La ts nghiên cứu ảnh hưởng của hoạt động canh tác cây trồng đến chất lượng môi trường đất tại một số vùng chuyên canh rau, hoa ngoại thành hà nội

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 hơn về tác động của việc thâm canh cây trồng đến chất lượngmôi trường đấ

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 1

Chương 1 TỔNG QUAN 6

1.1 Đất canh tác và nhóm chỉ tiêu đánh giá chất lượng đất 6

1.2 Ảnh hưởng của hoạt động canh tác nông nghiệp tới chất lượng đất 10

1.3 Ảnh hưởng của chuyên canh trồng hoa tới tính chất lý - hóa học đất 37

1.4 Ảnh hưởng của kỹ thuật trồng cây hoa hồng, cây hoa cúc và hoa đồng tiền đến chất lượng đất 39

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 49

2.1 Đối tượng nghiên cứu 49

2.2 Phương pháp nghiên cứu 49

2.3 Thực nghiệm 54

2.4 Thực nghiệm 59

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 62

3.1 Đặc điểm đất, nước và cơ cấu cây trồng khu vực nghiên cứu 62

3.2 Nghiên cứu đặc tính sinh trưởng và chăm sóc cây hoa tại vùng trồng hoa xã Tây Tựu và xã Mễ Trì 67

3.3 Đặc tính hóa lý nước tưới tiêu cho cây trồng tại vùng trong hoa xã Tây Tựu và xã Mễ Trì 77

3.4 Đặc tính phân bón sử dụng trong trồng hoa ở xã Tây Tựu và Mê Linh 81

3.5 Ảnh hưởng của việc sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật đến chất lượng đất trồng hoa ở xã Tây Tựu và Mê Linh 88

3.6 Ảnh hưởng của việc sử dụng phân bón đến chất lượng đất trồng hoa ở xã Tây Tựu và Mê Linh 98

3.7 Ảnh hưởng của hoạt động canh tác trên đất chuyên canh rau mầu, hoa cây cảnh lên cấu trúc quần xã động vật chân khớp bé (Microarthropoda: Collembola) 123

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 146

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 150

TÀI LIỆU THAM KHẢO 151

PHỤ LỤC 187

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Xếp loại phản ứng của đất (theo pHH2O) 7

Bảng 1.2 Các giá trị CEC của các loại đất được xác định ở pH 8,2 7

Bảng 1.3 Thang đánh giá hàm lượng photpho dễ tiêu trong đất theo các phương pháp khác nhau 9

Bảng 1.4 Hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng trong 20 mẫu phân lân sử dụng ở Saudi Arabia 14

Bảng 1.5 Hàm lượng Cd trong các mẫu phân lân sử dụngở một số quốc gia trên thế giới 15

Bảng 1.6 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 17

Bảng 1.7 Hàm lượng kim loại nặng trong đất và thực vật xử lý kim loại nặng tại Thái Nguyên 19

Bảng 1.8 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong đất trồng rau của Vân Nội, Đông Anh, Hà Nội (mg/kg) 20

Bảng 1.9 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong đất trồng rau của Vĩnh Quỳnh, Thanh Trì, Hà Nội (mg/kg) 21

Bảng 1.10 Hàm lượng kim loại nặng trong đất nông nghiệp Việt Nam trong giai đoạn 2002 - 2007 22

Bảng 1.11 Tồn dư HCBVTV (ppm) trong các tầng đất ở độ sâu khác nhau sau 5 -14 năm sử dụng tại các khu vực canh tác của Tanzania 30

Bảng 1.12 Tồn dư HCBVTV (ppm) trong đất nông nghiệp thâm canh ở Bắc Ấn Độ 32

Bảng 1.13 Dịch bệnh trên cây hoa hồng và HCBVTV phòng trừ 40

Bảng 1.14 Dịch bệnh trên cây hoa cúc và HCBVTV phòng trừ 42

Bảng 1.15 Dịch bệnh trên cây hoa đồng tiền và HCBVTV phòng trừ 45

Bảng 3.1 Cơ cấu cây trồng nông nghiệp và sự biến đổi diện tích từ năm

1995 đến năm 2008 tại xã Tây Tựu, Từ Liêm, Hà Nội 63Bảng 3.2 Thay đổi cơ cầu cây trồng của xã Tây Tựu 64Bảng 3.3 Chế độ bón phân vô cơ đối với cây hồng được trồng mới 69Bảng 3.4 Hàm lượng một số kim loại nặng trong nước sử dụng tưới cho

cây trồng tại vùng thâm canh hoa của xã Tây Tựu (mg/l) (mùamưa, 2012) 78Bảng 3.5 Hàm lượng một số kim loại nặng trong nước sử dụng tưới cho

cây trồng tại vùng thâm canh hoa của xã Tây Tựu (mg/l) (mùakhô, 2013) 78Bảng 3.6 Hàm lượng một số kim loại nặng trong nước sử dụng tưới cho

cây trồng tại vùng thâm canh hoa của xã Mê Linh (mg/l) (mùamưa, 2013) 80Bảng 3.7 Hàm lượng một số kim loại nặng trong nước sử dụng tưới cho

cây trồng tại vùng thâm canh hoa của xã Mê Linh (mg/l) (mùakhô, 2012) 81Bảng 3.8 Hàm lượng các kim loại nặng trong phân lân thông thường

(mg/kg) 82Bảng 3.9 Hàm lượng các kim loại nặng trong 20 mẫu phân lân sử dụng

ở Arập Xê út (mg/kg) 83Bảng 3.10 Hàm lượng các KLN trong một số phân bón thông thường

