Tài liệu Nghiên cứu hàm lượng nitrat và kim loại nặng trong đất, nước, rau và một số biện pháp nhằm hạn chế sự tích lũy của chúng trong rau tại thái nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ----------*&*-------- PHAN THỊ THU HẰNG NGHIÊN CỨU HÀM LƯỢNG NITRAT VÀ KIM LOẠI NẶNG TRONG ĐẤT, NƯỚC, RAU VÀ MỘT SỐ BIỆN PHÁP NHẰM HẠN CHẾ SỰ TÍCH LŨY CỦA CHÚNG TRONG RAU TẠI THÁI NGUYÊN LUẬN ÁN TIẾN SỸ NÔNG NGHIỆP Thái Nguyên, năm 2008 1 MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Cùng với sự tăng trưởng kinh tế của cả nước, nền nông nghiệp Việt Nam trong những năm gần đây đã có được những thành tựu đáng kể, nhìn chung năng suất sản lượng của các loại cây trồng đều tăng, đời sống người lao động ngày càng được cải thiện. Bên cạnh những thành tựu đã đạt được thì việc sử dụng lượng lớn và không đúng qui định phân hoá học và các loại thuốc bảo vệ thực vật đã làm giảm chất lượng của các sản phẩm nông nghiệp, ngoài ra chất thải của các nhà máy xí nghiệp, khu công nghiệp và nước thải đô thị làm ô nhiễm đất, nước và nông sản, gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ cộng đồng đặc biệt là ở những khu công nghiệp tập trung và các thành phố lớn. Thành phố Thái Nguyên là một trung tâm kinh tế, chính trị, văn hóa ở khu vực phía Bắc Việt Nam. Với mật độ dân số đông (1.367 người/km2)[6], thành phố Thái Nguyên là một thị trường quan trọng để tiêu thụ các sản phẩm nông nghiệp trong đó có rau xanh. Từ nhiều năm nay thành phố đã hình thành vành đai sản xuất thực phẩm trong đó cây rau được coi là sản phẩm quan trọng nhất. Cùng với sự tăng trưởng nông nghiệp nói chung, sản xuất rau ở Thái Nguyên đã đáp ứng được nhu cầu về số lượng, khắc phục dần tình trạng thiếu hụt lúc giáp vụ, nhiều chủng loại rau chất lượng cao đã được bổ sung trong bữa ăn hàng ngày của người dân. Tuy nhiên, trong xu thế của một nền sản xuất thâm canh, công nghệ sản xuất rau hiện nay đang bộc lộ những nhược điểm đó là việc ứng dụng ồ ạt, thiếu chọn lọc các tiến bộ kỹ thuật như phân bón, chất kích thích sinh trưởng, thuốc bảo vệ thực vật dẫn đến không những gây ô nhiễm môi trường canh tác mà còn làm cho rau bị nhiễm bẩn, ảnh hưởng đến sức khoẻ người sử dụng. 2 Bên cạnh đó thành phố Thái Nguyên còn là một trong những trung tâm công nghiệp lớn ở Việt Nam, nơi đây tập trung nhiều nhà máy xí nghiệp lớn như Nhà máy gang thép Thái Nguyên, Nhà máy Giấy Hoàng Văn Thụ, Nhà máy điện Cao Ngạn … Vì vậy, lượng nước thải từ các nhà máy đổ ra môi trường hàng ngày khá lớn: Nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ thải khoảng 400m3/ngày, nước thải độc và bẩn làm ô nhiếm suối Mỏ Bạch và nguồn nước Sông Cầu, Nhà máy cán thép Gia Sàng và khu gang thép Cam Giá hàng ngày thải một lượng nước lớn không được xử lý vào suối Xương Rồng gây ô nhiễm khu vực phường Gia Sàng, phường Túc Duyên.... Các Nhà máy Tấm lợp Amiăng, Khu gang thép Thái Nguyên hàng ngày thải ra lượng bụi lớn làm ô nhiễm khu vực Cam Giá…. Theo thông tin của Bộ Công nghiệp: Chất lượng nước sông Cầu ngày càng xấu đi, nhiều đoạn sông đã bị ô nhiễm tới mức báo động. Ô nhiễm cao nhất là đoạn sông Cầu chảy qua địa phận thành phố Thái Nguyên, đặc biệt là tại các điểm thải của Nhà máy Giấy Hoàng Văn Thụ, khu Gang thép Thái Nguyên.... chất lượng nước không đạt cả tiêu chuẩn A và B của TCVN 5942 - 1995 (Báo công nghiệp Việt Nam, 12/2003[2]). Thêm vào đó là nạn khai thác khoáng sản từ các vùng Sơn Dương, Đại Từ, Phú Lương, Võ Nhai với 177 điểm quặng và mỏ bao gồm than đá, quặng titan, quặng chì, quặng thiếc chứa As…do công nghệ khai thác lạc hậu, không có hệ thống xử lý chất thải, đá thải đã làm cho môi trường sông, suối, hồ nước bị ô nhiễm nghiêm trọng bởi các hoá chất độc hại như As, Pb, Cd….