La ts nghiên cứu ảnh hưởng của hoạt động chuyên canh hoa đến môi trường đất vùng ven đô hà nội

MỞ ĐẦU 1. Cơ sở khoa học và tính cấp thiết của đề tài Việt Nam là nước có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời, nông nghiệp chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, nông dân chiếm trên 70% dân số cả nước. Đặc biệt, trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước và hội nhập Quốc tế thì nông nghiệp và nông thôn nước ta phải phát triển theo xu hướng nông nghiệp bền vững là tất yếu. Tuy nhiên, do những áp lực về hiệu quả kinh tế của việc sản xuất nông nghiệp nên tình trạng quản lý và sử dụng không đúng phân bón và hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV) đang có xu hướng tăng lên, gây tác hại xấu đến môi trường và sức khoẻ quần xã. Những năm gần đây việc sử dụng phân bón, chất kích thích sinh trưởng và hóa chất BVTV trong thâm canh sản xuất, đặc biệt trong thâm canh hoa, rau đang có xu hướng gia tăng cả về số lượng lẫn chủng loại. Một thực tế hiện nay là việc sử dụng hóa chất BVTV tràn lan, không thể kiểm soát đã và đang gây ảnh hưởng xấu đến môi trường đất, nước, không khí, sức khoẻ con người và môi trường sinh thái. Mặt khác, xã hội đang ngày càng phát triển nên nhu cầu lương thực và làm đẹp cho cuộc sống ngày càng tăng, vì thế nghề trồng hoa và rau trở thành nghề sản xuất chính tại một số vùng chuyên canh ven đô Hà Nội nhằm đáp ứng nhu cầu an ninh lương thực và thú chơi hoa trong nước và xuất khẩu. Người dân trong một số vùng đã chuyển đổi từ trồng lúa sang thâm canh hoa, rau và nổi lên trong đó có phường Tây Tựu, huyện Từ Liêm, Hà Nội và xã Mê Linh, huyện Mê Linh, Hà Nội. Trong khoảng hơn một thập kỷ trở lại đây đã có sự chuyển đổi cơ cấu canh tác nên đến nay kinh tế trong các hộ nông dân tại đây đã hoàn toàn thay đổi, nhiều hộ gia đình trở thành “triệu phú”, cơ sở hạ tầng được cải thiện đáng kể. Tuy nhiên, sự chuyển đổi cơ cấu cây trồng từ lúa sang hoa, rau với mức thâm canh cao đã làm phát sinh những vấn đề môi trường do sử dụng phân bón hóa học, chất kích thích sinh trưởng, hoá chất bảo vệ thực vật quá mức trong thâm canh nhằm tối đa hoá lợi nhuận nên đã và đang ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng môi trường đất, nước, không khí và sức khỏe quần xã. Chính vì vậy chúng tôi đã tiến hành đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của hoạt động chuyên canh hoa đến môi trường đất vùng ven đô Hà Nội” nhằm đánh giá tổng thể tác động của hoạt động chuyên canh hoa đến chất lượng môi trường đất và đề xuất các giải pháp canh tác bền vững cho địa bàn nghiên cứu. Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, hướng tới nền nông nghiệp bền vững cho các vùng nghiên cứu nói riêng và ở Việt Nam nói chung. 2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học cho việc đánh giá một cách chính xác, có hệ thống hơn về tác động của việc thâm canh cây trồng đến chất lượng môi trường đất (theo chiều hướng tích cực và tiêu cực), những nguy cơ về ô nhiễm môi trường đất do lạm dụng hóa chất trong nông nghiệp, đặc biệt trên đất trồng các cây trồng có mức thâm canh cao như hoa và rau. Ngoài ra, những kết quả nghiên cứu, kiến nghị và đề xuất của đề tài sẽ là cơ sở cho việc hoạch định các chính sách về quản lý, quy hoạch và phát triển bền vững nền nông nghiệp hàng hóa chất lượng cao ở Việt Nam nói chung và ở các vùng ven đô Hà Nội nói riêng. Đề tài còn là cơ sở cho việc quản lý và sử dụng hợp lý hóa chất BVTV, phân bón, ... trong chuyên canh cây trồng hoa, giúp người dân hiểu biết và có ý thức thêm về bảo vệ môi trường nông nghiệp, nông thôn nhằm ổn định sự phát triển kinh tế, an sinh xã hội và bảo vệ môi trường cho các vùng ven đô Hà Nội sau khi mở rộng. 3. Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu, đánh giá tác động của hoạt động chuyên canh trồng hoa đến chất lượng môi trường đất, đặc biệt thông qua sự đánh giá mức độ tồn dư hoá chất bảo vệ thực vật, kim loại nặng trong môi trường đất và ảnh hưởng của chúng đến hệ sinh học đất; trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đề xuất giải pháp nhằm làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường đất chuyên canh trong hoa. 4. Luận điểm bảo vệ của Luận án + Hoạt động chuyên canh hoa nếu không tuân thủ theo các yêu cầu kỹ thuật có thể dẫn đến các tác động tiêu cực tới chất lượng môi trường đất nói chung và tại các vùng trồng hoa ở ngoại thành Hà Nội nói riêng. Ảnh hưởng tiêu cực của chuyên canh trồng hoa đến môi trường đất thể hiện qua các khía cạnh sau: Hàm lượng kim loại nặng và hóa chất bảo vệ thực vật trong đất tăng; Hệ sinh vệ đất giảm; Đất bạc mầu và khô cằn. + Từ các kết quả nghiên cứu thu được có thể chỉ ra các yêu tố tác động tiêu cực đến chuyên canh trồng hoa, từ đó đề xuất được các giải pháp tổng hợp nhằm giảm các tác động tiêu cực đến môi trường đất chuyên canh trồng hoa, hướng đến sự phát triển một nền nông nghiệp bền vững cho vùng nghiên cứu nói riêng và cho đất nông nghiệp nói chung ở Việt Nam. 5. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu đặc điểm đất, nước và cơ cấu cây trồng tại phường Tây Tựu thuộc quận Bắc Từ Liêm và xã Mê Linh thuộc huyện Mê Linh thành phố Hà Nội (vùng nghiên cứu). Nghiên cứu những nét đặc trưng trong gieo trồng và chăm sóc cây hoa hồng, hoa đồng tiền, hoa cúc tại vùng nghiên cứu. Phân tích xác định tính chất hóa lý của nước tưới, phân bón, vôi bột và hóa chất bảo vệ thực vật, tàn dư của cây hoa trong đất và đất trồng cây hoa hồng, hoa đồng tiền, hoa cúc tại các ruộng trồng hoa thuộc vùng nghiên cứu. So sánh đặc tính hóa lý đất chuyên canh trồng hoa và đất trồng rau tại vùng nghiên cứu từ đó rút ra sự khác biệt về môi trường đất của loại đất chuyên canh này. Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường đất chuyên canh trồng hoa hồng, hoa đồng tiền, hoa cúc đến hệ sinh vật đất tại vùng nghiên cứu. Nghiên cứu đề xuất giải pháp góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường đất chuyên canh trong hoa tại vùng nghiên cứu. 6. Đóng góp mới của đề tài 1. Lần đầu tiên đánh giá một cách có hệ thống các yếu tố tác động đến môi trường đất vùng chuyên canh trồng hoa hồng, hoa đồng tiền, hoa cúc tại các ruộng trồng hoa tại phường Tây Tựu và Xã Mê Linh (Hà Nội) thông qua kết quả phân tích nước tưới, phân bón, vôi bột, hóa chất bảo vệ thực vật, tàn dư của cây hoa trong đất và đất trồng hoa hồng, hoa đồng tiền, hoa cúc. 2. Đã xác định thấy mối liên hệ giữa mức độ bón phân và vôi cho đất trồng cây hoa đến mức độ tích luỹ Cu, Cd, Zn, As, Hg,... trong môi trường đất ở cả hai khu vực nghiên cứu. Hầu hết các kim loại nặng đều giảm dần theo độ sâu của phẫu diện đất. Mức độ tích lũy kim loại nặng trong đất chuyên canh trồng hoa giảm dần theo thứ tự đất trồng hoa hồng > đất trồng hoa cúc và hoa đồng tiền > đất trồng rau. 3. Đã xác định thấy mối liên quan giữa sử dụng và tích lũy hóa chất bảo vệ thực vật trong môi trường đất trồng hoa. Trong đất trồng hoa ở hai vùng nghiên cứu tìm thấy nhiều loại hóa chất bảo vệ thực vật, nhưng chỉ có các chất clo hữu cơ thì vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 15:2008BTNMT. Ở Mê Linh, mức độ tích lũy trong đất trồng hoa hồng lớn hơn trong đất trồng hoa cúc và hoa đồng tiền, thấp nhất là đất trồng rau. Lượng BHC, DDT, DDE vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 15:2008BTNMT, trong đó BHC trong đất trồng hoa Hồng vượt 13,5 lần. Ở Tây Tựu, DDT trong đất trồng hoa Hồng vượt 1,41,7 lần, đất trồng hoa cúc vượt không đáng kể. 4. Đã sử dụng chỉ số đa dạng H’ và chỉ số đồng đều J’ để đánh giá những tác động của hoạt động chuyên canh trồng hoa ở hai vùng nghiên cứu đến nhóm động vật chân khớp bé (Collembola). Đã ghi nhận các loài ưu thế vượt trội ở các ruộng trồng hoa riêng biệt ở Tây Tựu là Isotomurus palutris, Cryptopygus thermophilus, Sminthurides bothrium, Isotomurus punctiferus, Cyphoderus javanus; ở Mê Linh là Isotomurus palutris, Cyphoderus javanus, Protaphorura tamdaona. Các loài này giảm dần theo thứ tự: rau, hoa cúc, hoa hồng 2 năm, hoa hồng 6 và 10 năm, hoa hồng 4 năm, hoa đồng tiền. 5. Lần đầu tiên sử dụng kỹ thuật điện di trên gel biến thiên (DGGE) để đánh giá sự biến động về thành phần và số lượng vi sinh vật đất dưới tác động của hoạt động chuyên canh trồng các loại hoa khác nhau.

