Luận án Nghiên cứu cadimi trong một số nhóm đất ở Việt Nam và tích luỹ cadimi trong rau ăn lá

  i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT   HÀ MẠNH THẮNG NGHIÊN CỨU CADIMI TRONG MỘT SỐ NHÓM ĐẤT Ở VIỆT NAM VÀ TÍCH LUỸ CADIMI TRONG RAU ĂN LÁ LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI, 2019 VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM   ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HÀ MẠNH THẮNG NGHIÊN CỨU CADIMI TRONG MỘT SỐ NHÓM ĐẤT Ở VIỆT NAM VÀ TÍCH LUỸ CADIMI TRONG RAU ĂN LÁ Chuyên ngành : Khoa học đất Mã số : 9 62 01 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Quang Hà PGS.TS. Nguyễn Đình Mạnh HÀ NỘI, 2019 VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM   iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả, số liệu, nội dung nghiên cứu trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được tác giả nào công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây. Các tài liệu, số liệu tham khảo trong quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận án của các tác giả, các nhà khoa học, các công trình nghiên cứu liên quan đã được trích dẫn rõ nguồn gốc theo quy định của Bộ Giáo dục và Đào tạo trong quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Hà Mạnh Thắng   iv LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian nghiên cứu, hoàn thành Luận án, với lòng biết ơn sâu sắc, tác giả luận án xin gửi tới PGS.TS Phạm Quang Hà; Cố PGS.TS. Nguyễn Đình Mạnh đã trực tiếp hướng dẫn, sửa chữa, giúp nghiên cứu sinh đưa ra được những định hướng nghiên cứu có hàm lượng khoa học cao, sát với thực tiễn. Trong quá trình nghiên cứu, tìm tòi, hoàn thành luận án, tác giả được các quý thầy truyền cảm hứng, lòng đam mê nghiên cứu khoa học, động viên tinh thần nghiên cứu sinh vững tin, tự giác, tự tin để ngày càng hoàn thiện hơn trong công tác nghiên cứu khoa học. Tác giả xin chân thành cảm ơn tới các Thầy, các Cô, tập thể Lãnh Đạo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, tập thể cán bộ đã và đang công tác tại Ban Đào tạo sau Đại học, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã dạy dỗ, định hướng, truyền đạt những kiến thức cho tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo Viện Môi trường Nông nghiệp, lãnh đạo và tập thể cán bộ Bộ môn Hoá Môi trường, Viện Môi trường Nông nghiệp đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ, động viên, quan tâm, chia sẻ tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Cuối cùng tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới bạn bè đồng nghiệp, tới những người thân yêu trong gia đình đã tận tình giúp đỡ, động viên tác giả về vật chất, tinh thần để tác giả luôn yên tâm nghiên cứu và hoàn thành luận án./. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Hà Mạnh Thắng   v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ iv MỤC LỤC ...................................................................................................................... v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................... viii DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... ix DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................... xii MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết .............................................................................................................. 1 2. Mục đích nghiên cứu .................................................................................................. 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................................... 2 3.1. Ý nghĩa khoa học .................................................................................................. 2 3.2. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................................. 2 4. Tính mới của nghiên cứu ............................................................................................ 3 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 4 1.1 Cadimi và một số ứng dụng ................................................................................... 4 1.2. Đôc tính của Cd trong thực vật ............................................................................. 5 1.3. Độc tính của Cd đối với sinh vật và môi trường sinh thái .................................. 11 1.4. Độc tính của Cd đối với con người ..................................................................... 13 1.5. Nguồn gây ô nhiễm Cadimi trong đất nông nghiệp ........................................... 15 1.6. Tổng quan đất Việt Nam và một số nghiên cứu về Cadimi trong đất, cây trồng và môi trường ở Việt Nam ......................................................................................... 25 1.6.1. Một số loại đất chính sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam ................................ 