(mg/kg) 84Bảng 3.11 Hàm lượng trung bình N, P2O5, K2O bón cho hoa theo kỹ thuật 85canh tác hoa và thực tế sản xuất 85Bảng 3.12 Tổng hợp các nghiên cứu về hàm lượng Kim loại nặng trong

phân hữu cơ trên thế giới - tổng hợp (mg/kg) 87Bảng 3.13 Hàm lượng các kim loại nặng trong một số phân bón thông

thường (mg/kg) 88

Bảng 3.14 Hiện trạng sử dụng HCBVTV ở xã Tây Tựu (huyện Từ

Liêm) và xã Mê Linh (huyện Mê Linh), Hà Nội (tính theo % sovới tổng số hộ đã điều tra) 91Bảng 3.15 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, câycảnh ở xã Tây Tựu và xã Mê Linh (Hà Nội) 92Bảng 3.16 Hàm lượng thuốc BVTV trong đất canh tác (0-20cm) vùng

thâm canh rau, hoa tại xã Tây Tựu, huyện Từ Liêm, Hà Nội(µg/kg đất) (mẫu lấy vào mùa mưa, 2009) 94Bảng 3.17 Dư lượng nhóm Clo hữu cơ trong môi trường đất vùng thâm

canh hoa ở xã Mê Linh 97Bảng 3.18 Hiện trạng sử dụng phân bón các loại ở Tây Tựu và Mê

Linh(tính theo % so với tổng số hộ đã điều tra) 99Bảng 3.19 Một số loại phân bón được dùng trong thâm canh hoa 100Bảng 3.20 Độ chua đất và mức độ trao đổi cation của đất trồng rau và

hoa ở xã Mê Linh 101Bảng 3.21 Hàm lượng chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng của đất vùng

nghiên cứu 105Bảng 3.22 Hàm lượng của một số KLN trong các mẫu đất vùng trồng

hoa xã Mê Linh 110Bảng 3.23 Hàm lượng một số kim loại nặng dạng tổng số và linh động

trong đất trồng hoa ở xã Tây Tựu (mùa mưa, 2009) 121Bảng 3.24 Thành phần loài và phân bố của Collembola ở 7 sinh cảnh

đất trồng rau mầu, hoa cây cảnh ở xã Tây Tựu 125Bảng 3.25 Thành phần loài và phân bố của Collembola ở 7 sinh cảnh

đất trồng rau mầu, hoa cây cảnh ở xã Mê Linh 130Bảng 3.26 Một số đặc điểm định lượng Collembola trong đất trồng rau

mầu, hoa cây cảnhở xã Tây Tựu và xã Mê Linh 137

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Bản đồ ký hiệu mẫu đất và nước vùng thâm canh hoa xã Tây Tựu 55

Hình 2.2 Bản đồ ký hiệu mẫu đất và nước vùng thâm canh hoa xã Mê Linh 57

Hình 3.1 Một số bộ phận của cây Hoa hồng 67

Hình 3.2 Một số bộ phận của cây hoa cúc 71

Hình 3.3 Một số bộ phận của cây hoa đồng tiền 74

Hình 3.4 Giá trị pHKCl trung bình của đất trồngcác loại cây khác nhau Mê Linh .102 Hình 3.5 Giá trị CEC trung bình của đất trồng các loại cây khác nhau Mê Linh 103

Hình 3.6 Hàm lượng Cd tổng số trong đất khu vực nghiên cứu 111

Hình 3.7 Hàm lượng Cu tổng số trong đất khu vực nghiên cứu 114

Hình 3.8 Hàm lượng Hg tổng số trong đất khu vực nghiên cứu 116

Hình 3.9 Hàm lượng As tổng số trong đất khu vực nghiên cứu 117

Hình 3.10 Hàm lượng Kẽm tổng số trong đất khu vực nghiên cứu 119

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 cộngđồng 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 chất lượng lẫn chủng loại Một thực tếhiện nay là việc sử dụng hóa chất BVTV tràn lan, không thể kiểm soát đã vàđang gây ảnh hưởng xấu đến môi trường đất, nước, không khí, sức khoẻ conngười 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 rau và hoa 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 từ trồng lúa sang thâm canh hoa, rau

và nổi lên trong đó có xã 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 sựchuyển đổi cơ cấu canh tác nên đến nay kinh tế trong các hộ nông dân 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 thựcvật quá mức trong thâm canh nhằm tối đa hoá lợi nhuận nên đã và đang ảnhhưởng trực tiếp đến chất lượng môi trường đất, nước, không khí và sức khỏecộng đồng

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 chấtlượng môi trường đất và đề xuất các giải pháp canh tác bền vững cho địa bànnghiên cúu Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao, hướng tới nền nôngnghiệp bền vững cho các vùng nghiên cứu và ở Việt Nam

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 hơn về tác động của việc thâm canh cây trồng đến chất lượngmôi trường đất (theo chiều hướng tích cực và tiêu cực), những nguy cơ về ônhiễm môi trường đất do lạm dụng hóa chất trong nông nghiệp, đặc biệt trênđất 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, chất kích thích sinh trưởng trong thâm canh canh tác câytrồng, giúp người dân hiểu biết và có ý thức thêm về bảo vệ môi trường nôngnghiệp, 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 hoa đến chấtlượng môi trường đất, đặc biệt thông qua sự đánh giá mức độ tồn dư hoá chấtbảo vệ thực vật, kim loại nặng (KLN) trong môi trường đất và ảnh hưởng củachúng đến khu hệ sinh học đất, từ đó đề xuất các giải pháp tổng hợp nhằmquản lý và cải thiện ô nhiễm môi trường nông nghiệp nông thôn, hướng tới sựphát triển nền nông nghiệp bền vững ở Việt Nam

