Ảnh hưởng của hóa chất bảo vệ thực vật đến vi sinh vật đất trồng chè

Ảnh hưởng của hóa chất bảo vệ thực vật đến vi sinh vật đất trồng chè Nguyễn Văn Tuyến Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Khoa học Môi trường; Mã số: 60 85 02 Ngườ

Ảnh hưởng của hóa chất bảo vệ thực vật đến vi

sinh vật đất trồng chè Nguyễn Văn Tuyến

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Khoa học Môi trường; Mã số: 60 85 02

Người hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Xuân Cự

Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Tổng quan về hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV), Vi sinh vật (VSV) trong

đất, Tác động của hóa chất BVTV tới VSV đất và một số tính chất cơ bản của HCBVTV sử dụng trong thí nghiệm Khái quát về tình hình sử dụng đất và sản xuất chè tại vùng Tân Cương, Thái Nguyên Nghiên cứu một số tính chất cơ bản trong đất Tân Cương, ảnh hưởng của việc sử dụng hóa chất BVTV hóa học Actardor 100 WP tới khu hệ vi sinh vật đất, ảnh hưởng của việc sử dụng hóa chất BVTV sinh học Reasegant 3.6EC tới VSV trong đất Đề xuất một số khuyến nghị tích cực để duy trì

và bảo vệ hệ vi sinh vật đất tại vùng Tân Cương, Thái Nguyên

Keywords: Ô nhiễm môi trường; Ô nhiễm đất; Hóa chất bảo vệ thực vật; Vi sinh vật;

và chủ yếu Cùng với phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật được kì vọng là yếu tố quan trọng để đảm bảo cho một vụ mùa bội thu Tuy nhiên, do các loại hóa chất bảo vệ thực vật thường là các chất hoá học có độc tính cao nên mặt trái của chúng là rất độc hại với sức khoẻ con người

và là một đối tượng có nguy cơ cao gây ô nhiễm môi trường sinh thái nếu không được quản lý chặt chẽ và sử dụng đúng cách Trên thực tế, việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật chỉ một phần là tác dụng trực tiếp còn lại đến 50% là thất thoát vào môi trường, nhất là môi trường đất Do đó, chúng là tác nhân quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường đất

Hệ vi sinh vật đất là yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng tới khả năng chuyển hóa và cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng, đồng thời thực hiện chức năng duy trì sự sống trong đất Việc

nghiên cứu về sự phân bố, động thái của vi sinh vật đất, tìm kiếm những chủng mạnh, vừa có hoạt tính sinh học cao vừa phù hợp với điều kiện sinh thái là một trong những hướng đi đúng đắn nhằm thực hiện định hướng phát triển nền nông nghiệp bền vững Tuy nhiên, hiện nay vấn đề ô nhiễm đất đã ảnh hưởng không nhỏ đến khu hệ vi sinh vật trong đất, làm thay đổi theo chiều hướng tiêu cực đối với chất lượng đất

Là một trong những nước xuất khẩu chè lớn trên thế giới, nước ta có rất nhiều vùng chè đặc sản như Thái Nguyên, Phú Thọ, Lâm Đồng… Các vùng chè này không chỉ được biết đến với hương vị chè của địa phương mà còn được biết đến vì kĩ thật thâm canh cây chè cao Hóa chất bảo vệ thực vật đã trở thành một yếu tố không thể thiếu để đảm bảo năng suất chè của các vùng thâm canh cao này Tuy nhiên hóa chất bảo vệ thực vật là một trong những nhân