25 1.6.2. Một số kết quả nghiên cứu về Cadimi trong đất, cây trồng và môi trường ở Việt Nam ................................................................................................................... 27 1.7. Tổng quan một số nghiên cứu về Cadimi trong đất, cây trồng và môi trường trên thế giới ....................................................................................................................... 33 CHƯƠNG II: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......... 48 2.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 48 2.3. Nội dung, vật liệu và địa điểm nghiên cứu ............................................................ 49 2.3.1 Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 49   vi 2.3.2. Vât liệu và địa điểm nghiên cứu ...................................................................... 49 2.3.2.1. Vật liệu nghiên cứu ................................................................................... 49 2.3.2.2. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................. 50 2.4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 50 2.4.1. Phương pháp lấy mẫu đất, cây trồng và xử lý mẫu ......................................... 50 2.4.2. Phương pháp thí nghiệm trong chậu ................................................................ 52 2.4.3. Phương pháp phân tích .................................................................................... 55 2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................... 56 CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................... 58 3.1. Đánh giá hàm lượng Cadimi trong một số nhóm đất chính sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam. ...................................................................................................................... 58 3.1.1. Cd trong nhóm đất phù sa Việt Nam ............................................................... 58 3.1.1.1. Cd trong tầng mặt đất phù sa Việt Nam .................................................... 58 3.1.1.2. Cd trong một số phẫu diện đất phù sa Việt Nam ...................................... 61 3.1.2. Cd trong nhóm đất xám Việt Nam .................................................................. 62 3.1.2.1. Cd trong tầng mặt nhóm đất xám .............................................................. 62 3.1.2.2. Cd trong một số phẫu diện đất xám Việt Nam .......................................... 66 3.1.3. Cd trong nhóm đất đỏ ..................................................................................... 67 3.1.3.1. Cd trong tầng mặt đất đỏ Việt Nam .......................................................... 68 3.1.3.2. Cd trong một số phẫu diện đất đỏ Việt Nam ............................................. 70 3.1.4. Cd trong nhóm đất cát ..................................................................................... 72 3.1.5. Hàm lượng Cd trong đất ở một số vùng có nguy cơ ô nhiễm do tác động của chất thải ..................................................................................................................... 75 3.2. Hàm lượng Cd trong một số loại cây trồng chính ở Việt Nam .............................. 76 3.2.1. Hàm lượng Cd trong rau tại một số vùng ở Việt Nam .................................... 76 3.2.2. Cd trong nhóm cây lương thực tại một số vùng ở Việt Nam .......................... 78 3.2.3. Cd trong nhóm cây thực phẩm tại một số vùng ở Việt Nam ........................... 79 3.3. Mối quan hệ giữa Cd trong đất và cây trồng dưới các loại hình tác động khác nhau80 3.3.1 Mối quan hệ Cd trong đất và cây trồng dưới tác động của thâm canh nông nghiệp ........................................................................................................................ 82 3.3.2 Mối quan hệ hàm lượng Cd trong đất và cây trồng tại một số vùng chịu ảnh hưởng của chất thải công nghiệp, đô thị và chất thải làng nghề ................................ 84   vii 3.4. Ảnh hưởng của các ngưỡng Cd trong đất đến tích luỹ Cd trong rau ăn lá trên đất phù sa sông Hồng và đất xám bạc màu Việt Nam ........................................................ 86 3.4.1. Một số tính chất hoá học, vật lý và kim loại nặng của đất thí nghiệm ............ 86 3.4.2. Ảnh hưởng của Cd trong đất đến sinh trưởng, năng suất của (cải mơ, rau muống) trên đất xám bạc màu và đất phù sa sông Hồng ........................................... 88 3.4.2.1. Trên đất phù sa sông Hồng ........................................................................... 88 3.4.2.2. Trên đất xám bạc màu .................................................................................. 