Nghiên cứu tích lũy CADIMI trong lúa gạo trồng trên đất phù sa đồng bằng sông Hồng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

VŨ THỊ KHẮC

NGHIÊN CỨU TÍCH LŨY CADIMI TRONG LÚA GẠO
TRỒNG TRÊN ĐẤT PHÙ SA ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2023


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

VŨ THỊ KHẮC

NGHIÊN CỨU TÍCH LŨY CADIMI TRONG LÚA GẠO
TRỒNG TRÊN ĐẤT PHÙ SA ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

Ngành: Môi trường đất và nước
Mã số: 9440303

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1. PGS.TS. NGUYỄN THỊ HẰNG NGA
2. TS. ĐINH THỊ LAN PHƯƠNG

HÀ NỘI, NĂM 2023


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả
nghiên cứu và các kết luận trong luận án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ tài liệu
nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu
tham khảo đúng quy định.
Tác giả luận án

Vũ Thị Khắc

i


LỜI CẢM ƠN
Luận án được kế thừa một phần số liệu của đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ, mã số
HĐ 89-2019/KHCN-BNN “Nghiên cứu cơ sở khoa học xây dựng bộ thông số chất lượng
nước tưới cho một số loại cây trồng chính lúa, ngơ, đậu tương, lạc và rau”. Tác giả xin
trân trọng gửi lời cảm ơn đến cơ quan tài trợ và ban chủ nhiệm đề tài;
Luận án được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Thị Hằng Nga và TS.
Đinh Thị Lan Phương - giảng viên trường Đại học Thủy lợi, tác giả xin trân trọng gửi
lời cảm ơn tới tập thể giáo viên hướng dẫn;
Luận án được thực hiện dưới sự quản lý chuyên môn của Bộ môn Kỹ thuật và Quản lý
Môi trường - Khoa Hóa và Mơi trường, Phịng Đào tạo trường Đại học Thủy Lợi, tác
giả xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa, bộ môn và nhà trường;
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học trong và ngồi nước đã định hướng, góp
ý cho tác giả để hoàn thiện luận án;
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Viện Khoa học Công nghệ và Môi trường - Liên minh
HTX Việt Nam đã tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận án;

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Thủy lợi đã tạo điều kiện
về cơ sở vật chất và nhiều sự hỗ trợ khác để tác giả thực hiện luận án;
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến bố mẹ, người thân trong gia đình, bạn bè
và đồng nghiệp đã ln động viên tinh thần để tác giả hoàn thành luận án.

ii


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH................................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................x
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................3
4. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................................3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................................4
6. Cấu trúc luận án .......................................................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................6
1.1 Tổng quan về nguồn gốc, cơ chế tích lũy và ảnh hưởng của Cd đến lúa gạo .......6
1.1.1 Nguồn gốc phát sinh Cd trong đất và nước ....................................................6
1.1.2 Cơ chế tích lũy Cd trong lúa gạo ....................................................................7
1.1.3 Ảnh hưởng của Cd đối với sinh trưởng của lúa và chất lượng hạt ...............12
1.1.4 Tiêu chuẩn giới hạn cho phép của Cd trong đất, nước và gạo .....................15
1.2 Tổng quan về ô nhiễm Cd trong đất nông nghiệp, nước tưới và lúa gạo ............16
1.2.1 Tổng quan nghiên cứu về thực trạng Cd trong đất và nước tưới .................16
1.2.1.1 Tổng quan nghiên cứu về thực trạng Cd trong đất ................................16
1.2.1.2 Tổng quan nghiên cứu đánh giá thực trạng Cd trong nước tưới ...........19

1.2.2. Tổng quan nghiên cứu về tích lũy Cd trong lúa gạo ...................................21
1.3 Tổng quan các giải pháp xử lý ô nhiễm Cd trong đất và lúa gạo ........................26
1.3.1 Các giải pháp xử lý ô nhiễm Cd trong đất ....................................................26
1.3.1.1 Giải pháp hoá học ..................................................................................26
1.3.1.2 Giải pháp thực vật..................................................................................26
1.3.1.3 Giải pháp vi sinh vật ..............................................................................27
1.3.2 Các giải pháp hạn chế tích luỹ Cd trong lúa gạo ..........................................28
1.3.2.1 Sử dụng than sinh học ...........................................................................28
1.3.2.2 Sử dụng chất cải tạo đất.........................................................................29
iii


1.3.2.3 Công nghệ gen .......................................................................................30
1.3.2.4 Sử dụng silic (Si) hạn chế tích lũy Cd trong lúa gạo .............................30
1.4 Tổng quan về vùng đồng bằng sông Hồng ..........................................................32
1.4.1 Đặc điểm tự nhiên.........................................................................................32
1.4.1.1 Đặc điểm địa hình ..................................................................................32
1.4.1.2 Đặc điểm thổ nhưỡng.............................................................................33
1.4.1.3 Đặc điểm khí hậu ...................................................................................34
1.4.2 Hiện trạng dân sinh kinh tế xã hội ................................................................36
1.4.3 Thực trạng ô nhiễm nước tưới vùng đồng bằng sông Hồng.........................37
1.4.4 Đặc điểm canh tác lúa gạo vùng đồng bằng sông Hồng ..............................38
1.5 Luận giải vấn đề nghiên cứu của luận án ............................................................41
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................42
2.1

Cơ sở khoa học lựa chọn các thí nghiệm thực hiện trong luận án ...................42

2.1.1 Lựa chọn loại đất ..........................................................................................42
2.1.2 Lựa chọn giống lúa Bắc thơm số 7 ...............................................................42

2.1.3 Lựa chọn giới hạn hàm lượng Cd trong nước tưới thí nghiệm ....................42
2.1.4 Lựa chọn vật liệu rơm rạ và than sinh học từ vỏ trấu ...................................43
2.1.5 Lựa chọn tỷ lệ phối trộn vật liệu trong thí nghiệm hạn chế tích luỹ Cd trong
gạo..........................................................................................................................44
2.2 Đối tượng và vật liệu thí nghiệm ........................................................................45
2.2.1 Đất nền thí nghiệm .......................................................................................45
2.2.1.1 Thí nghiệm trong nhà lưới .....................................................................45
2.2.1.2 Thí nghiệm đồng ruộng .........................................................................45
2.2.2 Nước tưới và kỹ thuật tưới ...........................................................................45
2.2.2.1 Thí nghiệm trong nhà lưới .....................................................................45
2.2.2.2 Thí nghiệm đồng ruộng .........................................................................47
2.2.3 Cây trồng ......................................................................................................48
2.2.4 Vật liệu giàu Si .............................................................................................48
2.2.5 Phân bón và hóa chất ....................................................................................48
2.3 Bố trí thí nghiệm ..................................................................................................49
2.3.1 Bố trí thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của Cd đến sinh trưởng, năng suất lúa
và tích lũy trong gạo ..............................................................................................49

iv


2.3.2 Bố trí thí nghiệm nghiên cứu sử dụng vật liệu giàu Si để giảm thiểu tích lũy
Cd trong gạo ..........................................................................................................51
2.3.3 Phương pháp lấy mẫu, phân tích mẫu ..........................................................53
2.3.4 Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................56
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................58
3.1 Hàm lượng Cd trong đất và nước tưới khu vực thí nghiệm ................................58
3.1.1 Hàm lượng Cd trong nước tưới kênh Cầu Bây ............................................58
3.1.2 Giá trị pH và hàm lượng Cd trong đất khu vực thí nghiệm .........................59
3.2 Tích luỹ Cd trong đất dưới ảnh hưởng của nước tưới ơ nhiễm ...........................60