4 Luận điểm bảo vệ của Luận án

- Hoạt động chuyên canh hoa (canh tác cây trồng) có thể ảnh hưởngđến chất lượng môi trường đất tại các vùng chuyên canh hoa ngoại thành HàNội Mức độ ảnh hưởng của hoạt động chuyên canh hoa (canh tác cây trồng)đến chất lượng đất có thể là khác nhau với các đối tượng cây trồng khác nhau

- Hoạt động chuyên canh hoa (canh tác cây trồng) có thể gây nên sựbiến động thành phần loài vi sinh vật và động vật đất tại các vùng chuyêncanh hoa ngoại thành Hà Nội

- Từ các kết quả nghiên cứu thu được có thể đề xuất được các giải pháptổng hợp nhằm quản lý và cải thiện môi trường, hướng đến sự phát triển mộtnền nông nghiệp bền vững của nước ta

5 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu đặc điểm đất, nước và cơ cấu cây trồng tại phường TâyTựu, quận Bắc Từ Liêm và xã Mê Linh, huyện Mê Linh, Hà Nội

- Nghiên cứu đặc tính sinh trưởng và kỹ thuật canh tác tại vùng trồnghoa của phường Tây Tựu, quận Bắc Từ Liêm và xã Mê Linh, huyện MêLinh, Hà Nội

- Đặc tính hóa lý nước tưới tiêu cho cây trồng tại vùng trồng hoaphường Tây Tựu, quận Bắc Từ Liêm và xã Mê Linh, huyện Mê Linh, Hà Nội

- Ảnh hưởng của việc sử dụng phân bón đến chất lượng đất tại phườngTây Tựu, quận Bắc Từ Liêm và xã Mê Linh, huyện Mê Linh, Hà Nội

- Ảnh hưởng của việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật đến chất lượng đấtphường Tây Tựu, quận Bắc Từ Liêm và xã Mê Linh, huyện Mê Linh, Hà Nội.

- Ảnh hưởng của hoạt động chuyên canh hoa (canh tác cây trồng) đếntồn dư hóa chất bảo vệ thực vật tại phường Tây Tựu, quận Bắc Từ Liêm và xã

Mê Linh, huyện Mê Linh, Hà Nội

- Ảnh hưởng của hoạt động chuyên canh hoa (canh tác cây trồng) đếntồn dư kim loại nặng tại phường Tây Tựu, quận Bắc Từ Liêm và xã Mê Linh,huyện Mê Linh, Hà Nội

- Ảnh hưởng của hoạt động chuyên canh hoa (canh tác cây trồng) đếntính chất hóa lý đất tại phường Tây Tựu, quận Bắc Từ Liêm và xã Mê Linh,huyện Mê Linh, Hà Nội

- Ảnh hưởng của hoạt động chuyên canh hoa (canh tác cây trồng) đếntính chất sinh học đất (động vật đất, vi sinh vật) tại phường Tây Tựu, quậnBắc Từ Liêm và xã Mê Linh, huyện Mê Linh, Hà Nội

- Đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường hướng tới nền nôngnghiệp bền vững cho khu vực nghiên cứu và ở Việt Nam

6 Đóng góp mới của đề tài

1 Lần đầu tiên đánh giá được một số tác động của việc thâm canh câytrồng đến chất lượng môi trường đất, những nguy cơ về ô nhiễm môi trườngđất do lạm dụng hóa chất trong nông nghiệp, đặc biệt trên đất trồng các câytrồng có mức thâm canh cao như hoa và rau

2 Lần đầu tiên xác định được sự biểu diễn mức độ tác động của hoạtđộng thâm canh cây trồng đến sự tích luỹ KLN trong môi trường đất trongkhu vực nghiên cứu Sự tích lũy KLN trong đất giảm dần theo chuyên canhcây trồng theo dẫy sau: Đất trồng hoa hồng > Đất trồng hoa đồng cúc và trồnghoa đồng tiền > đất trồng rau và lúa

3 Đã xác định thấy mối liên quan giữa hoạt động thâm canh cây trồngkhác nhau cũng có ảnh hưởng khác nhau đến sự tích luỹ các nhóm hoạt chất

thuốc BVTV trong môi trường đất Trong 4 nhóm HCBVTV phát hiện được,nhiều nhất vẫn ở trong các mẫu đất trồng hoa Hồng, sau đó đến đất trồng hoaCúc, Đồng tiền và kế đến là trong đất trồng rau và lúa Hàm lượng của BHC,DDT, DDE đã vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 04:2008 [1 BTNMT],trong đó BHC ở mẫu đất trồng hoa Hồng vượt ngưỡng cho phép đến 13,5 lần.

4 Tìm thấy có mối liên hệ giữa hàm lượng các kim loại nặng Cu, Cd,

Zn, As, Hg (dạng tổng số) trong các mẫu đất nghiên cứu, hầu hết đều giảmdần theo phẫu diện đất Các KLN tích lũy nhiều nhất dưới đất trồng hoaHồng, kế đến là hoa Cúc, rau và thấp nhất ruộng lúa

5 Lần đầu tiên nghiên cứu tác động của hoạt động canh tác trồng raumầu, hoa cây cảnh trong canh tác nông nghiệp ở hai xã Tây Tựu và xã MêLinh, Hà Nội lên hệ sinh vật đất nhóm động vật chân khớp bé (Collembola)

Đã sử dụng chỉ số đa dạng H’ và chỉ số đồng đều J’ để nghiên cứu ảnh hươngcủa đất chuyên canh rau mầu, hoa cây cảnh đến động vật chân khớp bé(Collembola)

Ở mỗi ruộng thí nghiệm tại điểm nghiên cứu Tây Tựu hay Mê Linh đều

ghi nhận các loài ưu thế vượt trội; trong đó ở Tây Tựu là các loài Isotomurus

palutris, Cryptopygus thermophilus, Sminthurides bothrium, Isotomurus punctiferus, Cyphoderus javanus; ở Mê Linh là các loài Isotomurus palutris, Cyphoderus javanus, Protaphorura tamdaona.

