Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Ảnh hưởng của sử dụng kết hợp thuốc bảo vệ thực vật hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến hoạt tính enzyme Cholinesterase cá lóc (Channa striata)

Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm đánh giá ảnh hưởng của việc hỗn hợp hoạt chất Chlorpyrifos ethyl với Fenobucarb đến hoạt tính enzyme Cholinesterase ở não cá lóc và khả năng sử dụng ChE ở cá lóc như phương pháp sinh học để đánh giá sự phơi nhiễm của cá lóc với các thuốc bảo vệ BVTV chứa hoạt chất này.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Cần Thơ - 2018

LỜI CẢM TẠ

Lời cảm ơn đầu tiên, tôi xin chân thành gửi đến Thầy hướng dẫn PGs Ts Nguyễn Văn Công - người đã dìu dắt, động viên, giúp đỡ và hướng dẫn chuyên môn cho tôi những lời khuyên quý báu trong suốt thời gian học tập cũng như khi thực hiện nghiên cứu và viết luận án Xin cảm ơn Thầy vì đã dành nhiều thời gian, công sức và luôn giúp em có được định hướng đúng đắn trong công việc cũng như trong học tập

Xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến TS Phạm Văn Toàn – người đã góp ý cho tôi rất nhiều từ kinh nghiệm quý báu về phân tích thuốc BVTV và viết luận án cũng như hướng dẫn thực hiện chuyên đề nghiên cứu

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý Thầy, Cô đã giảng dạy, hướng dẫn tôi học tập, nghiên cứu trong suốt thời gian qua

Trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu thực hiện luận án, tôi luôn được

sự đồng hành và hỗ trợ của các Anh, Chị nghiên cứu sinh khóa 18, các học viên cao học và các sinh viên đại học chuyên ngành Khoa học Môi trường Các bạn đã không ngại khó khăn, thời gian để cùng tôi thực hiện các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và ngoài đồng Tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc nhất đến tất cả mọi người

Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban Chủ Nhiệm Khoa Môi trường

và Tài nguyên thiên nhiên, Phòng Quản Lý Khoa Học và Khoa Sau Đại Học - Trường Đại Học Cần Thơ đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi được học tập, nghiên cứu nâng cao trình độ trong những năm qua

Tôi cũng xin được gởi lời cảm ơn đến Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Hậu Giang đã tài trợ kinh phí và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt nghiên cứu

Sau cùng, tôi xin ghi nhớ và cảm ơn đến gia đình với tất cả tình yêu thương, ủng hộ và khích lệ dành cho tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận án nghiên cứu; đặc biệt là ba mẹ tôi, vợ con tôi

Nguyễn Văn Toàn

TÓM TẮT

Luận án “Ảnh hưởng của sử dụng kết hợp thuốc bảo vệ thực vật hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến hoạt tính enzyme Cholinesterase cá lóc

(Channa striata)” được thực hiện ở điều kiện phòng thí nghiệm và đồng ruộng từ

tháng 8 năm 2012 đến tháng 12 năm 2016 nhằm đánh giá sự ảnh hưởng riêng lẻ, phối trộn của hai hoạt chất trên đến enzyme ChE của cá lóc và khả năng sử dụng ChE ở cá lóc như phương pháp sinh học để đánh giá sự phơi nhiễm của cá lóc với thuốc BVTV lân hữu cơ Chlorpyrifos ethyl và Carbamate Fenobucarb Nội dung điều tra hiện trạng sử dụng thuốc BVTV ở một số vùng canh tác lúa ĐBSCL được thực hiện qua phỏng vấn 939 hộ dân trồng lúa ở 4 tỉnh Long An, Tiền Giang, Đồng Tháp và Hậu Giang Ảnh hưởng đơn lẻ và phối trộn của thuốc BVTV chứa hoạt chất Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl đến hoạt tính ChE ở điều kiện phòng thí nghiệm được thực hiện ở bốn mức nồng độ 1%, 2%, 5% và 10% LC50-96 giờ và hỗn hợp giữa chúng cùng đối chứng được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên Ảnh hưởng của phun Fenobucarb, Chlorpyrifos Ethyl hay kết hợp hai hoạt chất này đến ChE cá lóc được triển khai trên ruộng lúa vụ Hè Thu 2013 ở Phụng Hiệp, Hậu Giang Kết quả nghiên cứu cho thấy có 232 tên thương mại thuốc BVTV khác nhau được nông dân sử dụng và nhóm thuốc trừ côn trùng, trừ nấm bệnh là phổ biến nhất (60%) Trung bình thuốc BVTV được phun khoảng 6,0 lần/vụ; trong đó số lần phun thuốc trừ sâu bệnh là cao nhất (4,0 lần/vụ), kế đến là trừ cỏ, trừ ốc (1,0 lần/vụ) Đa số nông dân hỗn hợp nhiều loại thuốc trừ sâu với nhau hoặc thuốc trừ sâu với trừ bệnh cho một lần sử dụng Trung bình có hơn 60% nông dân sử dụng thuốc ở liều cao hơn chỉ dẫn của nhãn thuốc Ở điều kiện phòng thí nghiệm, hoạt tính ChE ở não cá lóc cỡ giống rất nhạy cảm với Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb Ở nồng độ 0,54µg/L (2%LC50 – 96 giờ), Chlorpyrifos ethyl đã ức chế ChE từ 0,1% đến 20,0% Trong khi ở nồng độ 36µg/L (1% LC50 – 96 giờ), Fenobucarb đã ức chế ChE từ 6,0% đến 16,1% Hoạt chất Fenobucarb gây ức chế cao ChE ở cá lóc trong khoảng 1 – 12 giờ phơi nhiễm, tỷ lệ

ức chế từ 53,8% – 57,8% ở nồng độ 10% LC50 – 96 giờ Hoạt chất Chlorpyrifos ethyl gây ức chế cao ChE trong khoảng 24 – 60 giờ phơi nhiễm, tỷ lệ ức chế từ 48,1% – 58,9% ở nồng độ 10% LC50 – 96 giờ Khi phối trộn Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb thì không làm tăng hay giảm tỷ lệ ức chế ChE cá lóc so với từng đơn chất nhưng làm tăng thời gian ChE bị ức chế cao nên làm cá bị ảnh hưởng nghiêm trọng hơn khi phơi nhiễm riêng lẻ từng hoạt chất Kết quả thí nghiệm trên đồng ruộng cho thấy khi

sử dụng Mondeo 60EC (chứa hoạt chất Chlorpyrifos ethyl), Bascide 50EC (chứa hoạt chất Fenobucarb) hay kết hợp 2 loại thuốc này với liều lượng tối đa của khuyến cáo (0,8L/ha đối với Mondeo 60EC và 1,5L/ha đối với Bascide 50EC) đều làm ảnh hưởng đến ChE cá lóc Sử dụng đơn Bascide 50EC theo liều chỉ dẫn làm

ức chế ChE trong não cá lóc từ 1,2% đến 28% Sử dụng đơn Mondeo 60EC hay kết hợp Mondeo 60EC với Bascide 50EC không những làm chết cá mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng và lâu dài đến ChE; tỷ lệ ức chế lần lượt từ 22,4% đến 79,1% và

từ 25,8% đến 86,2% Đo ChE ở cá lóc có thể đánh dấu ảnh hưởng do sử dụng Bascide 50EC cho lúa đến loài cá này trong giới hạn 3 ngày sau khi phun nhưng đối với Mondeo 60EC hay kết hợp Mondeo 60EC với Bascide 50EC là hơn

14 ngày Áp dụng đo ChE bằng kỹ thuật tái kích hoạt 2-PAM là phương pháp tối ưu nhất để quan trắc, cảnh báo nhiễm bẩn Chlorpyrifos ethyl sau 1 - 5 ngày phơi nhiễm

Từ khóa: Channa striata, Cholinesterase, Chlorpyrifos Ethyl, Fenobucarb, sử dụng kết hợp, Đánh dấu sinh học, ruộng lúa, tái kích hoạt

ABSTRACT

This dissertation "Effects of applying mixture of insecticide chlorpyrifos

ethyl and fenobucarb on cholinesterase (ChE) activity in snakehead fish (Channa

striata)" was carried out from August, 2012 to December, 2016 at laboratory and

rice field conditions to evaluate the effects of using single and mixture of these two active ingredients on activity of ChE in snakehead fish and the use of ChE in this fish species as a biomaker of exposure and effects from Organophosphate and carbamate pesticides Status of pesticides use in rice cultivation areas in Mekong Delta was carried out through interviewing 939 rice farming farmers in four provinces, including Long An, Tien Giang, Dong Thap and Hau Giang Effects of single and mixture of fenobucarb and chlorpyrifos ethyl on ChE of snakehead fish in the laboratory condition was conducted with four treatments, including 1%, 2%, 5% and 10% LC50-96h Effects of single and mixture applying fenobucarb and chlorpyrifos ethyl for rice on ChE in snakehead fish living in rice paddy was conducted in Summer 2013 in Phung Hiep, Hau Giang province The results showed that 232 trade names of pesticides have been used in rice cultivation; insecticides and fungicides were most common (60%) The averaged spraying frequency was 6.0 times per crop In which, insecticides and fungicides are 4 times per crop; herbicides and snailicides is about 1.0 time per crop The results also show that pesticides are often mixed together before spraying and more than 60% of households sprayed at concentrations above recommended doses In the laboratory conditions, the activity

of ChE in snakehead fish brains is very sensitive to Chlorpyrifos ethyl and Fenobucarb

At a concentration of 0.54 μg/L (2% LC50 - 96 hours), Chlorpyrifos ethyl inhibited ChE activity from 0.1% to 20.0% While at 36 μg/L (1% LC50 - 96 hours), Fenobucarb suppressed ChE activity from 6.0% to 16.1% Fenobucarb quick inhibit ChE within 1 -

12 hrs after exposure, the rate of inhibition from 53.8% to 57.8% at 10% LC50-96 hrs whereas Chlorpyrifos ethyl is 24 - 60 hrs with the rate of inhibition from 48.1%

to 58.9% at 10% LC50-96 hrs The study shown that no synergy or antagonist was found in term of ChE inhibition in snakehead fish as mixed these two ingredients but the duration of high ChE inhibition is longer In rice field conditions, using Mondeo 60EC (containing Chlorpyrifos ethyl), Bascide 50EC (containing Fenobucarb) or combination of these two insecticides at the recommended maximum dose (0.8L/ha for Mondeo 60EC and 1.5L/ha for Basecide50C) maybe all cause severe and long-

term harmful on cholinessterase activity of snakehead fish Using Bascide 50EC at the recommended maximum dose didn‟t cause seriously effect for snakehead fish, the rate of ChE inhibition from 1,2% - 28% Using Mondeo 60EC and mixture Bascide 50EC with Mondeo 60EC at the recommended maximum doses didn‟t only lead to occur dead fish but also cause high and prolong ChE inhibition, the rate of inhibition from 22,4% - 79,1% (single Mondeo 60EC) and 25,8% - 6,2% (mixture), respectively The measurement ChE activty of snakehead fish can be marked by the use of Bascide 50EC for ricefield within 3 days after spraying, but Mondeo 60EC or mixture of two these pesticides is more than 14 days Applying 2-PAM re-activation technique after one day of exposure is the best method for monitoring and warning

of organophosphate pesticide contamination

Key words: Channa striata, Cholinesterase, Chlorpyrifos Ethyl, Fenobucarb, Combination, Bio-marker, Rice field, Reactivation

