Đánh giá sự lưu tồn và phân lập vi khuẩn có khả năng phân hủy chlorpyrifos ethyl trên ba mô hình canh tác - chuyên lúa, lúa - màu và chuyên màu ở đồng bằng sông Cửu Long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

TRƯƠNG QUỐC TẤT

ĐÁNH GIÁ SỰ LƯU TỒN VÀ PHÂN LẬP VI KHUẨN
CÓ KHẢ NĂNG PHÂN HỦY CHLORPYRIFOS ETHYL
TRÊN BA MÔ HÌNH CANH TÁC:
CHUYÊN LÚA, LÚA - MÀU VÀ CHUYÊN MÀU
Ở ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGÀNH: KHOA HỌC ĐẤT

2018


3.1.2 Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm ...................................................................... 34
3.1.3 Hóa chất ........................................................................................................ 35
3.2 Phương pháp nghiên cứu của từng nội dung .................................................... 36
3.2.1 Nội dung 1: Đánh giá dư lượng chlorpyrifos ethyl trong đất phèn chuyên
lúa, chuyên mía và trong đất phù sa chuyên lúa, lúa - màu và chuyên màu tại
một số địa điểm ở Đồng bằng Sông Cửu Long ...................................................... 36
3.2.2 Nội dung 2: Đánh giá ảnh hưởng của loại đất (đất phèn và đất phù sa) lên
sự lưu tồn chlorpyrifos ethyl trong đất phèn chuyên lúa, chuyên mía và đất phù
sa chuyên lúa, lúa - màu và chuyên màu ở điều kiện đồng ruộng và điều kiện
nhà lưới ................................................................................................................... 36
3.2.3 Nội dung 3: Đánh giá khả năng phân hủy yếm khí chlorpyrifos ethyl bởi
vi khuẩn trong đất phèn và đất phù sa chuyên lúa ở Hậu Giang và Tiền Giang .... 42
3.2.4 Nội dung 4: Tuyển chọn, phân lập vi khuẩn hiếu khí phân hủy
chlorpyrifos ethyl từ đất phèn và đất phù sa chuyên lúa, lúa - màu và chuyên

màu.......................................................................................................................... 50
3.2.5 Nội dung 5: Đánh giá hoạt động phân hủy chlorpyrifos ethyl của dòng vi
khuẩn ký hiệu PH_C4.3 trong môi trường khoáng tối thiểu và trong môi
trường đất ................................................................................................................ 57
3.2.6 Phương pháp phân tích và xử lí số liệu.......................................................... 59
Chương 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................... 70
4.1 Nội dung 1: Kết quả đánh giá dư lượng chlorpyrifos ethyl trong đất phèn
chuyên lúa, chuyên mía và đất phù sa chuyên lúa, lúa - màu và chuyên màu ở
Đồng bằng sông Cửu Long ..................................................................................... 60
4.1.1 Đặc tính của đất thí nghiệm ........................................................................... 60
4.1.2 Kết quả đánh giá dư lượng chlorpyrifos ethyl trong đất................................ 62
4.2 Nội dung 2: Đánh giá sự lưu tồn chlorpyrifos ethyl trong đất phèn, đất phù
sa và ảnh hưởng của 3 mô hình canh tác chuyên lúa, lúa - màu và chuyên màu
đến sự lưu tồn chlorpyrifos ethyl trong đất ở điều kiện đồng ruộng và điều
kiện
nhà lưới ................................................................................................................... 64
4.2.1 Đánh giá sự lưu tồn chlorpyrifos ethyl trong đất phù sa trên 3 mô hình
canh tác chuyên lúa, lúa - màu và chuyên màu trong điều kiện nhà lưới ............... 64

viii


4.2.2 Đánh giá ảnh hưởng của 3 mô hình canh tác chuyên lúa, 2 lúa - 1 màu, 1
lúa - 2 màu lên sự lưu tồn chlorpyrifos ethyl trong đất phù sa ở Long Khánh,
Cai Lậy, Tiền Giang................................................................................................ 67
4.2.3 Đánh giá sự lưu tồn chlorpyrifos ethyl trong đất phèn, đất phù sa trên 3
mô hình canh tác chuyên lúa, lúa - màu và chuyên màu ........................................ 70
4.3 Nội dung 3: Đánh giá khả năng phân hủy yếm khí chlorpyrifos ethyl của
quần xã vi khuẩn trong đất phèn, đất phù sa chuyên lúa ở Hậu Giang và Tiền
Giang ....................................................................................................................... 74

4.3.1 Kết quả đánh giá khả năng phân hủy yếm khí chlorpyrifos ethyl của 4
quần xã vi khuẩn trong dung dịch đất ..................................................................... 74
4.3.2 Sự hình thành các sản phẩm trung gian trong quá trình chuyển hóa
chlorpyrifos ethyl khi bị phân hủy bởi quần xã vi khuẩn kỵ khí ............................ 78
4.3.3 Đa dạng vi khuẩn phân hủy yếm khí chlorpyrifos ethyl trong đất ................ 80
4.4 Nội dung 4: Phân lập vi khuẩn hiếu khí bản địa phân hủy chlorpyrifos
ethyl từ đất phèn và đất phù sa ở điều kiện đồng ruộng và đất phù sa ở điều
kiện nhà lưới trên 3 mô hình canh tác: chuyên lúa, lúa - màu và chuyên màu ở
Đồng bằng sông Cửu Long ..................................................................................... 84
4.4.1 Kết quả phân lập vi khuẩn hiếu khí bản địa có khả năng phân hủy
chlorpyrifos ethyl trong đất phèn và đất phù sa chuyên canh lúa........................... 84
4.4.2 Kết quả phân lập vi khuẩn hiếu khí bản địa có khả năng phân hủy
chlorpyrifos ethyl trong đất phèn và đất phù sa chuyên màu ................................. 88
4.4.3 Kết quả phân lập vi khuẩn hiếu khí bản địa phân hủy chlorpyrifos ethyl
từ đất phù sa luân canh lúa - màu ........................................................................... 91
4.4.4 Kết quả làm giàu mật số và tuyển chọn các quần xã vi khuẩn phân hủy
chlorpyrifos ethyl trong môi trường khoáng tối thiểu từ đất phù sa của mô hình
chuyên lúa, 2 lúa - 1 màu và chuyên màu trong điều kiện nhà lưới ....................... 93
4.4.5 Một số đặc tính sinh thái của các dòng vi khuẩn có khả năng phân hủy
chlorpyrifos ethyl .................................................................................................... 97
4.4.6 Kết quả điện di sản phẩm PCR của 4 dòng vi khuẩn phân hủy
chlorpyrifos ethyl và định danh chúng dựa vào trình tự gene 16S-rRNA .............. 98
4.4.7 Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến gia tăng mật số của các dòng
vi khuẩn................................................................................................................. 101

ix


4.5 Nội dung 5: Đánh giá hoạt động phân hủy chlorpyrifos ethyl của dòng vi
khuẩn Barrientosimonas humi C4.3 trong môi trường khoáng tối thiểu và

trong môi trường đất ............................................................................................. 104
4.5.1 Khả năng phân hủy chlorpyrifos ethyl của dòng vi khuẩn
Barrientosimonas humi C4.3 trong dung dịch khoáng tối thiểu........................... 104
4.5.2 Khả năng phân hủy chlorpyrifos ethyl của dòng vi khuẩn
Barrientosimonas humi C4.3 và tổ hợp 4 dòng vi khuẩn trong môi trường đất ... 106
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................... 108
5.1 Kết luận ........................................................................................................... 108
5.2. Kiến nghị........................................................................................................ 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 110
PHỤ LỤC

x


DANH SÁCH BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Các cấp độ phân loại độ độc của một chất theo WHO ............................ 6
Bảng 2.2: Các cấp độ phân loại độ độc của thuốc BVTV ở Việt Nam................... 6
Bảng 2.3: Khả năng hấp phụ vào đất và trầm tích của hoạt chất BVTV dựa
vào Koc ..................................................................................................................... 9
Bảng 3.1: Nguồn gốc mẫu đất dùng trong thí nghiệm nuôi ủ vi khuẩn kị khí ....... 43
Bảng 3.2: Một số đặc tính lý hóa của các loại đất sử dụng trong thí nghiệm
nuôi ủ yếm khí ........................................................................................................ 43
Bảng 3.3: Thành phần của nghiệm thức trong thí nghiệm nuôi ủ yếm khí............ 46
Bảng 3.4: Thành phần của từng nghiệm thức khảo sát hoạt động phân hủy
chlorpyrifos ethyl của dòng vi khuẩn ký hiệu PH_C4.3......................................... 57
Bảng 3.5: Thành phần các nghiệm thức khảo sát sự phân hủy chlorpyrifos
ethyl của dòng vi khuẩn PH_C4.3 và tổ hợp 4 dòng vi khuẩn trong môi trường
đất ........................................................................................................................... 59
Bảng 4.1: Tính chất của đất phèn ở huyện Phụng Hiệp tỉnh Hậu Giang ............... 60