Trên phương diện sinh học, sinh thái, chất lượng đất ở các ruộng thínghiệm giảm dần theo thứ tự từ rau, cúc, hồng 2 năm, hồng 6 năm, hồng 4năm, đồng tiền

6 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 canh tác cây trồng và dưới các cây trồng 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

1.2.2 Nhóm chỉ tiêu đánh giá chất lượng đất

1.2.2.1 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 [2Nguồn: Agricultural Compendium, 1989 (Bản tóm tắt Nông nghiệp, 1989)].

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

+ 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 [3Agriulatural Compendium, 1989 (Bản tóm tắt Nôngnghiệp, 1989)]

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

+ Hàm lượng kim loại nặng trong đất Đất luôn có chứa một số lượng

kim loại nặng nhất định [4Le văn khoa, đất và môi trường, NXB Giáo dục2000] Đất sử dụng trong nông nghiệp đã được qui định ngưỡng giới hạn cho

phép hàm lượng tổng số một số kim loại nặng có hàm lượng các nguyên tốnhất ngưỡng qui đinh được nêu trong QCVN 03:2008 [5 ], theo đó hàmlượng (mg/kg) của Cu là 50, Zn là 200, Pb là 70, As là 12, Cd là 2, Hg là 2

Các mẫu đất của Hà Lan được coi là không nhiễm bẩn khi hàm lượng(mg/kg) của một số kim loại nặng trong đất như sau: Cu là 50, Zn là 200, Pb

là 50, As là 20, Cd là 1, Hg là 0,5, Cr là 100, Co là 20, Ni là 50, Sn là 20 và

Ba là 200 [6Thoromon, 1991]

1.2.2.1 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 (P2 O 5 tổng số) được chia thành 3 mức độ như sau: Giàu: P2O5tổng số > 0,10%;Trung bình: P2O5 tổng số từ 0,06 - 0,10%; Nghèo: P2O5 tổng

số < 0,06% [7Lê Văn Căn, 1968] Hàm lượng của nguyên tố nitơ trong đấtđược chia thành các 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%) [8AgriulaturalCompendium, 1989 (Bản tóm tắt Nông nghiệp, 1989)]

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)[9Chiurin và Kononova].

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 [10Thổ nhưỡng học, NXB Nông nghiệp - Hà Nội 2004]

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 [12(Lal et al., 1997; 13Reeves, 1997; 14Freixo et al., 2002;15Farquharson et al., 2003)] Các nhà khoa học cho rằng dưới ngưỡng 3,4%SOM ở đất vùng ôn đới thì suy giảm nghiêm trọng chất lượng đất sẽ xảy ra

[16Loveland và Webb (2003)] Các bể cacbon trên mặt đất lưu trữ cacbonnhiều hơn hơn bể lưu trữ của thảm thực vật và không khí kết hợp [17(Postetal.,1982; 18Davidson & Janssens, 2006)] Khoảng 75% cacbon tích lũy trong

bể trên thạch quyển được lưu giữ dưới dạng SOM [19(Batjes, 1996)]

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 một cáchnhanh chóng bởi vi sinh vật đất Kết quả của quá trình này là một hình thànhnhanh chóng của các hợp chất hữu cơ mới và cấu trúc cơ thể vi sinh vật gópphần quan trọng trong việc gắn kết các hạt đất với nhau hình thành cấu trúcđất 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 [20(Dao 1998,21Kladivko 2001)] Tỷ lệ Cacbon (C) hấp thụ trung bình toàn cầu khi thay đổi

sử dụng đất từ nông nghiệp sang rừng hoặc đồng cỏ được ước tính tương ứng

là 33,8 và 33,2 g C/m2 mỗi năm [22(Post và Kwon 2000)] Qua nghiên cứu

các nhà khoa học kết luận rằng sự thay đổi lớn nhất hàm lượng C xảy ra trong

8 cm trên cùng của đất, một lượng nhỏ hơn ở độ sâu 8 đến 15 cm và mộtlượng không đáng kể C ở dưới 15 cm [23Kern và Johnson (1993] Họ cũngkết luận rằng, trong đất không có hiện tượng cày xới hàm lượng SOM đượctích lũy cao hơn so với đất có cày xới, điều đó cũng đồng nghĩa với việc càylàm đất là nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm ham lượng SOM trong đấtcanh tác nông nghiệp Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng trongkhoảng thời gian từ 5 đến 20 năm, đất không cày có sự gia tăng trung bình

285 g C/m2 so với canh tác thông thường [24Paustian et al (1998)]

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

[25Liu et al (2003), 26Doran và Smith (1987), 27Davidson và Ackerman(1993)] Theo đó, các tác giả chỉ ra sự suy giảm SOM theo thời gian canh tác,

so với 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 họcthấy rằng, phần lớn quá trình khoáng hóa như là kết quả của canh tác đất đượcdiễn ra ngay sau khi đất được cày xới và có liên quan trực tiếp đến khối lượngđất bị xáo trộn và độ gò ghề của bề mặt sau khi cày [28Dao et al., 2002] Vànhư vậy, hàm lượng SOM và tổng N bị giảm ít nhất khi cầy sới đất tối thiểu

và tàn dư sinh khối sau thu hoạch được trả lại [29Kushwaha et al (2001)]

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 vàdẫn đến suy thoái đất, và cuối cùng là làm giảm năng suất của đất Tuy nhiên,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 đến 75gC/m2/năm, và giúp hệ canh tác có thể đạt đến trạng thái cân bằng về Cmới trong vòng vài thập kỷ.