tố gây ô nhiễm môi trường do bị lạm dụng, thiếu kiểm soát hoặc dùng sai Nhiều mặt tiêu cực của hóa chất bảo vệ thực vật đã bộc lộ như gây ô nhiễm nguồn nước và đất; để lại dư lượng trên nông sản, gây độc cho người và nhiều loài động vật máu nóng; gây mất cân bằng trong tự nhiên; làm giảm tính đa dạng sinh học, xuất hiện nhiều loại dịch hại mới, tạo tính chống thuốc của dịch hại và làm đảo lộn các mối quan hệ giữa các loài sinh vật trong hệ sinh thái, gây bùng phát và tái phát dịch bệnh Hiện nay, tình hình dịch hại ngày càng phát triển mạnh với nhiều loài sâu bệnh đột biến kháng thuốc nên mức độ sử dụng và chủng loại hóa chất bảo vệ thực vật ngày càng cao Chúng ta vẫn luôn nhận thức được ảnh hưởng của hóa chất bảo vệ thực vật đối với môi trường sinh thái nói chung cũng như vi sinh vật đất nói riêng, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng cụ thể ra sao thì chưa có nhiều nghiên cứu đặc biệt là trong các đất trồng

chè Do đó đề tài “Ảnh hưởng của hóa chất bảo vệ thực vật đến vi sinh vật đất trồng chè”

được thực hiện

Những nghiên cứu của đề tài góp thêm vào cơ sở dữ liệu về ảnh hưởng của một số hóa chất bảo vệ thực vật đến tính đa dạng của vi sinh vật đất ở vùng nghiên cứu và làm cơ sở khoa học cho việc đề xuất các biện pháp ứng dụng vào thực tiễn sản xuất ở địa phương

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về hóa chất bảo vệ thực vật

1.1.1 Khái niệm và phân loại hóa chất BVTV

1.1.1.1 Khái niệm hóa chất BVTV

1.1.1.2 Phân loại hóa chất BVTV

1.1.2 Thực trạng sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật

1.1.2.1 Thực trạng sử dụng HCBVTV trên thế giới

1.1.2.2 Thực trạng sử dụng HCBVTV tại Việt Nam

1.1.3 Tồn lưu và chuyển hóa của hóa chất BVTV trong môi trường

1.2.2 Vai trò của vi sinh vật đất

1.2.3 Sự phân bố của sinh vật trong đất

1.2.3.1 Sự phân bố VSV theo loại đất

1.2.3.2 Sự phân bố của sinh vật theo độ sâu

1.2.4 Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường tới phân bố vi sinh vật đất

1.3 Tác động của hóa chất BVTV tới VSV đất

1.4 Một số tính chất cơ bản của HCBVTV sử dụng trong thí nghiệm

1.4.1 Tính chất cơ bản của Actardor 100 WP

1.4.2 Tính chất cơ bản của Reasegant 3.6 EC

CHƯƠNG 2 - ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là một số chỉ sinh học trên đất trồng chè tại xã Tân Cương, Thái Nguyên Đất nghiên cứu là đất Feralit phát triển trên nền phiến thạch sét và mica

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu

2.2.2 Phương pháp khảo sát thực địa

2.2.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm trong nhà lưới

2.2.3.1 Đất thí nghiệm

2.2.3.2 Thiết kế thí nghiệm

2.2.3.3 Theo dõi thí nghiệm

2.2.4 Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm

2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tình hình sử dụng đất và sản xuất chè tại vùng nghiên cứu

3.1.1 Tình hình sử dụng đất tại Tân Cương

Tổng diện tích đất tự nhiên ở Tân Cương là 1.482,91 ha, trong đó: diện tích đất nông nghiệp là 1.023,71 ha (69,03%), diện tích đất phi nông nghiệp là 246,38 ha (16,61%) và diện tích đất chưa sử dụng là 32,82 ha (2,21%) chủ yếu là núi đá không có khả năng khai thác và

sử dụng Đất ở Tân Cương được sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau, trong đó quan trọng nhất là đất trồng trọt (trồng chè và trồng lúa), đất ở và đất xây dựng các công trình công cộng phục vụ cho đời sống của nhân dân

Trong tổng số diện tích đất nông nghiệp thì diện tích đất trồng chè chiếm tỷ lệ lớn nhất (450 ha), đất dùng để nuôi trồng thủy sản nước ngọt chủ yếu là diện tích mặt ao chứa nước tưới cho chè ít có giá trị kinh tế