MỤC LỤC

Lời cam đoan

Mục lục

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

MỞ ĐẦU 12

Chương 1 TỔNG QUAN 17

1.1 Đất canh tác và nhóm chỉ tiêu đánh giá chất lượng đất 17

1.1.1 Đất canh tác 17

1.1.2 Nhóm chỉ tiêu đánh giá chất lượng đất 17

1.1.2.1 Các chỉ tiêu lý hóa học 17

1.1.2.2 Chỉ tiêu đánh giá hàm lượng một số chất dinh dưỡng trong đất 19

1.1.3 Các chỉ tiêu sinh học đất 20

1.2 Ảnh hưởng của hoạt động canh tác nông nghiệp tới chất lượng đất.21 1.2.1 Ảnh hưởng của chuyên canh tới chất hữu cơ trong đất 21

1.2.2 Ảnh hưởng của bón phân tới hàm lượng các nguyên tố trong đất 23

1.2.3 Ảnh hưởng của nước tưới tới hàm lượng các nguyên tố trong đất 25

1.2.4 Ảnh hưởng của kỹ thuật làm đất tính chất hóa lý của đất 27

1.2.5 Ảnh hưởng của kỹ thuật sử dụng tàn dư thực vật tới chất lượng đất 30

1.2.6 Ảnh hưởng khi sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật đến chất lượng đất 32

1.2.7 Ảnh hưởng của quá trình canh tác nông nghiệp đến hệ sinh vật đất 34

1.3 Kỹ thuật đi di biến tính (DGGE/TGGE) trong nghiên cứu sự biến động thành phần loài của hệ vi sinh vật đất 40

1.4 Ảnh hưởng của chuyên canh trồng hoa tới tính chất lý - hóa học đất 45 1.5 Đặc tính sinh thái và kỹ thuật canh tác của một số loài hoa tại các

1.5.1 Cây hoa hồng 47

1.5.1.1 Chế độ gieo trồng và sinh trưởng của cây hoa hồng 48

1.5.1.2 Chế độ dinh dưỡng 48

1.5.1.3 Trồng cây hoa hồng 48

1.5.2 Cây hoa cúc 50

1.5.2.1 Chế độ gieo trồng và sinh trưởng của cây hoa cúc 51

1.5.2.2 Chế độ dinh dưỡng 51

1.5.2.3 Trồng cây hoa cúc 52

1.5.3 Cây hoa đồng tiền 55

1.5.3.1 Chế độ gieo trồng và sinh trưởng của cây hoa đồng tiền 56

1.5.3.2 Chế độ dinh dưỡng 57

1.5.3.3 Trồng cây hoa đồng tiền 58

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 63

2.1 Đối tượng nghiên cứu 63

2.2 Phương pháp nghiên cứu 63

2.2.1 Phương pháp tổng hợp và phân tích dữ liệu, số liệu 63

2.2.2 Nhóm phương pháp hóa lý phân tích kim loại nặng và HCBVTV 64

2.2.2.1 Phương pháp ICP-OES 64

2.2.2.2 Các phương pháp sắc ký 64

2.2.2.3 Phương pháp sắc ký khí đetectơ cộng kết điện tử 65

2.2.2.4 Phương pháp sắc ký khí lỏng cao áp đetectơ diod array 66

2.2.3 Nhóm các phương pháp nghiên cứu sinh học 66

2.2.3.1 Phương pháp đánh giá biến động về thành phần và số lượng của vi sinh vật trong đất bằng kỹ thuật DGGE [Mark và Cindy; Nakatsu, 2007] 66

2.2.3.2 Phương pháp đánh giá biến động động vật chân khớp bé Collembola 67

2.3 Địa điểm và nơi lấy mẫu nghiên cứu 68

2.3.1 Lấy mẫu đất và mẫu nước 68

2.3.1.1 Lấy mẫu đất và mẫu nước ở các vùng nghiên cứu phường Tây Tựu .71 2.3.1.2 Lấy mẫu đất và mẫu nước ở các vùng nghiên cứu xã Mê Linh 76

2.3.2 Lấy mẫu phân bón và mẫu thực vật 81

2.3.3 Lấy mẫu đất xác định động vật chân khớp bé Collembola 81

2.3.4 Lấy mẫu đất xác định vi sinh vật 82

2.4 Các bước trong nghiên cứu thực nghiệm 84

2.4.1 Thực nghiệm xác định kim loại nặng trong các đối tượng nghiên cứu 84

2.4.2 Thực nghiệm xác định HCBVTV trong các đối tượng nghiên cứu 85

2.4.3 Thực nghiệm xác định Collembola và các động vật không xương 85

2.4.4 Thực nghiệm xác định vi sinh vật đất 86

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 89

3.1 Đặc điểm đất, nước và cơ cấu cây trồng khu vực nghiên cứu 89

3.1.1 Đặc điểm đất, nguồn nước và cơ cấu cây trồng ở phường Tây Tựu 89 3.1.1.1 Đặc điểm đất, nguồn nước 89

3.1.1.2 Cơ cấu cây trồng 90

3.1.2 Đặc điểm đất, nguồn nước và cơ cấu cây trồng ở xã Mê Linh 91

3.1.2.1 Đặc điểm đất, nước 91

3.1.2.2 Cơ cấu cây trồng 92

3.2 Kỹ thuật trồng hoa tại vùng trồng hoa phường Tây Tựu và xã Mê Linh 93

3.2.1 Cây hoa hồng 93

3.2.1.1 Kỹ thuật bón phân 93

3.2.1.2 Kỹ thuật trồng và chăm sóc 95

3.2.2 Cây hoa cúc 95

3.2.2.1 Kỹ thuật bón phân 95

3.2.2.2 Kỹ thuật trồng và chăm sóc 96

3.2.3 Cây hoa đồng tiền 96

3.2.3.1 Kỹ thuật bón phân 96

3.2.3.2 Kỹ thuật trồng và chăm sóc 97

3.3 Đặc tính hóa lý nước tưới tiêu vùng trồng hoa ở phường Tây Tựu và xã Mê Linh 97

3.3.1 Đặc tính hóa lý nước tưới tiêu ở phường Tây Tựu 97

3.3.2 Đặc tính hóa lý nước tưới tiêu ở xã Mê Linh 99

3.4 Ảnh hưởng của việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật đến chất lượng

đất trồng hoa ở phường Tây Tựu và xã Mê Linh 101

3.4.1 Mức độ sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật tại vùng nghiên cứu 101

3.5 Ảnh hưởng của hoạt động chuyên canh hoa đến một số tính chất đất khu vực nghiên cứu 105

3.5.1 Ảnh hưởng của việc sử dụng hóa chất BVTV đối với đất chuyên canh trồng hoa 105

3.5.1.1 Ảnh hưởng đối với đất chuyên canh trồng hoa ở Tây Tựu 105

3.5.1.2 Ảnh hưởng đối với đất trồng hoa ở xã Mê Linh 108

3.5.2 Ảnh hưởng của việc sử dụng hóa chất và phân bón đến chất lượng đất chuyên canh trồng hoa ở phường Tây Tựu và Mê Linh 111

3.5.2.1 Mức độ sử dụng hóa chất và phân bón cho cây hoa 111

3.5.2.2 Thành phần hóa học của một số loại phân bón sử dụng tại vùng trồng hoa Tây Tựu và Mê Linh 115

3.5.3 Thành phần hóa học của các chất thải là cây hoa hoặc lá cây hoa ở phường Tây Tựu và xã Mê Linh 118

3.5.4 Ảnh hưởng của hoạt động chuyên canh hoa đến tồn dư kim loại nặng trong đất khu vực nghiên cứu 120

3.5.4.1 Tại phường Tây Tựu 120

3.5.4.2 Tại xã Mê Linh 124

3.6 Ảnh hưởng của hoạt động chuyên canh hoa đến hệ sinh vật đất (động vật đất, vi sinh vật) khu vực nghiên cứu 133

3.6.1 Ảnh hưởng của hoạt động chuyên canh hoa đến quần xã động vật chân khớp bé Collembola 133

3.6.1.1 Thành phần loài và phân bố 133

3.6.1.2 Số loài 143

3.6.1.3 Số cá thể 144

3.6.1.4 Chỉ số đa dạng H’ và chỉ số đồng đều J’ 148

3.6.1.5 Các loài Collembola ưu thế 149

3.6.2 Ảnh hưởng của hoạt động chuyên canh hoa đến vi sinh vật đất 155

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 163

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 166 TÀI LIỆU THAM KHẢO 167 PHỤ LỤC 185

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

BVTV : Bảo vệ thực vật

HCBVTV : Hóa chất bảo vệ thực vật

KLN : Kim loại nặng

DDT : Diclo Diphenyl Tricloetan

DDD : Diclo Diphenyl Dicloetan

DDE : Diclo Diphenyl Dicloetylen

QCVN : Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

BTNMT : Bộ Tài nguyên Môi trường

H’ : Chỉ số đa dạng

J’ : Chỉ số đồng đều

DGGE : Điện di trên gel biến thiên

CEC : Dung tích trao đổi cation

S : Tổng bazơ trao đổi

BS : Độ bão hòa bazơ

NXB : Nhà xuất bản

OM : Hàm lượng mùn tổng số

OC : Hàm lượng cacbon tổng số

N : Hàm lượng nitơ tổng số

SOM : Chất hữu cơ đất

DAP : Viết tắt về phân bón

MAP : Viết tắt về phân bón

HCH  : Hexaclocyclohexan

POPs : Chất ô nhiễm hữu cơ bền

ICP-OES : Phương pháp phổ phát xạ quang Plasma cặp cảm ứng

ICP : Plasma cao tần cảm ứng

US EPA : Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ

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

HPLC/DAD : Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao đetectơ diod arrayHPLC/DAD-UV: Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao đetectơ diod Array hoặc đetectơ tử ngoại

MSD-SIM : Đetectơ khối phổ chọn lọc ion

IR : Phương pháp phổ hồng ngoại

Ni : Số lượng cá thể của loài i

N : Tổng số lượng cá thể trong toàn bộ mẫu

na : Số lượng cá thể của loài a

n : Tổng số cá thể của toàn bộ mẫu theo sinh cảnh hay địa điểm

NPK : Phân bón chứa nitơ, photpho, kali

UBND : Ủy ban nhân dân

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Xếp loại phản ứng của đất (theo pHH2O)

Bảng 1.2 Các giá trị CEC của các loại đất được xác định ở pH 8,2

Bảng 1.3 Thang đánh giá hàm lượng photpho dễ tiêu trong đất

Bảng 1.4 Hàm lượng Cd trong các mẫu phân lân sử dụng

Bảng 1.5 Tương quan giữa hàm lượng kim loại nặng trong nước sông Nhuệ và trong đất nông nghiệp dùng nước sông nhuệ làm nguồn nước cấp

Bảng 1.6 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong đất trồng rau của Vân Nội, Đông Anh, Hà Nội (mg/kg)

Bảng 1.7 Các phương pháp thông dụng để đánh giá số lượng,

Bảng 1.8 Dịch bệnh trên cây hoa hồng và HCBVTV phòng trừ

Bảng 1.9 Dịch bệnh trên cây hoa cúc và HCBVTV phòng trừ

Bảng 1.10 Dịch bệnh trên cây hoa đồng tiền và HCBVTV phòng trừ

Bảng 2.1 Ký hiệu mẫu và vị trí tọa độ các điểm lấy mẫu đất nghiên

Bảng 2.2 Ký hiệu mẫu nước lấy tại các khu vực ruộng trồng hoa

Bảng 2.3 Ký hiệu mẫu và vị trí tọa độ các điểm lấy mẫu đất nghiên

Bảng 2.4 Ký hiệu mẫu nước lấy tại các khu vực ruộng trồng hoa

Bảng 2.5 Ký hiệu các mẫu đất lấy nghiên cứu

Bảng 2.6 Thông tin mẫu đất lấy xác định vi sinh vật

Bảng 3.1 Cơ cấu cây trồng nông nghiệp và sự biến đổi diện tích từ năm 1995 đến năm 2008 tại phường Tây Tựu, Từ Liêm, Hà Nội

Bảng 3.2 Thay đổi cơ cầu cây trồng của phường Tây Tựu

Bảng 3.3 Chế độ bón phân vô cơ đối với cây hồng được trồng mới

Bảng 3.4 Hàm lượng trung bình một số kim loại nặng trong nước tưới trồng hoa và rau vào mùa mưa vùng chuyên canh trồng hoa Tây Tựu

Bảng 3.5 Hàm lượng trung bình một số kim loại nặng trong nước tưới trồng hoa và rau vào mùa khô vùng chuyên canh trồng hoa Tây Tựu