CAM KẾT KẾT QUẢ

Tôi xin cam kết công trình nghiên cứu “Ảnh hưởng của sử dụng kết hợp thuốc bảo vệ thực vật hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến hoạt tính

enzyme cholinesterase ở cá lóc (Channa striata)” này là của riêng tôi Các số liệu,

kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ luận văn cùng cấp nào trước đây

Cần Thơ, ngày 20 tháng 8 năm 2018

PGs.Ts Nguyễn Văn Công Nguyễn Văn Toàn

MỤC LỤC

1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 3

1.3 Nội dung nghiên cứu 3

1.4 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 4

1.5 Ý nghĩa của luận án 4

1.6 Điểm mới của luận án 4

2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

2.1 Tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật 5

2.1.1 Tình hình sử dụng thuốc BVTV trên thế giới 5

2.1.2 Tình hình sử dụng thuốc BVTV ở Việt Nam và Đồng Bằng Sông Cửu Long 7

2.1.2.1 Tình hình sử dụng thuốc BVTV ở Việt Nam 7

2.1.2.2 Tình hình sử dụng thuốc BVTV ở Đồng Bằng Sông Cửu Long 9

2.2 Sự phát tán của thuốc BVTV trong môi trường và các yếu tố ảnh hưởng 11

2.2.1 Sự phát tán của thuốc BVTV trong môi trường 11

2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến dư lượng thuốc BVTV trong môi trường 12

2.3 Dư lượng thuốc BVTV trong môi trường đất, nước 15

2.3.1 Dư lượng thuốc BVTV trong môi trường đất 15

2.3.2 Dư lượng thuốc BVTV trong môi trường nước 16

2.4 Độc tính của thuốc BVTV và ảnh hưởng khi phối trộn 16

2.4.1 Độc tính của thuốc BVTV 16

2.4.2 Ảnh hưởng của sự hỗn hợp thuốc BVTV đến độc tính của thuốc BVTV 18

2.5 Tổng quan về enzyme cholinesterase và các yếu tố ảnh hưởng đến enzyme 20

2.5.1 Sơ lược về Cholinesterase 20

2.5.2 Cơ chế ảnh hưởng của thuốc BVTV đến ChE 22

2.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính Cholinesterase 24

2.5.3.1 Nhiệt độ 24

2.5.3.2 Giới tính và tuổi 25

2.5.3.3 Giữa các bộ phận trong cơ thể 25

2.5.3.4 Điều kiện trữ mẫu 25

2.5.4 Phương pháp tái kích hoạt enzyme ChE bằng 2-PAM và pha loãng mẫu 26

2.5.4.1 Các phương pháp tái kích hoạt đối với ChE 26

2.5.4.2 Ý nghĩa của áp dụng kỹ thuật tái kích hoạt phục hồi ChE 27

2.5.5 Những nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến sử dụng ChE 29

2.6 Giới thiệu về cá lóc (Channa striata) 35

2.6.1 Phân loại 35

2.6.2 Phân bố và phát triển 35

2.7 Giới thiệu về hai hoạt chất Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl được sử dụng trong nghiên cứu 36

2.7.1 Hoạt chất Fenobucarb 36

2.7.2 Hoạt chất Chlorpyrifos ethyl 37

2.8 Giới thiệu vùng nghiên cứu trong khảo sát tình hình sử dụng thuốc BVTV 40

3 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42

3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 42

3.2 Sinh vật thí nghiệm 42

3.3 Vật tư, thiết bị và hóa chất sử dụng 42

3.3.1 Vật tư và thiết bị 42

3.3.2 Thuốc bảo vệ thực vật sử dụng cho thí nghiệm 43

3.3.3 Hóa chất sử dụng để phân tích ChE 44

3.4 Phương pháp nghiên cứu 44

3.4.1 Nội dung 1: Khảo sát tình hình sử dụng thuốc BVTV ở một số vùng canh tác

lúa ở ĐBSCL 44

3.4.2 Nội dung 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của phối trộn thuốc BVTV Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến ChE ở cá lóc trong điều kiện phòng thí nghiệm 45

3.4.3 Nội dung 3: Bố trí thí nghiệm xác định ảnh hưởng của phối trộn thuốc BVTV Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến ChE ở cá lóc ngoài đồng ruộng 47

3.5 Xử lý mẫu và phân tích ChE, tái kích hoạt 48

3.6 Tính hoạt tính ChE, tỷ lệ ức chế và xử lý kết quả 50

3.6.1 Xác định hoạt tính ChE 50

3.6.2 Xác định tỷ lệ ức chế: 50

3.6.3 Xác định tỷ lệ tái kích hoạt ChE: 50

3.6.4 Xử lý kết quả 51

4 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53

4.1 Nội dung 1: Hiện trạng sử dụng thuốc BVTV ở một số vùng canh tác lúa ở Đồng bằng sông Cửu Long 53

4.1.1 Các loại thuốc sử dụng trên đồng ruộng ở các vùng nghiên cứu 53

4.1.1.1 Các loại thuốc trừ côn trùng sử dụng ở vùng nghiên cứu 54

4.1.1.2 Các loại thuốc trừ bệnh sử dụng ở vùng nghiên cứu 56

4.1.1.3 Các loại thuốc trừ cỏ sử dụng ở vùng nghiên cứu 57

4.1.1.4 Các loại thuốc trừ ốc sử dụng ở vùng nghiên cứu 57

4.1.1.5 Các loại thuốc trừ chuột và thuốc điều hòa sinh trưởng 58

4.1.2 Tần suất và liều lượng thuốc BVTV sử dụng trong canh tác lúa 58

4.1.2.1 Tần suất phun thuốc BVTV trong canh tác lúa 58

4.1.2.2 Liều lượng sử dụng thuốc BVTV 61

4.2 Nội dung 2: Ảnh hưởng của phối trộn thuốc BVTV Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến ChE ở cá lóc trong điều kiện phòng thí nghiệm 63

4.2.1 Nhiệt độ, DO, pH trong thời gian phơi nhiễm thuốc BVTV 63

4.2.2 Nồng độ thuốc Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl trong bố trí thí nghiệm 65

4.2.3 Ảnh hưởng của phối trộn hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến ChE ở cá lóc trong điều kiện phòng thí nghiệm 66

4.2.4 Nhiệt độ, DO, pH trong thời gian phục hồi trong nước máy 76

4.2.5 Phục hồi ChE trong nước máy sau khi phơi nhiễm với Chlorpyrifos ethyl, Fenobucarb và hỗn hợp hai hoạt chất này trong điều kiện phòng thí nghiệm 77

4.2.6 Khả năng tái kích hoạt ChE sau khi xử lý bằng 2-PAM của hỗn hợp hai hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb trong điều kiện phòng thí nghiệm 80

4.3 Nội dung 3: Ảnh hưởng của sử dụng phối trộn thuốc BVTV Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb cho lúa đến ChE ở cá lóc sống trên ruộng lúa 86

4.3.1 Nhiệt độ, pH, DO trong thời gian thí nghiệm 86

4.3.2 Nồng độ Fenobucarb, Chloryrifos Ethyl trong nước ruộng sau khi phun thuốc 88

4.3.3 Ảnh hưởng của sử dụng Bascide 50EC (hoạt chất Fenobucarb) và Mondeo 60EC (hoạt chất Chlorpyrifos ethyl) cho lúa đến ChE trong não cá lóc sống trên ruộng 89

4.3.4 Khả năng tái kích hoạt hoạt tính ChE của cá lóc trên đồng ruộng 93

4.3.4.1 Khả năng tái kích hoạt hoạt tính ChE của cá lóc bằng 2PAM khi phun Mondeo 60EC (hoạt chất Chlorpyrifos ethyl) trên ruộng lúa 93

4.3.4.2 Khả năng tái kích hoạt hoạt tính ChE của cá lóc bằng 2PAM và pha loãng khi phun hỗn hợp thuốc Bascide 50EC (hoạt chất Fenobucarb) và Mondeo 60EC (hoạt chất Chlorpyrifos ethyl) 95

4.3.5 Đánh giá tổng hợp ảnh hưởng của Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl lên cá lóc 97

4.3.6 Đề xuất khả năng áp dụng đo ChE để cảnh báo nhiễm bẩn thuốc BVTV 98

5 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 102

5.1 Kết luận 102

5.2 Đề xuất 103

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Ước tính chi phí sử dụng thuốc BVTV trên thị trường thế giới và Mỹ (đơn

vị tính: triệu đôla) 5

Bảng 2.2: Ước tính khối lượng hoạt chất thuốc BVTV sử dụng trên thế giới và Mỹ (đơn vị tính: triệu pound hoạt chất) 6

Bảng 2.3: Tình hình nhập khẩu hóa chất BVTV tại Việt Nam gần đây 8

Bảng 2.4: Số lượng hoạt chất được phép sử dụng ở Việt Nam từ 2007 - 2016 8

Bảng 2.5: Danh mục thuốc BVTV được phép sử dụng ở Việt Nam năm 2016 9

Bảng 2.6: Thống kê công tác thanh kiểm tra cơ sở kinh doanh thuốc BVTV ở các tỉnh phía Nam giai đoạn 2006 - 2011 9

Bảng 2.7: Chi phí thuốc BVTV và số lần phun ở Việt Nam và các nước khác 10

Bảng 2.8: Phân loại độc tính thuốc BVTV theo LC50 17

Bảng 2.9: Giá trị LC50 – 96 giờ của một số loài cá phổ biến ở ĐBSCL 17

Bảng 2.10: Tổng quan 4 tỉnh Long An, Tiền Giang, Đồng Tháp và Hậu Giang, 2014 41

Bảng 3.1:Số hộ được phỏng vấn tình hình sử dụng thuốc BVTV trong canh tác lúa 44 Bảng 3.2: Tóm tắt thông tin bố trí và theo dõi thí nghiệm 46

Bảng 3.3: Tóm tắt thông tin bố trí và theo dõi thí nghiệm trên ruộng 47

Bảng 4.1: Chủng loại thuốc BVTV sử dụng ở các vùng nghiên cứu 53

Bảng 4.2: Tỷ lệ % theo nhóm tần suất phun ở các vùng nghiên cứu 60

Bảng 4.3: Liều lượng sử dụng thuốc BVTV ở các vùng nghiên cứu (tỷ lệ %) 61

Bảng 4.4: Tỷ lệ (%) phối trộn thuốc BVTV trước khi phun ở các vùng nghiên cứu 62 Bảng 4.5: Các yếu tố môi trường trong thí nghiệm 64

Bảng 4.6: Nồng độ Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl trong thí nghiệm 65

Bảng 4.7: Bảng phân tích phương sai xem xét tác động của Fenobucarb, Chlorpyrifos ethyl và thời gian phơi nhiễm tác động đến hoạt tính ChE 66