3.2.1 Tích lũy Cd trong đất trồng lúa dưới ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm ....60
3.2.1.1 Thí nghiệm trong nhà lưới .....................................................................60
3.2.1.2 Thí nghiệm đồng ruộng .........................................................................61
3.3. Kết quả nghiên cứu về tích lũy Cd trong các bộ phận của lúa gạo ....................63
3.3.1. Kết quả nghiên cứu thí nghiệm trong nhà lưới ............................................63
3.3.1.1 Vụ hè thu năm 2019 ..............................................................................66
3.3.1.2 Vụ đông xuân năm 2020........................................................................70
3.3.1.3

Vụ hè thu năm 2020 ...........................................................................75

3.3.1.4 Vụ đông xuân năm 2021........................................................................79
3.3.2. Kết quả nghiên cứu thí nghiệm đồng ruộng ................................................84
3.3.2.1 Vụ hè thu năm 2019 ..............................................................................86
3.3.2.2 Vụ đông xuân năm 2020........................................................................87
3.3.2.3 Vụ hè thu năm 2020 ..............................................................................88
3.3.2.4 Vụ đông xuân năm 2021........................................................................89
3.3.3 Đánh giá sự tích luỹ Cd trong các bộ phận của cây lúa giữa thí nghiệm nhà
lưới và đồng ruộng.................................................................................................89
3.3.3.1 Đánh giá sự tích luỹ Cd trong rễ ...........................................................89
3.3.3.2 Đánh giá sự tích luỹ Cd trong thân ........................................................92
3.3.3.3 Đánh giá sự tích luỹ Cd trong gạo .........................................................93
3.3.3.4 Hàm lượng Cd tích lũy trong các bộ phận của cây ...............................94
3.4. Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm Cd đến sinh trưởng và
năng suất của lúa gạo .................................................................................................97
3.4.1. Kết quả thí nghiệm trong nhà lưới...............................................................97

v

3.4.1.1 Sinh trưởng và phát triển của lúa gạo ....................................................97
3.4.1.2 Năng suất của lúa.................................................................................102
3.4.2. Kết quả thí nghiệm đồng ruộng .................................................................103
3.4.2.1 Sinh trưởng của lúa..............................................................................103
3.4.2.2 Năng suất của lúa.................................................................................104
3.5 Kết quả nghiên cứu sử dụng vật liệu giàu Si để hạn chế tích luỹ Cd vào gạo ..106
3.5.1 Tính chất của rơm rạ và than sinh học sử dụng trong thí nghiệm ..............106
3.5.2 Giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo bằng rơm rạ ...........................................110
3.5.3 Giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo bằng than sinh học vỏ trấu ....................112
3.5.4 Biện pháp giảm thiểu tích lũy Cd trong gạo bằng phối trộn than sinh học và
rơm rạ...................................................................................................................114
KẾT LUẬN .................................................................................................................118
1.

Tóm tắt các kết quả đã đạt được của luận án...................................................118

2.

Đóng góp mới của luận án ...............................................................................119

3.

Những tồn tại của luận án ................................................................................119

4.

Kiến nghị .........................................................................................................120

DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ ............................................................121
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................122

PHỤ LỤC ....................................................................................................................139

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mơ hình chuyển vị và tích lũy Cd trong các bộ phận của cây trước và sau khi
trổ bơng ..........................................................................................................................10
Hình 1.2 Ảnh hưởng của Cd đối với thực vật ...............................................................12
Hình 1.3 Sơ đồ lấy mẫu gạo tại Đồng bằng sơng Hồng ................................................23
Hình 1.4 Phạm vi vùng Đồng bằng sơng Hồng .............................................................32
Hình 3.1 Hàm lượng Cd trong đất sau khi thu hoạch tại thí nghiệm nhà lưới ..............61
Hình 3.2 Hàm lượng Cd trong đất sau thu hoạch trên ruộng ........................................62
Hình 3.3 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ lúa vụ hè thu năm 2019 ...............................66
Hình 3.4 Hàm lượng Cd tích luỹ trong thân vụ hè thu năm 2019 .................................68
Hình 3.5 Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo vụ hè thu năm 2019 ..................................69
Hình 3.6 Tương quan nồng độ Cd bổ sung vào nước tưới và hàm lượng Cd trong gạo
.......................................................................................................................................70
Hình 3.7 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ lúa vụ đơng xn năm 2020 ........................71
Hình 3.8 Hàm lượng Cd tích luỹ trong thân vụ đơng xn năm 2020 ..........................72
Hình 3.9 Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo vụ đơng xn năm 2020 ...........................73
Hình 3.10 Tương quan nồng độ Cd bổ sung vào nước tưới và hàm lượng Cd trong gạo
.......................................................................................................................................74
Hình 3.11 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ lúa vụ hè thu năm 2020 .............................75
Hình 3.12 Hàm lượng Cd tích luỹ trong thân lá vụ hè thu năm 2020 ...........................77
Hình 3.13 Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo vụ hè thu năm 2020 ................................78
Hình 3.14 Tương quan nồng độ Cd bổ sung vào nước tưới và hàm lượng Cd trong gạo
– Hè thu 2020 ................................................................................................................79
Hình 3.15 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ lúa vụ đơng xn năm 2021 ......................80
Hình 3.16 Hàm lượng Cd tích luỹ trong thân lá vụ đơng xn năm 2021 ....................81

