NGHIÊN cứu ẢNH HưỞNG của HOẠT ĐỘNG CHUYÊN CANH HOA đến môi TRƢỜNG đất VÙNG VEN đô hà nội

Tính cấp thiết của Đề tài Những năm gần đây việc sử dụng phân bón, chất kích thích sinh trưởng và hóa chất bảo vệ thực vật HCBVTV trong thâm canh sản xuất, đặc biệt trong thâm canh hoa,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

NGUYỄN HOÀNG LINH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HOẠT ĐỘNG CHUYÊN CANH HOA ĐẾN MÔI TRƯỜNG ĐẤT

VÙNG VEN ĐÔ HÀ NỘI

Chuyên ngành: Môi trường đất và nước

Mã số: 62440303

DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội – 2016

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

vào hồi giờ ngày tháng năm 2016

Có thể tìm hiểu Luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

- Trung tâm Thông tin – Thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Những năm gần đây việc sử dụng phân bón, chất kích thích sinh trưởng và hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) 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 HCBVTV 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 ngoại thành 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 chuyên canh trồng 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 20 năm 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, HCBVTV quá mức trong chuyên 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 cộng 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 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 ngoại thành Hà Nội nói riêng và ở Việt Nam nói chung

2 Mục tiêu, nhiệm vụ của Luận án

Nghiên cứu, đánh giá tác động của hoạt động chuyên canh 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

3 Những đóng góp mới của Luận án

a) Đã đánh giá một cách có hệ thống các yếu tố tác động đến môi trường đất vùng chuyên canh hoa 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

b) Đã xác định thấy mối liên hệ giữa mức độ bón phân và vôi cho đất trồng cây hoa đến mức độ tích lu Cu, Cd, n, s, 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 hoa giảm dần theo thứ tự đất trồng hoa hồng > đất trồng hoa cúc và hoa đồng tiền > đất trồng rau Ở tầng đất 0-20 cm trồng hoa Hồng thuộc vùng chuyên canh hoa Tây Tựu thì Cu, Cd và Pb dạng tổng số đều vượt ngưỡng QCVN 03:2008 tương ứng

là 3,17 lần, 2,62 lần và 1,57 lần; Hg, n nằm trong mức an toàn, và còn ở vùng chuyên canh hoa xã Mê Linh, hàm lượng Cd và Cu tổng số trong đất vượt ngưỡng cho phép theo QCVN 03:2008/BTNMT tương ứng là 2,42 lần và 2,58 lần; As, Zn, Hg nằm trong mức an toàn

d) 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 15:2008/BTNMT Ở Tây Tựu, DDT trong đất trồng hoa Hồng vượt 1,42-1,65 lần, đất trồng hoa cúc vượt không đáng kể; 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 15:2008/BTNMT, trong đó BHC trong đất trồng hoa Hồng vượt 10,4-12,7 lần

e) Đã dụng chỉ số đa dạng H’ và chỉ số đồng đều J’ để đánh giá tác động của hoạt động chuyên canh hoa, cho thấy cấu trúc quần xã chân khớp bé Collembola ở các ruộng thu mẫu ở Tây Tựu và Mê Linh đã chịu ảnh hưởng bởi lượng sự ô nhiễm KLN và HCBVTV Điều này thể hiện ở chỗ, trong ruộng chuyên canh trồng hoa mức độ đa dạng H’ của quần xã

2

động vật chân khớp bé Collembola thấp hơn so trong đất đối chứng; so với đất đối chứng, quần xã ở các ruộng chuyên canh trồng hoa lại kém bền vững, kém ổn định hơn so với đất đối chứng không bị tác động bởi sự tích tụ chất gây ô nhiễm.Kết quả nghiên cứu đã ghi nhận các

loài ưu thế vượt trội ở các ruộng chuyên canh trồng hoa riêng biệt ở Tây Tựu là Isotomurus

palutris, Cryptopygus thermophilus, Sminthurides bothrium, Isotomurus punctiferus, Cyphoderus javanus; và ở Mê Linh là Isotomurus palutris, Cyphoderus javanus, Protaphorura tamdaona Các loài này giảm dần trong đất chuyên canh trồng hoa theo thứ tự:

rau, hoa cúc, hoa hồng 2 năm, hoa hồng 6 năm, hoa hồng 4 năm, hoa đồng tiền

g) Lần đầu tiên sử dụng k thuật điện di trên gel biến thiên (DGGE) để xác định loài

và đánh giá sự biến động về thành phần, số lượng vi sinh vật đất chuyên canh trồng hoa tại hai vùng nghiên cứu Số lượng VSV tổng số ở mẫu đất đối chứng cao hơn các mẫu đất chuyên canh trồng hoa Các nhóm VSV chức năng ở các mẫu đất chuyên canh trồng hoa lớn hơn mẫu đối chứng, nhưng chênh lệch không nhiều Dựa vào trình tự 16S r RN, đã xác định thấy, năm trong số sáu loài vi khuẩn ưu thế là các vi khuẩn chưa được nuôi cấy (B1-B5) Chỉ có loài vi khuẩn B6 là loài thuộc chi Klebsiella đã được công bố với tên gọi là Klebsiella sp Những loài