Bảng 4.2: Tính chất của đất phù sa ở huyện Bình Minh và Bình Tân, tỉnh
Vĩnh Long ............................................................................................................... 61
Bảng 4.3: Một số đặc tính hóa học của đất thí nghiệm ở huyện Cai Lậy, tỉnh
Tiền Giang .............................................................................................................. 67
Bảng 4.4: Tính chất của đất phù sa ở huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang .................. 85
Bảng 4.5: Đặc điểm hình thái và đặc tính sinh hóa của các dòng vi khuẩn ........... 98
Bảng 4.6: Định danh các dòng vi khuẩn thể hiện sự phân hủy chlorpyrifos
ethyl theo độ tương đồng của đoạn gene 16S rRNA ............................................ 100
Bảng 4.7: Các yếu tố môi trường tối ưu cho sự tăng trưởng của các dòng
vi khuẩn................................................................................................................. 104

xi


DANH SÁCH HÌNH
Trang
Hình 2.1: Con đường di chuyển của thuốc BVTV trong môi trường ...................... 8
Hình 2.2: Chi phí của các nhóm thuốc BVTV trên toàn thế giới năm 2010 ......... 11
Hình 2.3: Thị trường tiêu thụ thuốc BVTV trên toàn thế giới năm 2010 .............. 11
Hình 2.4: Tình hình nhập khẩu thuốc BVTV ở Việt Nam .................................... 13
Hình 2.5: Cấu trúc của chlorpyrifos ethyl.............................................................. 20
Hình 2.6: Con đường chuyển hóa của chlorpyrifos ethyl ...................................... 25
Hình 2.7: Bản đồ phân bố các loại đất ở ĐBSCL .................................................. 28
Hình 3.1: Sơ đồ nội dung tổng quát của luận án .................................................... 33
Hình 3.2: Sơ đồ bố trí thí nghiệm nhà lưới ............................................................ 38
Hình 3.3: Các túi lưới chứa đất đã trộn chlorpyrifos ethyl và cho vào đất ............ 39
Hình 3.4: Thí nghiệm ở Cai Lậy - Tiền Giang ...................................................... 40
Hình 3.5: Địa điểm và số ruộng khảo sát lưu tồn chlorpyrifos ethyl..................... 41
Hình 3.6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát khả năng phân hủy yếm khí
chlorpyrifos ethyl bởi quần xã vi khuẩn ................................................................. 45

Hình 3.7: Bố trí thí nghiệm yếm khí: (a) Các lọ ủ được trữ để lấy chỉ tiêu theo
thời gian, (b) Mẫu được ủ trong lọ pi 50 mL, (c) Lấy chỉ tiêu hóa học và sinh
học, (d) Dung dịch yếm khí có màu xanh hoặc xanh tím ....................................... 47
Hình 3.8: Sắc ký đồ của đường nền (mẫu trắng) ................................................... 48
Hình 3.9: Sắc ký đồ của chất chuẩn ....................................................................... 48
Hình 3.10: Sơ đồ số lượng mẫu đất phân lập vi khuẩn hiếu khí theo mô hình ..... 51
Hình 4.1: Dư lượng chlorpyryfos ethyl trong đất phèn và đất phù sa ở 3 địa
điểm thu mẫu .......................................................................................................... 62
Hình 4.2: Dư lượng chlorpyryfos ethyl trong đất phèn và đất phù sa trên các
mô hình canh tác ..................................................................................................... 63
Hình 4.3: Lưu tồn của chlorpyrifos ethyl trong đất phù sa trên các mô hình
canh tác trong điều kiện nhà lưới (2014) ................................................................ 66
Hình 4.4: Lưu tồn chlorpyrifos ethyl trong đất phù sa trên các mô hình canh
tác ở Long Khánh - Cai Lậy - Tiền Giang (vụ Đông Xuân 2013).......................... 69
xii


Hình 4.5: Lưu tồn của chlorpyrifos ethyl trong đất phù sa ở mô hình 1 lúa - 2
màu (đậu xanh) tại Long Khánh, Cai Lậy, Tiền Giang (vụ Hè Thu 2013) ............ 70
Hình 4.6: Tốc độ suy giảm của chlorpyrifos ethyl trong 3 mô hình canh tác tại
Bình Tân, Vĩnh Long (vụ Đông Xuân 2013) .......................................................... 71
Hình 4.7: Tốc độ mất đi của chlorpyrifos ethyl trong đất phèn ở mô hình
chuyên lúa và chuyên mía (vụ Đông Xuân 2013) (n = 4, Sai số chuẩn) ................ 73
Hình 4.8: Khả năng phân hủy chlopyrifos ethyl của quần xã vi khuẩn
CL01 (a) và CL02 (b) ............................................................................................. 74
Hình 4.9: Tốc độ phân hủy chlorpyrifos ethyl ở các nghiệm thức của quần xã
vi khuẩn ký hiệu CL01 và CL02 ............................................................................. 75
Hình 4.10: Khả năng phân hủy chlopyrifos ethyl của hệ VK PH01 (a) và
PH02 (b) .................................................................................................................. 76
Hình 4.11: Tốc độ phân hủy chlorpyrifos ethyl ở các nghiệm thức của cộng

động vi khuẩn ký hiệu PH01 và PH02.................................................................... 77
Hình 4.12: Sơ đồ chuyển hóa của chlorpyrifos ethyl trong nghiệm thức
bổ sung acid hữu cơ ................................................................................................ 78
Hình 4.13: Sắc ký đồ sản phẩm trung gian trong quá trình phân hủy yếm khí
chlorpyrifos ethyl khi scan trên GCMS .................................................................. 78
Hình 4.14: Điện di đồ sản phẩm PCR của nhóm vi khuẩn Chloroflexi trong
các nghiệm thức mẫu đất PH01 với cặp mồi 338F/1101R ..................................... 81
Hình 4.15: Điện di đồ sản phẩm PCR của nhóm vi khuẩn Chloroflexi trong
các nghiệm thức mẫu đất PH01 với cặp mồi 341F-GC/534R ................................ 81
Hình 4.16: Điện di đồ sản phẩm PCR (DGGE) của các nghiệm thức
mẫu đất PH01.......................................................................................................... 83
Hình 4.17: Độ tương đồng của các vi khuẩn nhóm Chloroflexi trong mẫu đất
PH01 ....................................................................................................................... 84
Hình 4.18: Sự phát triển của một số quần xã vi khuẩn được làm giàu mật số
với chlorpyrifos ethyl .............................................................................................. 86
Hình 4.19: Phần trăm phân hủy chlorpyrifos ethyl của quần xã vi khuẩn trong
môi trường khoáng tối thiểu sau 30 ngày nuôi cấy (n=3) ....................................... 86
Hình 4.20: Sự phát triển của 2 dòng vi khuẩn ký hiệu PH_C3.1 và PH_C4.3
trong môi trường khoáng tối thiểu chứa chlorpyrifos ethyl nồng độ 20 ppm ........ 87

xiii


Hình 4.21: Phần trăm phân hủy chlorpyrifos ethyl của 2 dòng vi khuẩn trong
môi trường khoáng tối thiểu sau 30 ngày nuôi cấy (n=4) ....................................... 88
Hình 4.22: Phần trăm phân hủy chlorpyrifos ethyl của quần xã vi khuẩn trong
môi trường khoáng tối thiểu sau 30 ngày nuôi cấy (n=4) ....................................... 89
Hình 4.23: Phần trăm phân hủy chlorpyrifos ethyl của dòng vi khuẩn ký hiệu
BM_C9.2 trong môi trường khoáng tối thiểu sau 30 ngày nuôi cấy (n=4) ............ 90
Hình 4.24: Phần trăm phân hủy chlorpyrifos ethyl của quần xã vi khuẩn trong