Bảng 3.6 Hàm lượng trung bình một số kim loại nặng trong nước tưới

trồng hoa và rau vào mùa mưa vùng chuyên canh trồng hoa

Mê Linh 101

Bảng 3.7 Hàm lượng trung bình một số kim loại nặng trong nước tưới trồng hoa và rau vào mùa khô vùng chuyên canh trồng hoa Mê Linh 101

Bảng 3.8 Hiện trạng sử dụng HCBVTV ở xã Tây Tựu (huyện Từ Liêm) và xã Mê Linh (Hà Nội) 104

Bảng 3.9 Tỉ lệ phần trăm người dân trả lời các kiến thức hiểu biết về cách sử dụng Hóa chất bảo vệ thực vật của các hộ trồng hoa, cây cảnh ở xã Tây Tựu và xã Mê Linh (Hà Nội) 105

Bảng 3.10 Hàm lượng thuốc BVTV trong đất chuyên canh trồng hoa 106

Bảng 3.11 Hàm lượng thuốc BVTV trong đất chuyên canh trồng hoa 108

Bảng 3.12 Hàm lượng thuốc BVTV trong đất chuyên canh trồng hoa 110

Bảng 3.13 Hàm lượng thuốc BVTV trong đất chuyên canh trồng hoa 111

Bảng 3.14 Hiện trạng sử dụng phân bón các loại ở Tây Tựu và Mê Linh 114

Bảng 3.15 Một số loại hóa chất và phân bón được dùng trong 115

Bảng 3.16 Hàm lượng các KLN trong phân lân của Việt Nam 116

Bảng 3.17 Hàm lượng KLN trong phân đạm Việt Nam 117

Bảng 3.18 Hàm lượng trung bình N, P2O5, K2O bón cho cây hoa theo yêu cầu kỹ thuật và thực tế sử dụng ở Mê Linh và Tây Tựu (Hà Nội) .117 Bảng 3.19 Hàm lượng trung bình của các KLN trong một số phân bón và vôi bột sử dụng trong trồng hoa ở Tây Tựu và Mê Linh (Hà Nội) 119

Bảng 3.20 Hàm lượng trung bình của các KLN trong chất thải 120

Bảng 3.21 Hàm lượng trung bình của một số kim loại nặng dạng tổng số và linh động trong đất chuyên canh trồng hoa mùa mưa ở phường Tây Tựu 122

Bảng 3.22 Hàm lượng trung bình của một số kim loại nặng dạng tổng số và linh động trong đất chuyên canh trồng hoa mùa khô ở phường Tây Tựu 123

Bảng 3.23 Hàm lượng trung bình của một số kim loại nặng dạng tổng số

và linh động trong đất chuyên canh trồng hoa mùa mưa ởphường Mê Linh 126Bảng 3.24 Hàm lượng trung bình của một số kim loại nặng dạng tổng số

và linh động trong đất chuyên canh trồng hoa mùa khô ởphường Mê Linh 127Bảng 3.25 Thành phần loài và phân bố của Collembola ở 6 sinh cảnh đất

chuyên canh trồng hoa ở phường Tây Tựu 136Bảng 3.26 Thành phần loài và phân bố của Collembola ở 6 sinh cảnh đất

chuyên canh trồng hoa ở xã Mê Linh 141Bảng 3.27 Một số đặc điểm định lượng Collembola trong đất chuyên

canh trồng hoa ở phường Tây Tựu 147Bảng 3.28 Một số đặc điểm định lượng Collembola trong đất chuyên

canh trồng hoa ở xã Mê Linh 148Bảng 3.29 Sự xuất hiện các băng ưu thế trên gel DGGE 159

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Một số bộ phận của cây Hoa hồng 48

Hình 1.2 Một số bộ phận của cây hoa cúc 52

Hình 1.3 Một số bộ phận của cây hoa đồng tiền 57

Hình 2.1 Bản đồ lấy mẫu đất và nước vùng thâm canh hoa phường Tây Tựu 73

Hình 2.2 Bản đồ ký hiệu mẫu đất và nước vùng thâm canh hoa xã Mê Linh 78

Hình 3.1 Cấu trúc ưu thế của quần xã Collembola ở đất ruộng 152 Hình 3.2 Cấu trúc ưu thế của quần xã Collembola ở đất ruộng 153

Hình 3.3 Cấu trúc ưu thế của quần xã Collembola ở đất ruộng 154

Hình 3.4 Cấu trúc ưu thế của quần xã Collembola ở đất ruộng 155

Hình 3.5 Phổ điện di DNA tổng số của các mẫu đất Mê Linh (trên) 157

Hình 3.6 Phổ điện di sản phẩm PCR với mồi V3 158

Hình 3.7 Hình ảnh điện di của bảng gel DGGE 163

MỞ ĐẦU

1 Cơ sở khoa học và tính cấp thiết của đề tài

Việt Nam là nước có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời, nông nghiệpchiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, nông dân chiếm trên70% dân số cả nước Đặc biệt, trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiệnđại hoá đất nước và hội nhập Quốc tế thì nông nghiệp và nông thôn nước taphải phát triển theo xu hướng nông nghiệp bền vững là tất yếu Tuy nhiên, donhững áp lực về hiệu quả kinh tế của việc sản xuất nông nghiệp nên tình trạngquản lý và sử dụng không đúng phân bón và hóa chất bảo vệ thực vật (BVTV)đang có xu hướng tăng lên, gây tác hại xấu đến môi trường và sức khoẻ quần

xã Những năm gần đây việc sử dụng phân bón, chất kích thích sinh trưởng vàhóa chất BVTV trong thâm canh sản xuất, đặc biệt trong thâm canh hoa, rauđang có xu hướng gia tăng cả về số lượng lẫn chủng loại Một thực tế hiệnnay là việc sử dụng hóa chất BVTV tràn lan, không thể kiểm soát đã và đanggây ảnh hưởng xấu đến môi trường đất, nước, không khí, sức khoẻ con người

và môi trường sinh thái

Mặt khác, xã hội đang ngày càng phát triển nên nhu cầu lương thực vàlàm đẹp cho cuộc sống ngày càng tăng, vì thế nghề trồng hoa và rau trở thànhnghề sản xuất chính tại một số vùng chuyên canh ven đô Hà Nội nhằm đápứng nhu cầu an ninh lương thực và thú chơi hoa trong nước và xuất khẩu.Người dân trong một số vùng đã chuyển đổi từ trồng lúa sang thâm canh hoa,rau và nổi lên trong đó có phường Tây Tựu, huyện Từ Liêm, Hà Nội và xã

Mê Linh, huyện Mê Linh, Hà Nội Trong khoảng hơn một thập kỷ trở lại đây

đã có sự chuyển đổi cơ cấu canh tác nên đến nay kinh tế trong các hộ nông

dân tại đây đã hoàn toàn thay đổi, nhiều hộ gia đình trở thành “triệu phú”, cơ

sở hạ tầng được cải thiện đáng kể Tuy nhiên, sự chuyển đổi cơ cấu cây trồng

từ lúa sang hoa, rau với mức thâm canh cao đã làm phát sinh những vấn đềmôi trường do sử dụng phân bón hóa học, chất kích thích sinh trưởng, hoá

chất bảo vệ thực vật quá mức trong thâm canh nhằm tối đa hoá lợi nhuận nên

đã và đang ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng môi trường đất, nước, khôngkhí và sức khỏe quần xã

Chính vì vậy chúng tôi đã tiến hành đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của hoạt động chuyên canh hoa đến môi trường đất vùng ven đô Hà Nội” nhằm đánh giá tổng thể tác động của hoạt động chuyên canh hoa đến

chất lượng môi trường đất và đề xuất các giải pháp canh tác bền vững chođịa bàn nghiên cứu Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, hướng tớinền nông nghiệp bền vững cho các vùng nghiên cứu nói riêng và ở ViệtNam nói chung

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học cho việc đánh giá mộtcách chính xác, có hệ thống hơn về tác động của việc thâm canh cây trồngđến chất lượng môi trường đất (theo chiều hướng tích cực và tiêu cực), nhữngnguy cơ về ô nhiễm môi trường đất do lạm dụng hóa chất trong nông nghiệp,đặc biệt trên đất trồng các cây trồng có mức thâm canh cao như hoa và rau

Ngoài ra, những kết quả nghiên cứu, kiến nghị và đề xuất của đề tài sẽ

là cơ sở cho việc hoạch định các chính sách về quản lý, quy hoạch và pháttriển bền vững nền nông nghiệp hàng hóa chất lượng cao ở Việt Nam nóichung và ở các vùng ven đô Hà Nội nói riêng

Đề tài còn là cơ sở cho việc quản lý và sử dụng hợp lý hóa chấtBVTV, phân bón, trong chuyên canh cây trồng hoa, giúp người dân hiểubiết và có ý thức thêm về bảo vệ môi trường nông nghiệp, nông thôn nhằm ổnđịnh sự phát triển kinh tế, an sinh xã hội và bảo vệ môi trường cho các vùngven đô Hà Nội sau khi mở rộng

3 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu, đánh giá tác động của hoạt động chuyên canh trồng hoađến chất lượng môi trường đất, đặc biệt thông qua sự đánh giá mức độ tồn dưhoá chất bảo vệ thực vật, kim loại nặng trong môi trường đất và ảnh hưởng

của chúng đến hệ sinh học đất; trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đề xuất giảipháp nhằm làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường đất chuyên canh trong hoa.

4 Luận điểm bảo vệ của Luận án

+ Hoạt động chuyên canh hoa nếu không tuân thủ theo các yêu cầu kỹthuật có thể dẫn đến các tác động tiêu cực tới chất lượng môi trường đất nóichung và tại các vùng trồng hoa ở ngoại thành Hà Nội nói riêng Ảnh hưởngtiêu cực của chuyên canh trồng hoa đến môi trường đất thể hiện qua các khíacạnh sau:

- Hàm lượng kim loại nặng và hóa chất bảo vệ thực vật trong đất tăng;

- Hệ sinh vệ đất giảm;

- Đất bạc mầu và khô cằn

+ Từ các kết quả nghiên cứu thu được có thể chỉ ra các yêu tố tác độngtiêu cực đến chuyên canh trồng hoa, từ đó đề xuất được các giải pháp tổnghợp nhằm giảm các tác động tiêu cực đến môi trường đất chuyên canh trồnghoa, hướng đến sự phát triển một nền nông nghiệp bền vững cho vùng nghiêncứu nói riêng và cho đất nông nghiệp nói chung ở Việt Nam

5 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc điểm đất, nước và cơ cấu cây trồng tại phường Tây

Tựu thuộc quận Bắc Từ Liêm và xã Mê Linh thuộc huyện Mê Linh thành phố

Hà Nội (vùng nghiên cứu)

- Nghiên cứu những nét đặc trưng trong gieo trồng và chăm sóc cây hoahồng, hoa đồng tiền, hoa cúc tại vùng nghiên cứu

- Phân tích xác định tính chất hóa lý của nước tưới, phân bón, vôi bột

và hóa chất bảo vệ thực vật, tàn dư của cây hoa trong đất và đất trồng cây hoahồng, hoa đồng tiền, hoa cúc tại các ruộng trồng hoa thuộc vùng nghiên cứu

- So sánh đặc tính hóa lý đất chuyên canh trồng hoa và đất trồng rau tạivùng nghiên cứu từ đó rút ra sự khác biệt về môi trường đất của loại đấtchuyên canh này

- Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường đất chuyên canh trồng hoahồng, hoa đồng tiền, hoa cúc đến hệ sinh vật đất tại vùng nghiên cứu

- Nghiên cứu đề xuất giải pháp góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm môitrường đất chuyên canh trong hoa tại vùng nghiên cứu.