vi khuẩn chưa được nuôi cấy này được kỳ vọng là những loài mới

4 Bố cục của Luận án

Luận án có 137 trang gồm phần mở đầu 04 trang; Chương 1: Tổng quan dài 28 trang,

có 05 bảng; Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu dài 15 trang, có 04 bảng; Chương 3: Kết quả và Thảo luận dài 68 trang, có 29 bảng và 09 hình; Kết luận dài 03 trang,

có 06 kết luận; Kiến nghị: có 04 kiến nghị; Danh mục các công trình khoa học có liên quan đến Luận án đã được công bố dài 01 trang, có 06 công trình; Tài liệu tham khảo dài 18 trang,

có tổng số là 184 tài liệu trong đó có 25 tài liệu tiếng Việt và 159 tài liệu tiếng nh; Phụ lục gồm 36 Phụ lục

3

NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Đất canh tác và nhóm chỉ tiêu đánh giá chất lượng đất

Kết cấu của đất ảnh hưởng rất lớn tới các tính chất đất, nhất là tính chất vật lý của đất

Tỷ trọng của đất được quyết định chủ yếu bởi các loại khoáng nguyên sinh, thứ sinh và hàm lượng chất hữu cơ trong đất Nhìn chung do tỷ lệ chất hữu cơ trong đất thường không lớn nên

tỷ trọng đất sẽ phụ thuộc chủ yếu vào thành phần khoáng vật của đất, thường dao động từ 2,5

- 2,8

- Một số nhóm chỉ tiêu lý hóa học đất:

+ 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 [69]

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

cơ giới đất, tỷ lệ SiO2/R2O3 và pH Đất càng nhiều mùn và montmorilonit thì CEC càng lớn;

lớn; độ pH đất tăng lên thì CEC cũng tăng lên [69] Khi pH của đất bằng 8,2 thì giá trị CEC của mỗi loại đất là khác nhau

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

[19] Ở Việt Nam, đất sử dụng trong nông nghiệp có qui định ngưỡng giá trị giới hạn cho phép của tổng số một số KLN [3], theo đó hàm lượng (mg/kg) của Cu là 50, Zn là 200, Pb là

70, As là 12, Cd là 2, Hg là 2

+ Hàm lượng một số chất dinh dưỡng chủ yếu trong đất: Chỉ tiêu đánh giá hàm lượng

phốt pho tổng số (P2O5 tổng số) được chia thành 3 mức 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 thành các mức: rất cao (> 0,35%), cao (0,226 - 0,3%), trung bình (0,126 - 0,226%), thấp (0,05 - 0,126%), rất thấp (< 0,05%) [69]

- Một số nhóm chỉ tiêu sinh học đất

Tính toán của các nhà khoa học đất cho thấy, trên 1ha đất trồng trọt (độ sâu 20-30 cm)

có 5-7 tấn vi khuẩn, 2-3 tấn nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh và 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 trong đất; khả năng nitrat hóa và khả năng cố định đạm trong đất; cường độ phân giải xenlulorơ, 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 quá trình canh tác tới chất hữu cơ trong đất

Khi bón phân hữu cơ sẽ là tăng hàm lượng SOM trong đất SOM là thành phần quan trọng góp phần làm tăng độ phì của đất, tăng hoạt tính của đất và tăng tính bền vững của cấu trúc đất Nó góp phần làm giảm thiểu tác động tiêu cực của môi trường, và do đó cải thiện chất lượng đất [11]

Loại cây trồng ảnh hưởng tới SOM cũng như chất lượng đất rất mạnh mẽ trong các hệ độc canh liên tục Những tác động tiêu cực của độc canh nổi bật là nghèo hóa hệ động vật đất; tăng số lượng dịch hại cây trồng; giảm hoạt động của quá trình dehidrogenaza và phốt phát hóa và tăng hàm lượng 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 xuất nông nghiệp, 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 sẽ làm tăng đáng kể hàm lượng N, P, K và SOM trong lớp đất canh tác so với lớp đất phía dưới [90] Nếu duy trì lớp phủ tàn dư thực vật sau thu hoạch và tăng tỷ lệ lượng phân bón các loại sẽ có thể duy trì được chất lượng đất [35]

4

Bên cạnh đó các loại phân bón vô cơ, vôi và phân hữu cơ, phân bùn,… có một lượng đáng kể các KLN Thành phần KLN trong phân bón đã nêu trên đã được một số tác giả nghiên cứu Trong số các loại phân nghiên cứu các tác giả chỉ ra rằng phân lân có chứa hàm lượng KLN khá cao

Phân lân là một trong những nguồn đầu vào KLN vào các hệ thống nông nghiệp Quặng phốt phat chứa nhiều nguyên tố KLN với giá trị dao động khoảng 1-100 mgCd/kg, 70-