môi trường khoáng tối thiểu sau 30 ngày nuôi cấy (n=4) ....................................... 91
Hình 4.25: Phần trăm phân hủy chlorpyrifos ethyl của dòng vi khuẩn ký hiệu
BT_C8.9 trong môi trường khoáng tối thiểu sau 30 ngày nuôi cấy (n=4) ............. 92
Hình 4.26: Phần trăm phân hủy chlorpyrifos ethyl của các quần xã vi khuẩn
trong môi trường khoáng tối thiểu sau 30 ngày nuôi cấy (n = 3, Sai số chuẩn) ..... 94
Hình 4.27: Điện di đồ sản phẩm PCR-DGGE (a) và độ tương đồng (b) của 7
quần xã vi khuẩn có khả năng phân hủy chlorpyrifos ethyl ................................... 96
Hình 4.28: Hình thái khuẩn lạc của 4 dòng vi khuẩn ............................................ 97
Hình 4.29: Hình nhuộm Gram của các dòng VK, chụp dưới KHV (X1000) ........ 97
Hình 4.30: Phổ điện di sản phẩm PCR của 4 dòng VK ......................................... 98
Hình 4.31: Ảnh hưởng của nguồn carbon đến sự gia tăng mật số vi khuẩn ........ 101
Hình 4.32: Ảnh hưởng của pH đến mật số của 4 dòng vi khuẩn ......................... 102
Hình 4.33: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mật số của 4 dòng vi khuẩn ................. 103
Hình 4.34: Mật số vi khuẩn trong môi trường nuôi cấy có và
không có bổ sung TSB .......................................................................................... 105
Hình 4.35: Khả năng phân hủy chlorpyrifos ethyl của dòng vi khuẩn
Barrientosimonas humi C4.3 theo thời gian ......................................................... 106
Hình 4.36: Khả năng phân hủy chlorpyrifos ethyl của dòng vi khuẩn
Barrientosimonas humi C4.3 và nhóm vi khuẩn (n=3, sai số chuẩn) .................. 107

xiv


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ADI

acceptable daily intake (lượng chất độc không gây hại cơ thể
người được chấp
nhận)

ADN
a.i

active ingredient (hoạt chất thuốc)

BVTV

bảo vệ thực vật

BM

Bình Minh

BT

Bình Tân

CL

Cai Lậ y

PH

Phụ ng Hiệ p

CEC

cation exchange capacity (khả nă ng trao đổ i cation)

CFU

colony-forming unit (đơ n vị

CTAB

Cetyltrimethylammonium bromide

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

DCM

Dichloromethane

DGGE

Denaturing Gradient Gel Electrophoresis

DNA

Deoxyribonucleic acid

FAO

Food and Agriculture Organization (tổ chức lương thực và
nông nghiệp)

GC/MS
phổ)

Gas Chromatography Mass Spectrometry (sắc kí khí khối

HPLC

High Perfomance Liquid Chromatography (sắc kí lỏng cao áp)

Kd

Distribution coefficient (hệ số phân phố i)

KHV

Kính hiển vi

Koc

organic carbon adsorption coefficient (chỉ số hấp phụ độc chất
hữu cơ trong đất)

LD50

Lethal Dose 50 (liều chất độc gây chết một nửa động vật)

MRL

maximum residue limit (mức dư lượng tối đa)
xv

hình thành khuẩ n lạ c)

MSBĐ

Mật số ban đầu

NN-PTNT

Nông nghiệp - Phát triển nông thôn

NT

Nghiệm thức

PCB

Polychlorinated biphenyls

PCR

Polymerase chain reaction

PE

Petroleum ether

ppb

parts per billion (một phần tỷ)

ppm

parts per million (một phần triệu)

TCP

3,5,6-trichloro-2-pyridinol

WHO

World Health Organization (Tổ chức y tế thế giới)

xvi


CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Việt Nam là một nước nông nghiệp với tổng diện tích đất canh tác nông
nghiệp khoảng 26,28 triệu ha, nông dân chiếm hơn 2/3 dân số cả nước. Vì vậy,
nông nghiệp chiếm vị trí vô cùng quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Theo
thống kê của ngành nông nghiệp, tổng kim ngạch xuất khẩu nông sản trong 10
tháng đầu năm 2014 của nước ta đạt 25,85 tỷ USD. Trong đó, Đồng bằng sông
Cửu Long (ĐBSCL) - khu vực sản xuất nông nghiệp lớn nhất cả nước đóng
góp một phần không nhỏ. Sự gia tăng sản lượng nông nghiệp là kết quả của
việc nâng cao kỹ thuật canh tác và hoạt động thâm canh tăng vụ, tăng cường
công tác bảo vệ thực vật (BVTV). Do điều kiện khí hậu nóng ẩm của ĐBSCL
dễ làm cho sâu bệnh phát triển, hậu quả là việc sử dụng thuốc BVTV ngày
càng tăng và đa dạng hơn về mặt chủng loại. Việc sử dụng thuốc BVTV quá
mức đã làm cho một lượng lớn thuốc còn lưu tồn trong đất, nước, nông sản

gây độc hại cho các sinh vật khác và sức khỏe cộng đồng.
Trong số các loại thuốc BVTV đang được sử dụng rộng rải, chlorpyrifos
ethyl là hoạt chất của thuốc trừ sâu thuộc nhóm lân hữu cơ. Hoạt chất này
thuộc loại có tính độc thần kinh ở mức cao, gây hại cho người và nhiều loại
động vật có lợi. Chlorpyrifos ethyl có khả năng hấp phụ vào đất rất cao, hệ số
Koc dao động từ 652 đến 30.381 L/kg tùy từng loại đất (Gebremariam et al.,
2012). Vì vậy đất phù sa và đất phèn có thể ảnh hưởng khác nhau đến sự hấp
phụ chlorpyrifos ethyl vào đất và qua đó ảnh hưởng đến dư lượng hoạt chất
này trong đất. Đồng thời, qua kết quả điều tra ở ĐBSCL của dự án RIP
(Chương trình VLIR) hợp tác giữa Trường Đại học Cần Thơ và Trường Đại
học Leuven của Bỉ cho thấy chlorpyrifos ethyl được nông dân sử dụng trên cả
3 mô hình canh tác chuyên lúa, luân canh lúa - màu, chuyên màu và lượng sử
dụng cao nhất trên mô hình chuyên màu, khi chuyển đổi sang mô hình luân
canh lúa - màu thì lượng sử dụng thấp nhất và sử dụng với lượng cao hơn
khuyến cao từ 2-15 lần. Do đó, việc sử dụng chlorpyrifos ethyl lâu dài có thể
làm lưu tồn hoạt chất này ở trong đất, sự phóng thích chlorpyrifos ethyl từ
trong đất kết hợp với sự rửa trôi sẽ gây nguy cơ ô nhiễm loại hoạt chất này
trong tầng nước mặt cũng như các môi trường khác. Trong đất chlorpyrifos
ethyl có thể bị phân hủy bằng các con đường hóa học, vật lý và sinh học. Sự
phân hủy sinh học thuốc BVTV nói chung và chlorpyrifos ethyl nói riêng đang
rất được quan tâm. Phân hủy sinh học là khi các vi sinh vật đất có tham gia
vào quá trình phân hủy (Andreu and Picó, 2004). Trong quá trình phân hủy
sinh học những loài vi sinh vật đất đóng vai trò hết sức quan trọng vì chúng có
1


thể sử dụng hoặc phân hủy các loại thuốc BVTV, đặc biệt là những loại thuốc
có độ bền cao. Vì vậy, sự phân hủy sinh học làm giảm dư lượng thuốc BVTV
một cách hiệu quả, bền vững, thân thiện với môi trường mà ít tốn kém và cũng
là yếu tố chính quyết định số phận của các loại thuốc BVTV. Nhiều nhà