Hình 3.17 Hàm lượng Cd tích luỹ trong gạo vụ đơng xuân năm 2021 .........................82
Hình 3.18 Tương quan nồng độ Cd bổ sung vào nước tưới và hàm lượng Cd trong gạo
– Đơng xn 2021..........................................................................................................83
Hình 3.19 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận vụ hè thu năm 2019 ...................86
Hình 3.20 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận vụ đông xuân năm 2020 ............87

vii


Hình 3.21 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận vụ hè thu năm 2020 ...................88
Hình 3.22 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận vụ đơng xn năm 2021 ............89
Hình 3.23 Hàm lượng Cd tích luỹ trong rễ ở 3 thời kỳ sinh trưởng ở CT2 – nhà lưới .90
Hình 3.24 Hàm lượng Cd trong rễ trong 3 giai đoạn sinh trưởng – đồng ruộng...........91
Hình 3.25 Hàm lượng Cd trong thân trong 3 giai đoạn sinh trưởng của TN đồng ruộng
và nhà lưới .....................................................................................................................92
Hình 3.26 Hàm lượng Cd trong gạo trong 4 vụ theo 2 mơ hình thí nghiệm .................93
Hình 3.27 Hàm lượng Cd tích luỹ trong các bộ phận ...................................................94
Hình 3.28 Chiều cao cây lúa dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd .......................98
Hình 3.29 Số lượng lá lúa theo thời gian dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd ....99
Hình 3.30 Số lượng nhánh cây theo thời gian dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd
.....................................................................................................................................100
Hình 3.31 Chỉ số diệp lục theo thời gian dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd ..101
Hình 3.32 Năng suất hạt dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd ............................103
Hình 3.33 Chiều cao cây lúa theo thời gian dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd
.....................................................................................................................................104
Hình 3.34 Năng suất hạt dưới ảnh hưởng của nước tưới nhiễm Cd trên đồng ruộng .105
Hình 3.35 Độ pH của đất sau thí nghiệm phối trộn vật liệu ........................................107
Hình 3.36 Hàm lượng Si tồn tại trong đất sau thí nghiệm phối trộn vật liệu ..............108
Hình 3.37 Ảnh chụp Si trong mẫu đất CT5 .................................................................110
Hình 3.38 Ảnh chụp Si trong mẫu đất CT6 .................................................................110

Hình 3.39 Hàm lượng Cd tích lũy trong gạo tại cơng thức phối trộn rơm rạ ..............111
Hình 3.40 Hàm lượng Cd tích lũy trong gạo tại cơng thức phối trộn than sinh học ...112
Hình 3.41 Ảnh chụp Si trong mẫu gạo CF2 ................................................................113
Hình 3.42 Ảnh chụp Si trong mẫu gạo CT5 ................................................................113
Hình 3.43 Hàm lượng Cd tích lũy trong gạo tại cơng thức phối trộn than sinh học và
rơm rạ...........................................................................................................................114
Hình 3.44 Ảnh chụp Si trong mẫu gạo CT9 ................................................................115

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Tổng hợp các tiêu chuẩn giới hạn cho phép Cd trong đất, nước và gạo ........15
Bảng 1.2 Hàm lượng Cd trong gạo ở các tỉnh Bắc Trung Bộ .......................................24
Bảng 1.3 Đặc điểm phẫu diện đất khu vực nghiên cứu .................................................33
Bảng 1.4 Tính chất đất đại diện của khu vực nghiên cứu .............................................34
Bảng 1.5 Hàm lượng Cd và pH trong nước tưới trên các hệ thống thuỷ lợi vùng ĐBSH
.......................................................................................................................................37
Bảng 1.6 Kỹ thuật bón phân cho cây lúa ở đồng bằng sông Hồng [208] ......................38
Bảng 2.1 Công thức pha nước tưới................................................................................46
Bảng 2.2 Tổng lượng Cd được tưới trong mỗi vụ thí nghiệm .......................................46
Bảng 2.3 Kết quả quan trắc nước tưới hàm lượng Cd (mg/L) trong nước tưới ............47
Bảng 2.4 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong các vật liệu bổ sung vào thí nghiệm ..............48
Bảng 2.5 Cơng thức thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của Cd đối với sinh trưởng và năng
suất lúa gạo ....................................................................................................................50
Bảng 2.6 Chuẩn bị đất trồng cho các cơng thức thí nghiệm .........................................52
Bảng 2.7 Phương pháp phân tích ...................................................................................54
Bảng 2.8 Thiết bị sử dụng phân tích..............................................................................56
Bảng 3.1. Hàm lượng Cd và pH trong nước tưới tại khu vực thí nghiệm .....................58
Bảng 3.2. Hàm lượng Cd và pH trong đất trồng lúa khu vực nghiên cứu.....................59

Bảng 3.3 Hàm lượng Cd tích lũy trong đất sau các vụ thí nghiệm (mg/kg) .................60
Bảng 3.4 Hàm lượng Cd tích lũy trong các bộ phận của cây lúa tại thí nghiệm nhà lưới
– (mg/kg) .......................................................................................................................65
Bảng 3.5 Hàm lượng Cd (mg/kg) trong các bộ phận của cây lúa – (thí nghiệm đồng
ruộng).............................................................................................................................85
Bảng 3.6 Tính chất của rơm rạ và than sinh học từ vỏ trấu ........................................106
Bảng 3.7 Kết quả đo Si trong đất các cơng thức thí nghiệm .......................................109

ix


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BAF

Hệ số tích luỹ sinh học

BOD5

Nhu cầu ôxi sinh học

BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trường

BYT

Bộ Y tế

CEC

Dung tích bazơ trao đổi

CF

Cơng thức đối chứng

COD

Nhu cầu oxi hóa học

CODEX

Tiêu chuẩn an tồn thực phẩm do FAO/WHO xây dựng

CT

Cơng thức

DOC

Carbon hữu cơ hồ tan

ĐBSH

Đồng bằng Sơng Hồng

ĐHTL

Đại học Thuỷ Lợi

EU

Liên minh Châu Âu

FAO

Tổ chức nông lương thế giới

HTTL

Hệ thống thuỷ lợi

KLN

Kim loại nặng

NPK

Phân đạm lân kali

OC

Hàm lượng chất hữu cơ

PTN

Phịng thí nghiệm

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

QHTL

Quy hoạch thuỷ lợi

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

USEPA

Cục bảo vệ môi trường liên bang – Mỹ

WHO

Tổ chức Y tế thế giới

x


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Lúa gạo là một trong những loại lương thực quan trọng của một phần dân số trên thế
giới, trong đó có Việt Nam. Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) là vựa lúa lớn thứ hai cả
nước có vai trị quan trọng trong nhiệm vụ cung cấp lương thực trong nước và xuất khẩu.
Diện tích canh tác lúa của đồng bằng sông Hồng trong những năm gần đây đang bị thu
hẹp do hoạt động đô thị hố, cơng nghiệp hố. Ngồi ra, ơ nhiễm mơi trường nước và
đất ảnh hưởng tới chất lượng gạo và gây nhiều áp lực cho lúa gạo đảm bảo sức khoẻ
người tiêu dùng và đạt tiêu chuẩn xuất khẩu. Do đó, đảm bảo chất lượng cho sản phẩm