20-Chẳng hạn, khi thay đổi cách sử dụng đất sẽ làm ảnh hưởng tới hàmlượng SOM và N trong đất [30Mikhailova et al (2000)] Do tổng số vi khuẩntrong đất thay đổi, trong lớp đất mặt hệ độc canh lúa mì lượng C là 533mg/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 canh ngô và đậu tương không chỉ giảm SOM và N

mà còn dẫn đến sự suy giảm của hoạt động sinh học của đất Các nhà khoahọc thấy rằng, 11 năm canh tác liên tục ngô, đậu tương, lúa mì dẫn đến giảmtương ứng 10%, 11% và 5,3% SOM, so với hệ luân canh tất cả loại cây trồngnói trên [31Liu et al (2005)]

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 [32Ishaq et al (2002)]

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 [33(Berzsenyi et al.,

2000)] Và SOM được tăng lên nhiều nhất trong hệ luân canh hàng năm có sửdụng dụng đầy đủ phân bón N và P ở vùng đất bán khô cằn phía tây namSaskatchewan, Canada [34Campbell et al] (2000)] Việc sử dụng liên tục N,

P, K cộng với phân chuồng để bón cho cây trồng dẫn tới làm tăng đáng kểhàm lượng SOM và N so với một khu vực hoang hóa lân cận [35Reddy et al.(2003)] Với những kết quả nghiên cứu đã nêu, có thể thấy nếu duy trì lớp phủtàn dư thực vật sau thu hoạch và tăng tỷ lệ lượng phân bón các loại sẽ có thểduy trì được chất lượng đất [36Sarno et al., 2004)]

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 vớigiá 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 [37Malavolta, 1994; 38Da Conceicao; 39Bonotto, 2006;40Kratz et al, 2008] Tùy thuộc vào loại quặng và quy trình sản xuất mà phânlân có hàm lượng các kim loại nặng khác nhau: 0 - 58,8 mg/kg Cd; 10,4 - 72,7mg/kg Cr; 1 - 183 mg/kg Cu; 5 - 26,9 mg/kg Ni; 0,6 - 30,7 mg/kg Pb; 8,8 -

181 mg/kg Zn và 39,7 -206 mg/kg U [41Camelo et al, 1997; 42Abdel-Haleem

et al, 2001; 43McBride and Spiers, 2001; 44Smidt et al, 2011]

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

[45Kongshaug et al (1992)] Kết quả phân tích 20 mẫu phân lân cho kết quả

tương tự về hàm lượng các kim loại nặng có mặt trong mỗi loại phân khi lấymẫu phân tích từ các đại lý cung cấp phân bón ở Saudi Arabia [46Modaihsh

el al (2004)] được chỉ ra trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Hàm lượng các nguyên tố kim loại nặng trong

20 mẫu phân lân sử dụng ở Saudi Arabia

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

số quốc gia ở bảng 1.5 cho thấy, phân lân là nguồn gây ô nhiễm Cd nói riêng

và kim loại nặng nói chung cho các vùng đất canh tác nông nghiệp Moulin el al 2006]

[47Lugon-Bảng 1.5 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)

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 kết

quả 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 (QCVN03:2008/BTNMT) Theo đó, hàm lượng Cu (99,2 mg/kg) và Zn (259,3mg/kg) vượt quá tiêu chuẩn cho phép (50 mg/kg và 200 mg/kg) cao nhấttương 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 cácnguồn 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

[48Kien C.N et al (2010)]

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 1.6 [49Nguyễn Viết Thành (2012)]

Bảng 1.6 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

N = 12

Cu (nước) (mg/l)

Pb (nước) (mg/l)

Zn (nước) (mg/l)

Cu (đất) (mg/kg)

Pb (đất) (mg/kg)

Zn (đất) (mg/kg)

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 ngưỡngnày nếu hiện trạng canh tác lạm dụng phân hóa học và nguồn nước tướikhông kiểm soát của khu vực còn tiếp diễn, bảng 1.8 và bảng 1.9 [51NguyễnXuân Hải và Ngô Lan Phương (2009)].

Bảng 1.7 Hàm lượng kim loại nặng trong đất và thực vật xử lý kim loại nặng tại Thái Nguyên

Equisetum ramosissimun (Vauch) 174.7 28.2 34.3 0.16 1849.3 455.2 3025.7 0.25 229.0 9.2 29.0 0.02 7876.1 1346.1 3756.9 0.17

Pennisetum purpureum Schum 592.3 18.3 21.9 0.03 4160.6 433.1 260.5 0.10 71.4 3.9 2.7 0.05 15326.0 648.5 745.36 0.04

Eleocharis dulcis (Burm.f.) 4346.2 16.8 25.6 0.004 235.5 20.7 3.5 0.09 0.8 0.4 0.2 0.5 261.8 66.1 37.3 0.18

Fimbristylis acuminate Vahl 6754.3 43.6 8526.6 0.006 283.3 17.6 432.4 0.06 2.3 0.4 7.6 0.17 602.1 77.7 154.1 0.13

Cynodon dactylon L. 6514.3 72.3 156.1 0.01 293.1 24.1 41.4 0.08 2.9 0.3 0.8 0.10 598.3 103.8 104.8 0.17

Pityrogramma calomelanos L. 3102.5 3740.0 3450.0 1.21 513.2 85.4 49.9 0.17 1.8 1.0 1.1 0.56 10315.1 368.6 230.8 0.04

Saccharum spontaneum L. 6531.2 38.4 216.5 0.006 312.2 34.9 10.2 0.11 3.2 0.3 0.4 0.09 567.4 63.7 41.2 0.11

Bảng 1.8 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong đất trồng rau của Vân Nội, Đông Anh, Hà Nội

Bảng 1.9 Kết quả phân tích hàm lượng kim loại nặng trong đất trồng rau

của Vĩnh Quỳnh, Thanh Trì, Hà Nội (mg/kg)