Bảng 4.8: Các yếu tố môi trường trong thí nghiệm xác định ảnh hưởng của

Fenobucarb lên hoạt tính ChE của cá lóc (Channa striata) khi ra nước máy 76

Bảng 4.9: Nhiệt độ, pH, DO và mực nước trên ruộng phun Fenobucarb 87Bảng 4.10: Nồng độ (g/L) thuốc trong nước trên các ruộng thí nghiệm 88Bảng 4.11: So sánh nhạy cảm của ChE với Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl và thời gian phục hồi sau phơi nhiễm trong điều kiện phòng thí nghiệm 97Bảng 4.12: So sánh ảnh hưởng của việc sử dụng các thuốc đến ChE cá lóc 98

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Lượng thuốc BVTV sử dụng ở Ấn Độ giai đoạn 2005 – 2010 7

Hình 2.2: Sự lưu chuyển của thuốc BVTV trong môi trường nước 12

Hình 2.3: Phản ứng thủy phân acetylcholine bởi AChE 21

Hình 2.4: Cơ chế hoạt động của ChE trong điều kiện bình thường (a) và khi sinh vật bị phơi nhiễm thuốc BVTV (b) 22

Hình 2.5: Sự tương tác giữa Acetylcholine (I), Carbaryl (gốc Carbamate) (II) và Chlorpyrifos-oxon (III) tại các vị trí dẫn truyền AChE 23

Hình 2.6: Hoạt chất 2-PAM gắn vào AChE bị ức chế (2.6a) và loại bỏ chất ức chế để tái kích hoạt (2.6b) 26

Hình 2.7: Cơ chế lão hóa liên kết OP - AChE (2.7a) và AChE bị lão hóa (2.7b) 27

Hình 2.8: Số lượng tên thương mại thuốc BVTV có chứa hoạt chất Fenobucarb được ban hành thay đổi qua các năm giai đoạn 2011 - 2016 37

Hình 2.9: Các quá trình chính xảy ra trong sự trao đổi chất Chlorpyrifos ethyl 39

Hình 3.1: Cá lóc (Channa striata) sử dụng trong nghiên cứu 42

Hình 3.2: Thuốc BVTV Mondeo 60EC và Bascide 50EC sử dụng cho thí nghiệm 43

Hình 4.1: Tần suất xuất hiện các hoạt chất thuốc trừ sâu ở các vùng nghiên cứu 55

Hình 4.2: Tần suất xuất hiện các hoạt chất trừ bệnh ở các vùng nghiên cứu 56

Hình 4.3: Tần suất sử dụng các hoạt chất trừ cỏ ở các vùng nghiên cứu 57

Hình 4.4: Tần suất sử dụng các gốc thuốc trừ ốc ở các vùng nghiên cứu 58

Hình 4.5: Tần suất phun các loại thuốc BVTV ở vùng nghiên cứu 59

Hình 4.6: Tỷ lệ ức chế hoạt tính ChE (% so với đối chứng) trong não cá lóc (TB ± SE) sau khi phơi nhiễm với Fenobucarb, Chlorpyrifos Ethyl hay kết hợp hai hoạt chất theo thời gian ở mức nồng độ 1% LC50 - 96 giờ T 67

Hình 4.7: Tỷ lệ ức chế hoạt tính ChE (% so với đối chứng) trong não cá lóc (TB ± SE) sau khi phơi nhiễm với Fenobucarb, Chlorpyrifos Ethyl hay kết hợp hai hoạt chất theo thời gian ở mức nồng độ 2% LC50 - 96 giờ 69

Hình 4.8: Tỷ lệ ức chế hoạt tính ChE (% so với đối chứng) trong não cá lóc (TB ± SE) sau khi phơi nhiễm với Fenobucarb, Chlorpyrifos Ethyl hay kết hợp hai hoạt

chất theo thời gian ở mức nồng độ 5%LC50 - 96 giờ 70

Hình 4.9: Tỷ lệ ức chế hoạt tính ChE (% so với đối chứng) trong não cá lóc (TB ± SE) sau khi phơi nhiễm với Fenobucarb, Chlorpyrifos Ethyl hay kết hợp hai hoạt chất theo thời gian ở mức nồng độ 10%LC50 - 96 giờ 73Hình 4.10: Hoạt tính ChE (% so với đối chứng) trong não cá lóc (TB ± SE) sau khi phơi nhiễm với Fenobucarb, Chlorpyrifos ethyl hay hỗn hợp theo thời gian ở mức nồng độ 5%LC50 - 96 giờ được cho ra môi trường nước máy 77Hình 4.11: Hoạt tính ChE (% so với đối chứng) trong não cá lóc (TB ± SE) sau khi phơi nhiễm với Fenobucarb, Chlorpyrifos Ethyl hay kết hợp hai hoạt chất theo thời

gian ở mức nồng độ 10%LC50 - 96 giờ được cho ra môi trường nước máy 78

Hình 4.12: Hoạt tính ChE trong não cá lóc (TB±SE, n=6) trước và sau khi xử lý bằng 2-PAM ở hỗn hợp 2 hoạt chất Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl ở mức nồng

độ 1% LC50 -96 giờ 81Hình 4.13: Hoạt tính ChE trong não cá lóc (TB±SE, n=6) trước và sau khi xử lý bằng 2-PAM ở hỗn hợp 2 hoạt chất Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl ở mức nồng

độ 2% LC50 -96 giờ 82

Hình 4.14: Hoạt tính ChE trong não cá lóc (TB±SE, n=6) trước và sau khi xử lý bằng 2-PAM ở hỗn hợp 2 hoạt chất Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl ở mức nồng

độ 5% LC50 -96 giờ 83Hình 4.15: Hoạt tính ChE trong não cá lóc (TB±SE, n=6) trước và sau khi xử lý bằng 2-PAM ở hỗn hợp 2 hoạt chất Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl ở mức nồng

độ 10% LC50 -96 giờ 84Hình 4.16: Hoạt tính ChE trong não cá lóc sống trên các ruộng phun đơn và kết hợp Bascide 50EC và Mondeo 60EC 90Hình 4.17: Hoạt tính ChE cá lóc so với trước khi xử lý với 2-PAM trong phun đơn lẻ Mondeo 60EC cho lúa 94Hình 4.18: Hoạt tính ChE cá lóc so với trước khi xử lý với 2-PAM và pha loãng mẫu trong phun hỗn hợp Bascide 50EC và Mondeo 60EC cho lúa 96Hình 4.19: Quy trình áp dụng đo ChE trong cảnh báo nhiễm bẩn và ảnh hưởng của thuốc BVTV gốc lân hữu cơ đến sinh vật 101

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long

DO Dissolved Oxygen: Nồng độ oxy hòa tan trong nước

DT50 Disappearance times: Thời gian bán phân huỷ

et al và ctv Cộng tác viên

Koc Organic carbon partition coefficient: Hệ số riêng phần carbon hữu cơ Kow Octanol/water partition coefficient: Hệ số riêng phần octanol/ nước LC50 Lethal Concentration: Liều lượng gây chết 50% sinh vật thí nghiệm ở

môi trường không khí hoặc môi trường nước LD50 Lethal Dose: Liều lượng gây chết 50% sinh vật thí nghiệm ở môi

trường rắn LoD Limit of detection: Giới hạn phát hiện

mL, L Mililít, Lít (đơn vị đo lường thể tích)

N/A Not available: dữ liệu không xác định

1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng canh tác nông nghiệp trọng điểm của cả nước với trên 4,3 triệu ha đất canh tác lúa và hơn 750 ngàn ha đất nuôi trồng thủy sản và cung cấp hơn 55% sản lượng lúa cả nước (Niên giám thống kê, 2016) Năm 2000, diện tích lúa ĐBSCL là hơn 3,9 triệu ha với sản lượng 16,7 triệu tấn thì các năm 2005, 2010, 2015 dù diện tích lúa tăng không đáng kể, dao động từ 0,97 – 1,09 lần nhưng sản lượng lúa tăng rất cao, lần lượt tăng 1,2, 1,3 và 1,5 lần (Niên giám thống kê, 2006, 2016) Để đạt được điều đó ngoài cải tiến kỹ thuật canh tác thì các biện pháp thâm canh, tăng vụ đã được áp dụng, tăng cường sử dụng thuốc bảo vệ thực vật (BVTV), giúp kìm hãm sâu bệnh, bảo vệ mùa màng Đó là những lợi ích trước mắt của thuốc BVTV mà chúng ta có thể thấy được Tuy nhiên, mặt trái của thuốc BVTV là sự tác động tiêu cực đến sức khoẻ của người dân trồng lúa, tiêu diệt các loài thiên địch và các sinh vật khác Khi phun thuốc BVTV trên đồng ruộng thì có trên 50% lượng thuốc rơi xuống đất và nước (Lê Huy Bá và Lâm Minh Triết, 2005), làm ô nhiễm môi trường đất, nước và gây độc cho sinh vật, đặc biệt là các loài cá sẽ chịu ảnh hưởng rất lớn Mặc dù các nhóm thuốc BVTV được sử dụng phổ biến hiện nay (lân hữu cơ, carbamate, cúc tổng hợp, …) không tồn tại lâu trong môi trường nhưng có tính độc cấp tính rất cao cho động vật có xương sống và không xương

sống (Fulton and Key, 2001) Tổng hợp nhiều thông tin, Edwards et al., (1997)

cho rằng có nhiều nguyên nhân làm giảm sản lượng cá trong tự nhiên, bao gồm việc thay đổi từ canh tác lúa một vụ/năm sang lúa nhiều vụ/năm, sử dụng thuốc BVTV cũng như việc khai thác quá mức của con người …

Khi phun thuốc BVTV trên ruộng lúa, nông dân thường hỗn hợp hai hoặc nhiều loại thuốc nhằm tiết kiệm công phun thuốc và diệt được nhiều đối tượng gây hại (Phạm Văn Toàn, 2013) Dù phun riêng lẻ từng hoạt chất hay hỗn hợp cho cây trồng nhưng sau cùng các hoạt chất này cùng tồn tại trong thành phần môi trường Do đó, sinh vật trong thực tế thường chịu tác động của nhiều độc chất khác nhau Sự phối trộn độc chất có thể làm (i) giảm (tác động đối kháng), (ii) tăng (tác động hợp lực) hay (iii) không ảnh hưởng đến độc tính so với trường hợp riêng lẻ (Trần Văn Hai, 2005; Zeliger, 2008)