lúa gạo là giải pháp cần thiết đối với ngành nông nghiệp của vùng.
Trước thực trạng phát triển công nghiệp và đô thị hóa, vùng đồng bằng sơng Hồng đang
phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm nước trên các hệ thống thủy lợi, tích lũy kim loại nặng
trong đất và nơng sản [1]. Trong khi, các hệ thống thủy lợi lớn như sông Nhuệ, sông Cầu
Bây, Bắc Hưng Hải… hàng ngày phải tiếp nhận nước thải từ công nghiệp và sinh hoạt,
dẫn đến tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng trong đó có Cd, nhưng các hệ thống này
lại đang cung cấp nước tưới trực tiếp cho hàng triệu ha đất canh tác tại vùng đồng bằng
sông Hồng. Kết quả khảo sát Cd trong lúa gạo tại một số địa điểm ở miền Bắc đã phát
hiện thấy Cd có mặt trong gạo tại một số vùng. Bên cạnh đó, kết quả phân tích cịn chỉ
ra có sự khác biệt lớn về tích lũy Cd trong gạo giữa vùng trũng và vùng cao do nguyên
nhân từ nước tưới ô nhiễm [1]. Dưới ảnh hưởng của nguồn nước tưới ngày càng ô nhiễm,
Cd đã được tìm thấy trong đất nơng nghiệp và lúa gạo ở nhiều nơi trong đó có đồng bằng
sơng Hồng. Trong đất, Cd thuộc nhóm kim loại có khả năng di động trong dịch đất cao
hơn các kim loại nặng khác, đặc tính này dẫn đến Cd dễ dàng được thực vật hấp thụ qua
hệ thống rễ và di chuyển đến các bộ phận khác nhau của cây sau đó tích lũy vào hạt [2].
Trong số các lồi thực vật, lúa gạo là cây trồng có thể hấp thụ Cd dễ dàng qua rễ, dẫn
đến Cd được tìm thấy trong gạo nhiều hơn so với các kim loại khác trong những vùng
đất bị ô nhiễm [3].
Cadmium (Cd) là kim loại rất độc hại đối với sức khoẻ con người và hệ sinh thái. Sự
tích tụ Cd trong gạo tiềm ẩn nguy cơ về sức khỏe cho con người, khi một người ăn gạo

1


bị nhiễm Cd liên tục có thể dung nạp tới 20–40 μg Cd mỗi ngày [4]. Sự tích tụ Cd đến
một mức độ nào đó sẽ xuất hiện các triệu chứng ngộ độc Cd mãn tính, có thể bị mắc các
bệnh liên quan đến tổn thương phổi, gan, thận, xương và các cơ quan sinh sản, đồng thời
gây độc cho hệ miễn dịch và tim mạch [5]. Do đó việc nghiên cứu và áp dụng các giải
pháp xử lý và hạn chế sự tích luỹ kim loại này vào lúa gạo để đảm bảo sức khoẻ cho
người tiêu dùng là một nhiệm vụ cần thiết. Với những lí do trên, luận án tập trung nghiên

cứu và đánh giá sự tích lũy Cd trong lúa trồng trên đất phù sa không được bồi hằng năm
và các giải pháp giảm thiểu Cd trong hạt. Các kết quả của luận án sẽ cung cấp cơ sở
khoa học và thực tiễn cho việc quản lý chất lượng nông sản, bảo vệ môi trường và phát
triển sản xuất lúa gạo chất lượng cao của Việt Nam.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung: Cung cấp cơ sở khoa học về ảnh hưởng của hàm lượng Cd trong nước
tưới ơ nhiễm đến sinh trưởng, tích luỹ Cd trong lúa gạo và đề xuất giải pháp giảm thiểu
tích luỹ Cd trong gạo làm cơ sở để quản lý chất lượng lúa gạo an toàn ở Việt Nam.
Mục tiêu cụ thể:
- Cung cấp cơ sở khoa học về ảnh hưởng của hàm lượng Cd trong nước tưới ô nhiễm
đến sinh trưởng, tích luỹ Cd trong lúa gạo;
- Đề xuất giải pháp ứng dụng vật liệu từ phụ phẩm nông nghiệp để giảm thiểu tích luỹ
Cd trong gạo, nâng cao chất lượng lúa gạo ở một số vùng có nguy cơ ô nhiễm nước cao.
Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm Cd đến sinh trưởng, năng suất và sự tích
luỹ Cd vào các bộ phận của lúa gạo trồng trên đất phù sa đồng bằng sông Hồng không
được bồi hàng năm;
- Nghiên cứu khả năng giảm thiểu tích luỹ Cd vào lúa gạo của các vật liệu từ phụ phẩm
cây lúa gồm rơm rạ và than sinh học vỏ trấu.

2


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Đối tượng nghiên cứu:
- Giống lúa Bắc Thơm số 7 được chọn trong thí nghiệm do đây là giống lúa được gieo
cấy phổ biến ở vùng ĐBSH, có đặc điểm sinh trưởng phù hợp với điều kiện canh tác 2
vụ đông xuân - hè thu, năng suất cao và chất lượng gạo thơm ngon, được tiêu dùng phổ
biến trong khu vực.
- Đất canh tác thc nhóm đất phù sa đồng bằng sơng Hồng không được bồi hàng năm.

- Vật liệu giàu Si: rơm rạ, than sinh học từ vỏ trấu (nhiệt phân ở nhiệt độ 500 – 550 oC)
trong 4 giờ.
- Nước tưới ô nhiễm Cd: gồm nước tưới ô nhiễm Cd giả định được tạo ra bằng hoá chất
Cd(NO3)2 và nước tưới thực từ hệ thống thuỷ lợi sơng Cầu Bây.
• Phạm vi và thời gian nghiên cứu:
- Sự tích lũy Cd trong các bộ phận rễ, thân, hạt của lúa Bắc Thơm số 7 trồng trên đất
phù sa sông Hồng không được bồi hàng năm sử dụng nước ô nhiễm Cd để tưới;
- Khu vực nghiên cứu tại xã Trâu Quỳ - Huyện Gia Lâm - Hà Nội;
- Thời gian thí nghiệm trong 04 vụ canh tác lúa từ 5/2019 tới 5/2021 bao gồm 02 vụ
đông xuân và 02 vụ hè thu.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng hợp và kế thừa tài liệu: Tổng hợp và nghiên cứu các tài liệu trong
nước và quốc tế liên quan đến sinh trưởng và năng suất của cây lúa, cơ chế tích lũy Cd
trong lúa gạo và các biện pháp giảm thiểu sự hấp thụ và tích lũy Cd vào lúa gạo.
- Phương pháp thực nghiệm:
+ Thực nghiệm nhà lưới: Thực hiện trồng lúa trong chậu vại và trong điều kiện nhà lưới
để đảm bảo khả năng kiểm soát các yếu tố đầu vào, tránh các rủi ro như chuột hoặc sâu
bệnh hại làm ảnh hưởng đến kết quả của thí nghiệm và kiểm sốt sự thơi nhiễm Cd từ
hóa chất ra mơi trường. Thí nghiệm thực hiện tại khu nhà lưới của khoa Tài nguyên Môi
3


trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam với các điều kiện đảm bảo cho thí nghiệm như
hệ thống cấp nước và các dụng cụ chăm sóc đầy đủ để bố trí thí nghiệm.
+ Thực nghiệm đồng ruộng: Bố trí thí nghiệm trên đồng ruộng tại Khu thực nghiệm của
Học viện Nông nghiệp Việt Nam để đánh giá và so sánh các chỉ tiêu phân tích giữa điều
kiện nhà lưới và điều kiện tự nhiên (đồng ruộng). Ruộng thực nghiệm sử dụng nước tưới
từ nguồn nước của hệ thống thủy lợi Bắc Hưng Hải qua kênh Cầu Bây. Đây là nguồn
nước bị ô nhiễm Cd bởi các hoạt động nông nghiệp, cơng nghiệp và làng nghề;
- Phương pháp phân tích mẫu đất, nước và cây trồng áp dụng các TCVN và QCVN

đang cịn hiệu lực và các phương pháp phân tích tham khảo từ tài liệu nước ngoài đã
được đánh giá;
- Phương pháp phân tích thống kê: Dữ liệu thí nghiệm được phân tích trên phần mềm
Microsoft Excel version 2019 (Microsoft, USA). Các kết quả thu được là trung bình của
03 lần phân tích, sử dụng độ lệch chuẩn, phương trình hồi quy tuyến tính và sự khác
nhau có ý nghĩa của các kết quả bằng hàm độc lập T-test để đánh giá thống kê. Các biểu
đồ được xử lý và trình bày bằng phần mềm Origin 2021B.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học:
Lượng hóa được ảnh hưởng của hàm lượng Cd trong nước tưới đến sinh trưởng và tích
luỹ Cd trong các bộ phận của cây lúa trồng trên nền đất phù sa sông Hồng không được
bồi hàng năm.
Xác định được khả năng giảm thiểu tích luỹ Cd trong gạo trồng trên nền đất phù sa sông
Hồng không được bồi hàng năm bằng giải pháp sử dụng rơm rạ và than sinh học từ vỏ
trấu làm cơ sở đề xuất giải pháp sản xuất lúa bền vững tại một số khu vực có nguy cơ ô
nhiễm Cd trong đất, nước tưới.
- Ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả đánh giá ảnh hưởng của nước tưới ô nhiễm Cd đến tích lũy độc tố trong lúa gạo
làm cơ sở cho quản lý nước tưới, bảo vệ chất lượng nông sản;

4


Đề xuất biện pháp sử dụng phụ phẩm rơm rạ và than sinh học từ vỏ trấu để giảm thiểu
tích lũy Cd trong gạo, nâng cao chất lượng lúa gạo trong điều kiện nước tưới và đất bị
ô nhiễm Cd.
6. Cấu trúc luận án
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Kết luận, kiến nghị
Phụ lục
Tài liệu tham khảo

5


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về nguồn gốc, cơ chế tích lũy và ảnh hưởng của Cd đến lúa gạo
1.1.1 Nguồn gốc phát sinh Cd trong đất và nước
Ô nhiễm Cadmium (Cd) trong nước và đất nông nghiệp xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới
[6]. Cd là nguyên tố độc hại nhưng rất bền vững về mặt sinh học và tồn tại trong sinh vật
trong thời gian dài sau khi được hấp thụ [7]. Cơ chế xâm nhập của Cd vào nước ngầm đã
được nghiên cứu ở nhiều quốc gia như Úc, Anh, Canada, Đan Mạch, Phần Lan, Đức, New
Zealand, Na Uy, Thụy Điển và Hoa Kỳ [8]. Ô nhiễm Cd trong nước ngầm và đất có nguồn
gốc từ nước tưới ơ nhiễm, phân bón, chất thải của các ngành cơng nghiệp luyện kim, giao
thông, bãi chôn lấp chất thải rắn, khai thác mỏ và bùn thải…[9].
Biến đổi khí hậu làm nhiều vùng canh tác khan hiếm nước tưới vào mùa khô phải tận
dụng nguồn nước thải để tưới. Bên cạnh đó, áp lực về tăng năng suất và chất lượng nông
sản dẫn đến lạm dụng phân bón hóa học gây ra sự tích lũy các ion Cd trong đất, làm cho
Cd đi vào cây trồng, ảnh hưởng đến sức khỏe con người [10]. Sự xuất hiện của Cd trong
đất nông nghiệp xuất phát từ ơ nhiễm nguồn nước tưới, phân bón, thuốc trừ sâu, hoạt động
khai thác khoáng sản và đốt nhiên liệu hóa thạch. Tại Việt Nam, phần lớn hệ thống tưới
cho cây nông nghiệp bị thiếu nước vào mùa khô nên nhiều vùng sử dụng các nguồn nước
thải làm nguồn tưới. Các lưu vực sông Nhuệ, sông Cầu Bây, hệ thống thủy lợi Bắc Hưng
Hải… là nguồn tưới chính cho hệ thống lúa ở lưu vực sơng Hồng. Ngồi vai trò cung cấp
nước tưới, các hệ thống thủy lợi này đều là nơi tiếp nhận một lượng lớn nước thải từ sinh
hoạt và sản suất, tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng trong đó có Cd. Khi Cd có trong
nguồn nước tưới, sẽ tích lũy trong đất nơng nghiệp và tích lũy vào thực vật.