110 mg Cr/kg, 1-1000 mgCu/kg, 0-117 mgNi/kg, 0-45 mgPb/kg, 4-1000 mgZn/kg, 0-710 mgF/kg và 8-220 mgU/kg [39, 55, 100] Trong k thuật trồng hoa, để cho cây hoa cứng cáp

và mầu hoa đẹp người ta đã bón một lượng lớn các phân khác nhau, trong đó có một lượng lớn phân lân, vì vậy làm tăng đáng kể hàm lượng KLN trong môi trường đất

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

Chất lượng nước sử dụng để tưới tiêu được nêu trong tiêu chuẩn Việt Nam QCVN 08:2008/BTNMT Hiện nay, một số vùng nông nghiệp sử dụng nước tưới tiêu có hàm lượng một số KLN cao hơn tiêu chuẩn cho phép, dẫn đến làm gia tăng hàm lượng các kim loại này trong đất trồng trọt Ví dụ, ở Hà Nội, sông Nhuệ được sử dụng để tưới cho một vùng rộng 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 xuất nông nghiệp, các thông số phân tích đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép đối với chất lượng nước tưới tiêu QCVN 08:2008/BTNMT [9]

Từ kết quả theo dõi sự biến động hàm lượng KLN trong đất nông nghiệp Việt Nam trong giai đoạn 2002–2007 đã chỉ ra rằng, sự tích lũy KLN trong các loại đất nông nghiệp có

xu hướng gia tăng theo 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 KLN vượt giới hạn cho phép [24]

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

Hoạt động làm đất giúp tăng khả năng tiếp cận chất hữu cơ của vi sinh vật đất [51, 36] qua đó tăng quá trình giải phóng N cho đất [101] Các nhà khoa 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 cường bảo vệ C và N so với biện pháp cày bừa thông thường [108] Nhiều nghiên cứu cho thấy, đất không cày bừa có thể duy trì và tăng tính 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 [71] Biện pháp lên luống vĩnh viễn cho hàm lượng 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 kết hợp với sự duy trì tàn dư thực vật trền bề mặt [77] 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 [91, 173], và hàm lượng K tăng trong đất không cày bừa so với đất cày bừa thông thường, nhưng tác dụng này giảm theo độ sâu [60]; và cũng đã quan sát thấy 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 [61, 68, 88, 88,

114, 150]

1.2.5 Ảnh hưởng của tàn dư thực vật tới chất lượng đất

Sử dụng tàn dư thực vật như một loại phân bón hữu cơ cho đất đã có tác động đáng kể đến chất lượng đất Sự phân hủy chậm của tàn dư thực vật của lớp phủ trên mặt đất có thể giúp giảm thiểu quá trình thẩm thấu nhanh chóng qua phẫu diện đất của các nguyên tố dinh dưỡng [34, 103] Tuy nhiên, mật độ cao hơn của các khoảng hổng trong đất có thể khiến quá trình thẩm thấu của các chất dinh dưỡng hòa tan nhanh hơn và thấm sâu hơn vào các tầng đất bên dưới tầng canh tác [70, 94] Một phương thức khác sử dụng tàn dư thực vật làm phân bón dưới dạng đốt các tàn dư này Những báo cáo về biện pháp đốt tàn dư sinh khối sau thu hoạch cho thấy, điều này có thể tăng lượng dinh dưỡng dễ tiêu một cách tức thời trong tầng đất mặt cho cây trồng hút thu [60] Tuy nhiên, đốt tàn dư cây trồng không được coi là một hình thức bền vững do các tác động tiêu cực tới tính chất vật lý đất, đặc biệt là khi quá trình này được kết hợp với các biện pháp giảm làm đất trước khi gieo trồng [109]

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

1.2.6.1 Ô nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật trong đất canh tác

có quy định về ngưỡng hàm lượng hóa chất BVTV cho phép trong môi trường đất [2]

Nghiên cứu tại hai khu vực nông nghiệp Alau Dam và Gongulong thuộc Bang Borno của Nigeria cho thấy, dư lượng hóa chất BVTV dạng phốt pho 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 hóa chất BVTV ở độ sâu 21-30cm trong các mẫu đất cao hơn ở độ sâu 10cm; và đều cao hơn nhiều lần so với giới hạn cho phép của Liên minh châu Âu [29] Kết quả nghiên cứu trên đất nông nghiệp thâm canh ở phía Bắc Ấn Độ về hàm lượng hóa chất BVTV cho thấy, 4,27% trong tổng số 49 mẫu đất phát hiện có dư lượng của DDT và 100% số mẫu đất có ô nhiễm chất hữu cơ bền (OCPs) là lindan, aldrin, endrin, dieldrin, p,p’-DDE, p,p’-DDD, p,p’-DDT [41]