Trong canh tác lúa ở ĐBSCL, thuốc BVTV hoạt chất Chlorpyrifos ethyl (nhóm Lân hữu cơ) và Fenobucarb (nhóm Carbamate) thường được sử dụng phổ biến Tuy nhiên kết quả từ những nghiên cứu gần đây cho thấy Chlorpyrifos ethyl được sử dụng phổ biến hơn Fenobucarb (Phạm Văn Toàn, 2013) Theo nhà sản xuất thì hai loại hoạt chất này có mục đích sử dụng khác nhau; hoạt chất Fenobucarb chuyên trị rầy, bọ xít; hoạt chất Chlorpyrifos ethyl chuyên trị các loại sâu đục thân, đục bẹ và sâu cuốn lá Do đó, hai loại hoạt chất này luôn được sử dụng trong canh tác lúa khi có các nhóm dịch hại xuất hiện (Phạm Hữu Nghị, 2012) Trong danh mục thuốc BVTV cho phép sử dụng năm 2016 có đến 775 hoạt chất với 1.678 tên thương mại khác nhau Trong đó có 159 tên thuốc có chứa Chlorpyrifos Ethyl (dạng đơn chất và phối trộn) và 39 tên chứa hoạt chất Fenobucarb (dạng đơn chất và phối trộn) (TT 03/2016/TT-BNNPTNT) Dạng phối trộn hoạt chất Fenobucarb với Chlorpyrifos ethyl được sử dụng rất phổ biến, trên thị trường cũng có các sản phẩm phối trộn sẵn như: Visa 5GR, Rockfos 550EC, Babsac 600EC, 750EC, Fenfos 650EC, Super Kill Plus 550EC

Cá lóc (Channa striata) sống ở nhiều loại hình thủy vực, trong đó có đồng

ruộng (Trương Thủ Khoa và Trần Thị Thu Hương, 1993), nơi mà thuốc BVTV thường xuyên được sử dụng Vào mùa mưa, cá thường tìm đến đồng ruộng để sinh sản (Amilhat and Lorenzen, 2005) nên chúng có nhiều cơ hội phơi nhiễm với thuốc BVTV Do đó, cá lóc là một trong những loài thủy sinh vật chịu nhiều tác động bất lợi từ thuốc BVTV, rất thích hợp để chọn lựa cho nghiên cứu

Enzyme Cholinesterase (ChE) có vai trò quan trọng trong điều tiết chức năng bình thường của quá trình truyền tín hiệu thần kinh qua các tế bào thần kinh

ở sinh vật sống ChE rất nhạy cảm với thuốc BVTV gốc Lân hữu cơ và Carbamate (Stenersen, 2004); khi ChE bị ức chế có thể ảnh hưởng đến hoạt động

hô hấp, di chuyển, bắt mồi và gây chết sinh vật (Peakall, 1992) Hầu hết các loài

thủy sinh vật chết khi ChE bị ức chế hơn 70% (Fulton and Key, 2001; Aprea et

al., 2002) và ngưỡng giới hạn sinh học cho phép ChE bị ức chế không quá 30%

mức bình thường (Aprea et al., 2002) Đo hoạt tính ChE có thể giúp phát hiện sớm ảnh hưởng bất lợi của môi trường đến sinh vật (Coppage et al., 1975; Peakall, 1992; Cong et al., 2006) Do vậy, ChE có thể sử dụng làm chỉ thị cảnh

báo ô nhiễm và tác hại của ô nhiễm thuốc BVTV gốc Lân hữu cơ và Carbamate đến sinh vật Kỹ thuật tái kích hoạt khi ChE bị ức chế bởi lân hữu cơ bằng hoá chất

Pralidoxime (2-PAM) và phương pháp pha loãng rồi ủ mẫu ở nhiệt độ và thời gian thích hợp khi ChE bị ức chế bởi Carbamate đã được đề xuất áp dụng khi không có sinh vật đối chứng (Rotenberg, 1995)

Trên thế giới, nhiều nghiên cứu trong điều kiện phòng thí nghiệm và ngoài thực địa đã sử dụng ChE như chỉ dấu sinh học cảnh báo nhiễm bẩn thuốc BVTV

(Andresscu et al., 2006; Laetz et al., 2009;…) Những nghiên cứu bước đầu ở Việt Nam cho thấy có thể sử dụng ChE ở cá chép Cyprinus carpio, cá mè vinh Puntius

gonionotus (Đỗ Thị Thanh Hương, 1999; Nguyễn Trọng Hồng Phúc et al., 2010), cá

lóc Channa striata (Cong et al., 2006, 2008), cá rô đồng Anabas testudineus (Ngô Tố Linh, 2008; Nguyễn Khắc Du, 2010; Nguyen Thanh Tam et al., 2015) để đánh dấu

tác tác hại của nhiễm bẩn thuốc BVTV hoạt chất Diazinon, Acephate, Isoprocarb, Fenobucarb,… Tuy nhiên, sự tác động của hỗn hợp thuốc BVTV đến ChE vẫn chưa được tìm hiểu nhiều Do đó, luận án “Ảnh hưởng của sử dụng kết hợp thuốc bảo vệ thực vật hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến hoạt tính enzyme

Cholinesterase cá lóc (Channa striata)” đã được thực hiện

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu tổng quát

Đánh giá ảnh hưởng của việc hỗn hợp hoạt chất Chlorpyrifos ethyl với Fenobucarb đến hoạt tính enzyme Cholinesterase ở não cá lóc và khả năng sử dụng ChE ở cá lóc như phương pháp sinh học để đánh giá sự phơi nhiễm của cá lóc với các thuốc bảo vệ BVTV chứa hoạt chất này

1.2.2 Mục tiêu cụ thể

Xác định nhạy cảm của enzyme cholinesterase ở não cá lóc (C striata) với

Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb khi phơi nhiễm riêng lẻ và phối trộn để cảnh báo nhiễm bẩn hai hoạt chất này trong môi trường nước

Nghiên cứu khả năng áp dụng đo ChE ở não cá lóc như phương pháp sinh học để cảnh báo nhiễm bẩn thuốc BVTV chứa hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb

1.3 Nội dung nghiên cứu

Khảo sát tình hình sử dụng thuốc BVTV ở một số vùng chuyên canh lúa

Đồng bằng sông Cửu Long

Xác định ảnh hưởng riêng lẻ, hỗn hợp hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến hoạt tính enzyme Cholinesterase ở não cá Lóc điều kiện phòng thí nghiệm

Xác định ảnh hưởng riêng lẻ, hỗn hợp hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb đến hoạt tính enzyme Cholinesterase ở não cá Lóc trên đồng ruộng

Xác định kỹ thuật tái kích hoạt enzyme Cholinesterase như phương pháp sinh học để cảnh báo nhiễm bẩn thuốc BVTV Lân hữu cơ và Carbamate

1.4 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện với 2 hoạt chất Fenobucarb và Chlorpyrifos ethyl tác động đến hoạt tính enzyme Cholinesterase trong não cá lóc ở các mức nồng độ dưới ngưỡng gây chết ở điều kiện phòng thí nghiệm (nhà thí nghiệm Khoa Môi trường và tài nguyên thiên nhiên, Đại học Cần Thơ) và ngoài đồng ruộng (xã Tân Long, huyện Phụng Hiệp, tỉnh Hậu Giang)

1.5 Ý nghĩa của luận án

Kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy việc hỗn hợp thuốc BVTV hoạt chất Fenobucarb với Chlorpyrifos ethyl dù không làm tăng hay giảm tính ảnh hưởng đến ChE ở não cá lóc nhưng kéo dài thời gian ức chế cao hoạt tính ChE ở

cá lóc hơn trường hợp từng đơn chất Qua đó cho thấy thói quen hỗn hợp thuốc khi sử dụng góp phần đe dọa đến cá lóc nói riêng và thủy sinh vật nói chung

Kết quả nghiên cứu khẳng định thêm đo ChE ở cá lóc có thể xem như phương pháp sinh học nhận ra ảnh hưởng của nhiễm bẩn thuốc BVTV lân hữu cơ

và carbamate đến cá lóc

1.6 Điểm mới của luận án

Luận án cập nhật thêm thông tin về các loại thuốc BVTV được sử dụng phổ biến ở một số vùng chuyên canh lúa ở ĐBSCL Luận án cũng cho thấy khi phối trộn thuốc BVTV Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb làm kéo dài thời gian ảnh hưởng nghiêm trọng đến ChE cá lóc hơn trường hợp đơn lẻ Kết quả nghiên cứu cho thấy ChE trong não cá lóc rất nhạy cảm với thuốc BVTV Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb và có thể sử dụng để cảnh báo nhiễm bẩn và tác hại thuốc BVTV đến cá lóc nói riêng và thủy sinh vật nói chung

2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tình hình sử dụng thuốc bảo vệ thực vật

2.1.1 Tình hình sử dụng thuốc BVTV trên thế giới

Trên thế giới, thuốc BVTV được sử dụng rất nhiều với khoảng hơn 2,2 triệu tấn/năm với 45% sử dụng ở Châu Âu, 25% sử dụng ở Mỹ và hơn 25% lượng thuốc này được sử dụng ở các quốc gia đang phát triển - nơi 99% số người chết do ngộ độc thuốc BVTV so với các nước Trong đó, thuốc trừ cỏ được sử dụng nhiều nhất (47,5%), kế đến là thuốc trừ sâu (29,5%), thuốc trừ nấm bệnh (17,5%) và 5,5% còn

lại là các loại thuốc BVTV khác (www.who.int/ceh, Arnab et al., 2014)

Xét về chi phí thuốc BVTV, hằng năm trên toàn thế giới phải chi ra một lượng tiền rất lớn và có xu hướng gia tăng theo thời gian Chi phí thuốc bảo vệ thực vật trên thế giới từ 18,5 tỷ đô la (1988), tăng lên 37,7 tỷ đô la (1995) và hơn 39,4 tỷ

đô la (2007) và tăng lên đến 55,9 tỷ đô la vào năm 2012 Trong đó, thuốc diệt cỏ chiếm phần lớn nhất trong tổng chi phí (khoảng 39 - 44%), kế đến là thuốc trừ sâu (dao động từ 28 – 33%), thuốc trừ bệnh (dao động từ 17 – 23%) và thuốc khác (từ 6 – 9%) (EPA, 1990, 1997, 2004, 2011, 2017) Thị trường thuốc BVTV ở Mỹ cũng có kết quả tương tự, chi phí tăng dần theo các năm nhưng đến năm 2012 thì giảm so với các năm trước (Bảng 2.1)

Bảng 2.1: Ước tính chi phí sử dụng thuốc BVTV trên thị trường thế giới và Mỹ (đơn

(Nguồn: EPA, Pesticides Industry Sales and Usage 1990, 1997, 2004, 2011, 2017)

Xét về lượng thuốc sử dụng, trên toàn thế giới có xu hướng giảm nhẹ khối lượng hoạt chất thuốc BVTV sử dụng giữa các năm 1995, 2001 và 2007 (riêng năm

1988 thiếu dữ liệu báo cáo) và gia tăng năm 2012 Lượng sử dụng thuốc BVTV ở thị trường nước Mỹ cũng có kết quả tương tự (Bảng 2.2) Tuy nhiên, khối lượng hoạt chất thuốc BVTV lại thay đổi giữa các nhóm thuốc BVTV; tỷ lệ của thuốc trừ cỏ, trừ sâu, trừ bệnh và các loại thuốc khác năm 1995 lần lượt là 39%, 26%, 10% và 25% nhưng đến năm 2007 thì tỷ lệ này là 40%, 17%, 10% và 33% và đến năm 2012 thì tỷ lệ này là 49%, 18%, 14% và 19% Qua đó, ta thấy có sự giảm số lượng thuốc trừ sâu nhưng có sự gia tăng các nhóm thuốc khác (trừ cỏ, trừ chuột, mối mọt, thuốc kích thích tăng trưởng,…) Điều này cũng phản ánh đúng xu hướng sử dụng đối với thị trường thuốc BVTV nước Mỹ