6 Đóng góp mới của đề tài

1 Lần đầu tiên đánh giá một cách có hệ thống các yếu tố tác động đếnmôi trường đất vùng chuyên canh trồng hoa hồng, hoa đồng tiền, hoa cúc tạicác ruộng trồng hoa tại phường Tây Tựu và Xã Mê Linh (Hà Nội) thông quakết quả phân tích nước tưới, phân bón, vôi bột, hóa chất bảo vệ thực vật, tàn

dư của cây hoa trong đất và đất trồng hoa hồng, hoa đồng tiền, hoa cúc

2 Đã xác định thấy mối liên hệ giữa mức độ bón phân và vôi cho đấttrồng cây hoa đến mức độ tích luỹ Cu, Cd, Zn, As, Hg, trong môi trường đất

ở cả hai khu vực nghiên cứu Hầu hết các kim loại nặng đều giảm dần theo độsâu của phẫu diện đất Mức độ tích lũy kim loại nặng trong đất chuyên canhtrồng hoa giảm dần theo thứ tự đất trồng hoa hồng > đất trồng hoa cúc và hoađồng tiền > đất trồng rau

3 Đã xác định thấy mối liên quan giữa sử dụng và tích lũy hóa chất bảo

vệ thực vật trong môi trường đất trồng hoa Trong đất trồng hoa ở hai vùngnghiên cứu tìm thấy nhiều loại hóa chất bảo vệ thực vật, nhưng chỉ có cácchất clo hữu cơ thì vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 15:2008/BTNMT Ở

Mê Linh, mức độ tích lũy trong đất trồng hoa hồng lớn hơn trong đất trồnghoa cúc và hoa đồng tiền, thấp nhất là đất trồng rau Lượng BHC, DDT, DDEvượt ngưỡng cho phép theo QCVN 15:2008/BTNMT, trong đó BHC trongđất trồng hoa Hồng vượt 13,5 lần Ở Tây Tựu, DDT trong đất trồng hoa Hồngvượt 1,4-1,7 lần, đất trồng hoa cúc vượt không đáng kể

4 Đã sử dụng chỉ số đa dạng H’ và chỉ số đồng đều J’ để đánh giánhững tác động của hoạt động chuyên canh trồng hoa ở hai vùng nghiên cứu

đến nhóm động vật chân khớp bé (Collembola) Đã ghi nhận các loài ưu thế vượt trội ở các ruộng trồng hoa riêng biệt ở Tây Tựu là Isotomurus palutris, Cryptopygus thermophilus, Sminthurides bothrium, Isotomurus punctiferus, Cyphoderus javanus; ở Mê Linh là Isotomurus palutris, Cyphoderus javanus,

Protaphorura tamdaona Các loài này giảm dần theo thứ tự: rau, hoa cúc, hoa

hồng 2 năm, hoa hồng 6 và 10 năm, hoa hồng 4 năm, hoa đồng tiền

5 Lần đầu tiên sử dụng kỹ thuật điện di trên gel biến thiên (DGGE) đểđánh giá sự biến động về thành phần và số lượng vi sinh vật đất dưới tác độngcủa hoạt động chuyên canh trồng các loại hoa khác nhau

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Đất canh tác và nhóm chỉ tiêu đánh giá chất lượng đất

1.1.1 Đất canh tác

Đất canh tác ở vùng đất đồng bằng, người ta lại quan tâm tới độ dàytầng canh tác.Thông thường, được chia ra 3 mức như sau: > 15 cm: tầng canhtác dày; 15 - 10 cm: tầng canh tác trung bình; < 10 cm: tầng canh tác mỏng

Kết cấu của đất ảnh hưởng rất lớn tới các tính chất đất nhất là nhữngtính chất vật lý của đất Nếu đất có cấu tạo hạt kết tốt đất sẽ tơi xốp, làm đất

dễ, hạt dễ mọc, rễ cây dễ phát triển; nước thấm nhanh và được giữ nhiều; đấtthoáng khí và đầy đủ oxy cung cấp cho cây và các hệ sinh vật, động vật đấthoạt động; nước và không khí điều hòa, quá trình khoáng hóa và mùn hóađồng thời xảy ra nên xác hữu cơ biến thành thức ăn đầy đủ cho sinh vật vừađược tích lũy lại trong đất dưới dạng các hợp chất mùn Thành phần cơ giớikhác nhau, tỷ trọng đất khác nhau, đất cát có tỷ trọng 2,65 ± 0,01 g/cm3, đấtcát pha có tỷ trọng 2,7 ± 0,017 g/cm3, đất thịt có tỷ trọng 2,7 ± 0,02 g/cm3, đấtsét có tỷ trọng 2,74 ± 0,027 g/cm3

Tỷ trọng của đất được quyết định chủ yếu bởi các loại khoáng nguyênsinh, thứ sinh và hàm lượng chất hữu cơ trong đất Nhìn chung do tỷ lệ chấthữu cơ trong đất thường không lớn nên tỷ trọng đất sẽ phụ thuộc chủ yếu vàothành phần khoáng vật của đất, thường dao động từ 2,5 - 2,8 Thông qua tỷtrọng đất người ta có thể đưa ra những nhận xét sơ bộ về hàm lượng chất hữu

cơ, hàm lượng sét hay tỷ lệ sắt, nhôm của một số loại đất cụ thể nào đó

1.1.2 Nhóm chỉ tiêu đánh giá chất lượng đất

1.1.2.1 Các chỉ tiêu lý hóa học

+ Phản ứng của đất Phản ứng của đất biểu thị mức độ chua hay kiềm

của đất, được đo và biểu hiện bằng giá trị pH, bảng 1.1 [60].

Bảng 1.1 Xếp loại phản ứng của đất (theo pH H2O )

Chua mạnh 5,1 - 5,5 Kiềm trung bình 7,9 - 8,4Chua trung bình 5,6 - 6,0 Kiềm mạnh 8,5 - 9,0

+ Dung tích hấp thụ (dung tích trao đổi cation - CEC), tổng bazơ trao đổi (S), độ bão hòa bazơ của đất (BS):

- Dung tích hấpthụ của đất phụ thuộc vào thành phần keo, thành phần

cơ giới đất, tỷ lệ SiO2/R2O3 và pH Đất càng nhiều mùn và montmorilonitthì CEC càng lớn;thành phần cơ giới đất càng nặng thì CEC càng lớn; tỷ lệSiO2/R2O3 càng lớn thì CEC càng lớn; độ pH đất tăng lên thì CEC cũngtăng lên Khi pH của đất bằng 8,2 thì giá trị CEC của mỗi loại đất là khácnhau, bảng 1.2 [60]

Bảng 1.2 Các giá trị CEC của các loại đất được xác định ở pH 8,2

kim loại nặng nhất định [19] Đất sử dụng trong nông nghiệp đã được quiđịnh ngưỡng giới hạn cho phép hàm lượng tổng số một số kim loại nặng cóhàm lượng các nguyên tố nhất ngưỡng qui đinh được nêu trong QCVN

03:2008 [3], theo đó hàm lượng (mg/kg) của Cu là 50, Zn là 200, Pb là 70, As

1.1.2.2 Chỉ tiêu đánh giá hàm lượng một số chất dinh dưỡng trong đất

Chất hữu cơ là thành phần quan trọng đối với quá trình hình thànhđất và tính chất đất; chất hữu cơ và mùn là kho thức ăn cho cây trồng và visinh vật; chất hữu cơ đất có tác dụng duy trì và bảo vệ đất Để đánh giáhàm lượng chất hữu cơ trong đất người ta thường sử dụng các chỉ tiêu về

hàm lượng mùn tổng số (OM), hàm lượng cacbon tổng số OC, hàm lượng nitơ tổng số (N), tỷ lệ C/N Hàm lượng OM trong đất được chia thành các

mức độ: Rất cao (>6%); cao (4,3 6,0%); trung bình (2,1 4,3%); thấp (1,0 2,1%), rất thấp (<1,0%)

-Dạng tổng của các nguyên tố dinh dưỡng trong đất biểu thị khả năngcung cấp dinh dưỡng cho cây trồng từ đất Chỉ tiêu đánh giá hàm lượng

photpho tổng số (P 2 O 5 tổng số) được chia thành 3 mức độ như sau: Giàu: P2O5

tổng số > 0,10%;Trung bình: P2O5 tổng số từ 0,06 - 0,10%; Nghèo: P2O5 tổng

số < 0,06% [11] Hàm lượng của nguyên tố nitơ trong đất được chia thànhcác mức độ: rất cao (>0,35%); cao (0,226 - 0,3%); trung bình (0,126 -0,226%); thấp (0,05 - 0,126%); rất thấp (<0,05%) [60]

Hàm lượng các nguyên tố dễ tiêu của các nguyên tố thể hiện khả năngcung cấp dinh dưỡng tức thời cho thực vật, thông số này quyết định trực tiếpkhả năng tồn tại của thực vật đối với các loại đất cụ thể

Đối với nitơ, hàm lượng đạm dễ tiêu trong đất được đánhgiá thông quachỉ tiêu hàm lượng đạm thủy phân và được chia thành 3 mức: Giàu (>8mgN/100g đất); Trung bình (4 - 8 mgN/100g đất); Nghèo (< 4 mgN/100g đất)

Đối với photpho: Tùy thuộc vào phương pháp chiết rút mà các tác giảđưa ra thang đánh giá hàm lượng photpho dễ tiêu trong đất khác nhau, bảng1.3 [9] [18].

Bảng 1.3 Thang đánh giá hàm lượng photpho dễ tiêu trong đất

theo các phương pháp khác nhau

1.1.3 Các chỉ tiêu sinh học đất

Theo tính toán của các nhà khoa học đất cho thấy, trên 1 ha đất trồng

trọt (độ sâu 20 - 30 cm) có từ 5 - 7 tấn vi khuẩn, từ 2 - 3 tấn nấm men, nấm

mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh và từ 3 - 4 tấn động vật không xương

sống (giun, ấu trùng, sâu bọ, tuyến trùng ) Vì vậy khi đánh giá về sinh học

đất, các nhà khoa học đất đã đề xuất các chỉ tiêu về số lượng vi sinh vật trongđất; khả năng nitrat hóa và khả năng cố định đạm trong đất; cường độ phângiải xenluloza; hô hấp của đất; và hoạt tính men của đất

1.2 Ảnh hưởng của hoạt động canh tác nông nghiệp tới chất lượng đất

1.2.1 Ảnh hưởng của chuyên canh tới chất hữu cơ trong đất

Chất hữu cơ đất (SOM) thành phần quan trọng góp phần quan trọngtrong độ phì nhiêu của đất, hoạt tính của đất và tính bền vững của cấu trúcđất Nó giảm thiểu tác động tiêu cực của môi trường, và do đó cải thiện chấtlượng đất [11] Các nhà khoa học cho rằng dưới ngưỡng 3,4% SOM ở đấtvùng ôn đới thì suy giảm nghiêm trọng chất lượng đất sẽ xảy ra [94] Các bểcacbon trên mặt đất lưu trữ cacbon nhiều hơn hơn bể lưu trữ của thảm thựcvật và không khí kết hợp Khoảng 75% cacbon tích lũy trong bể trên thạchquyển được lưu giữ dưới dạng SOM [35]

