham và Coleman. 1984 Hóa chất diệt nấm Vi khuẩn phản nitrat và nitrat Mancozeb và Chlorothalonil hạn chế tạo ra N2O và NO Kinney và cộng sự. 2005 Nguồn:[30]
Nguyễn Văn Tuyến – Cao học KHMT K18 Trang 26
Đôi khi các sản phẩm của suy thoái của HCBVTV dƣới tác động của vi khuẩn là các chất độc hại hơn so với các chất hóa học ban đầu. Jill Clapperton và cộng sự (2009) đã nghiên cứu sự phân hủy của hai thuốc trừ cỏ ba lá chọn lọc là Mikado và Callisto (tên thƣơng mại ở Châu Âu) và so sánh độc tính của sản phẩm phân hủy với các chất ban đầu [34]. Họ kết luận rằng việc nghiên cứu này là cần thiết để đánh giá khả năng gây độc của các sản phẩm phân hủy sinh học trung gian cũng nhƣ các hoạt chất và phụ gia trong công thức thuốc diệt cỏ thƣơng mại ban đầu. Sự đồng thuận chung giữa các nhà sinh thái học đất là chất diệt cỏ thƣờng đƣợc sử dụng không ảnh hƣởng lớn đến sự đa dạng và chức năng chung của khu hệ vi sinh vật đất [34].
So với thuốc diệt cỏ, những tài liệu nghiên cứu về ảnh hƣởng của thuốc diệt nấm và thuốc trừ sâu trên các sinh vật đất vẫn còn ít và chƣa đầy đủ. Thuốc diệt nấm và thuốc trừ sâu có xu hƣớng tác động tiêu cực lớn hơn với các loài động vật đất. Tuy nhiên, các hóa chất này có thể bị phân hủy bởi vi khuẩn trong đất, làm cho việc xử lý sinh học trở thành thực tế. Thuốc trừ sâu cũng bị phân hủy bởi ánh sáng mặt trời và phản ứng hóa học phi sinh học trong đất. Với đủ thời gian, các hệ sinh thái đất có khả năng phục hồi nếu có sự xuất hiện của thuốc diệt nấm và thuốc trừ sâu đƣợc áp dụng, mặc dù sự phục hồi có thể mất vài tháng hoặc nhiều năm [28], [38].
Thuốc diệt nấm đƣợc sử dụng để ngăn ngừa bệnh nấm nhƣ phƣơng pháp điều trị hạt giống, hoặc để điều trị hoặc ngăn chặn một bệnh đặc biệt khi áp dụng trên lá hoặc đất. Việc sử dụng thuốc diệt nấm có khả năng tác dụng phụ tồi tệ nhất của là nó giết chết hầu hết các loại nấm trong đất hoặc xung quanh các hạt giống, trong đó trên thực tế nó có thể bảo vệ cây con từ các tác nhân gây bệnh hoặc đem lại các lợi ích khác. Trong trƣờng hợp xấu nhất, một loại thuốc diệt nấm có thể ngăn chặn nấm rễ có lợi từ rễ cây trồng. Tuy nhiên, nó chỉ tạm thời ức chế (thƣờng 3 - 4 tuần) có tác động nhỏ vào số lƣợng tổng thể của nấm rễ [28].
Nguyễn Văn Tuyến – Cao học KHMT K18 Trang 27
Việc sử dụng liên tục và lâu dài của thuốc trừ sâu tác động đến quần thể vi sinh vật vùng rễ tiêu cực hơn so với cả hai thuốc diệt cỏ và thuốc diệt nấm. Một lần nữa, hầu hết các thuốc trừ sâu là nhanh chóng bị phân hủy bởi vi khuẩn trong đất. Chlorpyrifos (Lorsban), một thuốc trừ sâu gây độc thần kinh đƣợc sử dụng rộng rãi có thể suy thoái trong vài ngày (20 ngày). Mặc dù chúng có thể tác động lên các vi khuẩn và nấm đất trong suốt thời gian đó nhƣng những vi sinh vật có thể phục hồi trong một vài tuần. Tuy nhiên, tác động của thuốc trừ sâu này trên động vật đất có thể liên tục và khó phục hồi [28].