nghiên cứu trên thế giới đã phân lập được các dòng vi khuẩn có khả năng phân
hủy tốt chlorpyrifos ethyl như: Dòng vi khuẩn Enterobacter chủng B14 (Singh
et al., 2004), Alcaligenes faecalis DSP3 (Yang et al., 2006), Paracoccus-TRP
(Gangming et al., 2008).
Mặt khác, ở ĐBSCL, nông dân đang canh tác trên 2 nhóm đất (đất phèn
và đất phù sa) điển hình, với 3 kiểu mô hình phổ biến: chuyên lúa (ngập nước
thường xuyên, điều kiện yếm khí chiếm ưu thế, lúa - màu (ngập khô luân
phiên, điều kiện yếm khí xen kẽ hiếu khí) và chuyên màu (môi trường cạn,
điều kiện hiếu khí chiếm ưu thế). Mô hình canh tác quyết định loại cây trồng
(lúa hoặc rau màu) và tạo nên đặc tính lí hóa, sinh học đặc trưng của đất ở mỗi
mô hình canh tác. Loại cây trồng trên mỗi mô hình của từng nhóm đất sẽ
quyết định đến loại và lượng thuốc BVTV sử dụng và qua đó ảnh hưởng đến
sự lưu tồn của chúng trong đất. Loại và lượng thuốc BVTV sử dụng trên các
đối tượng cây trồng khác nhau của mỗi nhóm đất sẽ dẫn đến sự hình thành các
hệ vi sinh vật đất khác nhau. Đặc biệt, nhóm vi sinh vật phân hủy thuốc BVTV
trong đất. Vì vậy, để làm rõ mối tương quan giữa mô hình canh tác (đối tượng
cây trồng và nhóm đất), loại và liều lượng thuốc BVTV sử dụng - đặc biệt là
chlorpyrifos ethyl, với sự lưu tồn và nhóm vi khuẩn phân hủy chlorpyrifos
ethyl trong đất, luận án: “Đánh giá sự lưu tồn và phân lập vi khuẩn có khả
năng phân hủy chlorpyrifos ethyl trên 3 mô hình canh tác: chuyên lúa, lúa màu và chuyên màu ở ĐBSCL” được thực hiện với mục tiêu đánh giá sự
tương tác giữa loại đất (đất phèn và đất phù sa), loại cây trồng (lúa và màu)
với dư lượng chlorpyrifos ethyl trong đất và vi khuẩn phân hủy chlorpyrifos
ethyl trong đất.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Luận án được thực hiện với các mục tiêu chính sau:
- Đánh giá ảnh hưởng của mô hình canh tác (chuyên lúa, lúa-màu,
chuyên màu) và loại đất (đất phèn và đất phù sa) lên dư lượng và sự lưu tồn
chlorpyrifos ethyl trong đất.
- Đánh giá ảnh hưởng của ba mô hình canh tác chuyên lúa (ngập nước
thường xuyên, điều kiện yếm khí chiếm ưu thế, lúa - màu (ngập khô luân

phiên, điều kiện yếm khí xen kẽ hiếu khí) và chuyên màu (môi trường cạn,
điều kiện hiếu khí chiếm ưu thế) và loại đất (đất phèn và đất phù sa) lên sự
2


hiện diện của nhóm và dòng vi khuẩn hiếu khí và kỵ khí có khả năng phân hủy
chlorpyrifos ethyl trong đất. Đồng thời, đánh giá khả năng phân hủy
chlorpyrifos ethyl trong đất của dòng vi khuẩn đã tuyển chọn ở quy mô phòng
thí nghiệm.
- Qua kết quả nghiên cứu của luận án nhằm xác định mô hình canh tác và
loại đất thích hợp để giảm thiểu tối đa dư lượng chlorpyrifos ethyl trong đất
nhờ hoạt động phân hủy của quần xã vi khuẩn. Mặt khác, các dòng vi khuẩn
có khả năng phân hủy chlorpyrifos ethyl đã được tuyển chọn từ kết quả nghiên
cứu của luận án được làm tiền đề cho những nghiên cứu ứng dụng các dòng vi
khuẩn này vào xử lí dư lượng chlorpyrifos ethyl trong đất canh tác nông
nghiệp.
1.3 Nội dung nghiên cứu
Luận án được thực hiện với các nội dung sau:
1) Đánh giá dư lượng chlorpyrifos ethyl trong đất phèn chuyên lúa,
chuyên mía và trong đất phù sa chuyên lúa, lúa - màu và chuyên màu ở
ĐBSCL.
2) Đánh giá sự lưu tồn chlorpyrifos ethyl trong đất phèn, đất phù sa và ảnh
hưởng của 3 mô hình canh tác chuyên lúa, lúa - màu và chuyên màu đến sự
lưu tồn chlorpyrifos ethyl trong đất ở điều kiện đồng ruộng và điều kiện nhà
lưới.
3) Đánh giá khả năng phân hủy yếm khí chlorpyrifos ethyl của quần xã vi
khuẩn trong đất phèn và đất phù sa chuyên canh lúa ở Phụng Hiệp - Hậu
Giang và Cai Lậy - Tiền Giang.
4) Tuyển chọn, phân lập và định danh vi khuẩn hiếu khí phân hủy
chlorpyrifos ethyl từ đất phèn và đất phù sa chuyên lúa, lúa - màu và chuyên

màu trong điều kiện đồng ruộng và điều kiện nhà lưới ở ĐBSCL.
5) Đánh giá khả năng phân hủy chlorpyrifos ethyl của dòng vi khuẩn
Barrientosiimonas humi C4.3 trong môi trường khoáng tối thiểu và trong đất.
1.4 Ý nghĩa của luận án
Về mặt khoa học, luận án cung cấp các kiến thức cơ bản về dư lượng
chlorpyrifos ethyl trong đất trên 3 mô hình canh tác: chuyên lúa, lúa - màu và
chuyên màu ở ĐBSCL; đánh giá được sự lưu tồn chlorpyrifos ethyl khi chúng
đi vào trong đất canh tác nông nghiệp, cũng như ảnh hưởng của mô hình canh
tác đến sự lưu tồn chlorpyrifos ethyl trong đất; Giải thích được cơ chế thích
nghi, dẫn đến sự hình thành vi khuẩn phân hủy chlorpyrifos ethyl trong đất.
3


Đặc biệt, các nghiên cứu của luận án đã chỉ ra được con đường phân hủy
sinh học của chlorpyrifos ethyl. Chlorpyrifos ethyl có thể bị phân hủy hiếu khí
bởi vi khuẩn bản địa bằng cách sử dụng chlorpyrifos ethyl như là nguồn
carbon trong quá trình biến dưỡng của chúng. Mặt khác, trong điều kiện yếm
khí, chlorpyrifos ethyl bị phân hủy theo hướng khử chlor bởi quần xã vi khuẩn
kỵ khí. Những kết quả nghiên cứu của luận án nhằm bổ sung những tư liệu
khoa học về sự tương tác giữa loại đất (đất phù sa và đất phèn) và mô hình
canh tác (chuyên lúa, lúa - màu và chuyên màu ở ĐBSCL) với dư lượng và vi
khuẩn phân hủy chlorpyrifos ethyl trong đất; Kết quả của nghiên cứu này là
nguồn tư liệu phục vụ cho việc giảng dạy và nghiên cứu khoa học nhằm có
hướng điều chỉnh, quản lý sử dụng đất và hệ thống cây trồng tốt hơn, góp phần
giảm thiểu ô nhiễm chlorpyrifos ethyl trong canh tác nông nghiệp.
1.5 Những điểm mới của luận án
So với các công trình nghiên cứu gần đây, nghiên cứu tập trung vào một
số điểm mới cơ bản như sau: (i) Kết quả nghiên cứu của luận án đã cung cấp
dữ liệu về dư lượng chlorpyrifos ethyl của 2 loại đất (đất phèn và đất phù sa)
và của 3 mô hình canh tác (chuyên lúa, lúa-màu và chuyên màu) ở ĐBSCL;

(ii) Kết quả nghiên cứu của luận án cũng đã đánh giá sự đa dạng của vi khuẩn
có khả năng khử chlor của chlorpyrifos ethyl trong đất phèn và đất phù sa
chuyên canh lúa ở ĐBSCL; và (iii) Tuyển chọn được một số dòng vi khuẩn
hiếu khí bản địa có khả năng phân hủy chlorpyrifos ethyl.