Việc sử dụng phân lân tổng hợp trong nơng nghiệp có chứa tạp chất Cd cũng là nguyên
nhân phổ biến làm tăng nồng độ Cd trong nước ngầm và đất [11]. Hàm lượng Cd trong
phân bón đã được phát hiện với nồng độ rất cao tại nhiều nước trên thế giới như phía
đơng Địa Trung Hải, một số nước ở châu Âu với hàm lượng Cd trong phân bón phốt
phát dao động từ 36 -60 mg Cd/kg P2O5 [12]. Ngồi ra, Cd có trong các sản phẩm dầu
mỏ, do đó Cd có thể nhiễm vào môi trường thông qua hoạt động giao thông [13]. Các nguồn
thải khác gây ô nhiễm Cd xuất phát từ các khu công nghiệp, mỏ hoặc các mỏ sau khai thác

6


[14], khi sử dụng nước thải công nghiệp này để tưới cũng là những nguồn chính đưa Cd
vào trong đất và mơi trường [15] [16] [17]. Ngồi ra, chất thải rắn đô thị là một trong
những nguồn gây ô nhiễm Cd chính cho mơi trường [18]. Các nghiên cứu của các nhà
khoa học Châu Âu đã chỉ ra, chất thải rắn đô thị ở khu vực này chứa 0,3 - 12 mg/kg Cd
và nước rỉ rác chứa 0,5–3,4 µg/L Cd [19]. Bên cạnh đó, nghiên cứu của Voglar năm
2010 cũng chỉ ra sự ô nhiễm Cd từ các nhà máy luyện Zn, Cd di chuyển vào đất thơng
qua q trình lắng đọng từ khí thải lên đến 74 mg/kg và lắng đọng chất thải rắn lên đến
344 mg/kg [20] .
Các nguồn phân hữu cơ và bùn thải cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm Cd cho môi
trường. Kết quả của một nghiên cứu chỉ ra, nước rò rỉ từ phân hữu cơ và bùn thải đóng
góp khoảng 2–5% lượng Cd lắng đọng trong đất [7]. Các nguồn khác bao gồm sự lắng
đọng từ khí quyển và phân thải từ chuồng trại, đóng góp lần lượt 30–55%, 15–50% và
10–25% lượng ơ nhiễm Cd trong đất [21].
Ngồi ra, các ngun nhân có nguồn tự nhiên như sự phong hóa khống chất và đá trong
đất có thể gây ra sự gia tăng Cd trong môi trường [22]. Cd xuất hiện trong đất, sau khi
hòa tan tạo dạng Cd di động sẽ tham gia các phản ứng hóa học chuyển hóa vào trong
thực vật. So với chì, đồng, kẽm và asen, lượng Cd trong môi trường nhỏ hơn nhiều
nhưng lại được cây trồng hấp thụ dễ dàng. Điều này được giải thích do Cd có hệ số làm
giàu cao hơn nên dễ di chuyển từ đất sang cây hơn các kim loại khác [22].

1.1.2 Cơ chế tích lũy Cd trong lúa gạo
1.1.2.1 Cơ chế hấp thụ Cd của cây lúa
Cd là nguyên tố có sẵn trong mơi trường đất và có thể liên tục được bổ sung bởi nước
thải cơng nghiệp, bón phân hố học… Trong đất, Cd tồn tại ở nồng độ 0,01 đến 1,0
mg/kg với giá trị trung bình trên tồn thế giới là 0,36 mg/kg. Phong hóa có thể dẫn đến
nồng độ Cd lên đến 5 μg/L trong đất và lên đến 1 μg/L trong nước ngầm. Trong dung
dịch nước, Cd thường xuất hiện dưới dạng di động và nó được tìm thấy chủ yếu trong
điều kiện mơi trường axit, tính linh động của Cd bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi độ pH,
trạng thái oxi hóa khử và cường độ ion của dung dịch. Khi pH giảm thì tính di động của
Cd càng tăng. So với các KLN khác, Cd là một trong những KLN di động nhất trong
môi trường [34], đặc tính này dẫn đến Cd di động dễ dàng được thực vật hấp thụ qua hệ
7


thống rễ và di chuyển đến các bộ phận khác nhau của cây sau đó tích lũy vào hạt [2]. Sự
hấp thụ Cd của cây lúa phụ thuộc vào các đặc điểm lý hố đất và các đặc điểm hình thái
của cây, các trạng thái ơxy hóa khử và pH của đất [24]–[26].
- Cd thường được tìm thấy ở trong khoáng chất hoặc tồn tại ở dạng phức hữu cơ trong
dung dịch đất [27][28]. Sự hấp thụ Cd vào rễ bởi dạng Cd vô cơ (như CdSO4, CdCl+ và
CdCl2) hoặc các dạng hữu cơ (Cd trong phức của phytometallophore)[11]. Khi đi vào bên
trong cây, Cd được vận chuyển đến các bộ phận cây dưới dạng phức chất hữu cơ [29].
- Ở điều kiện mơi trường có thế oxy hóa khử thấp, Cd thường được kết tủa dưới dạng
CdS, [29] dạng này thường tồn tại ở đất bùn lầy hoặc đất lúa ngập nước, làm giảm Cd
di động. Kết quả là hạn chế sự di chuyển Cd vào lúa hoặc thực vật. Trong mơi trường
đất có thế oxy hóa khử cao, ở các vùng đất thoát nước hoặc các ruộng lúa áp dụng tưới
tiết kiệm nước hoặc trong các thời kì rút nước phơi ruộng giai đoạn cuối đẻ nhánh, hoặc
phơi ruộng trước thu hoạch 10 ngày thường là điều kiện thuận lợi cho Cd đi vào và tích
luỹ trong cây lúa. Lý do là tại thời điểm này, khí oxy khuếch tán vào các lỗ rỗng của đất
làm thế oxy hóa của đất tăng lên, Cd tự do sẽ được giải phóng và dễ dàng sự di chuyển
vào cây lúa.

CdS + 3O2 + 4H+ → Cd2+ + SO42- + 2H2O
- pH đất cao cố định Cd trong đất dưới các kết tủa Cd(OH)2, CdCO3, CdSiO3 trong đất
giúp hạn chế Cd di chuyển vào cây. Khi pH đất giảm xuống, các kết tủa trên bị hòa tan
chuyển thành Cd di động gia tăng sự hấp thụ Cd vào rễ lúa.
- Bên cạnh đó, trong cơ chế hấp thụ Cd của rễ xảy ra sự cạnh tranh giữa Cd và các khoáng
chất dinh dưỡng khác có đặc điểm hóa học tương tự nhau [30]. Chẳng hạn, Cd có khả
năng thay thế Ca do chúng có điện tích, bán kính ion và tính chất hóa học tương tự nhau
[11]. Cơ chế này đã được nhiều nghiên cứu chứng minh, cụ thể như nồng độ Mg, Ca và
K giảm ở dưa chuột (Cucumis sativus L.), ngô (Zea mays L.), cà chua (Lycopersicon
esculentum L.) và rau diếp (Lactuca sativa L.) trong điều kiện có hàm lượng Cd cao trong
đất [31]. Cd cũng cạnh tranh với Zn, như các nghiên cứu trên cây xà lách chỉ ra mối quan
hệ đối kháng giữa Zn và Cd về khả năng hấp thụ của rễ [32]. Không chỉ vậy, các khoáng