T

Diđộng 0,350 1,045 0,030 0,041 0,0000 0,121Tổng

số 42,447 148,061 9,384 2,231 0,0396 25,519

Diđộng 0,087 0,537 0,033 0,036 0,0000 0,098Tổng

số 32,818 122,577 10,424 2,196 0,0543 27,547

Diđộng 0,327 0,859 0,028 0,010 0,0000 0,134Tổng

số 38,727 124,796 8,944 0,596 0,0546 23,853

Đ03CC

Diđộng 0,142 0,353 0,011 0,009 0,0000 0,073Tổng

số 33,702 78,714 5,940 0,704 0,0397 9,793

Diđộng 0,151 0,255 0,008 0,007 0,0000 0,095Tổng

số 31,429 73,241 6,212 0,350 0,4781 23,506

Kết quả theo dõi sự biến động hàm lượng kim loại nặng trong đất nôngnghiệp Việt Nam trong giai đoạn 2002 - 2007, các tác giả đã chỉ ra rằng: Sựtích lũy kim loại nặng trong các loại đất nông nghiệp có xu hướng gia tăngtheo thời gian và nhóm đất đỏ trong hệ thống canh tác nông nghiệp của nước

ta hiện đang trong tình trạng báo động về sự tích lũy vượt giới hạn cho phép,bảng 1.10 [52Lê Thị Thủy và Phạm Quang Hà (2008)]

Bảng 1.10 Hàm lượng kim loại nặng trong đất nông nghiệp Việt Nam

trong giai đoạn 2002 - 2007

Lượng chứa Cu (ppm) trong đất nông nghiệp Việt Nam

1.2.5 Ảnh hưởng của kỹ thuật làm đất tới độ mặn và quá trình mặn hóa đất

Hoạt động làm đất giúp tăng khả năng tiếp cận chất hữu cơ của vi sinhvật đất [53Six et al., 2002; 54Beare et al., 1994] qua đó tăng quá trình giảiphóng N cho đất [55Kristensen et al., 2000] Các nhà khoa học cho rằng biện

pháp lên luống vĩnh cửu kết hợp với giữ lại dư lượng sinh khối sau thu hoạchgiúp vi đoàn lạp đất ổn định hơn qua đó tăng cường bảo vệ C và N so với biệnpháp cày bừa thông thường [56Lichter et al (2008)].

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 mặnđất trong điều kiện có mưa [57Govaerts et al (2007c)] Kết quả nghiên cứucho thấy, với kỹ thuật canh tác trên thì nồng độ Na thấp hơn 2,64 và 1,80 lầntương ứng với tầng đất 0-5 cm và 5-20 cm ở các đất có lên luống vĩnh cửu sovới các luống cày cấy thông thường So với làm đất truyền thống, giá trị traođổi Na của đất Vertisol có tưới tiêu sau chín năm là thấp hơn ở biện phápcanh tác làm đất tối thiểu (58Hulugalle và Entwistle 1997)

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 [59Wilson et al (2000)] Và độdẫn điện của đất (EC) thấp hơn với hệ thống canh tác truyền thống so với hệthống canh tác không làm đất trong khu vực đất Vertisols ở miền Bắc Mexico

[60Roldan et al (2007)] Trong một số trường hợp, ảnh hưởng bởi các hoạtđộng làm đất tới sự tích tụ muối trong các tầng canh tác là không thực sự rõràng [61Du Preez et al., 2001, 62Franzluebbers và Hons 1996] Trong lớp 5-

15 cm, không có sự khác biệt trong đất về độ dẫn điện giữa các phương thứclàm đất [63Du Preez et al., 2001] và lượng Na chiết ra được theo các tầng đấtkhông phụ thuộc vào thực tiễn làm đất, hoặc nếu có thì cũng rất ít bị ảnhhưởng [64Hons and Franzluebbers, 1996]

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 [65Bradford and Peterson, 2000] Các nhà

khoa học thấy rằng, hàm lượng nitơ tổng số cao hơn đáng kể trong cả haiphương thức canh tác không làm đất và lên luống vĩnh cửu so với làm đấttruyền thống ở vùng cao nguyên miền trung Mexico [66Astier et al (2006) và67Govaerts et al (2007c)] Đặc biệt, sự gia tăng hàm lượng nitơ tổng số trongđất canh tác với sự gia tăng số lượng rơm rạ được giữ lại trên bề mặt ruộngmột cách thường xuyên [68Govaerts et al (2007c)] và một số hệ sinh tháinông nghiệp khác [69Borie et al (2005) và 70Atreya et al (2006)] Như vậy,quá trình hoàn trả sinh khối sau thu hoạch cho đất làm tăng hàm lượng nitơtổng số một cách rõ rệt trong đất [71Graham et al (2002)].

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

[(72Randall and Iragavarapu, 1995; 73Christensen et al., 1994; 74Doran,1980)] 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 [75Randall và Iragavarapu (1995)] Nhiều nghiên cứu khác cũng chỉ rarằng tỷ lệ khoáng hoá N tăng lên khi giảm các biện pháp làm đất: khi canh tác

có làm đất trong 8 năm cho thấy hàm lượng của N linh động trong đất khôngcày bừa lớn hơn trong đất cày bừa thông thường với cây trồng là lúa mì mùaxuân [76Larney et al (1997)] Một nghiên cứu khác cũng cho kết quả tương

tự, quá trình khoáng hoá nitơ thường tăng lên trong lớp đất 0-5 cm khi cường

độ làm đất giảm xuống [77Wienhold và Halvorson (1999)]

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 [78Duiker and Beegle, 2006; 79Du Preez et al., 2001;80Franzluebbers and Hons, 1996, 81Edwards et al., 1992; 82Follett andPeterson, 1988; 83Hargrove et al., 1982)] Điều này rất có lợi cho thực vật khi