4


CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Tổng quan về thuốc BVTV và tình hình sử dụng thuốc BVTV
hiện nay
2.1.1 Tổng quan về thuốc BVTV
2.1.1.1 Khái niệm về thuốc BVTV
Trong tự nhiên không có loài được gọi là dịch hại. Con người gán tên gọi
dịch hại “Pest” cho bất kỳ loài thực vật, động vật hoặc vi sinh vật gây ảnh
hưởng lên việc sản xuất, cung cấp lương thực và sức khỏe cộng đồng. Thuốc
trừ dịch hại “Pesticide” được dùng để quản lý các loài dịch hại. Đây là những
sản phẩm hiện diện vì mục đích ngăn chặn, tiêu diệt và đẩy lùi bất kỳ loài sinh
vật mà con người không mong muốn (Delaplane, 1996).
Thuật ngữ thuốc trừ dịch hại “Pesticide” được tổ chức nông lương thế
giới (FAO) chấp nhận là một thuật ngữ tổng hợp bao gồm tất cả các hóa chất
được sử dụng để tiêu diệt hay kiểm soát các loài dịch hại “Pests”. Trong nông
nghiệp, điều này bao gồm thuốc trừ cỏ, thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh (nấm và
vi khuẩn), thuốc trừ tuyến trùng, và thuốc trừ chuột (Edwin, 1996).
Ở Việt Nam, khái niệm thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) được dùng để chỉ
các loại thuốc trừ dịch hại trong nông nghiệp. Theo Trần Quang Hùng (1999),
thuốc BVTV là những hợp chất độc có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp hóa
học dùng để phòng và trừ sâu, bệnh, cỏ dại, chuột,... hại cây trồng và nông sản
được gọi chung là sinh vật hại cây trồng và nông sản.

2.1.1.2 Phân loại thuốc BVTV
Thuốc BVTV được phân loại theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào
cơ sở phân loại. Theo WHO (World Health Organization - Tổ chức Y tế Thế
giới) căn cứ độ độc cấp tính của thuốc BVTV chia chúng thành 4 nhóm độc
khác nhau: Ia (rất độc), Ib (độc cao), II (độc trung bình), III (ít độc) và IV (rất
ít độc). Do tính độc hại đối với con người nên WHO đã phân chia thành các
nhóm độc với những kí hiệu đặc trưng để nhận biết và sử dụng giá trị LD 50
(lethal dose 50) để đánh giá độ độc của một chất. LD50 là liều chất độc gây
chết một nửa số động vật quan sát và thường được dùng để cân nhắc về mức
độ gây độc tương đối của một chất độc. Giá trị LD50 thường được khảo sát trên
chuột thí nghiệm (Bảng 2.1).

5


Bảng 2.1: Các cấp độ phân loại độ độc của một chất theo WHO
Trị số LD50 của thuốc (mg/kg)
Mức độ độc

Dạng lỏng
Qua miệng

Rất độc
Độc
Độc trung bình
Ít độc

Dạng rắn
Qua miệng

Qua da

Qua da

< 20

< 40

<5

< 10

20 – 200

40 – 400

5 – 50

10 – 100

200 – 2.000

400 – 4.000

50 – 500

100 – 1.000

> 2.000

> 4.000

> 500

> 1.000

(Nguồn: Trần Quang Hùng, 1999)

Nếu chỉ dùng LD50 để thể hiện độ độc của một hóa chất thì người sử
dụng sẽ rất khó để nhận biết mức độ độc hại của nó. Vì thế các nhà khoa học
đã nhóm các hóa chất có LD50 tương tự vào 4 nhóm. Mỗi nhóm có một “ký
hiệu” theo quy định của luật pháp và bắt buộc xuất hiện trên nhãn của sản
phẩm có chứa loại hóa chất trong nhóm để thông báo đến người mua độ độc
cấp tính của sản phẩm (Delaplane, 1996). Ở Việt Nam cũng áp dụng điều này
nhưng các quy định có thay đổi cho phù hợp. Phân loại độ độc của thuốc
BVTV và biểu tượng độ độc ghi trên nhãn thuốc ở Việt Nam được trình bày ở
Bảng 2.2.
Bảng 2.2: Các cấp độ phân loại độ độc của thuốc BVTV ở Việt Nam

Rất độc (I)

Độc tính cấp LD50 (mg/kg) chuột nhà
LD50 qua da mg/kg) LD50 qua miệng (mg/kg)
Thể rắn Thể lỏng Thể rắn
Thể lỏng
10
40
50
200

Độc cao (II)

10 – 100

40-400

50 -500

200-2.000

1001.000

400 4.000

500 -2.000

2.000 3.000

1.000

4.000

>2.000

>3.000

Phân nhóm
(kí hiệu)

Biểu tượng

nhóm độc

Độc trung
bình (III)
Độc nhẹ
(IV)

Không biểu
tượng

(Nguồn: Lê Văn Khoa, 2010)

Thuốc BVTV bao gồm thuốc diệt nấm, thuốc diệt vi khuẩn, thuốc trừ
sâu, thuốc diệt côn trùng, thuốc diệt tuyến trùng, thuốc diệt chuột, thuốc trừ
cỏ, thuốc diệt động vật thân mềm, thuốc diệt virus, chất dẫn dụ côn trùng,
thuốc bảo quản nông sản, thuốc điều hòa sinh trưởng thực vật, phụ gia cho
thuốc xịt, phụ gia giảm độc tố của thuốc BVTV khác (Phan Văn Biên và ctv.,
2000).

6


Dựa trên đối tượng phòng trừ thuốc BVTV được chia thành các nhóm
sau: thuốc trừ sâu, thuốc trừ động vật hoang dã hại mùa màng, thuốc trừ bệnh,
thuốc trừ cá hại mùa màng, thuốc trừ cỏ dại, thuốc xông hơi diệt trừ sâu bệnh
hại nông sản trong kho, thuốc trừ nhện hại cây, thuốc trừ tuyến trùng, thuốc
làm rụng lá cây, thuốc trừ ốc sên, thuốc làm khô cây, thuốc trừ chuột, thuốc
điều hòa sinh trưởng cây, thuốc trừ chim hại mùa màng.
Dựa vào nguồn gốc thuốc BVTV được phân loại thành các nhóm sau:
Nhóm thuốc thảo mộc có độ độc cấp tính cao nhưng phân hủy nhanh trong

môi trường; Nhóm chlor hữu cơ như DDT, 666,… nhóm này có độ độc cấp
tính tương đối thấp nhưng tồn lưu lâu trong cơ thể người, động vật và môi
trường, gây độc mãn tính nên nhiều sản phẩm bị cấm hoặc hạn chế sử dụng;
Nhóm lân hữu cơ như Wofatox, Bi-58, Basudin, Diazan... độ độc cấp tính của
nhóm thuốc này tương đối cao nhưng phân hủy nhanh trong cơ thể người và
môi trường hơn so với nhóm Chlor hữu cơ; Nhóm carbamate: Mipcin, Bassa,
Sevin,… nhóm thuốc này được sử dụng rộng rãi bởi vì thuốc tương đối rẻ tiền,
hiệu lực cao, độ độc cấp tính tương đối cao, khả năng phân hủy tương tự nhóm
lân hữu cơ; Nhóm Pyrethoide (Cúc tổng hợp): Decis, Sherpa, Sumicidine,
nhóm này dễ bay hơi và phân hủy tương đối nhanh trong môi trường và cơ thể
người; Các hợp chất pheromone là những hóa chất đặc biệt do sinh vật tiết ra
để kích thích hành vi của những sinh vật khác cùng loài. Các chất điều hòa
sinh trưởng côn trùng (Nomolt, Applaud,…): là những chất được dùng để biến
đổi sự phát triển của côn trùng. Hợp chất pheromone rất ít độc với người và
môi trường; Nhóm thuốc trừ sâu vi sinh (Dipel, Thuricide, Xentari, NPV,....):
Rất ít độc với người và các sinh vật không phải là dịch hại; Ngoài ra còn có
nhiều chất có nguồn gốc hóa học khác, một số sản phẩm từ dầu mỏ được dùng
làm thuốc trừ sâu (Nguyễn Trần Oánh và ctv., 1997).
2.1.1.3 Động thái thuốc BVTV trong môi trường
Khi phun thuốc có đến 50% đi vào môi trường (Lê Huy Bá và Lâm Minh
Triết, 2005), một phần phát tán vào khí quyển, phần lớn còn lại được đưa vào
môi trường đất, nước và trầm tích đáy với thời gian tồn dư lâu dài đã gây tác
động tiêu cực cho môi trường, ngăn chặn sự sinh trưởng và phá hủy hệ sinh
thái đất, thủy vực (Margni et al., 2002). Những yếu tố quyết định số phận
thuốc BVTV trong đất là các yếu tố lý, hóa, sinh trong môi trường. Những yếu
tố này có thể kết hợp làm ảnh hưởng đến tính bền của thuốc, bao gồm sự phân
hủy hóa học và sinh học, hay làm ảnh hưởng đến tính di động của thuốc, bao
gồm sự hấp phụ trên tầng mặt, sự hấp thụ từ thực vật, bay hơi, rửa trôi và thấm
lậu (Gilani et al., 2010). Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng ô nhiễm thuốc
BVTV sau khi phun xịt gồm 2 nguồn chính: nguồn điểm - nguồn tiếp nhận