8


chất dinh dưỡng khác như nitrat mặc dù khơng có đặc điểm hóa học giống Cd nhưng sự
hấp thụ nitrat cũng bị cạnh tranh khi có mặt Cd trong đất [23].
Có hai kiểu hấp thụ Cd vào rễ là apoplastic và symplastic [33]. Sự khác biệt giữa
apoplast và symplast đó là:
- Apoplast là cách hấp thụ thụ động trong khi symplast là cách hấp thụ chọn lọc mà
trong đó sự di chuyển của nước do thẩm thấu giúp Cd xâm nhập vào rễ và gây hại cho
rễ [34]. Theo quá trình apoplast, sự hấp thụ Cd qua màng sinh chất của tế bào rễ được
điều chỉnh bởi sự chênh lệch điện thế [35]. Điện thế màng cung cấp đủ năng lượng để
thúc đẩy sự hấp thụ Cd ngay cả khi nồng độ Cd trong đất ở mức rất thấp [36].
- Symplastic là quá trình hấp thụ dựa trên hoạt động trao đổi chất và chậm hơn nhiều so
với apoplastic [33]. Cd đi theo con đường apoplastic xuyên qua tế bào rễ qua màng tế
bào [27], [37]. Trong đó, các nhóm protein màng cũng tham gia vào quá trình hấp thụ
Cd ở thực vật [33], [38], các protein này có thể vận chuyển các ion kim loại vào tế bào
chất từ khơng gian ngoại bào [39]. Một nhóm khác vận chuyển cation được gọi là chất

vận chuyển kim loại hóa trị 1 và chất vận chuyển cation hóa trị 2 [40]. Các chất vận
chuyển này tham gia đưa dòng Cd đi qua màng sinh chất nội bì và góp phần vận chuyển
Cd từ rễ lên chồi [27].
Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự di chuyển của Cd từ đất vào lúa, trong đó rễ là điểm
tiếp xúc đầu tiên với đất và đóng vai trị là vách ngăn. Nên rễ có thể cản trở sự hấp thụ
các chất độc và sự chuyển dịch của chúng lên các bộ phận phía trên của cây bằng một
loạt các cơ chế [28]. Uraguchi và các cộng sự đề xuất rằng chuyển từ rễ sang thân là q
trình chính tích lũy Cd trong hạt gạo [41]. Trong rễ, Cd được vận chuyển thẳng từ phần
ngoài của rễ đến các mạch xylem trong trụ giữa thơng qua hai con đường chính: con
đường từ tế bào đến tế bào (bao gồm con đường symplastic và con đường xuyên màng)
và con đường apoplastic (tức là chuyển động trong không gian ngoại bào) [42]. Một số
nghiên cứu đã tập trung vào cơ chế và các yếu tố chính của sự di chuyển của Cd thông
qua con đường từ tế bào này sang tế bào khác trong cây lúa. Ví dụ, OsHMA3, một chất
vận chuyển bản địa hóa tonoplast, đã được phát hiện là ngăn Cd vào các không bào trong
tế bào rễ. Việc ngăn cách như vậy làm giảm hiệu quả sự chuyển dịch của Cd sang chồi

9


và làm giảm độc tính của Cd đối với cây trồng [43], [44]. Mặc dù đã có báo cáo rằng
con đường apoplastic cũng góp phần vào sự hấp thụ và vận chuyển Cd ở một số cây
trồng [45], [46], một số nghiên cứu đã tập trung vào chức năng và quy định của con
đường apoplastic ở cây lúa. Kết quả nghiên cứu của Xiaoli và các cộng sự đã chỉ ra rằng
con đường apoplastic có thể góp phần vận chuyển Cd lên phần trên của cây lúa [47].
Các mảng sắt hình thành trên bề mặt rễ lúa do sự giải phóng oxy và chất oxy hóa vào
vùng rễ [48], [49] chứa Fe, Mn và một số á kim như Cd, Pb, Cu, Zn, As cũng là một yếu
tố có thể cô lập Cd và các KLN độc hại như Pb, As, Cu, Zn [49] [50]. Một số nghiên
cứu cho thấy mảng bám sắt trên bề mặt rễ lúa có ảnh hưởng đáng kể đến sự tích tụ Cd
trong rễ lúa và cho rằng mảng bám sắt có thể đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn
cản Cd chuyển từ đất sang rễ lúa [51]–[56].

1.1.2.2 Cơ chế tích lũy Cd trong hạt
Mơ tả về q trình tích lũy Cd trong hạt gạo được minh họa dưới đây:

Hình 1.1 Mơ hình chuyển vị và tích lũy Cd trong các bộ phận của cây trước và sau khi
trổ bông

10


Sự tích lũy Cd trong hạt liên quan đến sự vận chuyển Cd thơng qua dịng nhựa [57].
Thơng thường, Cd được giữ lại trong rễ cây và chỉ một phần nhỏ được vận chuyển đến
các bộ phận trên của cây (tức là lá, thân và các bộ phận sinh sản), và theo thứ tự là rễ >
lá > quả > hạt [11]. Do đó, hàm lượng Cd trong rễ thường lớn hơn hàm lượng Cd trong
mô thực vật thuộc các bộ phận trên mặt đất (thân, lá, bông), mặc dù tính di động của Cd
khá lớn [32].
Nhiều nghiên cứu về sự tích luỹ Cd trong gạo đã chỉ ra hàm lượng Cd trong gạo được
hình thành bởi Cd đã được tích luỹ sẵn trong lá và thân trước khi trổ địng [58]. Các
quan sát trên cây lúa mì cũng cho thấy, hàm lượng Cd tích luỹ trong lá và thân cây ở
giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng sẽ di chuyển và tích luỹ trong hạt trong q trình hạt
chín dần [59], [60]. Nghiên cứu về lúa trong điều kiện thủy canh của Yan và các cộng
sự (2010) đã cho thấy Cd được hấp thụ vào hạt thông qua vận chuyển Cd từ lá già chiếm
tỷ lệ lớn hơn so với vận chuyển trực tiếp từ rễ thông qua vận chuyển xylem-phloem [61].
Khoảng 60% lượng Cd trong hạt gạo lứt được vận chuyển từ lượng Cd tích lũy trong
cây lúa trước giai đoạn trổ bông [62]. Khi nghiên cứu về sự vận chuyển và tích luỹ Cd
trong cây gạo lứt, các nhà khoa học Nhật Bản thấy rằng sự tích luỹ Cd tại các bộ phận
lần lượt từ rễ - thân – lá – hạt. Cd di chuyển từ rễ đến thân rồi vào lá dưới sau đó đến lá
trên, rồi lên bơng và gạo. Các lá phía dưới có hàm lượng Cd cao nhất trong giai đoạn
đầu sinh trưởng, nhưng đến giai đoạn chín hồn tồn hầu như khơng chứa Cd. Từ khi
cấy đến khi chín hồn tồn, hàm lượng Cd được quan sát thấy giảm ở lá dưới và lá trên,
tăng ở cuống bơng và hạt [58].