0-Ở Việt Nam, các loại hóa chất BVTV đã được sử dụng từ những năm 50-60 của Thế

kỷ trước để phòng trừ các loại dịch bệnh khác nhau Từ năm 1957 đến 1980, hóa chất BVTV được sử dụng khoảng 100 tấn/năm Những năm gần đây việc sử dụng hóa chất BVTV đã tăng đáng kể cả về khối lượng lẫn chủng loại Vào các năm cuối của thập kỷ 80, lượng hóa chất BVTV sử dụng là 10.000 tấn/năm; và đến các năm của thập kỷ 90, lượng hóa chất BVTV sử dụng đã tăng lên gấp đôi (21.600 tấn/năm vào năm 1990), và tăng lên gấp ba (33.000 tấn/năm vào năm 1995) Diện tích đất canh tác sử dụng hóa chất BVTV cũng tăng theo thời gian từ 0,48% (năm 1960) lên khoảng 80-90% (năm 1997)

1.2.6.2 Ảnh hưởng của hóa chất bảo vệ thực vật đến hệ sinh vật đất

Trong những năm gần đây thuốc hóa học đã được sử dụng nhiều và đã góp phần quan trọng trong việc bảo vệ cây trồng, đẩy mạnh sản xuất Tuy nhiên việc sử dụng thuốc hóa học với số lượng lớn, liên tục đã biểu hiện các mặt trái của nó như: tiêu diệt nhiều thiên địch, nhiều loại vi sinh vật có ích, tích lũy chất độc trong nông sản, gây ô nhiễm môi trường đất do tồn lưu trong đất… Tác động của mỗi loại thuốc hóa học đến hệ vi sinh vật đất là khác nhau tùy thuộc vào loại thuốc, nồng độ sử dụng, phương pháp sử dụng…

1.2.7 Ảnh hưởng của nước tưới và bón phân đến hệ sinh vật đất

1.2.7.1 Ảnh hưởng của nước tưới

Đất úng nước được thoát nước, đất bị hạn được tưới nước là biện pháp canh tác có ý nghĩa đối với cải tạo tính chất lý, hóa đất, làm thay đổi chế độ thoáng khí, phản ứng môi trường, điện thế hóa khử trong đất

1.2.7.2 Ảnh hưởng của phân bón

Bón các loại phân vô cơ và hữu cơ vào đất sẽ phát huy tác dụng nhanh hay chậm, nhiều hay ít phụ thuộc chủ yếu vào hoạt động chuyển hóa của vi sinh vật đất Ngược lại, phân bón có tác dụng tốt tăng cường số lượng và hoạt tính vi sinh vật đất Tùy theo loại phân, liều lượng bón và phương pháp bón mà ảnh hưởng đến hệ sinh vật đất khác nhau

+ Phân vô cơ: Bón phân hóa học một cách hợp lý có ảnh hưởng tốt đến sự phát triển

vi sinh vật đất Các nguyên tố N, P, K, Ca, vi lượng rất cần thiết đối với vi sinh vật và chúng đòi hỏi các nguyên tố theo một tỉ lệ nhất định

+ Phân hữu cơ: Vì hầu hết các loại phân bón hữu cơ là các sản phẩm chất thải, tỷ lệ

sử dụng chúng thường được quyết định bởi tính sẵn có hơn là nhu cầu Hầu hết việc bón phân hữu cơ chủ yếu để mang lại lợi ích tăng trưởng thực vật

1.2.7.3 Ảnh hưởng của việc bổ sung chế phẩm vi sinh vật vào đất

Việc bổ sung các chế phẩm vi sinh vật tự nhiên hay được biến đổi di truyền có thể được phân chia theo đặc tính của chúng: (i) tồn tại chính trong môi trường đất của chúng (bản

1.3.1 Phương pháp “dấu vân tay” phân tích quần xã vi sinh vật đất

Phần lớn các phương pháp “dấu vân tay” dựa vào các k thuật sinh học phân tử với việc sử dụng ADN hoặc RN đã được tách chiết, thực hiện phản ứng khuếch đại (PCR) và theo sau là k thuật điện di Trong số các phương pháp “dấu vân tay” hiện đang được sử dụng

để so sánh sự biến động của các quần xã vi sinh vật theo không gian và thời gian ở một phạm

vi rộng của các môi trường khác nhau, k thuật DGGE dựa vào sự khác nhau trong đặc tính tan chảy của các phân tử ADN sợi đôi được sử dụng rộng rãi nhất Điều quan trọng là sau đó

nó cho phép một định danh của ít nhất một loài ưu thế nhất trong quần xã vi sinh vật Chính vì thế DGGE được xem là một phương pháp chuẩn trong nghiên cứu sinh thái vi sinh phân tử môi trường

1.3.2 Kỹ thuật phân tích DGGE

K thuật này bao gồm những bước cơ bản như sau:

+ Tách chiết ADN/ARN trực tiếp từ mẫu môi trường

+ Khuếch đại các đoạn gen 16S rARN bằng phản ứng PCR

+ Điện di biến tính DGGE

+ Nhân dòng, xác định trình tự gen 16S rARN và định danh

1.4 Kỹ thuật canh tác trồng hoa tại các vùng nghiên cứu

Phần này đề cập tới k thuật canh tác trồng các loại Hoa hồng, hoa cúc, hoa đồng tiền