7


trực tiếp thuốc BVTV do quá trình phun xịt hoặc rửa dụng cụ chứa thuốc
BVTV, nguồn lan tỏa - nguồn nhiễm thuốc BVTV thông qua quá trình khuếch
tán thuốc BVTV do bay hơi và lắng tụ chủ yếu trong quá trình phun xịt, trực
di thuốc BVTV, rửa trôi tầng mặt và xói mòn đất trong quá trình xử lý đồng
ruộng cũng như dư lượng thuốc bị hấp phụ vào trong sản phẩm (Phạm Văn
Toàn, 2011).
Nông sản
Quang phân
Sự bốc hơi
Sự chảy
tràn
Hấp phụ bởi rễ

Pha lỏng

Pha khí

Phân hủy sinh
và hóa học

Thuốc BVTV

Sự thấm lậu

Pha rắn
Hấp phụ và rửa trôi
Phân hủy hóa học

(Nguồn: Blasioli et al., 2005)

Hình 2.1: Con đường di chuyển của thuốc BVTV trong môi trường
2.1.1.4 Đặc tính của thuốc BVTV
Đặc tính của thuốc BVTV cũng quan trọng trong việc xác định động thái
của thuốc trong môi trường gồm: khả năng hòa tan trong nước, khả năng hấp
phụ vào đất, chu kỳ bán rã.
Những hoạt chất thuốc BVTV có khả năng hòa tan trong nước cao, khả
năng hấp phụ vào đất thấp và chu kỳ bán phân rã dài thì hoạt chất này có thể
dễ dàng tan và bền vững trong nước. Ba yếu tố này cũng góp phần đánh giá
khả năng trực di của thuốc BVTV vào trong môi trường nước mặt và nước
ngầm. Những hoạt chất dễ tan và bền vững trong nước thường ảnh hưởng
nghiêm trọng hơn so với hoạt chất có xu hướng kết chặt với các hạt đất.
Hệ số Koc (organic carbon adsorption coefficient): là hệ số chỉ thị cho
khả năng hấp phụ vào đất của hoạt chất thuốc BVTV. Hoạt chất có hệ số Koc
cao (≥ 1000) càng dễ hấp phụ vào trong đất, ngược lại giá trị Koc thấp (≤500)
dễ trực di vào nước mặt. Ví dụ, Cypermethrin có hệ số Koc = 156.250. Chứng
tỏ hoạt chất này rất dễ hấp phụ vào trầm tích và bùn đáy sau khi đi vào môi
trường nước. Thật vậy, theo Jones (1995), kết luận 95% hàm lượng
8


Cypermethrin trong nước giảm nhanh trong 24 giờ là do hấp phụ vào trong
đất, trầm tích và các hạt lơ lửng nhưng không bị phân hủy.
Bảng 2.3: Khả năng hấp phụ vào đất và trầm tích của hoạt chất BVTV
dựa vào Koc
Giá trị Koc

Khả năng hấp phụ vào đất

0 - 50

Rất thấp

50 - 150

Thấp

150 - 500

Trung bình

500 - 2000

Cao

2000 - 5000

Rất cao

> 5000

Hầu như hấp phụ hoàn toàn trong đất
(Nguồn: McCall et al., 1980)

Khả năng hòa tan vào nước của các hoạt chất thuốc BVTV được đo
lường bằng đơn vị phần triệu (mg/L), là lượng tối đa thuốc có thể tan trong
nước ở điều kiện xác định. Khả năng hòa tan vào nước của các hoạt chất thuốc
BVTV tương quan nghịch với chỉ số Kow (nồng độ tan trong octanol/tan trong
nước), khi khả năng hòa tan vào nước càng lớn thì Kow càng thấp đồng nghĩa

với hoạt chất thuốc BVTV dễ tan trong nước và ngược lại khi khả năng hòa
tan vào nước thấp thì Kow cao có nghĩa là hoạt chất thuốc BVTV khó tan trong
nước. Những hoạt chất càng khó tan trong nước thì càng có tiềm năng tích lũy
sinh học càng cao. Khi Kow > 103 (logKow > 3) thì hoạt chất có tiềm năng sinh
học cao. Khi Kow > 104 (logKow > 4) thì hoạt chất ít tan trong nước (Jones,
1995). Ví dụ: Chlorpyrifos ethyl là chất có tiềm năng tích lũy sinh học cao (ở
250C, Log Kow từ 5,2 đến 5,267) nên khả năng hòa tan trong nước rất thấp
(1,2 mg/L) (Gebremariam et al., 2012).
Chu kỳ bán rã là chỉ số đo thời gian phân hủy của thuốc BVTV, thời gian
thuốc BVTV phân hủy ½ lượng thuốc BVTV ở thời điểm ban đầu. Ví dụ
thuốc BVTV có thời gian bán phân rã là 12 ngày, nghĩa là sau khi phun thuốc
12 ngày, lượng thuốc BVTV chỉ còn 50%. Sau 24 ngày lượng thuốc BVTV
còn lại là 25% so với ban đầu đưa vào. Tuy nhiên, những hoạt chất thuốc
BVTV có thời gian bán phân hủy cao hơn 21 ngày có nghĩa là hoạt chất này
rất bền vững và đủ thời gian để nó có thể được hấp phụ vào trong đất. Khi
được hấp phụ vào trong đất, tùy vào đặc tính của đất mà thời gian phân hủy
diễn ra nhanh hoặc chậm. Đất có hàm lượng hữu cơ và sét cao như trầm tích
thì khả năng phân hủy hoạt chất thuốc rất chậm; ngược lại vùng đất cát thì quá
trình phân hủy thuốc BVTV diễn ra rất nhanh (Jones, 1995).
9


2.1.2 Tình hình sử dụng và nguy cơ ô nhiễm thuốc BVTV trên thế
giới và ở Việt Nam
2.1.2.1 Tình hình sử dụng và nguy cơ ô nhiễm thuốc BVTV trên thế
giới
a. Tình hình chung về sử dụng thuốc BVTV trên thế giới
Từ lâu việc sử dụng thuốc BVTV đã là một yếu tố quan trọng không thể
thiếu trong việc phòng trừ dịch hại. Năm 2001, tổng chi phí thuốc BVTV trên
toàn thế giới khoảng 32 tỉ đôla trong đó thuốc trừ cỏ chiếm tỉ lệ lớn nhất với

hơn 40%. Chỉ riêng ở Mỹ sử dụng khoảng 11 tỉ đôla tương ứng với 0,54 tỉ kg
trong tổng số 2,27 tỉ kg thuốc BVTV mà cả thế giới sử dụng (Fisher, 2007). Ở
Mỹ có hơn 40 triệu kg thuốc lân hữu cơ được sử dụng hàng năm. Trong đó
glyphosate và chlorpyrifos được sử dụng rộng rãi nhất chiếm tương ứng 20%
và 11% trong tổng số thuốc BVTV được sử dụng (EPA, 2004 được dẫn bởi
Singh et al., 2006).
Bên cạnh đó, tình hình sử dụng thuốc BVTV trên thế giới cho thấy tổng
chi phí cho việc tiêu thụ thuốc BVTV luôn tăng liên tục từ năm 1960 đến
2005. Trong đó, chi phí cho thuốc trừ cỏ là lớn nhất, kế đến là thuốc trừ sâu,
thuốc trừ bệnh và cuối cùng là nhóm khác. Trước đây thuốc trừ sâu dạng hữu
cơ tổng hợp chủ yếu có ba nhóm: 1) Carbamate; 2) Lân hữu cơ và 3) Chlor
hữu cơ. Tuy nhiên, sau đó, nhằm đáp ứng lại với nhu cầu của thị trường, các
dạng thuốc trừ cỏ và trừ nấm bệnh được sản xuất với một lượng lớn. Theo ước
đoán của một số chuyên gia trong lĩnh vực thuốc BVTV thì trong tương lai số
lượng thuốc trừ sâu sử dụng sẽ giảm xuống thay vào đó số lượng thuốc diệt cỏ
sử dụng sẽ được gia tăng (WenJun et al., 2011).
Đến năm 2010, tổng chi phí dùng cho việc sử dụng thuốc BVTV trên thế
giới (chủ yếu là các thuốc BVTV hóa học) ước tính đạt 37,9 tỉ đôla (Crop Life
International, 2011). Trong đó nhóm thuốc trừ cỏ vẫn chiếm tỉ lệ cao nhất với
46%, kế đến là các nhóm thuốc trừ sâu 26% và nhóm thuốc trừ nấm 26% và
các nhóm thuốc khác chỉ chiếm khoảng 2% (Hình 2.2).

