Nghiên cứu cadimi trong một số nhóm đất ở việt nam và tích luỹ cadimi trong rau ăn lá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

HÀ MẠNH THẮNG

NGHIÊN CỨU CADIMI TRONG MỘT SỐ NHÓM ĐẤT
Ở VIỆT NAM VÀ TÍCH LUỸ CADIMI TRONG RAU ĂN LÁ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI, 2019

i


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

HÀ MẠNH THẮNG

NGHIÊN CỨU CADIMI TRONG MỘT SỐ NHÓM ĐẤT
Ở VIỆT NAM VÀ TÍCH LUỸ CADIMI TRONG RAU ĂN LÁ

Chuyên ngành
Mã số

: Khoa học đất
: 9 62 01 03

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Phạm Quang Hà
PGS.TS. Nguyễn Đình Mạnh

HÀ NỘI, 2019

ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả, số
liệu, nội dung nghiên cứu trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được tác
giả nào công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây. Các tài liệu, số liệu
tham khảo trong quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận án của các tác giả, các
nhà khoa học, các công trình nghiên cứu liên quan đã được trích dẫn rõ nguồn gốc
theo quy định của Bộ Giáo dục và Đào tạo trong quá trình nghiên cứu, hoàn thành
luận án.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận án

Hà Mạnh Thắng

3

năm 2019


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian nghiên cứu, hoàn thành Luận án, với lòng biết ơn sâu sắc,
tác giả luận án xin gửi tới PGS.TS Phạm Quang Hà; Cố PGS.TS. Nguyễn Đình Mạnh đã
trực tiếp hướng dẫn, sửa chữa, giúp nghiên cứu sinh đưa ra được những định hướng
nghiên cứu có hàm lượng khoa học cao, sát với thực tiễn. Trong quá trình nghiên cứu,
tìm tòi, hoàn thành luận án, tác giả được các quý thầy truyền cảm hứng, lòng đam mê
nghiên cứu khoa học, động viên tinh thần nghiên cứu sinh vững tin, tự giác, tự tin để
ngày càng hoàn thiện hơn trong công tác nghiên cứu khoa học.
Tác giả xin chân thành cảm ơn tới các Thầy, các Cô, tập thể Lãnh Đạo Viện Khoa
học Nông nghiệp Việt Nam, tập thể cán bộ đã và đang công tác tại Ban Đào tạo sau
Đại học, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã dạy dỗ, định hướng, truyền đạt
những kiến thức cho tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận án.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo Viện Môi trường Nông nghiệp, lãnh
đạo và tập thể cán bộ Bộ môn Hoá Môi trường, Viện Môi trường Nông nghiệp đã tạo
mọi điều kiện giúp đỡ, động viên, quan tâm, chia sẻ tác giả trong suốt quá trình
nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Cuối cùng tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới bạn bè đồng nghiệp,
tới những người thân yêu trong gia đình đã tận tình giúp đỡ, động viên tác giả về vật
chất, tinh thần để tác giả luôn yên tâm nghiên cứu và hoàn thành luận án./.
Hà Nội, ngày

tháng

Tác giả luận án

Hà Mạnh Thắng

4

năm 2019


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ iv
MỤC LỤC ...................................................................................................................... v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................................................viii
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... ix
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................... xii
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết .............................................................................................................. 1
2. Mục đích nghiên cứu .................................................................................................. 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................................... 2
3.1. Ý nghĩa khoa học .................................................................................................. 2
3.2. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................................. 2
4. Tính mới của nghiên cứu ............................................................................................ 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................... 4
1.1 Cadimi và một số ứng dụng................................................................................... 4
1.2. Đôc tính của Cd trong thực vật............................................................................. 5
1.3. Độc tính của Cd đối với sinh vật và môi trường sinh thái.................................. 11
1.4. Độc tính của Cd đối với con người..................................................................... 13
1.5. Nguồn gây ô nhiễm Cadimi trong đất nông nghiệp ........................................... 15
1.6. Tổng quan đất Việt Nam và một số nghiên cứu về Cadimi trong đất, cây trồng
và môi trường ở Việt Nam......................................................................................... 25
1.6.1. Một số loại đất chính sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam ................................ 25

1.6.2. Một số kết quả nghiên cứu về Cadimi trong đất, cây trồng và môi trường ở
Việt Nam ................................................................................................................... 27
1.7. Tổng quan một số nghiên cứu về Cadimi trong đất, cây trồng và môi trường
trên thế giới
....................................................................................................................... 33
CHƯƠNG II: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......... 48
2.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 48
2.3. Nội dung, vật liệu và địa điểm nghiên cứu ............................................................ 49
5


2.3.1 Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 49

6


2.3.2. Vât liệu và địa điểm nghiên cứu ...................................................................... 49
2.3.2.1. Vật liệu nghiên cứu ................................................................................... 49
2.3.2.2. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................. 50
2.4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 50
2.4.1. Phương pháp lấy mẫu đất, cây trồng và xử lý mẫu ......................................... 50
2.4.2. Phương pháp thí nghiệm trong chậu................................................................ 52
2.4.3. Phương pháp phân tích .................................................................................... 55
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................... 56
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.................................... 58
3.1. Đánh giá hàm lượng Cadimi trong một số nhóm đất chính sản xuất nông nghiệp ở
Việt Nam. ...................................................................................................................... 58
3.1.1. Cd trong nhóm đất phù sa Việt Nam ............................................................... 58
3.1.1.1. Cd trong tầng mặt đất phù sa Việt Nam .................................................... 58
3.1.1.2. Cd trong một số phẫu diện đất phù sa Việt Nam ...................................... 61