(UBND tỉnh Thái Nguyên, 2004[52]), hàm lượng Pb trong nước mặt ở một số khu vực của thành phố Thái Nguyên gấp từ 2 – 3 lần, Cd gấp từ 2 – 4 lần so với TCVN 6773 – 2000 (Nguyễn Đăng Đức, 2006 [10]). Có thể nói môi trường đất, nước mặt ở thành phố Thái Nguyên đã và đang bị ô nhiễm nặng nề bởi các hoá chất độc hại từ các nguồn thải công nghiệp, nông nghiệp và phế thải đô thị… Xu hướng ô nhiễm có chiều hướng 3 ngày càng gia tăng cả về số lượng, diện tích nếu không có biện pháp xử lý triệt để và đó là một trong những nguyên nhân thu hẹp dần vùng trồng rau sạch của thành phố. Vấn đề ô nhiễm đất, nước do các hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, phế thải đô thị tại thành phố Thái Nguyên đã được cảnh báo. Tuy vậy các nghiên cứu mới chỉ tập trung vào việc đánh giá tình hình ô nhiễm đất, nước mà chưa đi sâu tìm hiểu về mức độ ảnh hưởng của việc ô nhiễm đó đến chất lượng nông sản. Chính vì vậy, việc nghiên cứu sự nhiễm bẩn môi trường đất, nước và ảnh hưởng của chúng đến chất lượng sản phẩm nông nghiệp là một vấn đề cấp bách hiện nay, góp phần ngăn chặn sự gia tăng ngày một nhiều các chất thải sinh hoạt và công nghiệp được đổ vào đất, nước. Từ những nghiên cứu đầy đủ về nhiễm bẩn đất, nước tưới trong nông nghiệp sẽ đưa ra các biện pháp hữu ích để tạo ra sản phẩm an toàn, hướng tới một nền nông nghiệp sạch và bền vững. Trong hoàn cảnh chung của yêu cầu sản xuất và điều kiện môi trường đề tài: “Nghiên cứu hàm lượng nitrat và kim loại nặng trong đất, nước, rau và một số biện pháp nhằm hạn chế sự tích luỹ của chúng trong rau tại Thái Nguyên" được tiến hành, nhằm góp một phần vào việc kiểm soát và khống chế sự tích luỹ nitrat và kim loại nặng trong rau tại Thành phố Thái Nguyên. 2. Mục tiêu của đề tài - Đưa ra những dẫn liệu cơ bản về tình hình ô nhiễm nitrat và kim loại nặng trong môi trường đất trồng và nước tưới tại một số vùng sản xuất rau ở thành phố Thái Nguyên. - Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng việc sử dụng nước tưới bị ô nhiễm nitrat và kim loại nặng (Pb, Cd, As) đến năng suất và sự tích luỹ của chúng trong phần thương phẩm của một số loại rau. - Đề xuất một số biện pháp hạn chế tồn dư NO3- và sự tích lũy kim loại nặng (Pb, Cd, As) trong rau ở thành phố Thái Nguyên. 3. Giới hạn nghiên cứu - Đối tượng và thời gian nghiên cứu 4 3.1. Giới hạn nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện tại Thành phố Thái Nguyên với 5 địa điểm lựa chọn làm đại diện: Phường Túc Duyên, Phường Quang Vinh, Phường Cam Giá, Xã Lương Sơn và Xã Quyết Thắng. + Điều tra, lấy mẫu đất, nước, rau tại 5 địa điểm trên. + Thí nghiệm nghiên cứu trong chậu thực hiện tại Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. + Thí nghiệm đồng ruộng và trong sản xuất thực hiện tại phường Túc Duyên và phường Cam Giá trên nền đất phù sa sông Cầu không được bồi hàng năm. 3.2. Đối tượng nghiên cứu 3.2.1. Cây rau Điều tra thực trạng sản xuất, đánh giá tồn dư NO 3- và kim loại nặng (Pb, Cd, As) trong rau: Sử dụng 6 loại rau thuộc 4 nhóm trồng phổ biến ngoài sản xuất: +Rau ăn lá: Bắp cải (Brassica L.var.capitata), Cải xanh (Brassica Juncea L.), Rau muống (Ipomoea aquatica) + Rau ăn củ: cải củ (Raphanus sativus L.) + Rau ăn quả: đậu côve leo (Phaseolus vulgaris L.) + Rau gia vị: rau mùi (Coriandrum sativum L.) Thí nghiệm nghiên cứu được tiến hành trên 3 loại rau đại diện 3 nhóm: + Rau ăn lá: Cải canh. Tên khoa học: Brassica juncea L., thuộc họ thập tự Cruciferae. Giống sử dụng trong thí nghiệm là giống cải canh vàng TG của Công ty giống cây trồng Miền Nam, thời gian sinh trưởng 28 - 30 ngày. + Rau ăn quả: Đậu côve leo. Tên khoa học: Phaseolus vulgaris L., thuộc họ Leguminoceae. Giống sử dụng trong thí nghiệm là giống Đậu côve leo hạt 5 đen cao sản của Công ty Cổ phần giống cây trồng Miền Nam. Thời gian sinh trưởng 50 - 60 ngày. + Rau ăn lá, củ: Cải củ. Tên khoa học: Raphanus sativus L., thuộc họ thập tự Cruciferae. Giống sử dụng trong thí nghiệm là giống cải củ lá ngắn số 13 của Trung Quốc được nhập khẩu bởi công ty giống rau quả Minh Tiến, Đống Đa, Hà Nội. Thời gian sinh trưởng là 40 - 50 ngày. 3.2.2. Đất, nước Nguồn nước tưới và đất trồng rau tại 5 địa điểm trên của thành phố Thái Nguyên 3.3. Thời gian nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện từ năm 2002 - 2007 4. Những đóng góp mới của đề tài 4.1. Ý nghĩa khoa học - Đóng góp về mặt lý luận cho việc giải thích các mối tương quan giữa hàm lượng các kim loại nặng trong đất, trong nước và hàm lượng của chúng trong phần sử dụng của một số loại rau. - Xem xét khả năng hấp thu NO 3- và kim loại nặng (Pb, Cd, As) trong nước tưới cho rau cải canh, cải củ và đậu côve leo trồng tại Thành phố Thái Nguyên. 