10


Chi phí (tỉ đô la)

20
18
16

14
12
10
8
6
4
2
0

17.44

9.85

9.85

0.76
Thuốc trừ cỏ

Thuốc trừ sâu

Thuốc trừ nấm

Các nhóm thuốc
khác
(Nguồn: Crop Life International, 2011)

Hình 2.2: Chi phí của các nhóm thuốc BVTV trên toàn thế giới năm 2010
Về khu vực tiêu thụ, châu Á chiếm tỉ lệ cao nhất với 27% thị trường tiêu
thụ, tiếp theo là các khu vực châu Âu, châu Mỹ La-tinh, khối Bắc Đại Tây
Dương. Khu vực châu Phi và Trung Đông chiếm tỉ lệ thấp nhất với 4% thị

trường tiêu thụ (Hình 2.3).
4%
21%

27%

Châu Á
Châu Âu
Châu Mỹ La-tinh
Bắc đại Tây Dương
Châu Phi và Trung Đông

22%
26%
(Nguồn: Crop Life International, 2011)

Hình 2.3: Thị trường tiêu thụ thuốc BVTV trên toàn thế giới năm 2010
Qua đó cho thấy tình hình sử dụng thuốc BVTV trên thế giới có xu
hướng giảm. Tuy nhiên tổng lượng thuốc trừ cỏ được sử dụng tăng liên tục
theo từng năm và thuốc trừ sâu có xu hướng giảm. Mỗi châu lục có xu hướng
sử dụng thuốc BVTV khác nhau. Châu Âu sử dụng thuốc BVTV nhiều nhất,
kế đến là Châu Á và Châu Phi sử dụng thuốc BVTV ít nhất. Tuy nhiên nhiều
nghiên cứu cho thấy Châu Phi là thị trường có tiềm năng về tiêu thụ thuốc
BVTV. Nhìn chung châu Âu và Châu Á, nhất là những nước nông nghiệp thì
nguy cơ ô nhiễm môi trường do thuốc BVTV là rất cao trong giai đoạn hiện
nay.
11


b. Tình hình sử dụng thuốc trừ sâu và chlorpyrifos ethyl trên

thế giới
Thuốc trừ sâu luôn đóng vai trò quan trọng trong sản xuất nông nghiệp.
Ước tính mỗi năm trên toàn cầu có 4,6 triệu tấn thuốc trừ sâu hóa học phun ra
môi trường. Doanh thu cho thuốc trừ sâu của toàn thế giới luôn tăng qua các
năm, tuy nhiên tỉ lệ thuốc trừ sâu lại giảm trong cơ cấu các nhóm thuốc
BVTV. Năm 1960 doanh thu thuốc trừ sâu đạt 310 triệu USD chiếm 36,5%
tổng doanh thu bán hóa chất nông nghiệp, năm 1970 là hơn 1 tỉ USD (37,1%),
năm 1980 là 4,03 tỉ USD (34,7%). Kể từ năm 2000, xu hướng dùng thuốc trừ
sâu có dấu hiệu giảm đáng kể so với các nhóm thuốc khác, còn 27,9% và 25%
vào năm 2005. Nhưng doanh thu vẫn tăng khá cao, tương ứng 7,6 và 7,8 tỉ
USD. Châu Âu hiện nay là khu vực tiêu thụ thuốc trừ sâu lớn nhất thế giới,
đứng thứ hai là Châu Á. Các nước như Trung Quốc, Hoa Kỳ, Pháp, Brazil và
Nhật Bản là những nước sản xuất, đầu tư và sử dụng thuốc trừ sâu lớn hiện
nay (Zhang et al., 2011).
Tại một số quốc gia Châu Á tiêu biểu như Trung Quốc, trong những năm
1960 đến những năm 1970, sản xuất chủ yếu các loại thuốc trừ sâu gốc chlor
hữu cơ, lân hữu cơ và thuốc trừ sâu carbamate. Từ năm 1983 Trung Quốc đã
gia tăng sản xuất thuốc lân hữu cơ và carbamate. Tuy nhiên, đến năm 2007,
các thuốc lân hữu cơ có độ độc cao như Parathion, Parathionmethyl,
Methamidophos đã bị cấm sử dụng ở quốc gia này. Tại Nhật Bản, thuốc trừ
sâu chủ yếu sử dụng cho sản xuất lúa (chiếm 40%). Hầu hết các loại thuốc trừ
sâu đều được xuất khẩu sang các nước Đông Nam Á và Trung Quốc.
Trong các loại thuốc trừ sâu, chlorpyrifos ethyl được sử dụng rộng rãi
nhất do tính hiệu quả cao và ổn định của thuốc. Hơn 400 sản phẩm đã được
đăng ký bán trên thị trường để phục vụ cho mục đích kiểm soát dịch hại nông
nghiệp và công nghiệp (USEPA, 2006). Số lượng chlorpyrifos ethyl trên toàn
cầu từ năm 2002 đến năm 2006 là 25 nghìn tấn hoạt chất, trong đó 98,5%
được sử dụng cho mục đích nông nghiệp (Eaton et al., 2008). Riêng tại Mỹ,
khoảng 10 nghìn tấn hoạt chất chlorpyrifos ethyl được sử dụng từ năm 19871999 (USEPA, 2000; Donaldson et al., 2002). Gần đây, tình hình sử dụng
chlorpyrifos ethyl ở quốc gia này đang bị hạn chế: năm 2001 có 7 nghìn tấn

hoạt chất được sử dụng, năm 2003 là 5 nghìn tấn, đến năm 2005 mức sử dụng
giảm còn 4,1 nghìn tấn hoạt chất (Grube et al., 2011). Các thuốc trừ sâu gốc
lân hữu cơ khác cũng đang có xu hướng giảm dần (Gebremariam et al., 2012).

12


2.1.2.2 Tình hình sử dụng và nguy cơ ô nhiễm thuốc BVTV ở
Việt Nam
Việc sử dụng thuốc BVTV ngày càng tăng và trở nên phổ biến trong nền
nông nghiệp của Việt Nam. Bên cạnh đó, cơ cấu thuốc BVTV sử dụng cũng
thay đổi: thuốc trừ sâu giảm từ 83,3% năm 1981 xuống 50,5% năm 1997 và
chỉ còn 29,9% năm 2006, trong khi thuốc trừ cỏ và trừ bệnh gia tăng cả về số
lượng và chủng loại. Riêng thuốc trừ cỏ tăng từ 4,1% năm 1981 lên 25% năm
1997 và tăng lên 28,4% năm 2006 với 195 hoạt chất khác nhau và 584 tên
thương phẩm (Lê Văn Khoa, 2010).
Giai đoạn 2005 - 2012 lượng thuốc BVTV nhập khẩu vào Việt Nam có
xu hướng tăng dần theo thời gian. Đặc biệt tăng đột biến vào giai đoạn 2008 2012 nguyên nhân là do sự xuất hiện dịch lùn sọc đen hại lúa. Trong các loại
thuốc BVTV vào giai đoạn này, thuốc trừ cỏ được sử dụng nhiều nhất và tăng
đều theo thời gian, trong khi đó, các loại thuốc trừ sâu và bệnh cây trồng có xu
hướng ổn định và số lượng sử dụng tương đương nhau (Hình 2.4). Ở Việt
Nam, số lượng và chủng loại hóa chất nông nghiệp rất đa dạng và phong phú
với 3.865 tên thương mại khác nhau và 1.614 hoạt chất được sử dụng. Trước
năm 1990, lượng thuốc BVTV nhập khẩu hàng năm dao động trong khoảng từ
13.000 đến 14.000 tấn. Đến năm 2014 số lượng nhập khẩu đã tăng lên 105.000
tấn/năm. Bên cạnh đó, chủng loại thuốc BVTV nhập khẩu vào Việt Nam sau
năm 2012 cũng có sự thay đổi như sau: thuốc trừ sâu giảm xuống, trong khi
đó, thuốc trừ nấm bệnh, trừ cỏ và các loại thuốc BVTV khác tăng lên. Cụ thể
như sau: Trước năm 1990, thuốc trừ sâu chiếm khoảng 83,3% tổng lượng
thuốc BVTV nhập khẩu vào Việt Nam, thuốc trừ bệnh cây trồng chỉ chiếm

9,5%, thuốc trừ cỏ dưới 4%, và các loại thuốc khác chiếm 3,1%. Tuy nhiên,
vào năm 2012, thuốc trừ sâu chỉ chiếm 20,4%, thuốc trừ bệnh cây trồng tăng
lên đến 23,2%, thuốc trừ cỏ tăng lên đến 44,4% và các loại thuốc khác chiếm
12% so với tổng khối lượng thuốc nhập khẩu (Phan Hiển, 2014).