3.1.2 Tình hình sản xuất chè ở Tân Cương

Tân Cương, Thái Nguyên là vùng trồng chè truyền thống, có lịch sử thâm canh chè lâu đời và là xã sản xuất chè lớn nhất của tỉnh thái Nguyên

Tính đến cuối năm 2011, diện tích trồng chè ở xã Tân Cương là 450 ha, sản lượng búp khô đạt 1.100 tấn/năm, tổng giá trị từ cây chè đạt trên 70 tỷ đồng, chiếm 79% GDP của xã Giá trị thu nhập từ cây chè đạt 120 triệu đồng/ha/năm, có nhiều hộ thu nhập từ 350 đến 400 triệu đồng/ha/năm Thu nhập bình quân đầu người đạt 15,2 triệu đồng/năm

Về cơ cấu giống, chè Trung du vẫn chiếm diện tích chủ yếu (75%), các giống khác như TRI 777, PH1, LDP1, LDP2, Kim Tuyến, Âm Tích, Bát tiên chiếm tỷ lệ nhỏ (25%)

3.1.3 Tình hình sử dụng thuốc BVTV tại Tân Cương

Tân Cương là vùng trồng chè vùng thâm canh cao với trung bình từ 7 - 8 lần hái chè trong 1 năm, trung bình mỗi lần hái chè cách nhau từ 30 - 35 ngày Do điều kiện thời tiết thích hợp, các loại sâu bệnh có khả năng xuất hiện và phát triển với mật độ cao Các loại sâu bệnh chủ yếu trên cây chè là sâu như rầy xanh, bọ cánh tơ, nhện đỏ, bọ xít muỗi và các loại bệnh như nấm tóc, thối búp, thối rễ, mốc trắng, phồng lá chè, héo xanh….Vì vậy khoảng thời gian giữa hai lần hái chè, người dân thường phun hóa chất BVTV từ 2 - 4 lần, trong đó có ít nhất một lần phun trừ bệnh và một lần phun hóa chất diệt trừ sâu hại, các lần phun cách nhau từ 7 -

10 ngày Tùy vào điều kiện khí hậu trong từng mùa và các loại sâu bệnh phát sinh mà người dân sẽ sử dụng các loại thuốc BVTV khác nhau Ví dụ như mùa xuân chủ yếu cần phòng trừ nấm bệnh phồng lá chè do loại nấm bệnh này sẽ bùng phát rất mạnh mẽ khi gặp điều kiện ẩm ướt đầu xuân Thông thường, người dân hay phun thuốc BVTV với liều dùng lớn hơn 4 - 6 lần so với khuyến cáo của nhà sản xuất Một số loại dịch hại như nấm tóc cho đến nay vẫn chưa có phương thức diệt trừ triệt để nên mỗi khi bệnh nấm tóc xuất hiện người dân thường cào và nhổ loại nấm này đi kết hợp với sử dụng thuốc bảo vệ thực vật để phòng trừ cho các khu vực lân cận Sau đây là một số loại thuốc bảo vệ thực vật thường xuyên được các hộ dân

sử dụng khi khảo sát tại vùng nghiên cứu (bảng 3.1)