Bảng 2.2: Ước tính khối lượng hoạt chất thuốc BVTV sử dụng trên thế giới và Mỹ (đơn vị tính: triệu pound hoạt chất)

(Nguồn: EPA, Pesticides Industry Sales and Usage 1990, 1997, 2004, 2011, 2017)

Theo Abhilash (2011), Ấn Độ là nước sản xuất thuốc BVTV lớn nhất ở châu

Á và đứng thứ mười hai trên thế giới về việc sử dụng thuốc BVTV Mặc dù lượng thuốc BVTV sử dụng thấp hơn rất nhiều so với các nước khác nhưng vấn đề ô nhiễm thuốc trừ sâu là nghiêm trọng Có hơn 234 hoạt chất, 500 tên thương mại thuốc BVTV đã đăng ký và có hơn 125 nhà sản xuất quy mô lớn và vừa Việc sử dụng thuốc BVTV từ 2005 - 2010 là rất lớn với nhiều hoạt chất khác nhau (Hình 2.1) và Ấn Độ là một trong số ít các quốc gia vẫn còn sử dụng một số loại thuốc trừ

sâu Chlor hữu cơ như DDT và Lindane (Abhilash and Singh, 2009; Vijgen et al.,

2011) Tuy lượng thuốc BVTV sử dụng ít hơn so với các nước khác, vấn đề ô nhiễm thuốc BVTV ở Ấn Độ vẫn xảy ra chủ yếu là do: (i) thiếu đào tạo trong việc sử dụng thuốc BVTV và các kỹ thuật ứng dụng thích hợp; (ii) sự thiếu hiểu biết về những tác động môi trường của các thuốc BVTV; (iii) phối trộn không phù hợp các loại thuốc

BVTV với nhau và (iv) sử dụng lặp đi lặp lại nhiều lần của cùng các loại thuốc BVTV (Abhilash and Singh, 2009)

(Nguồn: Abhilash, P.C, 2011)

Hình 2.1: Lượng thuốc BVTV sử dụng ở Ấn Độ giai đoạn 2005 – 2010

Theo Apiwat et al., (2015), Thái lan có xu hướng gia tăng nhập khẩu thuốc

trừ sâu từ 110.000 tấn (năm 2007) lên 172.000 tấn (năm 2013) Thuốc trừ cỏ nhập khẩu cao nhất (tỷ lệ 62-79%), kế đến là thuốc trừ sâu (12 - 23%) và thuốc trừ bệnh (5 - 11%) Có khoảng 49.000 đến 61.000 trường hợp nhiễm độc thuốc BVTV mỗi năm với tỷ lệ bệnh tật từ 76,4 – 96,6 người trên 100.000 dân Trong nhóm 10 thuốc trừ sâu nhập khẩu nhiều nhất năm 2013, Chlorpyrifos được nhập khẩu nhiều nhất (1.193.000 kg hoạt chất), kế đến là các hoạt chất như Cartap Hydrochloride, Carbaryl,… Dạng hỗn hợp Chlorpyrifos và Cypermethrin (263.009 kg hoạt chất) và hoạt chất Fenobucarb (215.289 kg hoạt chất) cũng được nhập khẩu với lượng lớn, xếp thứ 8 và 9 trong bảng xếp hạng

2.1.2 Tình hình sử dụng thuốc BVTV ở Việt Nam và Đồng Bằng Sông Cửu Long

2.1.2.1 Tình hình sử dụng thuốc BVTV ở Việt Nam

Năm 1957, thuốc BVTV được sử dụng ở Việt Nam khoảng 100 tấn/năm và những năm gần đây đã tăng lên đáng kể cả về khối lượng lẫn chủng loại Vào cuối thập niên 1980, số lượng thuốc BVTV sử dụng là 10.000 tấn/năm; đầu thập niên

1990 đã tăng lên 2 - 3 lần, số lượng thuốc BVTV là 21.600 tấn vào năm 1990 (Dung

and Dung, 1999; Berg, 2001) và dao động trong khoảng từ 20.300 tấn đến 48.288 tấn từ năm 1991đến 2004 (Phạm Văn Toàn, 2013) và tăng mạnh đến 103.612 tấn ở năm 2012 và 116.582 tấn năm 2014 (Tổng cục Môi trường, 2015) (Bảng 2.3)

Bảng 2.3: Tình hình nhập khẩu hóa chất BVTV tại Việt Nam gần đây

Năm

Tổng khối lượng (Tấn TP)

Thuốc trừ sâu Thuốc trừ bệnh Thuốc trừ cỏ Tên TP Tỷ lệ

(Nguồn:Tổng cục Môi Trường, 2015)

Số lượng hoạt chất BVTV được phép sử dụng cũng tăng dần theo thời gian (Bảng 2.4) Trong thời gian 10 năm từ 2007 đến 2016 số tên hoạt chất thuốc trừ sâu tăng 2,94 lần, thuốc trừ bệnh tăng 2,84 lần, trừ cỏ tăng 1,81 lần, một số nhóm khác

có tăng nhưng không nhiều

Bảng 2.4: Số lượng hoạt chất được phép sử dụng ở Việt Nam từ 2007 - 2016

Tên thuốc BVTV Số lượng hoạt chất được phép sử dụng trong nông nghiệp

Bảng 2.5: Danh mục thuốc BVTV được phép sử dụng ở Việt Nam năm 2016

Loại thuốc Số lượng hoạt chất Số tên thương phẩm

Bảng 2.6: Thống kê công tác thanh kiểm tra cơ sở kinh doanh thuốc BVTV ở các tỉnh phía Nam giai đoạn 2006 - 2011

2.1.2.2 Tình hình sử dụng thuốc BVTV ở Đồng Bằng Sông Cửu Long

ĐBSCL là một vùng nông nghiệp trọng điểm của Việt Nam, trong đó thuốc BVTV được sử dụng rộng rãi với số lượng và liều lượng lớn Hiện nay, việc sử dụng

và quản lý thuốc BVTV ở ĐBSCL đã bắt đầu là mối quan tâm lớn trong quá trình phát triển nông nghiệp (Phạm Văn Toàn, 2013) So với các vùng khác trong cả nước, liều lượng thuốc BVTV được nông dân vùng ĐBSCL sử dụng rất cao, ước tính từ 3,1 - 7,0 kg hoạt chất/ha/năm (Phuong and Gopalakrishnan, 2003) Theo thống kê thì tần suất sử dụng thuốc BVTV ở ĐBSCL là cao nhất, trung bình số lần phun thuốc trừ sâu ở ĐBSCL (5,3 lần/vụ) cao hơn đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) (1,0 lần/vụ) (Berg, 2001)

Nghiên cứu của Meisner (2005) cho thấy miền Nam sử dụng lượng thuốc nhiều hơn miền Bắc (Bảng 2.7) Tương tự, lượng thuốc mà nông dân ĐBSCL sử dụng cũng cao hơn Đồng bằng sông Hồng Tần suất phun thuốc trừ sâu ở ĐBSCL là lớn nhất cả nước và trong khu vực Đông Nam Á

Bảng 2.7: Chi phí thuốc BVTV và số lần phun ở Việt Nam và các nước khác

xu hướng sử dụng thuốc Nhóm Lân và Clo hữu cơ đã được sử dụng ít đi trong khi việc sử dụng nhóm cúc tổng hợp và Carbamate có chiều hướng gia tăng Nhóm cúc tổng hợp và Carbamate được sử dụng phổ biến để kiểm soát sâu bệnh Hai hoạt chất này là những hóa chất độc đối với động vật đáy, các loại cá (Trần Văn Hai, 2009)

Nông dân có khuynh hướng pha với nồng độ cao hơn mức hướng dẫn để đảm bảo có hiệu quả lập tức Phần còn lại, mặc dù họ sử dụng theo liều lượng hướng dẫn nhưng họ dễ dàng tăng liều nếu lần phun xịt đầu tiên không hiệu quả Không có trường hợp người dân sử dụng ít hơn liều lượng chỉ dẫn (Phạm Văn Toàn, 2013) Thêm vào đó, nông dân thường phối trộn thuốc BVTV trong khi phun nhằm ngăn ngừa dịch bệnh và tiết kiệm công, chi phí phun thuốc (Trần Văn Hai, 2009) Trong canh tác lúa ở ĐBSCL, thuốc BVTV nhóm Lân hữu cơ và Carbamate với các hoạt chất Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb thường được sử dụng Tuy nhiên kết quả từ những nghiên cứu gần đây cho thấy Chlorpyrifos ethyl được sử dụng phổ biến hơn Fenobucarb (Phạm Văn Toàn, 2013) Theo nhà sản xuất thì hai loại hoạt chất này có mục đích sử dụng khác nhau; hoạt chất Fenobucarb chuyên trị rầy nâu, bọ xít; hoạt chất Chlorpyrifos ethyl chuyên trị các loại sâu đục thân, đục bẹ và sâu cuốn lá Do

đó, hai loại hoạt chất này luôn được sử dụng trong canh tác lúa khi có các nhóm dịch hại xuất hiện (Phạm Hữu Nghị, 2012)

2.2 Sự phát tán của thuốc BVTV trong môi trường và các yếu tố ảnh hưởng

2.2.1 Sự phát tán của thuốc BVTV trong môi trường

Theo Lê Huy Bá và Lâm Minh Triết (2005) thì khi phun thuốc BVTV cho cây lúa thì có trên 50% lượng thuốc rơi xuống đất và nước, phần còn lại nằm trên cây trồng và phần nhỏ bay hơi vào môi trường không khí và chịu tác động của nhiều quá trình lý hóa, sinh học nên chúng bị biến đổi, di chuyển và phân bố trong các dạng môi trường khác nhau Theo Pham Van Toan (2011), sau khi sử dụng, thuốc BVTV có thể hiện diện ở nhiều môi trường như nước mặt, nước ngầm, đất và không khí (Hình 2.2) nhưng nguồn nước mặt dễ nhận dạng nhất Nguồn nước mặt bị nhiễm bẩn thuốc BVTV có thể từ nhiều nguồn khác nhau: Khi phun thuốc BVTV, thuốc ngoài bám trên cây trồng, phần còn lại rơi vào môi trường đất và nước; do sự súc rửa các dụng cụ phun thuốc BVTV; do phun thuốc BVTV dọc theo các bờ mương, kênh tưới tiêu, dẫn nước; Sự chảy tràn nước nhiễm bẩn thuốc BVTV; do nước mưa có sự hiện diện của thuốc BVTV Do đó, các sinh vật sống trong môi trường nước có thể

bị ảnh hưởng mạnh bởi thuốc BVTV và việc quan trắc, đo đạt dư lượng thuốc BVTV trong môi trường nước cũng như các nghiên cứu về sự ảnh hưởng của thuốc đến thủy sinh vật (nhất là các loài cá) là rất quan trọng và nên quan tâm nghiên cứu Theo Lê Huy Bá (2002) thì đất là nơi tập trung nhiều dư lượng thuốc BVTV nhất,

nồng độ thuốc BVTV trong môi trường đất thường cao hơn từ 10 – 100 lần so với môi trường nước Thuốc BVTV đi vào môi trường đất từ nhiều nguồn khác nhau như phun lên cây trồng cuốn trôi vào nước, đất; theo mưa, theo xác các sinh vật,… Nước cũng là nơi tập trung dư lượng thuốc BVTV có có mối quan hệ mật thiết với môi trường đất Các loại thuốc BVTV có hệ số hấp phụ Koc (adsorption coefficient) càng lớn thì càng có khuynh hướng bám vào đất nên nồng độ của thuốc BVTV trong môi trường đất thường rất cao so với các môi trường khác Các chất có Koc lớn hơn 1.900 thì có xu hướng bám vào các vật chất hữu cơ lơ lửng hay các bùn đáy thủy vực, điều này giải thích cho sự hiện diện của thuốc BVTV thường cao trong môi trường đất hơn môi trường nước