Chất hữu cơ được trả lại cho đất trực tiếp từ tàn dư cây trồng hoặc quaphân bón hữu cơ Phần lớn dạng hữu cơ này được phân hủy sinh học mộtcách nhanh chóng bởi vi sinh vật đất Kết quả của quá trình này là một hìnhthành nhanh chóng của các hợp chất hữu cơ mới và cấu trúc cơ thể vi sinh vậtgóp phần quan trọng trong việc gắn kết các hạt đất với nhau hình thành cấutrúc đất và hạn chế xói mòn cũng như phát sinh khí CO2 trở lại bầu khí quyểnthông qua hô hấp của vi sinh vật và quá trinh khoáng hóa [46; 81] Tỷ lệCacbon (C) hấp thụ trung bình toàn cầu khi thay đổi sử dụng đất từ nôngnghiệp sang rừng hoặc đồng cỏ được ước tính tương ứng là 33,8 và 33,2 gC/m2 mỗi năm [130] Qua nghiên cứu các nhà khoa học kết luận rằng sự thayđổi lớn nhất hàm lượng C xảy ra trong 8 cm trên cùng của đất, một lượng nhỏhơn ở độ sâu 8 đến 15 cm và một lượng không đáng kể C ở dưới 15 cm [80]

Họ cũng kết luận rằng, trong đất không có hiện tượng cày xới hàm lượngSOM được tích lũy cao hơn so với đất có cày xới, điều đó cũng đồng nghĩavới việc cày làm đất là nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm ham lượngSOM trong đất canh tác nông nghiệp Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện rarằng trong khoảng thời gian từ 5 đến 20 năm, đất không cày có sự gia tăngtrung bình 285 g C/m2 so với canh tác thông thường

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, sự giảm nhanh chóng của SOM do xáotrộn đất trong thời gian trồng trọt ban đầu Sự suy giảm đáng kể cacbon đấtxảy ra trong 5 năm đầu tiên của quá trình trồng trọt, con số có thể lên tới2.300 kgC/ha trung bình mỗi năm cho tầng đất 0-17 cm Con số của 14 nămsau đó so với 5 năm là 950 kg C/ha và giữa 50 năm và 14 năm là 290 kg C/ha[92] Theo đó, các tác giả chỉ ra sự suy giảm SOM theo thời gian canh tác, sovới hàm lượng SOM trong đất không canh tác, tổng mất SOM là 17%, 28%,

và 55% trong tương ứng 5, 14 và 50 năm canh tác Các nhà khoa học thấyrằng, phần lớn quá trình khoáng hóa như là kết quả của canh tác đất được diễn

ra ngay sau khi đất được cày xới và có liên quan trực tiếp đến khối lượng đất

bị xáo trộn và độ gò ghề của bề mặt sau khi cày Và như vậy, hàm lượngSOM và tổng N bị giảm ít nhất khi cầy sới đất tối thiểu và tàn dư sinh khốisau thu hoạch được trả lại [86]

Trồng trọt có thể phá vỡ hoặc kéo dài thời gian đạt cân bằng của vòngtuần hoàn cacbon trong tự nhiên thông qua việc làm giảm hàm lượng SOM

và dẫn đến suy thoái đất, và cuối cùng là làm giảm năng suất của đất Tuynhiên, bằng cách thay đổi sử dụng đất và hệ thống canh tác hoặc bằng việc

áp dụng luân canh bền vững, tỷ lệ hấp thụ cacbon có thể được tăng lên đến20-75gC/m2/năm, và giúp hệ canh tác có thể đạt đến trạng thái cân bằng về

C mới trong vòng vài thập kỷ

Chẳng hạn, khi thay đổi cách sử dụng đất sẽ làm ảnh hưởng tới hàmlượng SOM và N trong đất [99] Do tổng số vi khuẩn trong đất thay đổi, tronglớp đất mặt hệ độc canh lúa mì lượng C là 533 mg/kg, hệ độc canh ngô chỉ có

350 mg/kg, và đối với hệ độc canh đậu tương là 398 mg/kg Do đó, độc canhngô và đậu tương không chỉ giảm SOM và N mà còn dẫn đến sự suy giảm củahoạt động sinh học của đất Các nhà khoa học thấy rằng, 11 năm canh tác liêntục ngô, đậu tương, lúa mì dẫn đến giảm tương ứng 10%, 11% và 5,3% SOM,

so với hệ luân canh tất cả loại cây trồng nói trên [93]

Do đó, loại cây trồng ảnh hưởng tới SOM cũng như chất lượng đất rấtmạnh mẽ trong các hệ độc canh liên tục Những tác động tiêu cực của độccanh nổi bật là nghèo hóa hệ động vật đất; tăng số lượng dịch hại cây trồng;giảm hoạt động của quá trình dehydrogenase và phốt phát hóa; và tăng hàmlượng các axit phenolic trong đất.

1.2.2 Ảnh hưởng của bón phân tới hàm lượng các nguyên tố trong đất

Bón phân là một trong những hoạt động quan trọng nhất trong sản xuấtnông nghiệp cho ảnh hưởng của nó trên các chất dinh dưỡng sẵn có trong đất.Các nhà khoa học đã chỉ ra rằng, khi sử dụng phân bón bón cho cây trồng sẽlàm tăng đáng kể nồng độ N, P, K và SOM trong lớp đất canh tác so với lớpđất phía dưới [77]

Khi sử dụng phân chuồng và hoặc phân xanh từ tàn dư của cây trồngthì đã làm bổ sung một lượng N, P, K đáng kể trong đất canh tác ngô và lúa

mì, và điều đáng quan tâm là sản lượng sinh khối thu được ở đây cao hơn, lêntới 50% so với phương thức chỉ bón N, P, K ở lượng lớn Và SOM được tănglên nhiều nhất trong hệ luân canh hàng năm có sử dụng dụng đầy đủ phân bón

N và P ở vùng đất bán khô cằn phía tây nam Saskatchewan, Canada [82].Việc sử dụng liên tục N, P, K cộng với phân chuồng để bón cho cây trồng dẫntới làm tăng đáng kể hàm lượng SOM và N so với một khu vực hoang hóa lâncận [129] Với những kết quả nghiên cứu đã nêu, có thể thấy nếu duy trì lớpphủ tàn dư thực vật sau thu hoạch và tăng tỷ lệ lượng phân bón các loại sẽ cóthể duy trì được chất lượng đất [34]

Bên cạnh đó các loại phân bón vô cơ, vôi và phân hữu cơ, phân bùn,…

có một lượng đáng kể các kim loại nặng Thành phần các kim loại nặng trongphân bón đã nêu trên đã được một số tác giả nghiên cứu Trong số các loạiphân nghiên cứu các tác giả chỉ ra rằng phân lân có chứa hàm lượng kim loạinặng khá cao

Phân lân là một trong những nguồn đầu vào kim loại nặng vào các hệthống nông nghiệp Quặng photphat chứa nhiều nguyên tố kim loại nặng với

giá trị dao động khoảng 1 - 100 mg/kg Cd, 70 - 110 mg/kg Cr, 1 - 1000 mg/kg

Cu, 0 - 117 mg/kg Ni, 0 - 45 mg/kg Pb, 4 - 1000 mg/kg Zn, 0 - 710 mg/kg F

và 8 - 220 mg/kg U [48; 37; 83] Tùy thuộc vào loại quặng và quy trình sảnxuất mà phân lân có hàm lượng các kim loại nặng khác nhau: 0 - 58,8 mg/kgCd; 10,4 - 72,7 mg/kg Cr; 1 - 183 mg/kg Cu; 5 - 26,9 mg/kg Ni; 0,6 - 30,7mg/kg Pb; 8,8 - 181 mg/kg Zn và 39,7 -206 mg/kg U [124; 27; 98; 42]

Hàm lượng kim loại nặng có trong quặng photphat khác nhau (PR) dẫnđến các kim loại nặng sẽ có mặt cho các loại phân bón trong quá trình sảnxuất cũng khác nhau và nó là tạp chất không thể loại bỏ khỏi phân lân [43].Kết quả phân tích 20 mẫu phân lân cho kết quả tương tự về hàm lượng cáckim loại nặng có mặt trong mỗi loại phân khi lấy mẫu phân tích từ các đại lýcung cấp phân bón ở Saudi Arabia [44][100]

Kết quả phân tích hàm lượng Cd trong các mẫu phân lân sử dụng ở một

số quốc gia ở bảng 1.4 [45] cho thấy, phân lân là nguồn gây ô nhiễm Cd nóiriêng và kim loại nặng nói chung cho các vùng đất canh tác nông nghiệp [95]

Bảng 1.4 Hàm lượng Cd trong các mẫu phân lân sử dụng

ở một số quốc gia trên thế giới

Loại phân: nguồn gốc đá

chứa phophat

Đất nước lấy mẫu (nơi sử dung để trồng thuốc lá)

Cd (mg/Kg)

Âu)

2,78+4,82

Trong kỹ thuật trồng hoa, để cho cây hoa cứng cáp và mầu hoa đẹpngười ta đã bón một lượng lớn các phân khác nhau nên đã làm tăng đáng kểcác ion kim loại trong môi trường đất

1.2.3 Ảnh hưởng của nước tưới tới hàm lượng các nguyên tố trong đất

Chất lượng nước sử dụng để tưới tiêu được nêu trong tiêu chuẩn ViệtNam QCVN 08:2008/BTNMT Hiện nay, một số vùng nông nghiệp sử dụngnước tưới tiêu có hàm lượng một số kim loại nặng cao hơn tiêu chuẩn chophép, dẫn đến làm gia tăng hàm lượng các kim loại này trong đất trồng trọt

Chẳng hạn ở Hà Nội, sông Nhuệ được sử dụng để tưới cho một vùngrộng lớn đất nông nghiệp, trong đó có vùng trồng hoa Tây Tựu Theo các kếtquả nghiên cứu giai đoạn 2011-2012 cho thấy, chất lượng nước sông Nhuệ đã

và đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, không đáp ứng tiêu chuẩn cho sản xuấtnông nghiệp, các thông số phân tích đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép đối vớichất lượng nước tưới tiêu QCVN 39:2011/BTNMT; theo đó, Zn (213 mg/l)vượt 106,5 lần; Cu (0,328 mg/l) và Pb (0,045mg/l) gần tới giưới hạn ngưỡngcho phép

Với việc sử dụng nước sông Nhuệ để tưới tiêu, hàm lượng kim loại Cu và

Zn trong các mẫu đất cao hơn tiêu chuẩn cho phép (QCVN 03:2008/BTNMT).Theo đó, hàm lượng Cu (99,2 mg/kg) và Zn (259,3 mg/kg) vượt quá tiêu chuẩncho phép (50 mg/kg và 200 mg/kg) cao nhất tương ứng là 1,98 và 1,3 lần

Tương tự như các nền nông nghiệp thuộc các quốc gia đang phát triểnkhác trên thế giới, hiện tượng lạm dụng phân hóa học và hóa chất bảo vệ thựcvật cùng với hạn hạn chế sử dụng phân hữu cơ ở Việt Nam dẫn tới quá trìnhtích lũy kim loại nặng ở mức độ trung bình đến cao gần như được phổ biếntrong tất cả các vùng nông nghiệp của Việt Nam

Việc tưới tiêu không hợp lý là nguyên nhân dẫn tới tình trạng tích lũykim loại nặng trong đất nông nghiệp trong thực trạng không quản lý được các

nguồn nước sử dụng trong nông nghiệp của nước ta hiện nay Nghiên cứu vềảnh hưởng của nước thải từ mỏ Cổ Định cho thấy, việc sử dụng nguồn nướcnày trong nông nghiệp dẫn tới hiện trạng ô nhiễm Cr, Co và Ni với hàm lượngtương ứng là 5,75; 3,75 và 5,59 mg/kg tại các khu vực trồng lúa lân cận.