89 3.4.3. Ảnh hưởng của Cd trong đất đến tích luỹ Cd trong cải mơ, rau muống trên đất phù sa sông hồng và đất xám bạc màu Việt Nam ...................................................... 92 3.4.3.1. Ảnh hưởng của Cd trong đất đến tích luỹ Cd trong cải mơ, rau muống trên đất phù sa sông hồng ................................................................................................. 92 3.4.3.2. Ảnh hưởng của Cd trong đất xám bạc màu đến tích luỹ Cd trong cải mơ, rau muống ........................................................................................................................ 95 3.4.4. Ảnh hưởng của Cd trong đất đến vi sinh vật tổng số trên đất phù sa sông hồng và đất xám bạc màu ....................................................................................................... 98 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................................................... 101 1. Kết luận ................................................................................................................... 101 2. Đề nghị .................................................................................................................... 102 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN TIẾN SĨ .. 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 104 1. Tài liệu tham khảo tiếng việt ............................................................................... 104 2. Tài liệu tham khảo nước ngoài ............................................................................ 108   viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ACIAR (Australian Centre for International Agricultural Research) Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc tế Úc BNN&PTNT BĐKH Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Biến đổi khí hậu BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường BYT Bộ Y tế CCME (Canadian Council of Ministers of the Environment) Bộ Tài nguyên Môi trường Canada ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long ĐBSH Đồng bằng sông Hồng FAO (Food and Agriculture Organization) Tổ chức Nông lương liên hợp quốc BVTV Bảo vệ thực vật HCM Hồ Chí Minh KLN IARC (International Agency for Research on Cancer) Kim loại nặng Tổ chức nghiên cứu ung thư quốc tế LD50 Liều gây chết trung bình MT Môi trường MTNN Môi trường Nông nghiệp NCCGKT Nghiên cứu chuyển giao kỹ thuật đất phân NCMC (An initiative of the National Cadmium Minimisation Committee) Ủy ban giảm thiểu Cadimi quốc gia Úc QCVN Quy chuẩn Việt Nam TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TP Thành phố WHO (World Health Organization) Tổ chức y tế thế giới     ix DANH MỤC BẢNG TT bảng Tên các bảng Trang 1.1 Hàm lượng KLN trong một số loại đá chính hình thành đất 16 1.2 Hàm lượng một số KLN trong phân bón 19 1.3 Hàm lượng Cd trong phân bón tại miền BắcViệt Nam 20 1.4 Hàm lượng (ppm) một số kim loại nặng trong các sản phẩm dùng làm phân bón trong sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam 20 1.5 Hàm lượng Cd trong một số mẫu chất hình thành đất 21 1.6 Hàm lượng Cd trong đất bị ô nhiễm ở một số Quốc gia 21 1.7 Hàm lượng Cd trong một số loại cây trồng tại một số điểm ô nhiễm 23 1.8 Diện tích của các nhóm đất chính ở Việt Nam 25 1.9 Hàm lượng Cd trong đất mặt tại một số Quốc gia trên thế giới 33 1.10 Hàm lượng Cd trong quặng phốt phát tại một số nước trên thế giới 34 1.11 Hàm lượng Cd trong một số loại đất trên thế giới 35 1.12 Hàm lượng Cd và một số nguyên tố trong mẫu chất hình thành đất (mg/kg) 36 1.13 Hàm lượng Cd được cây trồng hút tại Đài Loan 37 1.14 Hàm lượng Cd trong đất nông nghiệp tại một số Quốc gia 38 1.15 Hàm lượng Cd trung bình trong một số cây thực phẩm (ppm) 39 1.16 Khối lượng kim loại nặng đã được cây trồng lấy đi sau thu hoạch liên quan đến khối lượng bổ sung từ bùn thải và thời gian tồn dư ước tính trong đất ở Voburn, Anh. 40 1.17 Hàm lượng Cd trong đất, Cd tích luỹ trong thực vật và hệ số hút Cd của một số cây trồng 43 1.18 Hàm lượng một số kim loại nặng trong các loại nước thải 45 1.19 Hàm lượng kim loại nặng trong nước chảy tràn từ các khu vực khác nhau của đô thị 45 2.1 Công thức thí nghiệm và lượng CdCl2.5H2O bón bổ sung cho các ô thí nghiệm trên đất phù sa 52 2.2 Số liệu phân tích nước tưới dùng cho thí nghiệm 53 2.3 Lượng phân hóa học bón cho cây cải mơ của thí nghiệm 53 2.4 Lượng phân hóa học bón cho cây rau muống của thí nghiệm 53 2.5 Công thức thí nghiệm và lượng CdCl2.5H2O bón bổ sung cho các ô thí nghiệm trên đất xám 54   x 2.6 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích trong đất 55 3.1 Lượng chứa Cd trong một số đá mẹ hình thành đất 59 3.2 hàm lượng Cd (mg/kg) trong các loại đất phù sa các hệ thống sông 60 3.3 Phân bố hàm lượng Cd trong đất phù sa theo xác suất 60 3.4 Hàm lượng Cd trong một số phẫu diện phù sa 61 3.5 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong một số loại đất xám ở Việt Nam 63 3.6 Phân bố hàm lượng Cd trong đất xám theo xác suất 64 3.7 Hàm lượng Cd trong nhóm đất xám tại một số tỉnh ở Việt Nam 65 3.8 Hàm lượng Cd trong một số phẫu diện đất xám Việt Nam 66 3.9 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất đỏ vàng Việt Nam theo các vùng sinh thái 69 310 Phân bố hàm lượng Cd trong đất đỏ vàng theo xác suất 70 3.11 Hàm lượng Cd trong một số phẫu diện đất đỏ vàng Việt Nam 70 3.12 Hàm lượng Cd (mg/kg đất) trong đất cát theo các vùng sinh thái 72 3.13 Hàm lượng Cd (mg/kg đất) trong nhóm đất cát Việt Nam, phân loại theo FAO 73 3.14 Phân bố hàm lượng Cd trong đất cát theo xác suất 74 3.15 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất ở một số khu vực chịu ảnh hưởng của chất thải công nghiệp và làng nghề 75 3.16 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất và rau ăn lá tại một số điểm nghiên cứu 77 3.17 Hàm lượng Cd trong đất và cây lương thực tại một số tỉnh thành ở Việt Nam 78 3.18 Hàm lượng Cd trong đất và cây thực phẩm tại một số điểm nghiên cứu ở Việt Nam 79 3.19 Hệ số tương quan tuyến tính r ở mức sai khác 5% và 1% 81 3.20 Hệ số tương quan giữa Cd trong đất và cây trồng 82 3.21 Hệ số tương quan giữa Cd trong đất và cây trồng ở một số vùng chịu ảnh hưởng của chất thải 85 3.22 Một số tính chất lý hoá đất bạc màu trước thí nghiệm 86 3.23 Một số tính chất lý hoá đất phù sa sông Hồng trước thí nghiệm 87 3.24 Ảnh hưởng của các mức Cd trong đất đến sinh trưởng và năng suất của rau cải mơ trên đất phù sa sông Hồng 88 3.25 Ảnh hưởng của Cd trong đất đến sinh trưởng và năng suất của rau muống trên đất phù sa sông Hồng 89 3.26 Ảnh hưởng của Cd trong đất đến sinh trưởng và năng suất của rau 90   xi cải mơ trên đất xám bạc màu 3.27 Ảnh hưởng của Cd trong đất đến sinh trưởng và năng suất của rau muống trên đất xám bạc màu 91 3.28 Hàm lượng Cd trong đất và rau cải mơ trên đất phù sa sông Hồng 93 3.29 Hàm lượng Cd trong đất và rau muống trên đất phù sa sông Hồng 94 3.30 Hàm lượng Cd trong đất xám bạc màu và rau cải mơ 95 3.31 Hàm lượng Cd trong đất và rau muống trên đất xám bạc màu 96 3.32 Ảnh hưởng của Cd trong đất đến vi sinh vật tổng sốtrên đất phù sa sông Hồng Việt Nam 98 3.33 Ảnh hưởng của Cd trong đất xám bạc màu đến vi sinh vật tổng số 99   xii DANH MỤC HÌNH TT hình Nội dung Số trang 1.1 Nguồn Cd và vòng tuần hoàn Cd trong hệ thống nông nghiệp 15 3.1 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất phù sa theo các hệ thống sông 60 3.2 Mật độ xác suất hàm lượng Cd trong đất phù sa theo phân bố Normal 61 3.3 Trung bình hàm lượng Cd trong một số phẫu diện đất phù sa 62 3.4 Hàm mật độ xác suất Cd trong đất xám Việt Nam theo phân bố Normal 63 3.5 Hàm lượng Cd trong một số loại đất xám Việt Nam 64 3.6 Trung bình hàm lượng Cd trong một số phẫu diện đất xám Việt Nam 67 3.7 Hàm lượng Cd trong đất đỏ vàng Việt Nam 69 3.8 Mật độ xác suất Cd trong đất đỏ vàng Việt Nam theo phân bố Normal 69 3.9 Trung bình hàm lượng Cd trong một số phẫu diện đất đỏ vàng Việt Nam 71 3.10 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất cát Việt Nam phân theo vùng 73 3.11 Mật độ xác suất Cd trong đất cát theo phân bố Normal 74 3.12 Hàm lượng Cd trong đất và rau các loại tại các điểm nghiên cứu 77 3.13 Hàm lượng Cd trong đất và cây lượng thực tại các điểm nghiên cứu 79 3.14 Hàm lượng Cd trong đất và cây thực phẩm tại các điểm nghiên cứu 80 3.15 Tương quan Cd trong đất và cây trồng 83 3.16 Tương quan giữa hàm lượng Cd trong đất và cây trồng ở khu vực chịu ảnh hưởng của chất thải 85 3.17 Tương quan hàm lượng Cd trong đất và rau cải mơ trên đất phù sa sông Hồng 93 3.18 Tương quan hàm lượng Cd trong đất và rau muống trên đất phù sa sông Hồng 94 3.19 Tương quan hàm lượng Cd trong đất xám bạc màu và rau cải mơ 96 3.20 Tương quan hàm lượng Cd trong đất xám bạc màu và rau muống 97   1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Do áp lực của tăng trưởng kinh tế và tăng dân số, việc đẩy mạnh đô thị hoá và công nghiệp hoá một cách không có quy hoạch cũng như quản lý môi trường nên một số khu vực ven đô thị và khu công nghiệp đã bị ô nhiễm. Ô nhiễm Đất do nước thải đô thị và khu công nghiệp thường chứa các kim loại nặng (KLN) độc hại như: Cr, Cu, As, Ag, Zn, Ni, Pb, Hg và Cd. Một diện tích đáng kể đất nông nghiệp ven đô thị và các khu công nghiệp bị ô nhiễm các KLN do sử dụng các nguồn nước nói trên để tưới. Mặt khác, tại một số vùng có sự chuyển đổi cơ cấu cây trồng từ lúa sang rau màu do cơ chế thị trường, là những nơi tập trung dân cư, có trình độ sản xuất, thâm canh cây trồng cao, việc sử dụng phân bón và các hoá chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) cao đã cung cấp cho đất một lượng KLN đáng kể, gây độc hại cho sản xuất nông nghiệp. Cadimi (Cd) được xem là một trong những kim loại nặng