Nói chung, tác động tiêu cực mạnh nhất của thuốc trừ sâu phổ biến hơn trên chu trình nitơ, mà đặc biệt đúng trong đất nhiệt đới. Ví dụ: hoạt chất Imidacloprid trực tiếp ức chế vi khuẩn cố định nitơ với cây đậu xanh. Chlorpyrifos cùng với quinalphos và một số pyrethroid đều đƣợc chứng minh là có tác động tiêu cực đến khả năng cố định nitơ của vi khuẩn sống tự do Azospirillum spp. Nhiều trong số các tác dụng phụ khác của thuốc trừ sâu đƣợc tìm thấy trong các phƣơng pháp điều trị của hạt giống hoặc đất là gián tiếp. Ví dụ: Xử lý hạt với diazinon, Imidacloprid và lindane làm tăng sự hấp thu photpho của cây trồng [28].
Tuy nhiên, thuốc trừ sâu có thể có lợi cho sự phát triển của vi khuẩn phân hủy cụ thể có thể sử dụng các thành phần phân tử khác nhau của các hóa chất. Trong các quần thể vi sinh vật nƣớc ngọt tiếp xúc với dòng chảy bị ô nhiễm thuốc diệt cỏ, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng sinh vật sản xuất đã tăng gấp đôi, trong khi các quần thể vi khuẩn Cyanobacteria đã tăng 4,5 lần và Picocyanobacteria tăng gấp 40 lần, mặc dù quần thể sinh vật phù du giảm [38].
Hóa chất bảo vệ thực vật đƣợc sử dụng đã tăng lên rất nhiều trong suốt 30 năm qua, ƣớc tính hiện tại của tổng số lƣợng sử dụng hàng năm trên thế giới vƣợt quá 1800000 tấn. Khoảng 50% trong số này đƣợc sử dụng trong việc bảo vệ cây trồng nông nghiệp (Bradly, 1980). Hóa chất bảo vệ thực vật đƣợc sử dụng rộng rãi khắp thế giới
Nguyễn Văn Tuyến – Cao học KHMT K18 Trang 28
để kiểm soát nấm và côn trùng phá hoại cây trồng. Tuy nhiên, các hóa chất nông nghiệp cũng tiêu diệt nhiều loại vi sinh vật có ích (Venkatuaman, 1972; Roger và Kulasonya, 1980) [26].
Hóa chất bảo vệ thực vật ảnh hƣởng đến nhiều quá trình khác nhau của vi khuẩn trong đất, ức chế phân hủy và tùy thuộc vào loại và tỷ lệ ứng dụng, có thể làm thay đổi sinh khối về số lƣợng và chất lƣợng trong cả thời gian ngắn hạn và dài hạn [26]. Hiệu ứng ngắn hạn liên kết với việc sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu thƣờng liên quan đến rối loạn các chất hóa học và cân bằng sinh học trong đất. Sử dụng thuốc trừ sâu đã ức chế hoạt động của các vi sinh vật cố định nitơ và nitrat hóa từ 4 đến 12 tuần trong đất (Bollen, 1961; Chandra, 1964). Việc sử dụng phân bón hóa học và thuốc trừ sâu đã có mức khuyến cáo, tuy nhiên vẫn có những ảnh hƣởng trực tiếp lâu dài lên các quần thể vi sinh vật và hoạt động của chúng (Wainwright, 1978; Biederbeck và cộng sự, 1987). Một số thuốc bảo vệ thực vật có thể bị phân hủy nhanh hơn trong đất có hàm lƣợng chất hữu cơ cao, có lẽ vì các hoạt động của vi sinh vật mạnh mẽ hơn (Greaves và cộng sự, 1976) [26].