K thuật trồng các loại hoa được tổng hợp dựa trên phương pháp bón các loại Phân bón và chế độ bón phân, k thuật bón phân, tưới nước và phòng trừ sâu bệnh

1.5 Ảnh hưởng của chuyên canh trồng hoa tới chất lượng đất

1.5.1 Ô nhiễm kim loại nặng và hóa chất bảo vệ thực vật

Ngày nay, hoa và cây được coi không chỉ các sản phẩm nông nghiệp mà hàng hóa đi kèm với khám phá, trồng trọt, vận chuyển, phân phối và hoạt động kinh doanh trên thị trường [184] Việc sử dụng hóa chất BVTV và phân bón trong nông nghiệp góp phần tăng năng suất cây trồng [57] Cho đến nay, ngành trồng hoa đã trở thành ngành tiêu thụ lượng phân bón và hóa chất BVTV cao nhất trong nông nghiệp Trong chuyên canh trồng hoa sử dụng một lượng lớn phân lân, phân đạm và vôi đã làm cho hàm lượng KLN trong đất tăng Đặc biệt là phân lân có hàm lượng KLN khá cao [28, 46, 115, 160]

1.5.2 Làm suy giảm hệ sinh vật đất

Việc cày bừa xới xáo đất trồng hoa rất hạn chế Chu kỳ cày bừa xới xáo đất thường kéo dài hàng năm hoặc vài năm Quan hệ giữa hệ sinh vật đất và cây trồng là mối quan hệ tương hỗ,

có tác động qua lại lẫn nhau Mỗi loại cây trồng có số lượng và thành phần vi sinh vật vùng rễ nhất định Vì vậy thay đổi cây trồng, thay đổi chế độ luân canh sẽ dẫn đến sự thay đổi quần thể vi sinh vật Những vấn đề ảnh hưởng của chuyên canh hoa đến chất lượng đất, trong đó có các tác động xấu được nêu ở trên chưa được các nhà khoa học trong nước vàquốc tế quan tâm

nghiên cứu Điều đó sẽ được đề cập trong công trình nghiên cứu này

7

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Các mẫu đất lấy ở các ruộng chuyên canh hoa hồng, hoa cúc, hoa đồng tiền Mẫu

nước mặt và nước ngầm ở khu vực ruộng trồng hoa tương ứng

- Các mẫu phế thải của cây hoa đồng tiền, cây hoa cúc, lá cây hoa hồng ở các ruộng trồng hoa được lấy đất để nghiên cứu

- Các phân bùn, phân chuồng, phân lân, phân urê, vôi sử dụng trong trồng hoa

- Sinh vật đất trong đất chuyên canh trồng hoa

Khu vực lấy mẫu nghiên cứ thuộc vùng chuyên canh hóa tại phường Tây Tựu và xã

Mê Linh, thành phố Hà Nội

2.2 Phương pháp nghiên cứu

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

Dựa trên các tài liệu, số liệu đã thu thập, tiến hành tổng hợp, lựa chọn và phân tích các

số liệu, dữ liệu có liên quan đến nội dung nghiên cứu của đề tài

2.2.2 Nhóm phương pháp hóa lý phân tích KLN và hóa chất BVTV

2.2.2.1 Phương pháp ICP-OES

2.2.2.2 Các phương pháp sắc ký

+ Phương pháp sắc ký khí đetectơ cộng kết điện tử

+ Phương pháp sắc ký khí lỏng cao áp đetectơ diod array

2.2.3 Nhóm các phương pháp nghiên cứu sinh học

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

2.2.3.2 Phương pháp đánh giá biến động động vật chân khớp béCollembola

- Số lượng loài: Số lượng loài được tính bằng tổng số loài có mặt trong điểm thí

nghiệm ở tất cả các lần thu mẫu

- Số cá thể: Tổng số lượng cá thể có ở tất cả các lần thu mẫu của điểm thí nghiệm

- Chỉ số đa dạng Shannon-Weaver (H’): được sử dụng để tính sự đa dạng loài hay

số lượng loài trong quần xã và tính đồng đều về sự phong phú cá thể của các loài trong quần

' '

S

H

Giá trị của J’ dao động trong khoảng từ 0 đến 1; Giá trị của J’ lớn nhất khi tất

cả các loài trong quần xã có số lượng cá thể bằng nhau hay nói cách khác độ phong phú của các loài trong quần xã như nhau

- Loài ưu thế: là loài có giá trị chỉ số ưu thế bằng hoặc lớn hơn 5%

100

x n

n

2.3 Địa điểm và nơi lấy mẫu nghiên cứu

8

2.3.1 Lấy mẫu đất và mẫu nước

Mẫu đất và mẫu nước được lấy ở các ruộng trồng hoa và rau ở các địa điểm: phường Tây Tựu (quận Bắc Từ Liêm) và xã Mê Linh (huyện Mê Linh), Hà Nội Mẫu đất và nước được lấy 2 lần trong một năm vào tháng 5 và tháng 7 hàng năm Mẫu lấy vào các năm 2009, 2012,