4.2. Ý nghĩa thực tiễn - Đưa ra những dẫn liệu cơ bản về tình hình ô nhiễm N-NO3- và kim loại nặng (Pb, Cd, As) trong đất trồng, nước tưới và trong rau sản xuất ở thành phố Thái Nguyên. - Góp phần cung cấp cơ sở khoa học định hướng qui hoạch vùng sản xuất rau an toàn. - Đề xuất một số giải pháp để giảm thiểu sự tích luỹ nitrat và kim loại nặng trong rau. Chương 1 6 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ rau trên thế giới và Việt Nam Rau xanh là thực phẩm cần thiết không thể thiếu, là nguồn cung cấp cung cấp chủ yếu khoáng chất và vitamin, góp phần cân bằng dinh dưỡng trong bữa ăn hàng ngày của con người. Đồng thời rau là cây trồng mang lại hiệu quả kinh tế cao, là mặt hàng xuất khẩu quan trọng của nhiều nước trên thế giới. Vì vậy rau được coi là loại cây trồng chủ lực trong cơ cấu sản xuất nông nghiệp ở nhiều quốc gia. 1.1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ rau trên thế giới Trên thế giới rau là loại cây được trồng từ lâu đời. Người Hy Lạp. Ai Cập cổ đại đã biết trồng rau và sử dụng rau bắp cải như một nguồn thực phẩm. Từ năm 2000 trở lại đây diện tích trồng rau trên thế giới tăng bình quân mỗi năm trên 600.000 ha, sản lượng rau cũng tăng dần qua các năm. Theo FAO, 2006 [80]: Năm 2000 diện tích rau trên thế giới là 14.826.956 ha thì đến năm 2005 diện tích tăng lên 18.003.909 ha, sản lượng tăng từ 218.336.847 tấn lên đến 249.490.521 tấn. Rau được dùng kết hợp với các loại hoa quả thực phẩm rất tốt cho sức khoẻ do có chứa các loại vitamin, các chất chống ôxi hoá tự nhiên, có khả năng chống lại một số bệnh như ung thư. Do vậy nhu cầu tiêu thụ rau quả ngày càng tăng. Người dân Nhật Bản tiêu thụ rau quả nhiều hơn người dân của bất cứ quốc gia nào trên thế giới, mỗi năm Nhật Bản tiêu thụ 17 triệu tấn rau các loại, bình quân mỗi người tiêu thụ 100 kg/năm. Xu hướng hiện nay là sự tiêu thụ ngày càng nhiều các loại rau tự nhiên và các loại rau có lợi cho sức khoẻ. Trung bình trên thế giới mỗi người tiêu thụ 154 - 172g/ngày (FAO, 2006 [80]). Theo dự báo của Bộ nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) do tác động 7 của các yếu tố như sự thay đổi cơ cấu dân số, thị hiếu tiêu dùng và thu nhập dân cư, tiêu thụ nhiều loại rau sẽ tăng mạnh trong giai đoạn 2005 - 2010, đặc biệt là rau ăn lá. Việc tiêu thụ rau diếp và các loại rau ăn lá khác tăng 22 23%, trong khi mức tiêu thụ khoai tây và các loại rau ăn củ chỉ tăng 7 - 8 %. 1.1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ rau ở Việt Nam Việt nam có lịch sử trồng rau từ lâu đời, với điều kiện khí hậu rất thích hợp cho sinh trưởng, phát triển và tạo hạt của các loại rau, kể cả rau có nguồn gốc á nhiệt đới và ôn đới. Cho tới nay có khoảng 70 loài thực vật được sử dụng làm rau hoặc được chế biến thành rau. Riêng rau trồng có khoảng hơn 30 loài trong đó có khoảng 15 loài là chủ lực, trong số này có hơn 80% là rau ăn lá. Diện tích rau tập trung ở 2 vùng chính là vùng đồng bằng Sông Hồng và vùng đồng bằng Nam Bộ. Trong các loại rau thì rau muống được trồng phổ biến nhất trên cả nước, tiếp đến là bắp cải được trồng nhiều ở miền Bắc. Đối với nông dân, rau là loại cây trồng cho thu nhập quan trọng cho nông hộ (Hồ Thanh Sơn và cs, 2005[35]). Tuy vậy sản xuất rau của Việt Nam chủ yếu vẫn theo quy mô hộ gia đình khiến cho sản lượng hàng hóa không nhiều. Bên cạnh đó sản xuất phụ thuộc nhiều vào phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật và môi trường sản xuất bị ảnh hưởng khá lớn bởi chất thải công nghiệp, chất thải sinh hoạt. Việc chạy theo lợi nhuận, áp dụng thiếu chọn lọc các tiến bộ khoa học kỹ thuật cùng với sự thiếu hiểu biết của người trồng rau đã làm cho sản phẩm rau xanh bị ô nhiễm NO3-, kim loại nặng, vi sinh vật gây bệnh và hóa chất bảo vệ thực vật. Vấn đề ô nhiễm rau xảy ra ở hầu khắp các vùng trồng rau trong cả nước (Nguyễn Văn Hải và cs (2000) [14], Chiêng Hông, 2003 [20], Vũ Đình Tuấn và Phạm Quang Hà (2003) [50], Đặng Thị Vân và cs, 2003 [54]. Đó là những nguyên 8 nhân làm cho các sản phẩm rau của Việt Nam chưa hấp dẫn được người tiêu dùng trong nước cũng như người tiêu dùng quốc tế. Hiện nay vấn đề an toàn thực phẩm đang là nỗi lo của tất cả mọi người, mọi ngành. Rau là thực phẩm được sử dụng hàng ngày ở tất cả các gia đình, vì vậy để đảm bảo sức khoẻ người sử dụng trong những năm gần đây nhà nước, ngành nông nghiệp và các địa phương đã có rất nhiều chủ trương giải pháp nhằm nhanh chóng phát triển các mô hình trồng rau an toàn. Trên thực tế ở Việt Nam hiện nay có hai loại hình phát triển rau an toàn chủ yếu: + Thứ nhất là mô hình rau sạch trên diện tích hẹp đầu tư cao về cơ sở vật chất kỹ thuật. Đó là mô hình trồng rau trong nhà kính, nhà lưới, trồng rau thuỷ canh, trồng rau trên giá thể ..