Ngồi ra, nghiên cứu về sự hấp thụ, tích lũy và vận chuyển Cd trong các bộ phận của
cây lúa ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau cũng được thực hiện bởi Hang và các
cộng sự năm 2018 cho thấy sự thay đổi về hàm lượng Cd trong các bộ phận của cây theo
thời gian sinh trưởng [56]. Trong nghiên cứu này, thí nghiệm trồng lúa trong chậu được
thực hiện trên hai loại đất trồng lúa bị nhiễm Cd (nồng độ Cd là 0,96 mg/kg và 3,76
mg/kg). Nồng độ của Cd rễ, thân, lá, bông non, trấu và gạo ở 5 giai đoạn sinh trưởng
khác nhau (đẻ nhánh, trổ đòng, ngậm sữa, chắc xanh và chín) đã được đo. Dựa trên kết
quả, các nhà khoa học thấy rằng có sự thay đổi nồng độ Cd trong các bộ phận theo các
giai đoạn sinh trưởng. Sự tích lũy Cd trong cây lúa tăng lên khi kéo dài thời gian sinh

11


trưởng ở cả hai loại đất, lần lượt đạt 15,3 và 35,4 μg/chậu ở giai đoạn chín. Lượng Cd
trong gạo tăng từ giai đoạn sữa đến chín, với tỷ lệ hấp thụ lớn nhất trong giai đoạn chín.
Cd tích lũy trong lá được tái hấp thụ và vận chuyển trong giai đoạn khởi động đến giai
đoạn trưởng thành và sự đóng góp của vận chuyển Cd từ lá vào lúa gạo lần lượt là 30,0%
và 22,5% ở hai loại đất.
1.1.3 Ảnh hưởng của Cd đối với sinh trưởng của lúa và chất lượng hạt
Cd ức chế sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa, làm giảm sự hấp thụ chất dinh dưỡng
và nước, làm giảm tốc độ quang hợp, làm thay đổi quá trình tổng hợp protein và lipid,
ảnh hưởng đến hoạt động của enzym dẫn đến peroxy hóa lipid, làm giảm quá trình phân
chia tế bào và làm giảm năng suất [29].
-

Cd ảnh hưởng đến tỷ lệ hạt nảy mầm

Quá trình sinh trưởng của cây bắt đầu từ khi hạt nảy mầm. Nhiều nghiên cứu cho thấy,
Cd là nguyên nhân chính gây ra một số xáo trộn hoặc ức chế sự nảy mầm của hạt lúa
[63].

Hình 1.2 Ảnh hưởng của Cd đối với thực vật
Cơ chế của quá trình này là các mối liên kết của Cd với các nhóm sulphudryl của protein
và sau đó các liên kết hydro-lưu huỳnh đã làm biến tính các mối liên kết ban đầu dẫn
đến làm chậm quá trình sinh trưởng và phát triển bình thường của cây [64]. Nồng độ

12


của Cd trong môi trường và kiểu gen của từng loại thực vật gây ra các ảnh hưởng của
Cd đối với sự sinh trưởng của cây. Một nghiên cứu khác cũng chứng minh rằng, ở nồng
độ Cd thấp (0,01 – 1,5 µM) sẽ kích thích hạt nảy mầm, trong khi ở nồng độ cao hơn
(2µM) thì tỷ lệ hạt nảy mầm lại bị giảm mạnh [65].
-

Cd ảnh hưởng đến sinh trưởng của rễ

Trong nhiều nghiên cứu, Cd đã được chứng minh có thể làm giảm sự sinh trưởng và ức
chế sự phát triển của rễ và chồi [63], [66], [67]. Cụ thể, khi nồng độ của Cd trong đất
tăng đến 100 mg/kg sẽ làm giảm hàm lượng chất khô của rễ đi 20% [65], [68] [69]. Rễ
cây bị suy giảm mức độ sinh trưởng so với bình thường là do Cd đã gây ra tương quan
trực tiếp với sự tích luỹ proline trong rễ. Sự có mặt của Cd sẽ làm tăng proline trong rễ
ngăn cản quá trình phát triển của rễ [70]. Tuy nhiên, ở nồng độ thấp (50, 100 và 250 µM
Cd(NO3)2 ) thì Rascio và các cộng sự năm 2008 đã chỉ ra rằng, sự nảy mầm của hạt lúa
giống không bị ảnh hưởng [67].
-

Cd ảnh hưởng đến hình thái của lá

Lá là bộ phận quan trọng đối với quá trình quang hợp của cây. Các ảnh hưởng của Cd

đối với cây lúa cũng được biểu hiện rất rõ rệt trên lá. Sự có mặt của Cd gây ức chế quá
trình phát triển của lá và làm giảm độ dày của phiến lá. Từ đó, các tế bào lá bị thu nhỏ,
khả năng hoạt động của khí khổng bị suy giảm dẫn đến khả năng quang hợp của lá bị
giảm nghiêm trọng [67] [71]. Hơn nữa kích thước lá cũng bị giảm đi do kích thước của
tế bào và số lượng gian bào giảm đi [72]. Cd gây ra sự mở rộng tế bào trong các mô của
đỉnh rễ nhưng lại làm cho các tế bào ở mô lá bị kém mở rộng [67]. Khi quan sát về hàm
lượng chất diệp lục người ta cũng nhận thấy sự suy giảm đáng kể của chất này trong lá
khi có mặt Cd [65], [73], [74]. Q trình quang hợp bị suy giảm cũng có thể do sự thiếu
hụt của các chất dinh dưỡng vi lượng trong cây mà nguyên nhân là do Cd đã ảnh hưởng
lớn đến sự hấp thụ và tích luỹ các nguyên tố vi lượng quan trọng [75], [76]. Chẳng hạn
như Cd cản trở quá trình hấp thụ Mn [77] trong khi chất này rất cần thiết cho quá trình
quang hợp [78]. Khi bị nhiễm độc Cd, cây lúa sẽ hấp thụ Clo nhiều hơn dẫn đến tích
mặn, gây ra các biểu hiện lá lúa úa vàng ảnh hưởng đến quang hợp [69].
-

Cd ảnh hưởng đến chiều cao cây

13