2014 ở Tây Tựu và năm 2010, 2012, 2014 ở Mê Linh Các mẫu đất và nước được lấy hàng năm tại cùng một vị trí Việc lấy mẫu và bảo quản mẫu được thực hiện theo tiêu chuẩn Việt Nam [4]

+ Mẫu đất được lấy ở các ruộng trồng hoa và trồng rau để phân tích xác định hàm

+ Các mẫu nước được lấy ở các ruộng trồng hoa và trồng rau để phân tích xác định

+ Các mẫu đất và nước lấy ở các ruộng trồng hoa, gồm:

- Ruộng trồng hoa hồng 2 năm; Ruộng trồng hoa hồng 4 năm; Ruộng trồng hoa hồng

6 năm; Ruộng trồng hoa cúc; Ruộng trồng hoa đồng tiền;

- Các mẫu đất so sánh được lấy ở ruộng trồng rau cải ngọt; các mẫu đất đối chứng được lấy ở bãi đất hoang bên đường (ở Tây Tựu) và bên bờ đê sông Hồng (ở Mê Linh) gần khu vực lấy mẫu nghiên cứu

Ký hiệu mẫu đất và thông tin hiểu về ký hiệu mẫu như sau:

- Mẫu ký hiệu 3Đ20-H2-T5-10 được hiểu là mẫu của cùng một ruộng trồng hoa hồng

2 năm số 3, mẫu đất, lấy ở độ sâu 0-20 cm, trồng hồng 2 năm, nơi lấy Tây Tựu, lấy tháng 5/2010

- Mẫu ký hiệu 1Đ40-HC-M7-12 được hiểu là mẫu của cùng một ruộng trồng hoa cúc

số 1, mẫu đất, lấy ở độ sâu 20-40 cm, trồng hoa cúc, nơi lấy Mê Linh, lấy tháng 7/2012

- Mẫu ký hiệu 6Đ20-ĐC-M7 được hiểu là mẫu đất của cùng một vị trí lấy mẫu số 6, ở

độ sâu 0-20 cm, đất đối chứng, nơi lấy Mê Linh, lấy vào tháng 7 có giá trị trung bình 3 năm

Tương tự như cách ký hiệu mẫu với các mẫu đất và nước khác

+ Các mẫu nước lấy ở khu vực nghiên cứu gồm nước mặt, nước giếng khoan Lấy 5 mẫu nước mặt ở giữa lòng nương dẫn nước tưới ở gần các ruộng trồng hoa và trồng rau lấy mẫu đất nêu trên; các mẫu nước giếng được lấy từ các vòi hút trưc tiếp từ giếng khoan lên hoặc lấy trực tiếp ở giếng khoan hở Mỗi mẫu nước lấy là 500 mL đựng đầy trong chai nhựa PVC có dung tích 500 mL Cho vào mỗi lọ mẫu nước 1 mL axít nitric 5N

2.3.2 Lấy mẫu đất và mẫu nước ở vùng trồng hoa ở Tây Tựu

Sơ đồ và vị trí tọa độ lấy mẫu đất và mẫu nước ở vùng trồng hoa ở Tây Tựu được nêu trong phần phụ lục của luận án Ký hiệu mẫu đất và nước lấy ở các ruộng trồng hoa, mẫu đất

so sánh trồng rau và mẫu đất đối chứng lấy ở phường Tây Tựu được nêu ở bảng 2.1

Tổng số mẫu đất và nước lấy ở vùng trồng hoa ở Tây Tựu là 152 mẫu, trong đó có 88 mẫu đất và 64 mẫu nước

2.3.3 Lấy mẫu đất và mẫu nước ở vùng trồng hoa ở Mê Linh

Sơ đồ và vị trí tọa độ lấy mẫu đất và mẫu nước ở vùng trồng hoa ở Mê Linh được nêu trong phần phụ lục của luận án Ký hiệu mẫu đất và nước lấy ở các ruộng trồng hoa, mẫu đất

so sánh trồng rau và mẫu đất đối chứng lấy ở Mê Linh được nêu ở bảng 2.2

Tổng số mẫu đất và nước lấy ở khu vực trồng hoa ở Mê Linh là 152 mẫu, trong đó có

88 mẫu đất và 64 mẫu nước

2.3.4 Lấy mẫu phân bón và mẫu thực vật

Các mẫu này được lấy để xác định hàm lượng KLN gồm:

9

- Các loại phân bón và hóa chất khác, gồm phân bùn, phân chuồng, phân đạm, phân lân, phân NPK và vôi; các loại mẫu này được lấy tại các hộ dân có ruộng trồng hoa và trồng rau được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu

- Các mẫu thực vật gồm phế thải của cây hoa đồng tiền, cây hoa cúc, lá cây hoa hồng được lấy tại ruộng trồng hoa, trồng rau ngay sau khi thu hoạch Các loại mẫu này được lấy tại các ruộng trồng hoa được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu

2.3.5 Lấy mẫu đất xác định động vật chân khớp béCollembola

Mẫu định lượng Collembola thu theo phương pháp chuẩn trong nghiên cứu khu hệ và

sinh thái động vật đất được áp dụng để nghiên cứu ở 6 sinh cảnh Mẫu đất lấy nghiên cứu ở 2 vùng Tây Tựu và Mê Linh ở hai thời điểm, đợt 1 vào tháng 7/2012, đợt 2 vào tháng 5/2013

Ký hiệu mẫu đất lấy nghiên cứu được chỉ ra trong bảng 2.3

2.3.6 Lấy mẫu đất xác định vi sinh vật

Các ruộng trồng hoa, trồng rau và đất đối chứng ở Tây Tựu và Mê Linh đã được lấy

mẫu để xác định các KLN, hóa chất BVTV, động vật chân khớp bé Collembola cũng được

thực hiện lấy mẫu để xác định vi sinh vật Thông tin mẫu đất xác định VSV được thể hiện trong bảng 2.4

2.4 Các bước trong nghiên cứu thực nghiệm

2.4.1 Xác định kim loại nặng trong các mẫu nghiên cứu

Các mẫu đất, nước, phân bón, vôi và phế thải của cây hoa đồng tiền, cây hoa cúc, lá cây hoa hồng được lựa chọn để nghiên cứu xác định hàm lượng KLN Việc xác định các KLN trong các mẫu này được thực hiện theo các tiêu chuẩn của Việt Nam

2.4.2 Xác định hóa chất bảo vệ thực vật trong các mẫu nghiên cứu

Các mẫu đất lấy được sử dụng để xác định hàm lượng các hóa chất BVTV Các hóa chất BVTV được xác định theo các phương pháp tiêu chuẩn của Việt Nam và quốc tế (US EPA)

2.4.3 Xác định Collembola trong các mẫu nghiên cứu

Collembola và các động vật không xương sống khác được tách ra khỏi đất bằng phễu

Tullgren trong thời gian 7 ngày đêm ở nhiệt độ phòng thí nghiệm

Xử lý mẫu vật, bảo quản và định loại: Tính đếm số lượng và sử dụng các tài liệu để so sánh định loại Các số liệu thu được sử dụng để xác định các giá trị sau: số lượng loài, số cá thể, chỉ số đa dạng Shannon-Weaver (H’), chỉ số đồng đều (J’) hay chỉ số Pielou, loài ưu thế

Phương pháp xác định các giá trị này nêu trong phần phương pháp nghiên cứu mục 2.3.3.2 2.4.4 Xác định vi sinh vật đất bằng kỹ thuật DGGE

Thực hiện 6 bước để xác định VSV bằng phương pháp điện di trên gel biến tính Bước

1 Tách chiết ADN; Bước 2 Khuếch đại vùng V3 của gen 16S rARN; Bước 3 Điện di

DGGE; Bước 4 Phân tích dữ liệu DGGE; Bước 5 Nhân dòng các sản phẩm PCR được tái khuếch đại từ các băng DGGE; Bước 6 Xác định trình tự gen 16S r RN và định danh loài

10

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc điểm đất, nước và cơ cấu cây trồng khu vực nghiên cứu

3.1.1 Đặc điểm vùng chuyên canh hoa phường Tây Tựu, Quận Bắc Từ Liêm, Hà Nội

Địa hình của Tây Tựu tương đối bằng phẳng, cao trung bình phổ biến từ 5,3-6,5 m so với mặt nước biển Từ nửa cuối tháng 5 đến tháng 10 trong năm khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều

Từ tháng 11 đến tháng 4 và nửa đầu tháng 5 năm sau khí hậu lạnh và khô Mùa mưa thường kéo dài từ giữa tháng 5 đến tháng 10, tập trung 85% lượng mưa cả năm Trong vùng có sông Pheo chạy dọc theo ranh giới phía Tây của xã Theo tài liệu khoan thăm dò, nguồn nước ngầm của xã gồm có 3 tầng Với các điều kiện nêu trên, việc chủ động tưới, tiêu trong canh tác nông nghiệp nói chung và ngành trồng hoa nói riêng ở phường Tây Tựu là thuận lợi Tây Tựu đã phát triển nghề trồng hoa từ năm 1995 với diện tích trồng hoa, rau ban đầu có 120 ha đạt 31,65% diện tích đất nông nghiệp Tới nay, 100% diện tích trồng lúa đã chuyển sang trồng hoa và rau màu Điều này cho thấy sự đột phá trong việc thay đổi cơ cấu cây trồng ở Tây Tựu hiện nay được cả nước biết đến là một vùng trồng hoa, rau quy mô lớn Ở Tây Tựu trồng chủ yếu vẫn là hoa hồng (chiếm hơn 50% diện tích), còn lại là cúc, đồng tiền, lily, lay ơn, loa kèn Thị trường tiêu thụ mở rộng tới thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Huế hay xuất khẩu sang Trung Quốc