….Ưu điểm của những mô hình này là có thể trồng rau trái vụ, cho năng suất cao, tránh được những điều kiện thời tiết bất lợi, phù hợp chủ yếu với rau ăn lá và rau cao cấp. Nhược điểm lớn nhất của việc trồng rau theo mô hình này là đầu tư khá cao (đầu tư cho 1ha nhà lưới từ 250 - 300 triệu đồng, cho nhà kính hàng tỷ đồng) nên giá thành cao, qui mô thường nhỏ do vậy ít người tham gia sản xuất, lượng rau sạch không đáp ứng được đại bộ phận người tiêu dùng có thu nhập thấp nên rất khó mở rộng. + Thứ hai là mô hình phát triển rau an toàn trên diện rộng ngay tại đồng ruộng, bằng cách đầu tư chuyển giao kỹ thuật cho nông dân. Nhược điểm cơ bản là không trồng được rau trái vụ, hay bị tác động bất lợi của thời tiết, nhưng có ưu điểm là nhiều nông dân có thể tham gia áp dụng, diện tích và sản lượng thu hoạch lớn nên đáp ứng được nhu cầu của đông đảo người tiêu dùng, khai thác được các ưu thế của thời tiết nhiệt đới, giá thành thấp, tác động tích cực nhanh đến nông nghiệp, môi trường và cộng đồng xã hội, dễ mở rộng quy mô sản xuất. Đây được gọi là mô hình “sản xuất rau sach cộng đồng” đã được nghiên cứu ứng dụng và khởi xướng từ tỉnh Vĩnh Phúc thời kỳ 2000 – 2003, từ đó lan ra khá nhiều địa phương như Hà Nội, Thái Nguyên, Hải Dương, Bắc 9 Ninh, Bình Định, Khánh Hoà, Đà Lạt… Mô hình này hiện nay tỏ ra thích hợp, có hiệu quả. Mặc dù các cơ quan chức năng đã có rất nhiều cố gắng trong việc phát triển các mô hình rau an toàn nhưng mô hình rau an toàn cũng chỉ mới phát triển ở mức khiêm tốn. Theo Bộ NN & PTNT, sản lượng rau quả chiếm 13,2% tổng giá trị sản lượng nông nghiệp và 16% tổng giá trị trồng trọt trong cả nước nhưng sản lượng rau an toàn chỉ chiếm khoảng 5% và chỉ đáp ứng một phần nhỏ nhu cầu người tiêu dùng, các bếp ăn tập thể, các trường học và doanh nghiệp [Nguyễn Văn Dũng, 2006[8]). Có thể nói hiện nay việc sản xuất rau an toàn vẫn chưa phổ biến (Dương Thế Hùng, 2007[21]) (Thu Hương, 2005 [23]). Kết quả 3 năm triển khai dự án rau an toàn của Bộ NN và PTNT trên địa bàn 6 tỉnh Hà Nội, Hải Phòng, Hà Tây, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Hưng Yên đạt gần 16.000 ha chỉ chiếm 8,4% về diện tích và 7,7 % về sản lượng. Ngay như Hà Nội diện tích rau an toàn mới chiếm khoảng 44% và Vĩnh Phúc 17 % tổng diện tích rau trên địa bàn (Hà Tâm, 2006 [39]). Có rất nhiều nguyên nhân khiến cả người tiêu dùng và các cơ quan quản lý nhà nước nghi ngờ độ an toàn của rau, trong đó có 2 nguyên nhân chính: + Nguyên nhân thứ nhất là người nông dân sản xuất nhỏ lẻ, chưa áp dụng đầy đủ qui trình kỹ thuật trồng rau quả an toàn. Hiện tại ngay cả trên 40% vùng sản xuất rau an toàn của cả nước lượng vi sinh vật, hoá chất độc hại, kim loại nặng và thuốc bảo vệ thực vật tồn dư trong rau an toàn vẫn tồn tại, trong đó khoảng 4% vượt mức cho phép (Hà Linh, 2006[25]). + Nguyên nhân thứ hai là qui hoạch vùng sản xuất rau an toàn chưa hoàn thiện, ruộng rau an toàn vẫn bố trí xen kẽ với các thửa ruộng không theo qui trình. Bất cập nhất hiện nay là ruộng sản xuất rau theo đúng qui trình kỹ thuật nhưng lại nằm ngay trong vùng môi trường canh tác bị ô nhiễm. Hiện nay các 10 vùng sản xuất rau an toàn vẫn còn manh mún rất khó cho việc tổ chức sản xuất cũng như kiểm tra và tiêu thụ sản phẩm. Ngay như Hà Nội là một địa phương có tốc độ qui hoạch vùng rau an toàn nhanh hơn rất nhiều các địa phương khác nhưng diện tích rau an toàn vẫn trong tình trạng phân bố rải rác, xen lẫn với vùng trồng lúa và trồng rau truyền thống. Phần lớn diện tích rau an toàn của Hà nội được chuyển đổi từ đất trồng lúa, trồng hoa màu có tiền sử được sử dụng nhiều loại thuốc BVTV, phân hoá học….Do vậy khó tránh khỏi sự tác động ngược của các tồn dư hoá chất trong môi trường lên cây rau. Một cuộc khảo sát gần đây nhất, Hà Nội có 108/478 vùng rau với diện tích 932 ha chiếm 35,3% diện tích canh tác không đủ các điều kiện về đất, nước để sản xuất rau an toàn, 77 vùng có chỉ tiêu kim loại nặng trong nước tưới vượt quy định cho phép, trong đó 16 vùng tưới bằng nguồn nước ngầm