Hình 2.4: Tình hình nhập khẩu thuốc BVTV ở Việt Nam giai đoạn 2005-2012

13


Sử dụng và nhập lậu thuốc nằm trong danh mục cấm và có tính bền vững
với môi trường làm ảnh hưởng đến sức khỏe người dân địa phương và các
vùng lân cận. Theo số liệu của Bộ NN-PTNT, mỗi năm Việt Nam nhập
khoảng 100.000 tấn thuốc BVTV; Điều đáng lo hơn nữa, thuốc BVTV nhập
lậu là những loại không nằm trong danh mục được phép sử dụng ở Việt Nam,
thậm chí còn là thuốc giả (giả nhãn mác, bao bì của thuốc được đăng ký sử
dụng ở Việt Nam) là những loại thuốc có độ độc cao, nhiều loại đã bị cấm sử
dụng ở Việt Nam gây mất an toàn cho người, cây trồng và môi trường. Theo
nghiên cứu của Viện Môi trường Nông nghiệp Việt Nam, mỗi năm có hàng
nghìn tấn vỏ thuốc BVTV thải ra môi trường đồng ruộng do người dân sau khi
sử dụng vứt bỏ bừa bãi. Đây là loại chất thải rắn độc hại, gây ra những tác
động xấu đối với môi trường đất, nước, không khí và sức khỏe cộng đồng.
Một trong những nguyên nhân chính gây ra tình trạng gia tăng ô nhiễm môi
trường nông thôn là do chất thải rắn phát sinh từ việc lạm dụng thuốc BVTV
trong hoạt động trồng trọt. Thông thường lượng bao bì chiếm khoảng 10%
tổng số thuốc tiêu thụ, những năm gần đây, số lượng bao bì, vỏ đựng thuốc
BVTV lên tới hơn chục nghìn tấn mỗi năm.
Riêng ở ĐBSCL, kết quả điều tra thực trạng sử dụng thuốc BVTV trên
mô hình chuyên lúa cho thấy nhóm thuốc trừ bệnh conazole là loại thuốc được
sử dụng nhiều nhất chiếm 11,8%. Theo sau là thuốc trừ sâu nhóm cúc tổng

hợp Pyrethroids, nhóm Biopesticides, Carbamates và nhóm kháng sinh tổng
hợp, chiếm tỉ lệ lần lượt là 9,8, 8,8, 6,9 và 5,9%. Các loại thuốc thuộc nhóm
lân hữu cơ cũng được sử dụng khá phổ biến chiếm 5,9%, trong đó thuốc sử
dụng thường xuyên là profenofos và chlorpyrifos ethyl (Phạm Văn Toàn,
2013). Tại Cần Thơ chlorpyrifos ethyl là một trong 3 loại thuốc trừ sâu được
sử dụng nhiều trong năm 2009 - 2010. Vụ Đông Xuân (2009 -2010) và vụ Hè
Thu (2010) thuốc có chứa hoạt chất chlorpyrifos ethyl chiếm 9,19 % và 10,6%
trong tổng các loại thuốc BVTV được sử dụng trên toàn tỉnh (Chi Cục BVTV
Cần Thơ, 2010).
Trái ngược với các tỉnh ĐBSCL, điều tra tình hình sử dụng thuốc BVTV
(giai đoạn 2010 - 2011) trên 120 hộ tại huyện Yên Châu - Sơn La cho thấy
chlorpyrifos ethyl không được sử dụng phổ biến. Diện tích sử dụng
chlorpyrifos ethyl dưới 1% vào các vụ xuân 2010, vụ mùa 2010 và vụ xuân
2011. Riêng với vụ mùa 2011 chlorpyrifos ethyl được sử dụng khá nhiều, có
đến 18,54 % diện tích điều tra có sử dụng thuốc. Người dân cũng luôn có thói
quen sử dụng thuốc quá liều. Tiêu biểu như Vitashield 40EC được sử dụng cao
hơn gấp 2-3 lần, Victory 585EC cũng vượt gấp 5 lần và Dragon 585EC cũng
vượt từ 6-8 lần so với khuyến cáo (Nguyễn Văn Viên, 2012).
14


Như vậy, tại Việt Nam hiện vẫn chưa có một thống kê hoàn chỉnh về tình
hình sử dụng chlorpyrifos ethyl. Ở các địa điểm khác nhau,chlorpyrifos ethyl
được sử dụng ít hay nhiều tùy theo tình hình sâu bệnh cũng như sự lựa chọn
của nông dân về loại thuốc để phòng trừ sâu bệnh. Hầu hết nông dân đều sử
dụng thuốc quá liều lượng khuyến cáo.
Từ những kết quả về tình hình sử dụng thuốc BVTV ở Việt Nam cho
thấy thực trạng sử dụng thuốc BVTV của nông dân có nguy cơ ô nhiễm môi
trường rất cao. Nông dân sử dụng lượng thuốc BVTV cao hơn khuyến cáo
nhiều lần nên để lại một lượng dư tồn trong đất và nước. Đặc biệt, nông dân ở

ĐBSCL có chung đặc điểm là sử dụng thuốc BVTV thuộc những nhóm có
thời gian bán hủy dài như carbamate, lân hữu cơ, cúc tổng hợp. Đây cũng là
một trong những nguyên nhân góp phần gây ô nhiễm tài nguyên đất và nước.
2.1.3 Phân hủy sinh học và phục hồi đất ô nhiễm thuốc BVTV bằng
biện pháp sinh học
2.1.3.1 Phân hủy sinh học

Phân hủy sinh học là quá trình phân hủy các chất bởi vi khuẩn và các
sinh vật khác. Thuật ngữ này thường được sử dụng có liên quan đến hệ sinh
thái, quản lý chất thải và môi trường tự nhiên (xử lý sinh học). Sản phẩm của
quá trình phân hủy sinh học có thể tạo ra các chất vô hại trả lại môi trường tự
nhiên. Chất hữu cơ có thể phân hủy hiếu khí hoặc kỵ khí. Trong tự nhiên tốc
độ phân hủy sinh học khác nhau ở từng loại chất hữu cơ và tốc độ phân hủy
của các chất hữu cơ được giới hạn bởi độ hữu dụng sinh học trong môi trường.
Tốc độ phân hủy sinh học được xác định bằng cách đo lượng CO2 (hiếu khí)
hoặc khí CH4 (kỵ khí) (Sims and Cupples, 1999).
2.1.3.2 Phục hồi sinh học

Phục hồi sinh học là quá trình tạo điều kiện cho vi sinh vật phân hủy
nhanh các chất gây ô nhiễm hữu cơ độc hại trong môi trường để cải thiện môi
trường ô nhiễm về trạng thái an toàn (O'Loughlin et al., 2000). Theo một cách
hiểu rộng hơn thì phục hồi sinh học là một quá trình tự phát hoặc có điều
khiển, trong đó xảy ra sự phân hủy sinh học (nhất là vi sinh vật học) đối với
các chất gây ô nhiễm và do đó làm giảm ô nhiễm môi trường. Sự tự làm sạch
của các dòng sông hay suối bị ô nhiễm nhẹ là những ví dụ về sự phục hồi sinh
học tự phát. Gần đây khái niệm phục hồi sinh học được mở rộng, bao gồm cả
các quá trình sinh học kể cả của thực vật, làm kết tủa hoặc cố định các chất
gây ô nhiễm vô cơ (Sims, 2006).

15