Bảng 3.1 Một số loại thuốc bảo vệ thực vật được sử dụng ở Tân Cương

TT Tên thuốc Hoạt chất Dạng thuốc Trị sâu, bệnh

1 Actador 100WP Imidacloprid >96% Bột hòa nước Nấm, khô vằn

2 Reasegant

3.6EC Abamectin 3,6% Nhũ dầu Bọn chích hút, bọ xít

3 Secsaigon 25EC Cypermethrin >90% Nhũ dầu Sâu cuốn lá, rầy

4 Alfathrin 5EC Alpha - cypermethrin

(>90%) Nhũ dầu Sâu cuốn lá nhỏ

5 Javidan 100WP Imidacloprid >96% Bột hòa nước Rầy

6 Chlorphos

500EC

Chlorpyrifos Ethyl 475 g/l + Lambda-

Nhũ dầu Sâu rầy, bọ cánh tơ

8 Serpal Super

600EC

Chlorpyrifos Ethyl 500g/l + Cypermethrin 100g/l

Nhũ dầu Sâu đục thân

9 Anvado 100WP Imidacloprid >96% Bột hòa nước Rầy, bọ cánh tơ

10 Conphai 10WP Imidacloprid >96% Bột hòa nước Sâu rầy

11 Kola 700WO Imidacloprid >96% Bột hòa tan Rầy xanh

12 Sokupi 0.5SL Matrine Dung dịch Sâu, rầy

13 Valivithaco

5WP Validamycin A >40% Bột hòa nước Sâu rầy

Tất cả 13 loại thuốc BVTV thường xuyên được sử dụng tại vùng nghiên cứu đều nằm trong danh mục thuốc bảo vệ thực vật được sử dụng ở Việt Nam (theo Thông tư số 36/2011/TT-BNNPTNT ngày 20 tháng 05 năm 2011 của Bộ trưởng Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) [1] Trong số các thuốc BVTV trên chỉ có Reasegant 3.6 EC và Sokupi 0.5

LS là dòng thuốc trừ sâu sinh học được sử dụng Các thuốc trừ sâu hóa học được sử dụng thì

có đến 5/11 loại thuốc có hoạt chất Imidacloprid và Actardor 100WP là loại thuốc được sử dụng phổ biến nhất

3.2 Một số tính chất cơ bản trong đất nghiên cứu

Một số tính chất cơ bản của đất nghiên cứu được trình bày trong bảng 3.2

Bảng 3.2 Một số tính chất đất thí nghiệm

Kết quả xác định cho thấy dung trọng của mẫu trung bình là 1,34 g/cm3, theo những

số liệu của Bondarev (1995) thì những giá trị này tương ứng với loại đất được coi là thích hợp với đại bộ phận cây trồng

Hàm lượng chất hữu cơ trung bình trong các mẫu phân tích khá cao (3,62 %) Theo thang đánh giá về chất hữu cơ trong đất của Lê Văn Tiềm, 1998 cho thấy đất có hàm lượng chất hữu cơ trung bình khá Với kết quả này đất thì trồng chè Tân Cương có khả năng duy trì sản xuất bền vững

Giá trị pH trung bình là 4,14 khá phù hợp với đặc tính sinh trưởng của cây chè (môi trường pH thích hợp cho trồng chè là 4,5 đến 5,0)

Hàm lượng N và P tổng số (N tổng số trung bình là 0,24 %; P tổng số trung bình là 0,12 %) trong đất nghiên cứu ở mức giàu (theo thang đánh giá của Hội khoa học đất Việt Nam, 2000) Tuy nhiên, hàm lượng K tổng số trong đất nghiên cứu ở mức nghèo do điều kiện khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, mưa nhiều quá trình phong hóa các khoáng có chứa K xảy ra mạnh, K rất dễ bị rửa trôi

Hàm lượng N dễ tiêu tại đất nghiên cứu đều ở giàu (9,43 mg/100g) Tuy nhiên, hàm lượng P và K dễ tiêu (P dễ tiêu là 4,06 mg/100g; K dễ tiêu là 5,16 mg/100g) lại ở mức nghèo

3.3 Ảnh hưởng của việc sử dụng hóa chất BVTV hóa học Actardor 100 WP tới khu hệ

vi sinh vật đất

Actardor 100WP là hóa chất BVTV hóa học với hoạt chất Imidacloprid (>96%) được thương mại hóa năm 1991 và được sử dụng rộng rãi cho mục đích bảo vệ thực vật Mặc dù

ứng dụng hoạt chất Imidacloprid đã được phổ biến trong canh tác nông nghiệp nhưng tác động của chúng với cộng đồng vi sinh vật đất đã không được đánh giá đầy đủ Một vài nghiên cứu về ảnh hưởng của Imidacloprid trên cộng đồng vi sinh vật đất đã cho thấy tác dụng phụ của thuốc trừ sâu này tới các nhóm khác nhau của các vi khuẩn đất