Nghiên cứu về tương quan giữa hàm lượng kim loại nặng trong đất vàhàm lượng kim loại nặng trong nước cấp từ sống Nhuệ cho thấy mối tươngquan chặt chẽ và phụ thuộc giữa hàm lượng kim loại nặng trong nước và kimloại nặng tương ứng trong đất, bảng 1.5 [23]

Bảng 1.5 Tương quan giữa hàm lượng kim loại nặng trong nước sông Nhuệ và trong đất nông nghiệp dùng nước sông nhuệ làm

nguồn nước cấp

Hàm lượng Trong nước (mg/l) Trong đất (mg/kg)

và thuốc trứ sâu với liều lượng cao trong canh tác của nông dân

Nghiên cứu về hàm lượng của kim loại nặng trong một số khu vựctrồng rau của Hà Nội chỉ ra rằng, đa số đất của các khu vực này có hàm lượngkim loại nặng nằm giới ngưỡng cho phép; với đất trồng rau tuy nhiên các giátrị này có xu hướng tiệm cận với ngưỡng cho phép và có thể sẽ vượt ngưỡng

này nếu hiện trạng canh tác lạm dụng phân hóa học và nguồn nước tướikhông kiểm soát của khu vực còn tiếp diễn, bảng 1.6 [15].

Bảng 1.6 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong đất trồng rau

của Vân Nội, Đông Anh, Hà Nội (mg/kg)

1.2.4 Ảnh hưởng của kỹ thuật làm đất tính chất hóa lý của đất

Hoạt động làm đất giúp tăng khả năng tiếp cận chất hữu cơ của vi sinhvật đất [51; 36] qua đó tăng quá trình giải phóng N cho đất [84] Các nhàkhoa học cho rằng biện pháp lên luống vĩnh cửu kết hợp với giữ lại dư lượng

sinh khối sau thu hoạch giúp vi đoàn lạp đất ổn định hơn qua đó tăng cườngbảo vệ C và N so với biện pháp cày bừa thông thường [90].

Trồng trọt có lên luống vĩnh cửu (luống đất có khung gỗ bao quanh vớiđất trồng cao hơn mặt đất bên ngoài) là một kỹ thuật làm giảm sự nhiễm mặn đấttrong điều kiện có mưa [130] Kết quả nghiên cứu cho thấy, với kỹ thuật canhtác trên thì nồng độ Na thấp hơn 2,64 và 1,80 lần tương ứng với tầng đất 0-5 cm

và 5-20 cm ở các đất có lên luống vĩnh cửu so với các luống cày cấy thôngthường So với làm đất truyền thống, giá trị trao đổi Na của đất Vertisol có tướitiêu sau chín năm là thấp hơn ở biện pháp canh tác làm đất tối thiểu [75]

Ngược lại, trong trồng lúa thì việc làm đất có xu hướng giảm tích tụmuối trong vùng rễ của lúa: hàm lượng muối tích tụ lớn hơn đã ghi nhận đượctrên tầng đất mặt trong giai đoạn tăng trưởng cây lúa trên đất canh tác khônglàm đất so với trên đất canh tác thông thường [142] Và độ dẫn điện của đất(EC) thấp hơn với hệ thống canh tác truyền thống so với hệ thống canh táckhông làm đất trong khu vực đất Vertisols ở miền Bắc Mexico [119] Trongmột số trường hợp, ảnh hưởng bởi các hoạt động làm đất tới sự tích tụ muốitrong các tầng canh tác là không thực sự rõ ràng [54] Trong lớp 5-15 cm,không có sự khác biệt trong đất về độ dẫn điện giữa các phương thức làm đất[53] và lượng Na chiết ra được theo các tầng đất không phụ thuộc vào thựctiễn làm đất, hoặc nếu có thì cũng rất ít bị ảnh hưởng [61]

Tác động của sản xuất nông nghiệp bảo tồn tới tổng hàm lượng Nthường phản ánh những quan sát về tổng SOM do vòng tuần hoàn N luôn gắn

bó chặt chẽ với vòng tuần hoàn C [40] Các nhà khoa học thấy rằng, hàmlượng nitơ tổng số cao hơn đáng kể trong cả hai phương thức canh tác khônglàm đất và lên luống vĩnh cửu so với làm đất truyền thống ở vùng cao nguyênmiền trung Mexico [30; 67] Đặc biệt, sự gia tăng hàm lượng nitơ tổng sốtrong đất canh tác với sự gia tăng số lượng rơm rạ được giữ lại trên bề mặtruộng một cách thường xuyên [67] và một số hệ sinh thái nông nghiệp khác

[31] Như vậy, quá trình hoàn trả sinh khối sau thu hoạch cho đất làm tănghàm lượng nitơ tổng số một cách rõ rệt trong đất [67].

Tuy nhiên, biện pháp canh tác này có thể tăng tính nhạy cảm của đấtvới quá trình rửa trôi hoặc phản nitrat nếu không có sự phát triển của thực vật

để sử dụng các chất dinh dưỡng dễ tiêu tại thời điểm được giải phóng [68; 46;

52] Và Randall và Iragavarapu phát hiện thấy biện pháp làm đất thôngthường gây thất thoát NO3-cao hơn khoảng 5% so với biện pháp không làmđất [117] Nhiều nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng tỷ lệ khoáng hoá N tănglên khi giảm các biện pháp làm đất: khi canh tác có làm đất trong 8 năm chothấy hàm lượng của N linh động trong đất không cày bừa lớn hơn trong đấtcày bừa thông thường với cây trồng là lúa mì mùa xuân [89] Một nghiên cứukhác cũng cho kết quả tương tự, quá trình khoáng hoá nitơ thường tăng lêntrong lớp đất 0-5 cm khi cường độ làm đất giảm xuống [141]

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng lượng P có thể chiết rút trong đất thuộc

hệ canh tác không làm đất cơ hơn trong đất canh tác với các biện pháp làm đấtthông thường [53; 54; 61; 56; 59; 71] Điều này rất có lợi cho thực vật khi P làmột chất dinh dưỡng có khả năng hòa tan giới hạn, nhưng cũng có thể là mộtmối đe dọa cho các vấn đề môi trường vì khả năng rửa trôi P hòa tan trongnước chảy sẽ tăng cao [53] Một số nghiên cứu khác cho thấy, sau 20 nămkhông có cày đất, có thể chiết rút hàm lượng P lớn hơn 42% mức 0-5 cm,nhưng thấp hơn 8-18% ở độ sâu 5-30 cm so với đất cày bừa thông thường [72;124; 76] Tích tụ P ở tầng mặt đất liên tục không cày bừa đã được nhiều tác giảkhẳng định [61; 56; 59; 55; 71] Mặt khác, hàm lượng P cao hơn ở các lớp bềmặt của tất cả các hệ thống canh tác so với các tầng sâu hơn, nhưng nổi bậtnhất trong đất không cày bừa [53]

Nhiều nghiên cứu cho thấy, đất không cày bừa có thể duy trì và tăng tínhtính linh động của các chất dinh dưỡng, chẳng hạn như K ở tầng đất gần bề mặtđất nơi có hệ rễ thực vật hoạt động [62] Biện pháp lên luống vĩnh viễn chonồng độ K cao hơn 1,65 lần trong lớp đất 0-5 cm và 1,43 lần trong lớp 5-20 cm

so với canh tác lên luống thông thường khi cả hai phương thức canh tác đều kếthợp với sự duy trì tàn dư thực vật trền bề mặt [67] Các nghiên cứu khác đã chothấy mức độ K có thể chiết rút cao hơn trong tầng đất mặt khi cường độ càybừa giảm [78; 131], và nồng độ K tăng trong đất không cày bừa so với đất càybừa thông thường, nhưng tác dụng này giảm theo độ sâu [54] Nhiều tác giảkhác đã quan sát thấy sự tích tụ trên lớp đất bề mặt của K linh động không phụthuộc vào thực tế cày bừa hay độ sâu của đất [53; 97; 75; 59; 119].

1.2.5 Ảnh hưởng của kỹ thuật sử dụng tàn dư thực vật tới chất lượng đất

Sử dụng tàn dư thực vật như một loại phân bón hữu cơ cho đất đã cótác động đáng kể đến chất lượng đất Sự phân hủy chậm của tàn dư thực vậtcủa lớp phủ trên mặt đất có thể giúp giảm thiểu quá trình thẩm thấu nhanhchóng qua phẫu diện đất của các nguyên tố dinh dưỡng [33; 87] Tuy nhiên,mật độ cao hơn của các khoảng hổng trong đất có thể khiến quá trình thẩmthấu của các chất dinh dưỡng hòa tan nhanh hơn và thấm sâu hơn vào vào cáctầng đất bên dưới tầng canh tác [61; 79]

Mặt khác, phản ứng sinh hóa của đất có thể thay đổi phụ thuộc vào khíhậu, loại đất, hệ thống cây trồng, phương thức sử dụng phân bón tại mỗi hệsinh thái nông nghiệp và nó chi phối mạnh mẽ tới sự tồn tại và phân bố cácchất dinh dưỡng trong đất [115] Ví dụ, mật độ của rễ cây thường lớn hơn ởtầng đất mặt trong hệ thống canh tác không làm đất so với canh tác truyềnthống, điều này có thể dẫn đến sự tích lũy với tỷ lệ lớn các chất dinh dưỡngđược đưa lên từ tầng đất bên dưới [113; 96] Như vậy, trong canh tác có sửdụng tàn dư thực vật như là loại phân bón để bón cho cây trồng có tác độngđáng kể đến phân bố và di chuyển chất dinh dưỡng trong đất [62; 58]

Nghiên cứu về ảnh hưởng của biện pháp che phủ đất bằng tàn dư câytrồng sau thu hoạch, cho thấy K trao đổi cao hơn trong lớp đất mặt (0-2 cm)trong trường hợp rơm lúa miến được giữ lại so với khi đã được gỡ bỏ [109].Các nhà khoa học cũng phát hiện ra rằng, K trong tầng đất 0 -20 cm tăng lên

đáng kể trong trường hợp giữ lại sinh khối sau thu hoạch trên mặt các luốngvĩnh viễn, hiệu ứng này rõ rệt hơn đối với sinh khối lúa mì hơn so với ngô[67] Hàm lượng lớn K được cây trồng hút thu, đặc biệt là cây ngũ cốc vàmang khỏi đất qua thu sinh khối Vì vậy việc hoàn trả sinh khối sau thu hoạch

có tác dụng như trả lại cho đất một lượng K đáng kể [53]

Thành phần của sinh khối tồn dư để lại trên đồng ruộng sẽ ảnh hưởngđến sự phân hủy của chúng [112] Tỷ lệ C/N là một trong những tiêu chíthường được sử dụng để đánh giá chất lượng của sinh khối tồn dư [69; 104;