P là một chất dinh dưỡng có khả năng hòa tan giới hạn, nhưng cũng có thể làmột mối đe dọa cho các vấn đề môi trường vì khả năng rửa trôi P hòa tan trongnước chảy sẽ tăng cao [84Duiker và Beegle 2006)] Một số nghiên cứu kháccho thấy, sau 20 năm không có cày đất, có thể chiết rút hàm lượng P lớn hơn42% mức 0-5 cm, nhưng thấp hơn 8-18% ở độ sâu 5-30 cm so với đất cày bừathông thường [85Ismail et al (1994); 86Unger (1991); 87Matowo et al (1999)].Tích tụ P ở tầng mặt đất liên tục không cày bừa đã được nhiều tác giả khẳngđịnh [88Franzluebbers và Hons (1996); 89Edwards et al (1992); 90Follett vàPeterson (1988); 91Eckert và Johnson (1985); 92Hargrove et al (1982)] Mặtkhác, hàm lượng P cao hơn ở các lớp bề mặt của tất cả các hệ thống canh tác sovới các tầng sâu hơn, nhưng nổi bật nhất trong đất không cày bừa [93Duiker vàBeegle 2006)].

Nhiều nghiên cứu cho thấy, đất không cày bừa có thể duy trì và tăngtính tính linh động của các chất dinh dưỡng, chẳng hạn như K ở tầng đất gần

bề mặt đất nơi có hệ rễ thực vật hoạt động [94Franzluebbers; Hons 1996]

Biện pháp lên luống vĩnh viễn cho nồng độ K cao hơn 1,65 lần trong lớp đất0-5 cm và 1,43 lần trong lớp 5-20 cm so với canh tác lên luống thông thườngkhi cả hai phương thức canh tác đều kết hợp với sự duy trì tàn dư thực vậttrền bề mặt [95Govaerts et al (2007c)] Các nghiên cứu khác đã cho thấy mức

độ K có thể chiết rút cao hơn trong tầng đất mặt khi cường độ cày bừa giảm

[96Ismail et al., 1994; 97Unger, 1991; 98Lal et al., 1990], và nồng độ K tăngtrong đất không cày bừa so với đất cày bừa thông thường, nhưng tác dụng nàygiảm theo độ sâu [99Du Preez et al (2001] Nhiều tác giả khác đã quan sátthấy sự tích tụ trên lớp đất bề mặt của K linh động không phụ thuộc vào thực

tế cày bừa hay độ sâu của đất [100Duiker and Beegle, 2006; 101Matowo etal., 1999; 102Hulugalle and Entwistle, 1997; 103Follett and Peterson, 1988;104Roldan et al.,2007]

1.2.6 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 [105Balota et al.,

2004, 106Kushwaha et al., 2000] Tuy nhiên, mật độ cao hơn của các khoảnghổng trong đất có thể khiến quá trình thẩm thấu của các chất dinh dưỡng hòatan nhanh hơn và thấm sâu hơn vào vào các tầng đất bên dưới tầng canh tác

[107Hons and Franzluebbers, 1996; 108Kay, 1990]

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 [109(Rahman et al., 2008)] Ví dụ, mật độ của rễcây thường lớn hơn ở tầng đất mặt trong hệ thống canh tác không làm đất sovới canh tác truyền thống, điều này có thể dẫn đến sự tích lũy với tỷ lệ lớn cácchất dinh dưỡng được đưa lên từ tầng đất bên dưới [(110Qin et al.,2004;111Mackay et al., 1987)] Như vậy, trong canh tác có sử dụng tàn dư thực vậtnhư là loại phân bón để bón cho cây trồng có tác động đáng kể đến phân bố

và di chuyển chất dinh dưỡng trong đất [(112Galantini et al., 2000; 113Etana

et al., 1999)]

Nghiên cứu về ảnh hưởng của biện pháp che phủ đất bằng tàn dư cây

trồng 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

[114Standley et al (1990)] Các nhà khoa học cũng phát hiện ra rằng, K trongtầng đất 0 -20 cm tăng lên đáng kể trong trường hợp giữ lại sinh khối sau thuhoạch trên mặt các luống vĩnh viễn, hiệu ứng này rõ rệt hơn đối với sinh khốilúa mì hơn so với ngô [115Govaerts et al (2007c)] Hàm lượng lớn K đượccây trồng hút thu, đặc biệt là cây ngũ cốc và mang khỏi đất qua thu sinh khối

[116Du Preez and Bennie, 1991] Vì vậy việc hoàn trả sinh khối sau thuhoạch có tác dụng như trả lại cho đất một lượng K đáng kể [117Duiker andBeegle, 2006].

Thành phần của sinh khối tồn dư để lại trên đồng ruộng sẽ ảnh hưởngđến sự phân hủy của chúng [118Trinsoutrot et al., 2000] Tỷ lệ C/N là mộttrong những tiêu chí thường được sử dụng để đánh giá chất lượng của sinhkhối tồn dư [119Hadas et al., 2004; 120Nicolardot et al., 2001; 121Vanlauwe

et al., 1996], cùng với hàm lượng N, lignin, chất polyphenol và hàm lượng Chòa tan [122Moretto et al 2001, 123Trinsoutrot et al., 2000, 124Thomas andAsakawa 1993] 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 [125Zagal and Persson, 1994], đặc biệt là khi cácchất hữu cơ có tỷ lệ C/N lớn được thêm vào đất Các nhà khoa học phát hiện

ra rằng N tổng số trong đất có tương quan đáng kể đến khả năng phân hủysinh khối hữu cơ và tỷ lệ C/N của tàn dư sinh khối được bổ sung vào đất

[126Kumar và Goh (2002)]