và 61 vùng tưới bằng nguồn nước mặt; 36 vùng có chỉ tiêu về hàm lượng kim loại nặng trong đất vượt quy định cho phép (chủ yếu là đồng, cadimi và kẽm) (Cục trồng trọt Bộ NN và PTNT, 2007 [53]). Việc triển khai mô hình sản xuất rau an toàn của Thành phố Thái Nguyên cũng nằm trong tình trạng như vậy, các mô hình không được cách ly với vùng canh tác theo tập quán chung và môi trường canh tác bị ô nhiễm làm cho người tiêu dùng không tin tưởng vào chất lượng rau an toàn nên lượng tiêu thụ rất ít (Chi cục BVTV Thái Nguyên, 2003 [5]) Như vậy để có thể phát triển ngành sản xuất rau theo hướng an toàn và bền vững cần thiết phải có những biện pháp đồng bộ: Tập huấn nông dân về kỹ thuật, nâng cao ý thức cộng đồng, tiến hành kiểm tra chất lượng đất, nước để qui hoạch vùng sản xuất cách ly với các khu vực bị ô nhiễm, giám sát kiểm định chất lượng, quảng cáo thương hiệu ….. Bên cạnh đó phải có sự phối hợp chặt chẽ giữa các ngành, các cấp và người sản xuất như vậy việc triển khai mô hình sản xuất rau an toàn mới đạt hiệu quả cao. 11 1.2. Dinh dưỡng đạm cho rau và vấn đề tồn dư nitrat 1.2.1. Vai trò của N đối với sự sinh trưởng và phát triển của cây rau Tỷ lệ nitơ trong cây biến động từ 1 - 6 % trọng lượng chất khô. N là yếu tố quan trọng hàng đầu đối với cơ thể sống vì nó là thành phần cơ bản của các prôtêin - chất cơ bản biểu hiện sự sống. Nitơ nằm trong nhiều hợp chất cơ bản cần thiết cho sự phát triển của cây như diệp lục và các chất men. Các bazơ nitơ là thành phần cơ bản của axit nucleic, trong các ADN và ARN của nhân tế bào, nơi cư trú các thông tin di truyền đóng vai trò quan trọng trong việc tổng hợp prôtêin. Do vậy N là yếu tố cơ bản trong việc đồng hoá C, kích thích sự phát triển của bộ rễ và hút các yếu tố dinh dưỡng khác. Cây trồng được bón đủ đạm lá có màu xanh lá cây thẫm, sinh trưởng khỏe mạnh, chồi búp phát triển nhanh, năng suất cao. Theo Trần Vũ Hải (1998) [13]: Đối với rau, đạm là yếu tố tác động rất lớn đến sinh trưởng phát triển như chiều cao cây, diện tích lá. Với cải bẹ xanh khi sử dụng lượng đạm từ 120N - 180 N/ha thì chiều cao cây, chỉ số diện tích lá tăng dần. Nghiên cứu của Phạm Minh Tâm (2001) [38] với cải bẹ xanh trên nền đất xám cũng cho kết quả tương tự, chiều cao cây cải tăng dần khi tăng lượng đạm bón, ở mức 120 kg N/ha chiều cao cây là 23,70cm so với 10,50 cm khi không bón đạm, động thái ra lá, trọng lượng trung bình cây cũng tăng dần khi tăng lượng đạm bón, đạt cao nhất ở mức bón 120 kg N/ha. Cây thiếu đạm lá có màu vàng, sinh trưởng kém, còi cọc, có khi bị thui chột, thậm chí rút ngắn thời gian tích luỹ hoàn thành chu kỳ sống. Theo Bùi Quang Xuân và nnk (1996) [57]: với cải bắp liều lượng đạm có quan hệ chặt với năng suất ở mức 200 kg N/ha, năng suất cải bắp đạt cao nhất 430 tạ/ha, ở mức dưới 200 kg N/ha thì năng suất đạt thấp 320 tạ/ha. 12 Bón thừa đạm lá cây có màu xanh tối, thân lá mềm, tỷ lệ nước cao, dễ mắc sâu bệnh, dễ lốp đổ và thời gian sinh trưởng kéo dài. Bón nhiều đạm và không cân đối thì dẫn đến sự tích luỹ nitrat trong cây và làm ô nhiễm nitrat trong nước ngầm (Bùi Quang Xuân,1998 58, Vũ Hữu Yêm, 200559). 1.2.2. Quá trình chuyển hoá đạm trong cây Việc cung cấp nitơ và các chu trình vật chất trong tự nhiên phụ thuộc nhiều vào quá trình phân huỷ sinh học các hợp chất chứa nitơ trong môi trường. Toàn bộ nitơ trong chu trình nitơ sinh học diễn ra chủ yếu qua hoạt động cố định đạm của các vi khuẩn sống trong cây, các tảo lục và các vi khuẩn cộng sinh trong rễ của một số loài thực vật (ví dụ như Rhizobium có ở trong nốt sần của rễ một số loài họ đậu). Những sinh vật này có khả năng chuyển hoá N2 thành N-NH4+, mặc dù chiếm tỷ lệ nhỏ dòng nitơ trên toàn cầu, quá trình cố định đạm là nguồn cung cấp nitơ cao nhất cho cả sinh vật trên cạn và sinh vật thủy sinh. Cây trồng hút đạm ở cả hai dạng NH4+ và NO3-. Mức độ hấp thu nhiều N-NH4+ hoặc N-NO3- của cây trồng phụ thuộc vào tuổi, loại cây trồng, môi trường và các yếu tố khác. Một số loại rau như bắp cải, củ cải sử dụng được cả NH4+ và NO3- nhưng cải xoăn, cần tây, bí, các loại đậu sinh trưởng tốt hơn khi cung cấp đạm ở dạng NO 3-, các loại cây như cà chua, khoai tây lại thích hợp môi trường dinh dưỡng có tỷ lệ N-NO3-/N-NH 4+ cao. Nhiệt độ cũng ảnh hưởng rất lớn đến việc hấp thu N-NO3- hơn N-NH4+, đặc biệt ở nhiệt độ 216 0C (Vaast và cs,1998 [113]). 