3.3.1 Ảnh hưởng của việc sử dụng Actardor 100WP tới thành phần vi sinh vật tổng số

3.3.1.1 Ảnh hưởng của Actardor 100WP tới số lượng vi khuẩn tổng số

Kết quả phân tích số lượng vi khuẩn được trình bày ở bảng 3.3

Bảng 3.3 Số lượng vi khuẩn tổng số trong các mẫu đất TN1

Trong CT1 vi khuẩn giảm trong 10 ngày đầu thí nghiệm do tác động của hoạt chất Imidacloprid và có tăng lên trong ngày thứ 20 đến 30 Đến ngày thứ 60 thì vi khuẩn trở về mức khá cân bằng với mẫu đối chứng Điều này chứng tỏ với mức sử dụng hóa chất BVTV Actardor 100WP ở mức khuyến cáo chỉ ức chế vi khuẩn trong thời gian ngắn, sau đó có tác động kích thích vi khuẩn sau 20-30 ngày và ổn định sau 60 ngày sử dụng

Trong CT2 với liều lượng cao gấp 5 lần mức khuyến cáo thì vi khuẩn tổng số giảm so với mẫu đối chứng trong 20 ngày đầu thí nghiệm do tác động ức chế của Imidacloprid ở nồng

độ cao có thể kéo dài hơn, ngày thứ 30 đến 60 tăng không đáng kể so với mẫu đối chứng

Trong CT3 với liều lượng cao 100ml/360 m2, thể hiện rõ ràng hơn mức độ ảnh hưởng của hóa chất BVTV Actardor 100WP đối vi khuẩn Điều này chứng tỏ ở liều lượng cao hoạt chất Imidacloprid có thể gây ức chế sự phát triển của vi khuẩn (vi khuẩn tổng số đều giảm so với mẫu đối chứng) Sau 60 ngày thí nghiệm, vi khuẩn tổng số vẫn giảm và chưa trở lại trạng thái cân bằng so với mẫu đối chứng (xuống còn 5,71x106

CFU/g đất) Tuy nhiên, trong ngày thí nghiệm thứ 20 vi khuẩn tổng số vẫn có giảm so với mẫu đối chứng nhưng lại tăng so với các ngày còn lại trong thí nghiệm Điều này chứng tỏ mức độ ảnh hưởng của Actardor 100WP

ở liều lượng cao khá phức tạp, khó xác định

3.3.1.2 Ảnh hưởng của Actardor 100WP tới số lượng xạ khuẩn tổng số

Sự biến động số lượng quần thể xạ khuẩn tổng số tại các mẫu đất thí nghiệm được trình bày trong bảng 3.4

Bảng 3.4 Số lượng xạ khuẩn ở các mẫu đất TN1

Trong mẫu thí nghiệm CT1 với mức sử dụng liều lượng Actardor 100WP 10ml/360

m2, ta thấy xạ khuẩn có xu hướng tăng theo thời gian thí nghiệm so với mẫu đối chứng và vẫn chưa có dấu hiệu suy giảm sau 60 ngày thời gian thí nghiệm (tăng liên tiếp từ 6,77 x105

đến 8,94 x105 CFU/g đất) Điều này có thể khẳng định Actardor 100WP ở liều lượng khuyến cáo

có khả năng kích thích sự phát triển của xạ khuẩn

Trong mẫu thí nghiệm CT2 với mức liều lượng Actardor 100WP 50ml/360 m2, vẫn thấy tác động tương tự như trong CT1, tuy nhiên mức độ tăng có xu hướng chậm hơn so với CT0 (tăng từ 6,85 x105

đến 8,03 x105 CFU/g đất)

Trong mẫu thí nghiệm CT3 với mức sử dụng 100ml/360 m2, lại cho thấy một diễn biến trái ngược lại so với CT1 và CT2, số lượng xạ khuẩn tổng số có xu hướng giảm dần theo thời gian thí nghiệm so với mẫu đối chứng (giảm từ 6,57 x105

xuống còn 5,45 x105 CFU/g đất) Điều này chứng tỏ hóa chất BVTV Actardor 100WP chỉ có tác dụng kích thích sự phát triển của xạ khuẩn ở một khoảng nồng độ xác định, ngoài khoảng nồng độ đó lại có tác dụng ngược lại, ức chế xạ khuẩn phát triển