137], cùng với hàm lượng N, lignin, chất polyphenol và hàm lượng C hòa tan[101; 130; 118] Trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ, hàm lượng N vô

cơ từ khí quyển hoặc trong đất có thể được cố định bởi các vi sinh vật thamgia quá trình phân hủy này [143], đặc biệt là khi các chất hữu cơ có tỷ lệ C/Nlớn được thêm vào đất Các nhà khoa học phát hiện ra rằng N tổng số trongđất có tương quan đáng kể đến khả năng phân hủy sinh khối hữu cơ và tỷ lệC/N của tàn dư sinh khối được bổ sung vào đất [85]

Trong khi một số loài thực vật thường được sử dụng như cây che phủ

có hàm lượng N và P tương đối cao thì tàn dư cây trồng thường có hàm lượng

N rất thấp (khoảng 1%) và hàm lượng P (khoảng 0,1%) [105] Tàn dư câytrồng thường có hàm lượng lignin và polyphenol cao [106], do đó các tồn dưthực vật thường đóng vai trò quan trọng trong góp phần hình thành SOM hơn

là vai trò của nguồn dinh dưỡng vô cơ cho cây trồng [106]

Một phương thức khác sử dụng tàn dư thực vật làm phân bón dướidạng đốt các tàn dư này Những báo cáo về biện pháp đốt tàn dư sinh khốisau thu hoạch cho thấy, điều này có thể tăng lượng dinh dưỡng dễ tiêu mộtcách tức thời trong tầng đất mặt cho cây trồng hút thu [54] Tuy nhiên, đốttàn dư cây trồng không được coi là một hình thực bền vững do các tác độngtiêu cực tới tính chất vật lý đất, đặc biệt là khi quá trình này được kết hợpvới các biện pháp giảm làm đất trước khi gieo trồng [91]

Như đã biết, trong tàn dư thực vật còn có một số các kim loại nặng, dovậy khi sử dụng tàn dư thực vật như một loại phân bón hữu cơ cho đất cũng

sẽ làm tăng đáng kể hàm lượng một số kim loại nặng trong đất

1.2.6 Ảnh hưởng khi sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật đến chất lượng đất

Việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật trong canh tác nông nghiệp sẽdẫn đến làm ô nhiễm môi trường đất bởi các hóa chất này Tùy thuộc vào loạihóa chất bảo vệ thực vật mà đất có thể bị nhiễm hoạt chất bảo vệ thực vậtdạng hữu cơ và kim loại nặng hoặc cả hai loại này

Trong thực tế, nếu không sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật cho các mụcđích khác nhau, trong đó có trồng trọt thì trong môi trường đất nói chung và đấtcanh tác nông nghiệp nói riêng không bị ô nhiễm bởi hoạt chất bảo vệ thực vậtdạng hữu cơ và kim loại nặng hoặc cả hai loại này Đất bị ô nhiễm hóa chất bảo

vệ thực vật gây ảnh hưởng xấu tới chất lượng đất và gây ảnh hưởng tới sứckhỏe quần xã dân cư Vì vậy, hầu hết các quốc gia trên thế giới đều quy địnhngưỡng giá trị cho phép hàm lượng hóa chất bảo vệ trong môi trường đất ViệtNam quy định ngưỡng giá trị cho phép hàm lượng hóa chất bảo vệ trong môitrường đất theo tiêu chuẩn QCVN 15:2008 [2]

Đặc điểm khác nhau của mỗi hệ canh tác nông nghiệp yêu cầu sửdụng một số loại thuốc khác nhau trong công tác phòng chống dịch hại và

vì thế đặc thù tích lũy các dạng hóa chất này trong đất của mỗi khu vực đó

là hoàn toàn khác nhau Thuốc trừ sâu và policlobiphenyl (PCBs) là nhữnghóa chất phổ biến và có thể tồn tại trong đất trong nhiều thập kỷ [76; 122]

Do đặc điểm kị nước và tính bền vững sinh học cũng như trước các tácnhân lý hóa học cao giúp nhóm hóa chất này tích lũy trong đất, trầm tích,sinh vật [45; 107; 70; 123]

Nghiên cứu tại hai khu vực nông nghiệp Alau Dam và Gongulong thuộcBang Borno State, Nigeria cho thấy dư lượng thuốc trừ sâu phospho hữu cơ(dichlorvos, diazinon, chlorpyrifos và fenitrothion) đã được phát hiện trong tất

cả các các mẫu đất nghiên cứu Nồng độ tất cả các loại thuốc trừ sâu trong các

mẫu đất được quan sát được cao hơn ở độ sâu 21 - 30cm, trong khi nồng độthấp nhất được quan sát thấy ở độ sâu 0 - 10cm và đều cao hơn nhiều so vớigiới hạn cho phép của Liên minh châu Âu (EU) [28]

Khi so sánh hàm lượng DDT trong đất của các khu vực canh tác nôngnghiệp khác nhau của Trung Quốc đã nhận thấy mẫu đất có hàm lượng DDT caothường tập trung vào các mẫu từ các huyện Hannan và Xinzhou, nơi có rất nhiềucác hoạt động nông nghiệp đã được thực hiện với lịch sử lâu đời [114] Khi phântích các mẫu đất thuộc độ sâu 5, 10, 30 và 50 cm của các khu vực canh tác thuộcTanzania sau 5 - 14 năm, các nhà khoa học chỉ ra rằng, hóa chất bảo vệ thực vậtđược tập trung chủ yếu trong tầng 0 - 10 cm

Kết quả nghiên cứu trên đất nông nghiệp thâm canh ở phía Bắc Ấn Độ vềhàm lượng hóa chất bảo vệ thực vật cho thấy, 4,27% trong tổng số 49 mẫu đấtphát hiện có dự lượng của DDT và 100% số mẫu đất có ô nhiễm chất hữu cơ bềnOCPs (Lindan, Aldrin, Endrin, Dieldrin, 4,4-DDE, 4,4-DDD, 4,4-DDT) [39]

Ở Việt Nam, các loại HCBVTV đã được sử dụng từ những năm 50 - 60của thế kỷ trước để phòng trừ các loại dịch bệnh Từ năm 1957 đến 1980,HCBVTV được sử dụng khoảng 100 tấn/năm đến những năm gần đây việc sửdụng HCBVTV đã tăng đáng kể cả về khối lượng lẫn chủng loại Vào nhữngnăm cuối của thập kỷ 80, số lượng thuốc BVTV sử dụng là 10.000 tấn/năm,sang những năm của thập kỷ 90, số lượng thuốc BVTV đã tăng lên gấp đôi(21.600 tấn/năm vào năm 1990), thậm chí tăng lên gấp ba (33.000 tấn/năm vàonăm 1995) Diện tích đất canh tác sử dụng thuốc BVTV cũng tăng theo thờigian từ 0,48% (năm 1960) lên khoảng 80 - 90% (năm 1997) Theo kết quả điềutra, khảo sát của Bộ Tài nguyên và Môi trường về các điểm ô nhiễm do hoáchất BVTV tồn lưu gây ra trên phạm vị toàn quốc từ năm 2007 đến 2009 chothấy trên địa bàn toàn quốc có trên 1.100 địa điểm bị ô nhiễm hoá chất BVTVthuộc nhóm POPs, có tới 289 kho chứa nằm rải rác tại 39 tỉnh, thành trong cảnước, tập trung chủ yếu ở Nghệ An, Thái Nguyên, Tuyên Quang Trong số

này, có tới 89 điểm đang gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng do tình trạngkho bãi xuống cấp và rò rỉ hoá chất Việc quản lý và xử lý lượng thuốc này nhưthế nào đang là thách thức của các nhà chuyên môn và quản lý.

Ở Nghệ An hiện nay đã thống kê được 913 địa điểm bị ô nhiễm (sơ cấp

và thứ cấp) HCBVTV nằm trên 19 huyện, thành, và thị xã, với tổng diện tíchđất bị ô nhiễm trên 550 ha, trong đó chủ yếu là đất nông nghiệp Lượng thuốctồn dư này ngày càng gây những ảnh hưởng xấu tới môi trường và ảnh hưởngtrực tiếp đến sức khỏe của người dân

Huyện Nghi Lộc được coi là “vùng đặc biệt” ô nhiễm môi trường từ nhiềunăm qua có nguyên nhân từ sự tồn lưu lớn thuốc bảo vệ thực vật độc hại Theođánh giá của các cơ quan chức năng, huyện Nghi Lộc bị ô nhiễm khá nặng vàthành phần gây ô nhiễm chủ yếu là các loại hóa chất: hexaclobenzen (HCB),Lindan, Aldrin, DDT, 666

1.2.7 Ảnh hưởng của quá trình canh tác nông nghiệp đến hệ sinh vật đất

Bên cạnh các nghiên cứu về ảnh hưởng của hoạt động canh tác nôngnghiệp đến tính chất hóa học và lý học của đất, nhiều nghiên cứu trên thế giớicũng chỉ ra sự tác động của hoạt động nông nghiệp hệ sinh vật đất

Hệ sinh vật đất bao gồm vi sinh vật (vi khuẩn và nấm) và động vật đất(các nhóm động vật nguyên sinh và không xương sống như giun tròn, ve bét

và giun đất) Chúng chi phối tính sẵn có của các nguồn chất dinh dưỡng đốivới cây trồng thông qua một loạt các hoạt động như phân hủy các tàn dư câytrồng, cố định hóa các chất dinh dưỡng, khoáng hóa, cố định đạm sinh học vàhình thành đất Động vật đất có vai trò rất quan trọng trong giai đoạn đầu tiêncủa quá trình nghiền và trộn các tàn dư thực vật vào đất, trong khi vi sinh vậtlại có một phức hệ các enzyme có khả năng phân hủy hóa học các hợp chấthữu cơ phong phú hơn nhiều (Paul và Clark 1996) Vi khuẩn và nấm thườngđược xem là một hồ chứa không ổn định các chất dinh dưỡng (C, N, P, S)dưới dạng sinh khối vi sinh vật, đóng vai trò then chốt trong cố định và

khoáng hóa chất dinh dưỡng Việc giải phóng các chất dinh dưỡng từ sinhkhối vi sinh vật một phần được điều hòa thông qua hoạt động ăn cỏ của độngvật đất.