1.2.3. Độc tính của Nitrat Sự tích luỹ NO3- cao trong mô cây không gây độc đối với cây nhưng khi sử dụng cây có hàm lượng NO3- cao có thể làm hại gia súc và con người đặc biệt là trẻ em do NO3- được tích lũy trong bộ máy tiêu hoá có khả năng khử thành NO2-: 13 2H + + 2e = H 2O NO3- + 2e + 2H + = NO 2- + NAD+ + H2O Trong dạ dày con người, do tác dụng của hệ vi sinh vật, các loại enzym và do các quá trình hoá sinh mà NO2- dễ dàng tác dụng với các acid amin tự do tạo thành Nitrosamine gây nên ung thư, đặc biệt là ung thư dạ dày (Bùi Quang Xuân và cs, 1996 [57], Ramos, 1994[69]). Các acid amin trong môi trường acid yếu (pH = 3 - 6), đặc biệt với sự có mặt của NO2- sẽ dễ dàng bị phân huỷ thành andehyt và acid amin bậc 2 từ đó tiếp tục chuyển thành nitrosamine. Ngày nay nhiều tác giả nhắc đến nitrosamine như là một tác nhân làm sai lệch nhiễm sắc thể, dẫn đến truyền đạt sai thông tin di truyền gây nên các bệnh ung thư khác nhau. Trong máu NO 2- ngăn cản sự kết hợp của O2 với hemoglobin ở quá trình hô hấp, quá trình này được lặp lại nhiều lần vì vậy mỗi iôn NO2- có thể biến rất nhiều phân tử hemoglobin thành methaemoglobin. Methaemoglobin được tạo thành do oxyhemoglobin đã ôxyhoá Fe2+ thành Fe3+ làm cho phân tử hemoglobin mất khả năng kết hợp với oxy tức là việc trao đổi khí của hồng cầu không được thực hiện (Wite 1975) [116]. Cơ chế này dễ dàng xảy ra với trẻ nhỏ đặc biệt là trẻ có sức khoẻ yếu, tiêu hoá kém vì trẻ em còn thiếu các enzym cần thiết để khử NO2- xuống N2 và NH3 rồi thải ra ngoài. 1.2.4. Những yếu tố gây tồn dư NO3- trong rau xanh Theo các nhà khoa học thì có đến 20 yếu tố gây tồn dư nitrat trong nông sản như: nhiệt độ, ánh sáng, đất đai, nước tưới, biện pháp canh tác….. nhưng nguyên nhân chủ yếu được các nhà nông học khẳng định đó là phân bón đặc biệt là phân đạm, do sử dụng không đúng: bón với liều lượng quá cao, bón sát thời kỳ thu hoạch, bón không cân đối với lân, kaly và vi lượng. 14 1.2.4.1. Ảnh hưởng của phân bón + Phân đạm: Trong các loại phân bón dùng cho cây trồng thì phân đạm được sử dụng nhiều nhất và cũng là yếu tố then chốt quyết định năng suất cây trồng. Thực tế cây trồng được cung cấp đủ đạm sẽ phát triển mạnh, tổng hợp được nhiều chất tạo nên sinh khối và tăng sản phẩm. Nhưng bón nhiều đạm trong điều kiện quang hợp, hô hấp kém, không đủ xetoaxid để chuyển hóa N-NO3- thành N-NH4+ rồi thành axitamin, N sẽ tích luỹ trong cây ở dạng Nitrat hoặc Cyanogen. * Ảnh hưởng của liều lượng đạm bón đến năng suất và tồn dư NO3- trong rau Ở Việt Nam do chạy theo năng suất và lợi nhuận, người sản xuất đã lạm dụng phân đạm. Trong khi sử dụng phân đạm theo chiều hướng gia tăng thì việc sử dụng phân lân và phân ka ly rất ít, phối hợp theo tỷ lệ không hợp lý điều đó đã làm cho hàm lượng nitrat trong thương phẩm rất cao. Kết quả điều tra ở 3 huyện Thanh Trì, Gia Lâm và Đông Anh của thành phố Hà Nội năm 2000, Đinh Văn Hùng và nnk (2005) [22] cho biết: nông dân sử dụng lượng đạm lớn và mất cân đối với phân lân và kali; đặc biệt đối với cây rau đậu, lượng phân đạm sử dụng phổ biến ở mức 500 kg N/ha với xu hào, bắp cải là 550 kg N/ha, cà chua là 640 kg N/ha. Đặng Thu Hoà (2002) [18] khi khảo sát tình hình sử dụng phân bón cho rau ở một số vùng chuyên canh rau của Hà nội cũng cho kết quả tương tự, lượng phân đạm nông dân sử dụng thường gấp từ 2-3 lần so với qui trình sản xuất rau an toàn, trong khi đó phân lân và kali sử dụng rất ít thậm chí không sử dụng. Các kết quả nghiên cứu đều khẳng định sử dụng lượng lớn phân đạm và không hợp lý là nguyên nhân dẫn đến hàm lượng nitrat cao trong sản phẩm. 15 Theo Tạ Thu Cúc (1996) [7] khi bón phân đạm vào đã làm tăng tồn dư NO3- trong cà chua từ 370 mg/kg lên 485 mg/kg và hành tây từ 72,8 mg/kg lên 87,4 mg/kg. Tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của lượng đạm bón đối với sự tích luỹ nitrat trong rau cải bẹ xanh trên nền đất xám tại thành phố Hồ Chí Minh, Phạm Minh Tâm (2001) [38] cho thấy năng suất cải bẹ xanh tăng dần khi tăng lượng đạm bón, cao nhất ở mức bón 150 kg N/ha, tuy vậy thì hàm lượng NO3trong rau khi thu hoạch quan hệ chặt với lượng đạm bón, từ 31,7mg NO 3-/kg rau tươi ở mức 0 kg N/ha lên 524,9 mg NO3-/kg ở mức 180 kg N/ha. Kết quả nghiên cứu của Đặng