3.3.1.3 Ảnh hưởng của Actardor 100WP tới số lượng nấm tổng số

Kết quả phân tích số lượng nấm tổng số trong các mẫu đất thí nghiệm 1 được trình bày trong bảng 3.5

Bảng 3.5 Số lượng nấm ở các mẫu đất thí nghiệm 1

là 9,56 x103 CFU/g đất), rồi có xu hướng giảm và dần cân bằng với mẫu đối chứng CT0

Trong mẫu thí nghiệm CT2 quần thể nấm tăng từ từ trong 10 ngày đầu thí nghiệm (tăng đến 7,84 x103

CFU/g đất trong ngày thứ 10) rồi giảm dần về đến mức cân bằng với mẫu đối chứng CT0 ở ngày thứ 60 (tại 4,13 x103

CFU/g đất)

Trong mẫu thí nghiệm CT3 quần thể nấm cũng có xu hướng tăng nhẹ trong 10 ngày đầu thí nghiệm, tuy nhiên lại có xu hướng giảm liên tục ở các ngày thí nghiệm tiếp theo so với mẫu đối chứng (giảm xuống đến 3,17 x103

CFU/g đất thấp hơn 3,97 x103 CFU/g đất so với mẫu đối chứng)

Có thể nói rằng ở giai đoạn đầu, với nồng độ 10ml/360 m2 thì Actardor có khả năng kích thích một số loài nấm phát triển, nhưng ở các giai đoạn tiếp theo, khu hệ sinh vật sẽ trở

về đúng trạng thái cân bằng của nó sự phát triển chủ yếu phụ thuộc vào các điều kiện môi trường Kết quả này phản ánh sự tác động khá mạnh của Actardor đến quần thể vi nấm trong đất Nó có tác động kích thích sự tăng trưởng của các vi nấm, đặc biệt là ở liều dùng 10ml hóa chất /360 m2 Ở liều dùng cao hơn (50 và 100 ml /360 m2), các ảnh hưởng này là nhỏ hơn rất nhiều

3.3.2 Ảnh hưởng của việc sử dụng Actardor 100 WP tới sinh khối vi sinh vật

3.3.2.1 Ảnh hưởng của sử dụng Actardor 100WP đến C trong sinh khối VSV

Vi sinh vật trong đất có vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ và đặc biệt VSV chuyển hóa các hợp chất của Cacbon để khép kín chu trình C trong tự nhiên Trong quá trình chuyển hóa các hợp chất, vi sinh vật sẽ hấp thụ một phần nhỏ để tạo ra sinh khối cho cơ thể Do đó C trong sinh khối VSV sẽ đánh giá khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ trong đất thông qua hoạt động của các VSV

Xu hướng biến đổi về tổng C trong sinh khối VSV cũng diễn ra tương tự như sự biến động số lượng VSV tổng số trong đất ở các công thức thí nghiệm

Kết quả phân tích C trong sinh khối VSV được trình bày trong bảng 3.6

Bảng 3.6 Tổng C trong sinh khối VSV ở các mẫu đất thí nghiệm 1

Trong mẫu CT2 và CT3 C trong sinh khối VSV thay đổi cũng không đáng kể trong 60 ngày thí nghiệm, hầu hết đều thấp hơn so với mẫu đối chứng CT0 (tương ứng với sự suy giảm của vi sinh vật tổng số trong đất)

3.3.2.2 Ảnh hưởng của sử dụng Actardor 100WP đến N trong sinh khối VSV

Vi sinh vật đất có ý nghĩa quan trọng trong quá trình khép kín các chu trình sinh địa hóa trong tự nhiên, trong đó có chu trình nitơ Vi sinh vật một mặt giúp trong quá trình

Công thức 0 ngày 5 ngày 10 ngày 20 ngày 30 ngày 60 ngày