Các nhà khoa học đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng hệ sinh vậtđất gồm, phương thức làm đất, loại hình sử dụng đất, nước tưới tiêu, phân bón

và hóa chất trừ sâu diệt bệnh

Ảnh hưởng của quá trình canh tác nông nghiệp đến hệ sinh vật đất cóthể được xác định thông qua sự thay đổi về số lượng các cá thể sinh vật, cácnhóm sinh vật hoặc sinh khối vi sinh vật, hoặc những thay đổi trong hoạtđộng sinh học (ví dụ: hô hấp đất và các hoạt động enzyme đất) Các ảnhhưởng khác nhau của một tác nhân nào đó đến các sinh vật khác nhau có thểlàm thay đổi thành phần của quần xã vi sinh vật (hoặc động vật) mà khôngthay đổi tổng số lượng hoặc hoạt động Các phương pháp thường được sử

dụng nhất được liệt kê và giải thích ở Bảng 1.7

Bảng 1.7 Các phương pháp thông dụng để đánh giá số lượng,

hoạt động và đa dạng sinh vật đất

Số lượng

Sinh khối C C trong sinh khối vi sinh vật bằng

các phương pháp xông hơi- chiếtxuất hoặc phương pháp sóng siêu âm

Vance et al (1987),Islam and Weil(1998)Sinh khối N N trong sinh khối vi sinh vật bằng

các phương pháp xông hơi- chiếtxuất

Vance et al (1987),Amato and Ladd(1988)Sinh khối P P trong sinh khối vi sinh vật bằng

các phương pháp xông hơi- chiếtxuất

Brookes et al.(1982), Kouno et al

(1995)ATP ATP có thể được chiết xuất chỉ ra độ Contin et al (2001)

lớn của sinh khối VSV

DNA tổng số

của vi khuẩn

PicoGreen DNA sợi đôi Angersbach and

Earp (2004)Khuẩn lạc Số lượng CFU; các kỹ thuật đếm

khuẩn lạc trên đĩa

e.g Sarathchandra

et al (1993)AMF Nấm rễ nội cộng sinh; thường quan

sát thấy sự chiếm cứ vùng rễ

e.g Ryan et al.(2000)Động vật đất Giun tròn, bộ bọ nhảy (đuôi bật),

enchytraeid, giun đất

Martikainen et al.(1998), V Zwieten

Tỉ số chuyển hóa Tỉ số giữa hô hấp đất và sinh

khối C của vi sinh vật; các giátrị cao hơn có thể chỉ ra áp lực

về sinh lý

Anderson andDomsch (1990)

Hoạt tính của các

enzyme đất

Dehydrogenase, acid and alkaline phosphatase, amidase,urease, arylsulfatase…

Tabatabai (1994)

Thủy phân FDA Thủy phân diacetate huỳnh

quang (FDA) như là một phép

đo tổng hoạt động của vi sinhvật

Adam and Duncan

(2001)

Hoạt tính

acetylcholin-esterase của giun đất

Hoạt tính của enzyme thủyphân acetylcholine trong hệthần kinh; hoạt tính giảm thểhiện độc tính

e.g Panda and Sahu

(2004)

Đa dạng sinh học

PLFA và FAME Phép phân tích acid béo Drenovsky et al

phospholipid (PLFA) và acidbéo methyl ester (FAME) chỉ

ra những sự thay đổi trongthành phần quần xã vi sinh vật

đánh giá bởi việc chiết xuấtDNA, khuếch đại bằng phảnứng chuỗi polymerase (PCR)

và phân biệt bởi điện di biếntính (DGGE)

Konopka et al.(1998)

Một trong những chỉ thị được sử dụng để đánh giá sự ảnh hưởng củahoạt động canh tác tới tính chất sinh học đất là các nhóm động vật khôngxương sống Đặc điểm của nhóm động vật này là di chuyển kém nhưng cótính ổn định, bền vững ngay cả khi hệ sinh thái có những điều kiện bất lợi.Nghiên cứu của Krivolutski đã cho thấy có thể dựa vào động vật đất đểđánh giá mức độ tác động của con người đến sinh cảnh, lớp thổ nhưỡng bềmặt [17]

Trong số các loại động vật đất, Bọ đuôi bật (Collembola) là thành viêntham gia tích cực vào các quá trình sinh học của đất Bọ đuôi bật cư trú rộngtrên khắp bề mặt trái đất và liên quan đến tất cả các kiểu đất, các kiểu thảmthực vật Chúng thường sinh sống chủ yếu ở lớp thảm vụn hữu cơ trên bề mặtđất (thảm lá rừng, thảm cỏ, thân cây mục, bãi phân gia súc…) Bọ đuôi bật cóthể sống trong những điều kiện cực kỳ bất lợi của môi trường sống và thíchứng với nhiều chế độ đất khác nhau Một số nghiên cứu cho thấy Bọ đuôi bậtkhông chỉ là nhân tố đầu tiên phân huỷ lớp thảm thực vật mà còn là nhân tố thứ

hai phân huỷ dựa trên sự phân huỷ của các nhóm động vật khác như giun đất,nhiều chân… làm tăng lượng chất mùn được tạo thành Bọ đuôi bật hô hấpbằng da nên rất nhạy cảm với độ ẩm không khí xung quanh, thể hiện qua sựbiến đổi theo mùa hay sự phân bố của loài này hoặc loài khác Trong đó, cónhiều loài có tính chịu hạn cao hơn và có khả năng thích ứng được với mức độnào đó của các tác động khô hạn của môi trường Sự tồn tại, sự phát triển cũngnhư sự đa dạng của Collembolla chịu tác động rất lớn bởi đất nhiễm axit, sựthay đổi khí hậu toàn cầu, các kỹ thuật canh tác đất sử dụng trong nông nghiệp,các nhân tố gây stress trong các thành phố, đô thị [73; 103; 127] Bên cạnhgiun đất, Bọ đuôi bật được xem là một trong số các nhóm sinh vật điển hình đểnghiên cứu những nguyên tắc của sự hình thành quần xã và giới hạn sinh tháibền vững của quần thể dưới áp lực đô thị hóa.

Nhóm chân khớp bé (Microarthropoda), với kích thước cơ thể nhỏ bé(từ 0,1-0,2 đến 2-3mm) thường chiếm ưu thế hơn về số lượng so với cácnhóm khác trong cấu trúc hệ động vật đất Vì vậy, chúng là đối tượng đượcchú ý trong các nghiên cứu chỉ thị các đặc điểm của tính chất lý hóa của môitrường đất ở mức độ tập hợp các loài và mối tương quan số lượng giữa cácthành phần nhóm loài thể hiện sự đặc trưng đối với từng loại đất [57; 89; 108;128; 140]

Cấu trúc quần xã chân khớp bé ở đất thường có những phản ứng nhạycảm và rõ rệt đối với những thay đổi bất kỳ của điều kiện môi trường sống dù

là nhỏ bé [44; 57] Việc lựa chọn Bọ đuôi bật làm sinh vật chỉ thị sinh học đãđược nhiều học giả quan tâm, nghiên cứu phục vụ các mục đích bảo vệ thiênnhiên và sự trong sạch của môi trường đất [47; 16; 108; 138]

Trong đất đồng cỏ và chăn nuôi gia súc, nhóm Bọ đuôi bật sống trên bềmặt giảm, số lượng cá thể thấp Đất có nhiều phân hữu cơ thì sự sinh sản của

bọ đuôi bật tăng hơn rất nhiều so với số lượng của chúng trong đất bón phân

vô cơ Trong tiến trình phân huỷ vụn hữu cơ có các đại diện khác nhau của bọ

đuôi bật ở các giai đoạn khác nhau Mỗi sinh cảnh được đặc trưng bởi mộtloài hay một nhóm loài ưu thế và phạm vi của những dạng ưu thế tiềm tàng,

do sự biến đổi các điều kiện sống theo mùa có thể làm thay đổi tỷ lệ số lượngcác loài Các dạng sống của bọ đuôi bật phản ánh một hệ thống thành thục của

sự thích ứng hình thái trong quá trình tiến hoá đối với môi trường sống ở lớpthảm và đất Do đó, sự cư trú của bọ đuôi bật như một chỉ thị cho điều kiệncủa đất và là chỉ thị sinh học tốt cho trạng thái cơ chất đang phân huỷ [127]

Nhóm chân khớp bé cũng là đối tượng chịu tác động trong quá trìnhcanh tác nông nghiệp Việc sử dụng phân bón, thuốc trừ sâu có tác động nhấtđịnh tới một số loài chân khớp bé Trong chừng mực nào đó việc bón phân sẽlàm gia tăng một số loài của bọ đuôi bật ưa thích loại phân bón đó Ngoài raviệc nghiên cứu về phân huỷ phế phụ phẩm hữu cơ cho phép đánh giá đượcmột số thông số sinh học của đất, như: mất lớp thảm (tỷ lệ phân huỷ), ảnhhưởng của chất lượng lớp thảm đến tỷ lệ phân huỷ, đánh giá mối tương tácvới động vật đất và vi sinh vật trong phân huỷ thảm, đánh giá ảnh hưởng củacác nhân tố vô sinh đến phân huỷ lớp thảm như nhiệt độ, pH…[64]

Rất nhiều các nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của các nhân tố vôsinh, hữu sinh, con người đến Bọ đuôi bật Có mối tương quan rõ được quansát thấy giữa quần thể Bọ đuôi bật với lượng nước, loại hình thảm thực vật,vật chất hữu cơ, các bon hữu cơ và ni tơ tổng số trong đất Trong các kết quảnghiên cứu về mối liên quan giữa Bọ đuôi bật với các hoạt động canh tácnông nghiệp của con người cho thấy, các loài Bọ đuôi bật thay đổi do khảnăng và cách thức chúng phản ứng với những thay đổi của môi trường vôsinh (abiotic), cũng như những thay đổi dưới ảnh hưởng của hoạt động củacon người qua những phân tích về loài phổ biến và phần trăm giá trị đónggóp của loài [109]

Các nhà khoa học cũng đã nhận thấy ảnh hưởng của mùa vụ câytrồng đến thành phần loài Bọ đuôi bật bề mặt [63]; và cho thấy độ phong

phú và thành phần loài của bọ đuôi bật biến đổi khác nhau tuỳ thuộc vàoloại cây trồng, tuỳ loại đất, và sự luân phiên mùa vụ cây trồng, v.v Cáctác giả cũng đưa ra tập hợp các loài ưu thế ở các điểm thí nghiệm, đó là

Sminthurinus elegans (Fitch, 1863) (22%), Sminthurus viridis (L., 1785) (20%), Isotoma viridis (Bourlet, 1839) (20%), Lepidocyrtus spp (15%) và Entomobrya multifasciata (Tullberg, 1871) (6%), Deuterosminthurus spp (5%), Pseudosinella alba (4%), Isotomurus spp (2%) (Packard, 1873) Do

vậy, chỉ một số loài có tính chuyên hoá cao, thích nghi được với điều kiệnbiệt hoá mới tồn tại được ở những môi trường nhất định [116] Trongnghiên cứu sinh thái học chỉ thị, việc xuất hiện sự ưu thế bất thường trongcấu trúc quần xã động vật được xem xét như một chỉ số xác định mức độthoái hoá của môi trường đất [12]

1.3 Kỹ thuật đi di biến tính (DGGE/TGGE) trong nghiên cứu sự biến động thành phần loài của hệ vi sinh vật đất

Sự hiểu biết và kiến thức của thành phần cấu trúc và các động thái củacác quần xã VSV đã bị giới hạn trong một thời gian dài bởi chỉ một phần nhỏcác quần thể VSV là có thể phù hợp với các kỹ thuật nuôi cấy truyền thống

Sự phân tích dựa trên acid nucleic của các quần xã vi khuẩn (VK) cho phépchúng ta khắc phục các thành kiến của các phương pháp phụ thuộc vào sựnuôi cấy mà được biết như là “hiện tượng đếm đĩa” (great plate countphenomenon) Để nghiên cứu sự biến động theo không gian và thời gian củacác quần xã VK trong mối liên quan với các yếu tố môi trường và những sựthay đổi do sự làm xáo trộn hay xử lý thí nghiệm, phân tích nhiều mẫu là cầnthiết Đối với mục đích này, các hướng tiếp cận được dựa trên việc nhân dòng

và xác định trình tự của các đoạn 16S rRNA mà được khuếch đại từ DNAcủa quần xã hay trên sự đặc tính hoá của các chủng VK được phân lập sẽ làquá tiêu tốn nhân công và thời gian, đặc biệt đối với các nơi sống trên mặt đấtvới sự đa dạng rất lớn của VSV Muyzer và cs là nhưũng người đầu tiên sử