3.1.2 Đặc điểm vùng chuyên canh hoa xã Mê Linh, huyện Mê Linh, Hà Nội

Mê Linh có địa hình tự nhiên khá bằng phẳng, độ cao trung bình so với mặt nước biển 10-13m, không có đất lâm nghiệp, độ dốc nền địa hình thấp.Chế độ mưa, nắng theo mùa ở vùng này giống như vùng Tây Tựu Chế độ thủy văn ổn định, nước mặt và nước ngầm khá dồi dào, tương đối thuận lợi cho ngành trồng hoa Nghề trồng hoa ở Mê Linh bắt đầu phát triển từ năm 1995 khi những hộ dân đầu tiên đưa một số giống hoa từ Đà Lạt về trồng, khởi đầu với diện tích 58 ha tại xã Mê Linh Đến nay diện tích trồng hoa đã lên tới hàng trăm ha, chiếm hơn 50% đất nông nghiệp của xã và chiếm hơn 80% diện tích hoa của huyện.Giá trị sản xuất rau là 30-40 triệu đồng/ha (gấp 2-4 lần trồng lúa) và hoa đạt 50-60 triệu đồng/ha (gấp 5-6 lần trồng lúa) Có khoảng 10 loại hoa được trồng ở Mê Linh như hoa hồng, hoa cúc, hoa loa kèn, hoa phăng… nhưng hoa hồng chiếm tới 80% và cũng là nguồn thu nhập chủ yếu trong sản xuất nông nghiệp

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

3.3 Kim loại nặng trong nước tưới trồng hoa ở Tây Tựu và Mê Linh

3.3.1 Khu vực Tây Tựu

Nhìn chung, nước mặt và nước ngầm khu vực chuyên canh trồng hoa ở Tây Tựu chưa bị

ô nhiễm bởi một số kim loại nặng Cd, Zn, Pb, riêng với Cu đã có dấu hiệu bị ô nhiễm vào mùa mưa và ô nhiễm vào mùa khô Do vậy nếu sử dụng nước ao bị ô nhiễm Cu để tưới cho cây trồng thì nguy cơ làm tăng sự tích lũy Cu trong đất là rất cao Kết quả phân tích xác định hàm lượng trung bình của một số KLN trong nước tưới tại vùng chuyên canh trồng hoa ở Tây Tựu được nêu trong bảng 3.2 và 3.3

3.3.2 Khu vực Mê Linh

Nước tưới tiêu dùng trong chuyên canh trồng hoa ở Mê Linh không bị ô nhiễm kim loại nặng và đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn nước tưới tiêu Việc sử dụng nước tưới tiêu có tiêu chuẩn như trên trong chuyên canh trồng hoa ở Mê Linh sẽ không gây ô nhiễm và ảnh hưởng tới tính chất môi trường đất Kết quả phân tích xác định hàm lượng trung bình của một số KLN trong nước tưới tại vùng chuyên canh trồng hoa ở Mê Linh được nêu trong bảng 3.4 và 3.5

Bảng 3.4 Hàm lượng trung bình của một số KLN trong nước tưới trồng hoa lấy tháng 7 hàng năm

- 100% số hộ được điều tra ở Mê Linh, 54,17% số hộ ở Tây Tựu trong quá trình sử dụng thuốc đều tự động tăng nồng độ và thời gian phun, theo họ khi thấy xuất hiện sâu là phun, phun một loại thuốc không thấy hiệu quả thì pha hỗn hợp 2, 3 loại với nhau,… Nguyên nhân của vấn đề trên có thể là do kiến thức hiểu biết về cách sử dụng hóa chất BVTV còn thấp (bảng 3.7), do thu nhận thông tin từ nhiều nguồn khác nhau, nên không có sự chọn lọc

Bảng 3.6 Hi n tr ng s d ng h a chất B T ở Tây Tựu và Mê Linh t nh theo t ng số hộ ã

31-45 ml/sà

o

60 ml/sào 1-3 lần vụ 4-6 lần vụ

hi chú “-“ hông phát hiện được ( , 1 mg kg)

b) Mức độ ảnh hưởng việc sử dụng thuốc BVTV đối với đất chuyên canh trồng hoa

- Tây Tựu: Kết quả phân tích hàm lượng trung bình hóa chất BVTV trong các mẫu đất lấy ở vùng nghiên cứu vào tháng 5 và tháng 7 các năm 2009, 2012, 2014 (bảng 3.8 và bảng 3.9) cho thấy, đã phát hiện được 04 trong số 05 nhóm hóa chất BVTV trong đất nghiên cứu; tích lũy hóa chất BVTV trong đất trồng các loại cây khác nhau là khác nhau Hầu hết trên đất trồng hoa đã phát hiện thấy có sự tích lu các nhóm hoạt chất cơ clo, lân hữu cơ, pyrethroit và thuốc trừ cỏ Kết quả nhận được ở trên cho thấy, sử dụng hóa chất BVTV trong chuyên canh trồng hoa ở Tây Tựu đã sự tích lu chúng trong môi trường đất, trong đó đáng quan tâm về sự có mặt DDT trong đất (Thêm bảng số liệu vào)

Bảng 3.9 Tồn dư h a chất B T trong lớp ất chuyên canh trồng hoa 0-20 cm vào tháng 7 hàng năm