Thu Hoà (2002) [18] trên đất phù sa Sông Hồng cũng cho kết quả tương tự, tăng lượng đạm bón làm tăng sự tích luỹ nitrat trong rau, với rau muống tăng mức đạm bón từ 120 kg N/ha lên 180 kg N/ha thì hàm lượng NO 3- trong rau tăng lên thêm 250 mg/kg rau. * Ảnh hưởng của thời gian bón thúc đạm lần cuối đến thu hoạch tới mức độ tích luỹ NO3- trong rau xanh. Ngoài việc sử dụng một lượng lớn phân đạm thì thời gian kết thúc bón đạm trước thu hoạch cũng là một hiện tượng rất phổ biến ở tất cả các vùng trồng rau trong cả nước. Nông dân thường thu hoạch rau chỉ sau khi bón đạm 3 - 7 ngày (Tạ Thu Cúc, 1996 [7]),(Trần Vũ Hải, 1998 [13]), (Đặng Thu Hòa, 2002 [18]), (Phạm Minh Tâm, 2001 [38]). Người sản xuất hầu như không quan tâm đến tồn dư nitrat trong rau mà thời gian thu hoạch do thị trường quyết định, đặc biệt vào mùa khan hiếm rau. Nhiều kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng, tồn dư NO 3- trong rau liên quan chặt chẽ tới sự cung cấp đạm và quá trình quang hợp trước lúc thu hoạch. Nếu có đủ thời gian và điều kiện để cây quang hợp mạnh tạo ra glucid và hô hấp tạo ra acetoacid thì hàm lượng NO 3- trong cây không đến mức gây độc. Do đó thời gian bón đạm trước khi thu hoạch quyết định đến tồn dư 16 nitrat trong rau. Tuy vậy khả năng hấp thụ N và tích luỹ NO3- nhanh hay chậm còn phụ thuộc vào từng loại rau. Hầu hết các loại rau có hàm lượng NO3- đạt cao nhất sau khi bón thúc đạm lần cuối từ 3 - 10 ngày. Nghiên cứu về vấn đề này, Nguyễn Văn Hiền và cs (1994) [17] đã kết luận: Hàm lượng nitrat ở cải bắp đạt cao nhất vào ngày thứ 7 kể từ khi bón thúc lần cuối ở tất cả các liều lượng đạm khác nhau và chỉ thu hoạch sau 14 ngày thì hàm lượng nitrat trong cải bắp mới giảm hẳn dưới ngưỡng an toàn. Theo Lê Văn Tán và cs (1998) [37] tồn dư nitrat trong rau thương phẩm còn phụ thuộc vào khả năng tích luỹ của từng loại rau. Tồn dư nitrat trong rau ăn lá và rau ăn quả cao nhất trong khoảng thời gian từ 10 - 15 ngày từ lúc bón lần cuối đến khi thu hoạch, đối với rau ăn củ là khoảng 20 ngày. Thời gian bón thúc sau cùng càng xa ngày thu hoạch thì lượng nitrat trong rau càng giảm. Khi nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian bón thúc đạm lần cuối đối với một số loại rau trồng phổ biến tại Tỉnh Lâm Đồng, tác giả Bùi Cách Tuyến (1998) [51] cho biết: + Đối với xà lách: tồn dư nitrat đạt cao nhất khoảng 21 ngày khi ngừng bón (1569 mg NO3-/kg rau tươi) sau đó giảm dần theo thời gian và đến 25 ngày thì giảm hẳn dưới ngưỡng cho phép (426 mg NO 3-/kg rau tươi) + Đối với đậu Hà lan, đậu côve: tồn dư nitrat đạt cao nhất vào thời điểm 7 ngày sau bón thúc lần cuối và được giảm dần ở các ngày sau đó, nhưng nếu bón đạm ở mức cao (>300 kg N/ha) thì sau 10 ngày tồn dư nitrat mới giảm tới mức cho phép. + Đối với cà rốt: tồn dư nitrat được tích luỹ cao nhất ở thời điểm 20 ngày sau khi ngừng bón N và sẽ giảm dần ở các ngày tiếp theo. Kết quả nghiên cứu của Bùi Quang Xuân (1998) [58] cũng cho thấy hàm lượng nitrat trong cải bắp thực sự giảm sau 16 - 20 ngày bón N lần cuối, nếu 17 hoà phân đạm vào nước tưới thì thời gian bón thúc lần cuối rút ngắn hơn từ 2 - 4 ngày. Phạm Minh Tâm (2001) [38] khi nghiên cứu trên rau cải xanh tại thành phố Hồ Chí Minh cũng cho kết quả: với mức bón 90 kg N/ha thì hàm lượng nitrat trong cải bẹ xanh đạt cực đại ở 16 ngày sau bón thúc đạm lần cuối và giảm mạnh ở các ngày tiếp theo. Kết quả nghiên cứu trong thí nghiệm chậu vại trên nền đất phù sa Sông Hồng tại Hà Nội, Đặng Thu Hoà (2001) [18] cho biết: Đối với rau muống ở mức bón 120 - 210 kg N/ha thì hàm lượng nitrat trong rau muống đạt cao nhất trong khoảng 7 - 10 ngày sau bón thúc đạm lần cuối giảm dần ở những ngày tiếp theo, với xà lách và dưa chuột hàm lượng nitrat đạt cao nhất ở ngày thứ 3 - 5. * Ảnh hưởng của dạng đạm bón đến tồn dư nitrat trong rau Bón dạng đạm khác nhau (NH4+ hoặc NO 3-) cũng có ảnh hưởng khác nhau đến sự tích luỹ nitrat trong cây. Các tác giả Chuphan và cs (1967) [70]. Venter và cs (2007) [112] cho rằng bón phân đạm dạng NO3- làm tích luỹ NO3- trong rau cao hơn dạng đạm NH 4+ và sử dụng phân bón CaCN2 (canxixianamit) thì hàm lượng NO3- trong rau đạt thấp nhất. Theo Phạm Minh Tâm (2001) [38] cùng với mức đạm bón là 90N/ha, với cải bẹ xanh khi bón dạng đạm NH 4NO 3 và urê sự tích