Hình 2.2: Sự lưu chuyển của thuốc BVTV trong môi trường nước

(Vẽ lại từ Pham Van Toan, 2011)

2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến dư lượng thuốc BVTV trong môi trường

Thuốc BVTV sau khi được sử dụng, bằng nhiều con đường khác nhau chúng

sẽ bị chuyển hoá và mất dần bởi các yếu tố vô sinh hay do các yếu tố sinh học (sự phân rã sinh học) (Nguyễn Trần Oánh và ctv., 2007)

 Sự bay hơi: Tốc độ bay hơi của thuốc BVTV phụ thuộc vào áp suất bốc hơi, dạng hợp chất hoá học và điều kiện thời tiết Trời càng nóng, gió càng mạnh, lượng

thuốc mất đi càng nhiều (Nguyễn Trần Oánh và ctv., 2007) Theo nghiên cứu của Carter (2000) cho thấy thuốc BVTV mất đi do quá trình bay hơi là 20%, những hoạt chất rất dễ bay hơi thì có thể xảy ra khoảng 90%

 Sự quang phân: Nhiều thuốc BVTV khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, đặc biệt là tia tử ngoại sẽ bị phá huỷ Thời gian chiếu sáng càng dài, cường độ chiếu sáng càng mạnh thuốc càng dễ bị phân huỷ (Nguyễn Trần Oánh và ctv., 2007)

 Rửa trôi là hiện tượng thuốc BVTV bị trôi từ mặt lá xuống mặt đất bởi nước mưa hay nước tưới, sau đó bị cuốn trôi theo dòng chảy Lắng trôi là hiện tượng thuốc BVTV bị kéo từ lớp đất mặt xuống lớp đất sâu hơn bởi nhiều nhân tố khác nhau Ngoài ra, sự rửa trôi và lắng tụ của thuốc còn phụ thuộc vào bản chất của thuốc, khả năng hấp thụ và đặc tính lý hóa của đất Đất càng nhiều mùn và đất sét sẽ giữ thuốc lâu, tốc độ rửa và lắng trôi sẽ giảm (Nguyễn Trần Oánh và ctv., 2007)

 Sự hòa loãng sinh học: sau khi phun thuốc, cây trồng vẫn sinh trưởng và phát triển, diện tích lá tăng, chồi mới xuất hiện, khối lượng chất xanh trong cây tăng Nếu lượng thuốc BVTV ở trên bề mặt hay trên cây hoàn toàn không bị giảm khả năng bảo vệ cây của thuốc, giảm nguy cơ ngộ độc cho con người và động vật khác khi dùng nông phẩm đó Cây non có tốc độ sinh trưởng mạnh, sự hòa loãng sinh học càng tăng (Nguyễn Trần Oánh và ctv., 2007)

 Sự phân hủy do vi sinh vật đất: Tập đoàn vi sinh vật trong đất rất phong phú

và phức tạp, chúng có khả năng phân hủy thuốc BVTV và dùng thuốc như nguồn dinh dưỡng cung cấp cacbon, nitơ và năng lượng Quá trình phân hủy của vi sinh vật

có thể gồm một hay nhiều giai đoạn, để lại các sản phẩm trung gian và cuối cùng là

sự khoáng hóa hoàn toàn sản phẩm Mỗi loại thuốc thường chỉ bị một số loài vi sinh vật phân hủy nhưng cũng có một số loài vi sinh vật (VSV) phân hủy được nhiều thuốc BVTV trong cùng một nhóm hoặc ở các nhóm thuốc khác nhau Những thuốc

dễ tan trong nước, ít bị đất hấp thụ thường bị vi khuẩn phân hủy Ngược lại, những thuốc khó tan, dễ bị đất hấp thụ lại bị nấm phân hủy là chủ yếu (Nguyễn Trần Oánh

và ctv., 2007)

 Bên cạnh vi sinh vật, trong đất còn có một số enzyme ngoại bào (exoenzym)

có khả năng phân hủy thuốc BVTV như men esteraza, dehdrogenaza,…

 Ngoài ra, các yếu tố môi trường nhiệt độ, pH, oxy hòa tan và tính chất hóa học của thuốc BVTV cũng ảnh hưởng đến dư lượng của thuốc BVTV trong môi trường Nhiệt độ ảnh hưởng mạnh đến quá trình thủy phân của thuốc BVTV trong môi trường nước Thời gian bán rã do thủy phân trong môi trường nước sẽ giảm khi nhiệt độ môi trường nước có sự gia tăng Hóa chất cũng gia tăng sự hòa tan khi nhiệt

độ môi trường nước tăng Nghiên cứu cho thấy rằng thời gian bán rã Chlorpyrifos giảm 20 lần khi tăng nhiệt độ từ 50C lên 450C (Gevao and Jones, 2002) Yếu tố pH

là một trong những chỉ tiêu quan trọng ảnh hưởng đến tính chất vật lý và hóa học của hóa chất trong môi trường nước Nó ảnh hưởng đến sự chuyển hóa của thuốc BVTV trong môi trường nước như các quá trình ion hóa, bay hơi và gây độc của thuốc BVTV đối với động vật thủy sinh Khi pH tăng, độ hòa tan của hóa chất thay đổi, đặt biệt là các hóa chất có chứa gốc acid và dẫn đến sự phân cực của các hóa chất thay đổi theo Thời gian bán rã của Chlorpyrifos ethyl ở điều kiện nhiệt độ 250C

sẽ thay đổi khi pH thay đổi, khi pH=4,7 là 63 ngày, khi pH=6,9 là 35 ngày và

pH=8,1 là 23 ngày (Emanuela et al., 2010)

 Các tính chất của thuốc như hệ số hấp phụ Koc, độ hòa tan Sw, hệ số riêng phần octanol/nước Kow, thời gian bán rã do quang phân, thủy phân, ảnh hưởng mạnh đến dư lượng của thuốc BVTV trong môi trường đất và nước Hệ số Koc là chỉ số chỉ thị cho khả năng hấp phụ bởi đất của hoạt chất thuốc BVTV Hoạt chất có chỉ số Koccao (≥1.000) càng dễ hấp phụ bởi đất, ngược lại giá trị Koc thấp (≤300) dễ trực di

vào nước mặt (McCall et al., 1980) Nghiên cứu của Jones (1995) đã chỉ ra lượng

Cypermethrin (Koc = 156.250) trong nước giảm hơn 95% chỉ sau 24 giờ phun thuốc;

nguyên nhân là bị hấp phụ bởi đất ruộng lúa Nghiên cứu của Khairatul et al (2013)

cũng tìm thấy khả năng hấp phụ bởi đất rất cao của hoạt chất Propiconazole (Koc = 1.086), đặc biệt là đất có thành phần sét và thịt cao Hoạt chất có xu hướng hấp phụ bởi đất và bùn đáy thường có tiềm năng gây ảnh hưởng cao đối với động vật đáy

(Friberg et al., 2003) Độ hòa tan (Sw) là khả năng hoà tan vào nước của các hoạt chất thuốc BVTV, được đo lường bằng đơn vị ppm (mg/L), là lượng tối đa thuốc có thể tan trong nước ở điều kiện xác định Chỉ số Sw càng cao thì hoạt chất có khả năng hoà tan trong nước càng cao và ngược lại Đối với hoạt chất Fenobucarb có Sw

là 420,0 và Chlorpyrifos ethyl có Sw là 1,18 mg/L (http://www.pesticideinfo.org) nên hoạt chất Fenobucarb tan trong môi trường nước tốt hơn so với Chlorpyrifos ethyl Hệ số Kow được sử dụng đánh giá mức độ tích luỹ sinh học của hoạt chất

thuốc BVTV Kow được chia 3 mức độ: 1.Kow < 2,7 tiềm năng tích luỹ sinh học thấp;

2 Kow= 2,7 – 3 tiềm năng tích luỹ sinh học trung bình; 3 Kow > 3 tiềm năng tích luỹ sinh học cao (Sangster, 1997) Những hoạt chất càng khó tan trong nước thường có tiềm năng tích luỹ sinh học càng cao Hoạt chất Fenobucarb (Kow = 2,78) có tiềm năng tích luỹ sinh học trung bình và Chlorpyrifos ethyl (Kow = 50,0) có tiềm năng tích luỹ sinh học cao

Ngoài các yếu tố nêu trên thì việc thu mẫu, kỹ thuật thu và bảo quản mẫu, phương pháp và kỹ thuật phân tích mẫu dư lượng thuốc BVTV trong môi trường đất

và nước cũng ảnh hưởng đến kết quả dư lượng của thuốc BVTV trong môi trường

Do đó, cần phải chọn phương pháp phù hợp, nắm rõ các kỹ thuật thu, bảo quản mẫu sau khi thu Do việc phân tích dư lượng cần nhiều thiết bị máy móc phức tạp nên việc phân tích phải thông qua việc gửi mẫu xét nghiệm nên chọn các cơ quan phân tích có độ tin cậy cao để cho kết quả khả quan nhất

2.3 Dư lượng thuốc BVTV trong môi trường đất, nước

2.3.1 Dư lượng thuốc BVTV trong môi trường đất

Phân tích dư lượng thuốc trừ sâu trong đất trên ruộng theo mô hình đậu – đậu – lúa sau 61 ngày sau phun vẫn phát hiện dư lượng thuốc Sherpa (thuốc gốc Pyrethroid) từ 3 – 10 µg/L Sự lưu tồn này ảnh hưởng đến mật số của sinh vật đất

sống trong môi trường đất (Phạm Thị Kiệp, 1999) Nghiên cứu của Hoai et al.,

(2007) cho thấy các thuốc trừ sâu gốc Chlor như HCH (gốc Lindan) và DDT đều phát hiện trong hầu hết các mẫu đất ở xã Minh Đại, Huyện Thanh Sơn, Phú Thọ và

xã Hoàng Liệt, ngoại ô Hà Nội; nồng độ của thuốc BVTV HCH và DDT trong đất ở

xã Hoàng Liệt dao động lần lượt từ 4,8 đến 134 ng/g trọng lượng khô và từ 1,0 đến

51 ng/g trọng lượng khô Ở xã Minh Đại, nồng độ của HCH và DDT trong đất dao động lần lượt từ 9,1 đến 239 ng/g trọng lượng khô và từ 1,8 đến 132 ng/g trọng

lượng khô Ở ĐBSCL, Phạm Văn Toàn và ctv., (2013) cho thấy có 4 trong tổng số 7

loại thuốc trừ sâu trong môi trường đất và trầm tích (phù sa) ở ở xã An Long, Tam Nông, Đồng Tháp và Ba Láng, Cái Răng, Cần Thơ; nồng độ cao nhất của Buprofezin trong vụ đông – xuân là 116,1 μg/kg trọng lượng khô và isoprothiolane cao nhất ở vụ hè - thu (182 μg/kg trọng lượng khô) Fenobucarb thì xuất hiện ở cả 2 mùa nhưng có nồng độ dao động từ 1,7 and 4,3 μg/kg trọng lượng khô) Nghiên cứu của Nguyễn Phan Nhân và ctv., (2015) cho thấy hoạt chất Fenobucarb được phát

hiện trên tất cả các mẫu thu (mẫu đất trên ruộng lúa, mẫu bùn trên kênh nội đồng và sông rạch chính) tại Hậu Giang và hàm lượng Fenobucarb có xu hướng giảm dần theo thứ tự ruộng lúa > kênh nội đồng > sông rạch.