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%) [127Palm et al.,2001a] Tàn dư cây trồng thường có hàm lượng lignin và polyphenol cao[128Palm et al., 2001b], do đó các tồn dư thực vật thường đóng vai trò quantrọng trong góp phần hình thành SOM hơn là vai trò của nguồn dinh dưỡng

vô cơ cho cây trồng [129Palm et al., 2001a; 130Delve et al., 2000]

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 [131Du Preez et al.,2001] Tuy nhiên, đốt tàn dư cây trồng không được coi là một hình thực bền

vững do các tác động tiêu cực tới tính chất vật lý đất, đặc biệt là khi quátrình này được kết hợp với các biện pháp giảm làm đất trước khi gieo trồng

[132Limon Ortega-et al., 2002]

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

1.2.7 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 cộng đồng 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 [133BTNMT, ]

Đặc điểm khác nhau của mỗi hệ canh tác nông nghiệp yêu cầu sử dụngmột số loại thuốc khác nhau trong công tác phòng chống dịch hại và vì thếđặc thù tích lũy các dạng hóa chất này trong đất của mỗi khu vực đó là hoàntoàn khác nhau Thuốc trừ sâu và policlobiphenyl (PCBs) là những hóa chấtphổ biến và có thể tồn tại trong đất trong nhiều thập kỷ [134Hussen etal.2007; 135Shegunova et al.2007] Do đặc điểm kị nước và tính bền vữngsinh học cũng như trước các tác nhân lý hóa học cao giúp nhóm hóa chất này

tích lũy trong đất, trầm tích, sinh vật [136Covaci et al.2005; 137Pandelova etal.2008; 138Hao et al.2009; 139Shelepchikov et al.2009].

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 cácmẫu 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) [140Akan et al (2013)]

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 DDTcao thường tập trung vào các mẫu từ các huyện Hannan và Xinzhou, nơi córất nhiều các hoạt động nông nghiệp đã được thực hiện với lịch sử lâu đời

[141Qun Zhou et al (2013)] Khi phân tích các mẫu đất thuộc độ sâu 5, 10,

30 và 50 cm của các khu vực canh tác thuộc Tanzania sau 5 - 14 năm, các nhàkhoa học chỉ ra rằng, hóa chất bảo vệ thực vật được tập trung chủ yếu trongtầng 0 - 10 cm, bảng 1.11 [142Mahugija et al (2014)]

Bảng 1.11 Tồn dư HCBVTV (ppm) trong các tầng đất ở độ sâu khác nhau

sau 5 -14 năm sử dụng tại các khu vực canh tác của Tanzania

Kết quả nghiên cứu trên đất nông nghiệp thâm canh ở phía Bắc Ấn Độ

về hàm lượng hóa chất bảo vệ thực vật cho thấy, 4,27% trong tổng số 49 mẫu

đất phát hiện có dự lượng của DDT và 100% số mẫu đất có ô nhiễm chất hữu

cơ bền OCPs (Lindan, Aldrin, Endrin, Dieldrin, DDE, DDD, DDT), bảng 1.12 [143Kumar et al (2011)]

4,4-Bảng 1.12 Tồn dư HCBVTV (ppm) trong đất nông nghiệp thâm canh ở

Bắc Ấn Độ

Các HCBVTV

Khoảng nông độ (ppm)Range

Giá trị trung bình

Tỉ lệ % các HCBVTV Thấp nhất Cao nhất

dụng 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 trạng khobãi xuống cấp và rò rỉ hoá chất Việc quản lý và xử lý lượng thuốc này như thếnào 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 từnhiều năm qua có nguyên nhân từ sự tồn lưu lớn thuốc bảo vệ thực vật độchại Theo đánh giá của các cơ quan chức năng, huyện Nghi Lộc bị ô nhiễmkhá nặng và thành phần gây ô nhiễm chủ yếu là các loại hóa chất:hexaclobenzen (HCB), Lindan, Aldrin, DDT, 666

1.2.8 Ảnh hưởng của quá trình canh tác nông nghiệp tới 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 tới tính chất sinh học của

đất Một trong những chỉ thị được sử dụng để đánh giá sự ảnh hưởng của hoạtđộng canh tác tới tính chất sinh học đất là các nhóm động vật không xươngsống Đặc điểm của nhóm động vật này là di chuyển kém nhưng có tính ổnđịnh, bền vững ngay cả khi hệ sinh thái có những điều kiện bất lợi Nghiêncứu của Krivolutski đã cho thấy có thể dựa vào động vật đất để đánh giá mức

độ tác động của con người đến sinh cảnh, lớp thổ nhưỡng bề mặt

[144Krivolutski, 1994]

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 tốthứ hai phân huỷ dựa trên sự phân huỷ của các nhóm động vật khác như giunđất, nhiều chân… làm tăng lượng chất mùn được tạo thành Bọ đuôi bật hôhấp bằng da nên rất nhạy cảm với độ ẩm không khí xung quanh, thể hiện qua

sự biến đổi theo mùa hay sự phân bố của loài này hoặc loài khác Trong đó,

có nhiều loài có tính chịu hạn cao hơn và có khả năng thích ứng được vớimức độ nào đó của các tác động khô hạn của môi trường Sự tồn tại, sự pháttriển cũng như sự đa dạng của Collembolla chịu tác động rất lớn bởi đấtnhiễm axit, sự thay đổi khí hậu toàn cầu, các kỹ thuật canh tác đất sử dụngtrong nông nghiệp, các nhân tố gây stress trong các thành phố, đô thị

[145Henning Peterson, 2002; 146Neave, 1998; 147Tania Alvarez et al., 2001;148Pisarski et al., 1989] Bên cạnh giun đất, Bọ đuôi bật được xem là mộttrong số các nhóm sinh vật điển hình để nghiên cứu những nguyên tắc của sự