luỹ đạm trong rau cao hơn so với khi bón phân NPK và (NH4)2SO4. + Phân lân: Trong cây tỷ lệ P biến động từ 0,1 – 0,4% chất khô, trong đó P ở dạng hữu cơ là chính. Lân hữu cơ đa dạng đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất, hút chất dinh dưỡng. Dạng hợp chất cao năng chứa lân quan trọng nhất, phổ biến nhất là ATP và ADP cần cho quá trình quang hợp, khử NO 3 trong cây, tổng hợp prôtêin và các hợp chất quan trọng khác. 18 Vai trò của lân đối với sự tích luỹ NO3- trong cây cũng đã được rất nhiều nghiên cứu khẳng định. Khi sử dụng phân lân ở các mức khác nhau đối với bắp cải và cà chua trên nền bón đạm tại Đông Anh (Hà Nội), Bùi Quang Xuân và cs (1996) [57] cho thấy: Với cải bắp, cùng với mức bón đạm nếu không bón lân hàm lượng N - NO3- trong rau khi thu hoạch là 982 mg/kg tươi. Nếu bón 60 P2O5/ha thì hàm lượng N-NO 3- trong rau giảm xuống 540 mg/kg, và ở mức bón 120 P2O5/ha thì hàm lượng N- NO 3- trong rau khi thu hoạch với rau cải bắp là 480 mg/kg tươi. Như vậy bón phân lân có tác dụng tăng cường chuyển hoá đạm khoáng thành đạm prôtit làm giảm sự tích luỹ NO3- trong rau. Tuy vậy tại các vùng trồng rau hiện nay lượng phân lân sử dụng rất ít thường chỉ đạt khoảng 50% so với qui trình sản xuất rau an toàn, như cà chua 21 - 40 kg P2O 5/ha trong khi qui trình rau an toàn là 85 kg P2O5/ha, đậu côve là 30 - 40 kg P2O 5/ha so với qui trình là 60 kg P2O5/ha (Đặng Thu Hoà, 2003[18]). Như vậy sử dụng phân lân ít trong khi đó phân đạm sử dụng với mức cao nên dẫn đến sự tích luỹ nitrat cao trong sản phẩm. + Phân kali: Cũng như lân, nông dân hầu như chưa có thói quen sử dụng phân kaly. Các kết quả điều tra đều cho thấy lượng phân kaly bón cho rau thường rất ít, thậm chí không bón. Các nghiên cứu đã khẳng định cùng với phân lân, phân kali được bón kết hợp cùng với phân đạm cũng có tác dụng làm giảm sự tích luỹ nitrat trong thương phẩm: Theo Bardy (1985), kali làm tăng quá trình khử nitrat trong cây. Bón đạm kết hợp thêm phân kali sẽ làm giảm tích luỹ NO3- trong rau rõ rệt hơn khi chỉ bón riêng rẽ đạm. Tạ Thu Cúc (1996) [7], khi tăng liều lượng kali, hàm lượng NO 3- trong cải bắp giảm xuống, bón thúc phân kali cho rau khi sinh trưởng và phát dục mạnh sẽ làm giảm hàm lượng nitrat trong cây. Theo Bùi Quang Xuân và nnk (1996) [57]: nếu bón đạm đơn độc ở mức 90 kg N/ha cho cải bắp thì hàm lượng nitrat trong rau là 930 mg NO 3-/kg, 19 nhưng nếu vẫn mức bón đạm đó được kết hợp thêm 100 K2O/ha thì hàm lượng nitrat trong cải bắp giảm xuống chỉ còn 480 mg NO 3-/kg. + Phân hữu cơ: Việc bón phân hoá học chỉ là biện pháp trước mắt, tức thời, nếu chỉ bón đơn thuần phân hoá học thì về lâu dài đất sẽ bị bạc màu, sức sản xuất của đất giảm. Bón phân hữu cơ nhằm cân đối dinh dưỡng và cơ chất cho đất tăng cường độ màu mỡ tự nhiên của đất. Hướng tới mục tiêu “nông nghiệp bền vững” thì biện pháp ổn định hàm lượng hữu cơ trong đất là rất quan trọng. Đối với đất trồng rau nếu thời gian canh tác lâu dài và liên tục, sử dụng phân đạm hóa học, sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật, không bón phân hữu cơ sẽ làm cho đất chai cứng, giảm độ xốp, độ thoáng khí, giảm khả năng thấm thoát nước, khi sự phát triển của hệ rễ bị giới hạn sẽ ảnh hưởng đến hấp thu dinh dưỡng của rau. Ngoài ra phân hữu cơ còn là nguồn cung cấp dinh dưỡng tổng hợp đa, trung, vi lượng, các vitamin, kích thích tố sinh trưởng…làm tăng chất lượng nông sản, tăng cường hoạt động các vi sinh vật đất, các quá trình chuyển hóa, tuần hoàn chất dinh dưỡng, sự cố định đạm, sự nitrat hóa và sự phân hủy các chất độc hại…Phân hữu cơ ở một thời điểm nhất định có sự giải phóng đạm vì vậy ngoài chức năng cải tạo đất phân hữu cơ còn là nguồn cung cấp đạm cho cây, vì vậy cũng như đạm nếu sử dụng phân hữu cơ với lượng quá cao, đạm được giải phóng nhiều vào giai đoạn cuối sẽ gây tồn dư NO3- cao trong sản phẩm. Theo Bùi Quang Xuân và cs (1996) [57] cùng với liều lượng phân vô cơ, bón thêm phân chuồng đã làm tăng hàm lượng nitrat trong cải bắp, nếu bón liều lượng quá cao 45 tấn PC/ha thì hàm lượng nitrat trong cải bắp tăng mạnh, liều lượng thích hợp nhất để tăng năng suất và an toàn là 15 tấn PC/ha. Phương pháp bón phân chuồng cũng ảnh hưởng rõ đến hàm lượng nitrat trong rau: bón lót 50% và bón thúc 50% lượng phân chuồng làm tăng hàm