2.3.2 Dư lượng thuốc BVTV trong môi trường nước

Nghiên cứu của Cao Văn Phụng và Ngô Ngọc Hưng (2007) cho thấy nồng độ Endosulfan trong nước trên ruộng lúa sau 2 ngày phun là 593 µg/L và trên kênh rạch

là 390 µg/L, cao hơn rất nhiều so với tiêu chuẩn cho phép của cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (0,22 µg/L) Đặc biệt nồng độ Endosulfan trong môi trường đất ruộng là 1.050 µg/L ở 2 ngày sau phun và cá trên ruộng bị chết hàng loạt, đồng thời dư lượng thuốc Endosulfan trong cá đồng và trong nông sản tồn tại vượt cao hơn mức độ tối

thiểu có nguy cơ gây độc cho người (MRL) Pham Van Toan et al., (2009) cho thấy

có từ 8 - 13 hoạt chất BVTV được phát hiện trong tổng số 15 hoạt chất được phân tích ở Phường Ba Láng, Quận Cái Răng, Thành Phố Cần Thơ và ở xã An Long, huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp; nồng độ trung bình của các hoạt chất trong nước mặt đã ở ngưỡng 3,34 µg/L, nồng độ cao nhất ghi nhận được là của hoạt chất Isoprothiolane là 11,24 µg/L (Phạm Văn Toàn và ctv., 2013) Trong một nghiên cứu

ở Hậu Giang cho thấy hoạt chất Quinalphos trong nước được phát hiện trên ruộng lúa, kênh nội đồng và sông rạch chính với tần suất lần lượt là 40%, 73% và 78%; và 40%, 60% và 78% trong vụ Ðông Xuân và vụ Hè Thu; hoạt chất Quinalphos được phát hiện trong nước trên ruộng lúa ở vụ Đông Xuân và Hè Thu với nồng độ dao động lần lượt từ 0,01 - 0,78 µg/L và 0,01 -0,02 µg/L (Phạm Văn Toàn và ctv., 2014)

2.4 Độc tính của thuốc BVTV và ảnh hưởng khi phối trộn

2.4.1 Độc tính của thuốc BVTV

Độc tính của thuốc BVTV có thể xác định bằng nhiều thử nghiệm như xác định tác động về mặt sinh học, sinh lý học, sinh sản hay hành vi Tuy nhiên, phổ biến nhất là thử nghiệm ước tính nồng độ gây chết trung bình (LC50), có nghĩa là gây chết 50% sinh vật thí nghiệm LC50 là nồng độ của chất độc trong môi trường nước hay nồng độ hơi hoặc bụi trong môi trường không khí gây chết 50% sinh vật thí nghiệm sau một khoảng thời gian nhất định với đơn vị thường sử dụng là mg/L (Nguyễn Văn Công và Nguyễn Văn Bé, 2012) Giá trị LC50 hay LD50 của một chất nào đó đối với sinh vật thí nghiệm càng nhỏ thì tính độc của chất đó đối với sinh vật

càng cao và ngược lại (Nguyễn Văn Công và Nguyễn Văn Bé, 2012) Koesoemadinata and Djajadiredja (1976) đã phân loại độc tính của thuốc BVTV theo LC50 thành 4 mức độ: cực độc, độc cao, độc trung bình và ít độc (Bảng 2.8) Bảng 2.8: Phân loại độc tính thuốc BVTV theo LC50

(Koesoemadinata and Djajadiredja, 1976)

Độc tính của thuốc trừ sâu lên cá khác nhau tuỳ thuộc vào gốc hoá học, nếu xếp theo thứ tự từ độ độc cao đến thấp theo gốc hoá học thì gốc Chlor hữu cơ là có

độ độc cao nhất kế đến Lân hữu cơ và sau cùng là gốc Carbamate có độc thấp nhất

(Đỗ Thị Thanh Hương và ctv., 1997) Độc cấp tính của một số loài cá ở ĐBSCL đã

được nghiên cứu (Bảng 2.9) Qua đó, cho thấy cùng loại hóa chất nhưng độc tính đối với các loài cá khác nhau thì khác nhau và cùng loài cá thì khả năng chịu đựng với các hóa chất khác nhau cũng khác nhau

Bảng 2.9: Giá trị LC50 – 96 giờ của một số loài cá phổ biến ở ĐBSCL

(mg/L)

Nguồn tham khảo

Diazinon Barbonymus gonionotus 3,69 Đỗ Thị Thanh Hương, 1997 Diazinon Oreochromis niloticus 3,50 Đỗ Thị Thanh Hương, 1997

Metaldehyde Channa striata 24,46 Nguyễn Văn Công và ctv., 2007

Alpha- Cypermethrin Anabas testudineus 0,01049 Trần Sỹ Nam, 2010

ctv., 2010

Isoprocarb Anabas testudineus 19,3 Nguyễn Khắc Du, 2010

Ngoài tác động cấp tính đến các loài cá, thuốc BVTV còn ảnh hưởng ở nồng

độ dưới ngưỡng gây chết như ảnh hưởng đến hoạt động hô hấp, hoạt động bơi lội, thay đổi hành vi, đến tăng trưởng, thành phần sinh hóa và đặc biệt ảnh hưởng đến thần kinh thông qua ức chế enzyme Cholinesterase

Khi trong môi trường nước có tồn tại độc chất, những loài cá có cơ quan hô hấp khí trời có thể chuyển hướng lấy oxy trong không khí Natarajan (1981) cho

thấy cá lóc (Channa striata) tăng cường lấy oxy từ không khí và giảm lấy oxy trong

nước khi tiếp xúc với môi trường có hoá chất Metasystox (gốc Lân hữu cơ) Cá lóc

(Channa striata) tăng sự đớp khí trời khi tiếp xúc Diazinon ở nồng độ 0,008 mg/L

nhưng ở nồng độ 0,079 mg/L thì sự đớp khí trời suy giảm và cá khá thụ động, nằm ở

đáy bể (Cong et al., 2008) Tương tự, Arunachalam and Palanichamy (1982) cũng thấy loài cá có cơ quan hô hấp khí trời Macropodus cupanus tăng cường đớp khí trời

khi sống trong môi trường có Carbaryl Nghiên cứu của Nguyễn Văn Toàn (2009)

cho thấy cá rô đồng Anabas testudineus tăng sự đớp khí trời ở 2 mức nồng độ 66,

132 µg/L nhưng nhưng ở nồng độ 655, 1.638 µg/L thì sự đớp khí trời suy giảm và không khác biệt so với đối chứng

2.4.2 Ảnh hưởng của sự hỗn hợp thuốc BVTV đến độc tính của thuốc BVTV

Trong bảo vệ thực vật, ngoài các chế phẩm hỗn hợp có bán sẵn trên thị trường; trong quá trình sử dụng, còn có thể tiến hành pha trộn một số thuốc trừ dịch hại với nhau, hoặc pha trộn thuốc với phân bón, với một số chất khác để phun lên cây, bón vào đất, xử lý giống Nhìn chung, việc hỗn hợp thuốc nhằm các mục đích sau: cải thiện tính chất vật lý của chế phẩm, nâng cao tính độc của thuốc, kéo dài thời gian phòng trị của thuốc, mở rộng phạm vi phòng trị, tiết kiệm thời gian, nhân công, chi phí phun thuốc, giảm khả năng gây độc thực vật và kích thích cây trồng phát triển tốt (Trần Văn Hai, 2005) Tuy nhiên, nếu hỗn hợp thuốc khi pha trộn không đúng có thể dẫn đến ảnh hưởng hoạt tính của thuốc hoặc gây độc thực vật Tuy nhiên, sự biến đổi các đặc tính lý học và hóa học khi hỗn hợp thuốc cũng chưa được nghiên cứu một cách kỹ càng (Trần Văn Hai, 2005)

Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (2016), danh mục thuốc trừ sâu được phép sử dụng lên đến 775 hoạt chất với 1.678 tên thương mại khác nhau Trong

đó chỉ riêng Chlorpyrifos Ethyl có 159 dạng đơn chất và phối trộn, Fenobucarb có 39 dạng đơn chất và phối trộn (TT 03/2016/TT-BNNPTNT) Ở dạng đơn chất, Fenobucarb có 20 tên thương mại như Bascide 50EC, Bassa 50EC, Excel Basa 50EC, Jetan 50EC, Vibasa 50EC,… Hoạt chất Chlorpyrifos Ethyl cũng có 49 tên thương mại như Anboom 40EC, 48EC, Vitashield 18EC, 40EC, Mondeo 40EC, 60EC,… Dạng phối trộn giữa Chlorpyrifos ethyl và Fenobucarb, trên thị trường cũng

có các sản phẩm phối trộn sẵn như: Visa 5GR, Rockfos 550EC, Babsac 600EC, 750EC, Fenfos 650EC, Super Kill Plus 550EC Thuốc trừ sâu chứa hoạt chất Chlorpyrifos có khả năng đặc hiệu trong việc trừ sâu, nhất là sâu cuốn lá còn Fenobucarb lại rất hiệu quả trong việc phòng trừ các loại rầy, đặt biệt là rầy nâu hại lúa Do đó, trong thực tế nông dân có thể sử dụng phối trộn hai hoạt chất này lại với nhau để tiêu diệt được nhiều đối tượng gây hại cho một lần phun Dù phun riêng lẻ từng hoạt chất hay hỗn hợp các hoạt chất với nhau nhưng sau cùng các hoạt chất này tồn tại trong cùng một hay nhiều thành phần môi trường và thực tế sinh là các sinh vật thủy sinh sống trong môi trường nước trên đồng ruộng có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều hoạt chất nông dược là điều dễ xảy ra

Sự phối trộn độc chất có thể làm (i) giảm (tác động đối kháng), (ii) tăng (tác động hợp lực) hay (iii) không ảnh hưởng đến độc tính so với trường hợp riêng lẻ Tác động hợp lực là tác động sinh lý cùng chiều của 2 hay nhiều chất gây ra sự tăng cường quá trình đầu độc cơ thể Các yếu tố ảnh hưởng đến tác động hợp lực thể hiện