Có một số báo cáo về độc tính của nhiều loại thuốc bảo vệ thực vật với vi khuẩn cố định nitơ trong đất canh tác lúa nƣớc (Singh, 1973; Kar và Singh, 1978; Adhikary, 1989; Das và Adhikary, 1996) [26]. Việc sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu hóa học tổng hợp đƣợc cho là có hại cho các vi sinh vật và các dạng sống khác (Wolf, 1977). Sử dụng các loại thuốc bảo vệ thực vật có thể làm giảm quần thể vi sinh vật tổng số (Greaves và cộng sự, 1976) mà một số nhà nghiên cứu cho rằng là do giảm tàn dƣ hữu cơ đầu vào từ kiểm soát cỏ dại (Wainwright, 1978). Fraser và cộng sự (1988) đã tiến hành nghiên cứu thực tế để đánh giá các quần thể vi sinh vật và các hoạt động của chúng theo mô hình cach tác hữu cơ và thông thƣờng. Họ đã quan sát thấy rằng không có sự khác biệt đáng kể nào đƣợc tìm thấy khi đo các đặc tính sinh học do thuốc trừ sâu
Nguyễn Văn Tuyến – Cao học KHMT K18 Trang 29
ở mức thấp. Họ kết hợp với cả phân bón nhƣng cũng có ít ảnh hƣởng trực tiếp khi đo lƣờng hoạt động của vi sinh vật đất [26].
Xu và Zhang (1997) nghiên cứu các tác động của Methaniclophos đƣợc sử dụng rộng rãi kiểm soát dịch hại côn trùng ở cây bông, áp dụng ở các mức 0 - 0.5 - 2.5 - 5 và 10 mg/g đất cho thấy sự tăng trƣởng của vi khuẩn, xạ khuẩn Azotobacter bị ức chế, trong khi tăng trƣởng nấm đƣợc kích thích. Họ cũng nói rằng, nhìn chung, hô hấp đất đã đƣợc kích thích, nhƣng nó đã cho thấy một xu hƣớng phức tạp và ảnh hƣởng của Methamidophos mạnh mẽ hơn và kéo dài lâu hơn khi liều lƣợng tăng [26].
Das và Adhikary (1996) thấy rằng các ứng dụng của Sevin, Rogor và Hildan, (thuốc bảo vệ thực vật ở cấp thƣơng phẩm) ở các mức đề nghị (4 kg/ha Sevin và 1.0 l/ha cho Rogor và Hildan) có thể không ảnh hƣởng đáng kể sự phát triển của sinh vật đất có lợi. Tuy nhiên, sự gia tăng nồng độ của thuốc trừ sâu ở mức cao có thể ảnh hƣởng bất lợi đến sự tăng trƣởng của vi sinh vật. Nhiều nghiên cứu về ảnh hƣởng của thuốc trừ sâu đến vi sinh vật đã không xác định bất kỳ tác động có hại lâu dài về thành phần, số lƣợng và hoạt động của vi sinh vật ít nhất là ở mức ứng dụng bình thƣờng (Johnen và Frew, 1977) [26]. Những tác động của thuốc bảo vệ thực vật thƣờng thể hiện rõ trong 3 tuần nuôi cấy. Ví dụ nhƣ các sinh vật nitrat có khả năng phục hồi sau 3 tuần và quá trình nitrat hóa xảy ra nhƣ bình thƣờng [26].
Theo Anderson và cộng sự (1992), thuốc trừ sâu đƣợc sử dụng không đúng hƣớng dẫn nhƣ đƣợc thử nghiệm nên có ảnh hƣởng sinh thái tiêu cực tác động đến quá trình khoáng hóa cacbon và nitơ trong đất [26].
Nguyễn Văn Tuyến – Cao học KHMT K18 Trang 30