ở chỗ mỗi loại thuốc có các kiểu tác động khác nhau (tiếp xúc, vị độc, xông hơi, lưu dẫn,…) Do đó khi hỗn hợp các loại thuốc, chúng sẽ hỗ trợ cho nhau tăng cường khả năng tác động của từng loại Ngược lại, tác động của chất này làm yếu đi hoặc triệt tiêu tác động của chất kia do chúng gây ra những tác động sinh lý không cùng một hướng trong cơ thể sinh vật gọi là tác động đối kháng (Trần Văn Hai, 2005)

Bailey et al., (1997) nhận thấy 2 loại thuốc gốc lân hữu cơ Chlorpyrifos và Diazinon làm tăng độc tính khi phối trộn Tương tự, Faust et al., (1993) nhận thấy

khi phối trộn 2 loại thuốc trừ cỏ atrazin và cyanazine cũng làm tăng độc tính của hỗn hợp thuốc Pape-Lindstrom (1997) đã tìm thấy sự tăng hiệu lực gây chết đối với ruồi

Tentans Chironomus khi tiếp xúc với sự kết hợp hỗn hợp của các loại thuốc trừ cỏ

Atrazine với Chlorpyrifos, Malathion, Methylparathion và Trichlorfon (Beauvais, 1999) Tuy nhiên, không phải tất cả các hỗn hợp thuốc trừ sâu có cùng cơ chế tác động đều có tác động tăng độc tính Nếu như khi phối trộn 2 loại thuốc gốc lân hữu

cơ với nhau thì độc tính của thuốc tăng do có cùng cơ chế tác động Nhưng nếu phối trộn thuốc gốc lân hữu cơ với thuốc gốc Carbamate thì có thể đôi khi không có sự cộng hưởng gây độc, mặc dù chúng có cùng vị trí thụ thể tác động (Acetylcholine)

nhưng ái lực tác động lên thụ thể rất khác nhau (Lydy et al., 2004)

Ngược lại, một số loại thuốc bảo vệ thực vật không có cùng cơ chế tác động gây độc lại làm tăng độc tính của loại thuốc khác Thuốc trừ sâu gốc cúc tổng hợp (pyrethroids) làm tăng độc tính của các thuốc trừ sâu gốc lân hữu cơ (Ray and Forshaw, 2000) Belden and Lydy (2001) nhận thấy thuốc trừ cỏ Atrazine (hoạt chất Triazine) làm tăng tỷ lệ ức chế ChE của Chlorpyrifos mặc dù chúng không tự làm giảm hoạt tính của cholinesterase Kết quả tương tự thu được khi hỗn hợp thuốc trừ

cỏ Cyanazine (hoạt chất Triazine) và Chlorpyrifos (Jin-Clark et al., 2002)

Tahara et al., (2005) đã cho thấy khi sinh vật tiếp xúc với nhiều loại thuốc

gốc lân hữu cơ khác nhau rất có thể bị ảnh hưởng xấu do tác động hiệp lực thay vì chỉ tiếp xúc với hoạt chất đơn lẻ mặc dù các hoạt chất này đều hiện diện ở nồng độ dưới ngưỡng ảnh hưởng nghiêm trọng (NOAEL) Trong một nghiên cứu khác, Fulton and Key (2001) đã phát hiện ra rằng khi phối trộn ba loại thuốc gốc lân hữu

cơ với nhau và phối trộn từng hoạt chất lân hữu cơ với Carbamate, Carbaryl hoặc Carbofuran thì cá có biểu hiện nhạy cảm nhất đối với việc phối trộn hơn là tôm và sò; đặc biệt, hỗn hợp lân hữu cơ – Carbamate tác dụng hiệp đồng ức chế ChE thấp hơn so với hỗn hợp lân hữu cơ – lân hữu cơ

Richardson et al., (2001) đã thực hiện thí nghiệm kiểm tra tác động hợp lực

của hai loại thuốc trừ sâu gốc lân hữu cơ (Chlorpyrifos-oxon và oxon) lên ChE và huyết tương sinh vật thí nghiệm Kết quả cho thấy tác động phối hợp ở ChE là lớn hơn từng tác động riêng lẻ nhưng không phải là tác động cộng dồn đơn giản Elhalwagya and Zaki (2009) đã thí nghiệm kiểm tra ảnh hưởng của việc phối trộn thuốc trừ sâu lân hữu cơ và pyrethroid lên các chỉ tiêu sinh hóa của chuột Kết quả cho thấy rằng ảnh hưởng của từng loại thuốc riêng lẻ (Diazinon hoặc Deltamethrin) gây ra thay đổi trong chuyển hóa lipid và esterase không cụ thể, trong khi đối với hỗn hợp (Durasin chứa 60% Diazinon và 0,5% Deltamethrin) gây ra hiệu ứng đối nghịch đối với tất cả các thông số thử nghiệm, ngoại trừ tổng mức giảm glutathione Vì vậy, kết luận đối với hỗn hợp phối trộn có khả năng tác động độc hại hơn so với các tác động riêng lẻ

Azinphos-methyl-2.5 Tổng quan về enzyme cholinesterase và các yếu tố ảnh hưởng đến enzyme

2.5.1 Sơ lược về Cholinesterase

Cholinesterases (ChE) là enzyme quan trọng có mặt trong các động vật có xương sống và côn trùng; ChE giúp thủy phân acetylcholine, chất dẫn truyền thần

kinh trong hệ thần kinh Trong cơ thể, ChE chịu trách nhiệm cho việc truyền xung thần kinh đến các khớp thần kinh (Andreescu, 2006) Enzyme Cholinesterases bao gồm Acetylcholinesterase (AChE) và Butyrylcholinesterase (BChE) Ở cá, não và các mô cơ chứa chủ yếu AChE, trong khi huyết tương chứa chủ yếu là BChE (Fulton and Key, 2001) Sau khi hoàn thành nhiệm vụ truyền tín hiệu từ tế bào thần kinh này sang tế bào thần kinh khác, Acetylcholin sẽ được enzyme AChE thủy phân thành Choline và Acid acetic chỉ trong vài phần triệu giây (Fukuto, 1990; Peakal, 1992;

Chuiko et al., 2003; Stenersen, 2004) (Hình 2.3)

BChE còn được gọi là enzyme không đặc hiệu, nó có khả năng thủy phân nhiều Este tổng hợp và tự nhiên, trong đó gồm cả Acetylcholine, nhưng tốc độ phản ứng chậm hơn AChE (Phạm Văn Biên và ctv., 2000) Mặc dù BChE được tìm thấy ở nhiều bộ phận khác nhau của cơ thể nhưng vai trò sinh lý của BChE chưa được biết đến nhiều; BChE có thể bị ức chế hoàn toàn mà không làm sinh vật chết (O‟Brien, 1976; Peakal, 1992) trong khi đó hơn 70% AChE bị ức chế thường làm đa

số sinh vật chết (Fultuon and Key, 2001) Do đó, có thể nói BChE không có chức năng quan trọng đến sự sống còn của sinh vật

(Fukuto, 1990)

Hình 2.3: Phản ứng thủy phân acetylcholine bởi AChE

Cả hai AChE và BChE đều bị ức chế bởi hầu hết các hóa chất; trong đó nhạy cảm nhất là thuốc BVTV gốc Lân hữu cơ và Carbamate (Stenersen, 2004) BChE

nhạy cảm với Lân hữu cơ và Carbamate hơn AChE (Sturm et al., 2000) Tổng ChE,

AChE, BChE thường đã được đề nghị sử dụng để đánh dấu cho sự phơi nhiễm và tác động của thuốc BVTV gốc Lân hữu cơ và Carbamate đến sinh vật (Peakall and

Walker, 1996; Williams et al., 2000)

2.5.2 Cơ chế ảnh hưởng của thuốc BVTV đến ChE

Thuốc bảo vệ thực vật nhóm Lân hữu cơ (OPs) và Carbamate ức chế hoạt tính của ChE, làm tê liệt quá trình dẫn truyền kích thích thần kinh (Stenersen, 2004) Sự

ức chế thông qua quá trình phosphoryl hóa (đối với OPs) và carbamil hóa (đối với carbamate) men ChE (Phạm Văn Biên và ctv., 2000)

Quá trình kích thích thần kinh diễn ra bằng cách ở các đầu mút thần kinh (synap) sẽ sản sinh ra acetylcholine để dẫn truyền kích thích Khi quá trình kích thích hoàn tất, acetylcholine sẽ được thủy phân nhờ ChE (Hình 2.4) Khi cơ thể bị nhiễm độc bởi OPs hoặc carbamate, quá trình thủy phân sẽ bị đình trệ, làm tích tụ acetylcholine tại các đầu nối thần kinh và gây ảnh hưởng đến sinh vật (Fulton and Key, 2001)

Hình 2.4: Cơ chế hoạt động của ChE trong điều kiện bình thường (a) và khi sinh vật

bị phơi nhiễm thuốc BVTV (b) (Peakal, 1992)

Trong điều kiện bình thường (Hình 2.5 - I Acetylcholine), sau khi tham gia truyền tính hiệu thần kinh từ dây thần kinh này sang dây thần kinh khác tại các đầu nối thần kinh, Acetylcholine được thủy phân thành Choline và Acetic acid nhờ

AChE; hoạt động này xảy ra đều và liên tiếp Khi sinh vật phơi nhiễm với chất ô nhiễm, đặc biệt là Carbamate và Lân hữu cơ (Hình 2.5 – II Carbamates, III Organophosphates), quá trình thủy phân bị đình trệ, làm tích tụ Acetylcholine tại các đầu nối thần kinh và gây ảnh hưởng đến sinh vật Nếu AChE bị ức chế hơn 70% sẽ làm đa số sinh vật chết (Fulton and Key, 2001) Khi mức độ ức chế hơn 30% sẽ gây

ra các triệu chứng bất thường cho sinh vật như mất khả năng di chuyển, định hướng

di chuyển… và giới hạn cho phép AChE bị ức chế mà không gây ảnh hưởng bất

thường cho sinh vật không vượt quá 30% (Aprea et al., 2002)

Hình 2.5: Sự tương tác giữa Acetylcholine (I), Carbaryl (gốc Carbamate) (II) và Chlorpyrifos-oxon (III) tại các vị trí dẫn truyền AChE Acetylcholine được thủy phân thành Choline và Acetic acid theo thứ tự AChE>Carbaryl>Chlorpyrifos-oxon (Timchalk, 2006)

Trong cấu tạo hóa học thuốc BVTV gốc Lân hữu cơ có hai dạng, cấu trúc P=O (oxon) hoặc P=S (thiono) Dạng cấu trúc P=O trực tiếp gây ức chế ChE nhưng dạng cấu trúc P=S chỉ gây ức chế ChE khi được chuyển hóa sinh học thành dạng

P=O (Lee et al., 2002; Rao, 2004) Sự chuyển hóa P=S thành P=O nhờ enzyme P450

do gan ở hầu hết động vật có xương sống tiết ra (Walker et al., 2002) Như vậy, Lân

hữu cơ dạng P=O gây ảnh hưởng đến ChE nhanh hơn dạng P=S