3.1.2. Cd trong nhóm đất xám Việt Nam .................................................................. 62
3.1.2.1. Cd trong tầng mặt nhóm đất xám .............................................................. 62
3.1.2.2. Cd trong một số phẫu diện đất xám Việt Nam.......................................... 66
3.1.3. Cd trong nhóm đất đỏ ..................................................................................... 67
3.1.3.1. Cd trong tầng mặt đất đỏ Việt Nam .......................................................... 68
3.1.3.2. Cd trong một số phẫu diện đất đỏ Việt Nam............................................. 70
3.1.4. Cd trong nhóm đất cát ..................................................................................... 72
3.1.5. Hàm lượng Cd trong đất ở một số vùng có nguy cơ ô nhiễm do tác động của
chất thải ..................................................................................................................... 75
3.2. Hàm lượng Cd trong một số loại cây trồng chính ở Việt Nam .............................. 76
3.2.1. Hàm lượng Cd trong rau tại một số vùng ở Việt Nam .................................... 76
3.2.2. Cd trong nhóm cây lương thực tại một số vùng ở Việt Nam .......................... 78
3.2.3. Cd trong nhóm cây thực phẩm tại một số vùng ở Việt Nam ........................... 79
3.3. Mối quan hệ giữa Cd trong đất và cây trồng dưới các loại hình tác động khác nhau80
3.3.1 Mối quan hệ Cd trong đất và cây trồng dưới tác động của thâm canh nông
nghiệp ........................................................................................................................ 82

7


3.3.2 Mối quan hệ hàm lượng Cd trong đất và cây trồng tại một số vùng chịu ảnh
hưởng của chất thải công nghiệp, đô thị và chất thải làng nghề................................
84

8


3.4. Ảnh hưởng của các ngưỡng Cd trong đất đến tích luỹ Cd trong rau ăn lá trên đất
phù sa sông Hồng và đất xám bạc màu Việt Nam ........................................................ 86
3.4.1. Một số tính chất hoá học, vật lý và kim loại nặng của đất thí nghiệm ............ 86

3.4.2. Ảnh hưởng của Cd trong đất đến sinh trưởng, năng suất của (cải mơ, rau
muống) trên đất xám bạc màu và đất phù sa sông Hồng ...........................................
88
3.4.2.1. Trên đất phù sa sông Hồng ........................................................................... 88
3.4.2.2. Trên đất xám bạc màu .................................................................................. 89
3.4.3. Ảnh hưởng của Cd trong đất đến tích luỹ Cd trong cải mơ, rau muống trên đất
phù sa sông hồng và đất xám bạc màu Việt Nam...................................................... 92
3.4.3.1. Ảnh hưởng của Cd trong đất đến tích luỹ Cd trong cải mơ, rau muống trên
đất phù sa sông hồng ................................................................................................. 92
3.4.3.2. Ảnh hưởng của Cd trong đất xám bạc màu đến tích luỹ Cd trong cải mơ, rau
muống ........................................................................................................................
95
3.4.4. Ảnh hưởng của Cd trong đất đến vi sinh vật tổng số trên đất phù sa sông hồng
và đất xám bạc màu....................................................................................................... 98
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ......................................................................................... 101
1. Kết luận ................................................................................................................... 101
2. Đề nghị.................................................................................................................... 102
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN TIẾN SĨ ..103
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 104
1. Tài liệu tham khảo tiếng việt ............................................................................... 104
2. Tài liệu tham khảo nước ngoài ............................................................................ 108

vii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
ACIAR (Australian Centre for International
Agricultural Research)

Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc

tế Úc

BNN&PTNT

Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

BĐKH

Biến đổi khí hậu

BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trường

BYT

Bộ Y tế

CCME (Canadian Council of Ministers of the Bộ Tài nguyên Môi trường Canada
Environment)
ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

ĐBSH

Đồng bằng sông Hồng

FAO (Food and Agriculture Organization) Tổ chức Nông lương liên hợp quốc
BVTV

Bảo vệ thực vật

HCM
KLN

Hồ Chí Minh
Kim loại nặng
IARC (International Agency for Research on Tổ chức nghiên cứu ung thư quốc tế
Cancer)
LD50

Liều gây chết trung bình

MT

Môi trường

MTNN

Môi trường Nông nghiệp

NCCGKT

Nghiên cứu chuyển giao kỹ thuật đất phân

NCMC (An initiative of the National
Ủy ban giảm thiểu Cadimi quốc gia Úc
Cadmium Minimisation Committee)
QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TP

Thành phố

WHO (World Health Organization)

Tổ chức y tế thế giới

8


DANH MỤC BẢNG
TT bảng
1.1

Tên các bảng
Hàm lượng KLN trong một số loại đá chính hình thành đất

Trang
16

1.2

Hàm lượng một số KLN trong phân bón

19

1.3

Hàm lượng Cd trong phân bón tại miền BắcViệt Nam

20

1.4
1.5

Hàm lượng (ppm) một số kim loại nặng trong các sản phẩm dùng
làm phân bón trong sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam
Hàm lượng Cd trong một số mẫu chất hình thành đất

20
21

1.6

Hàm lượng Cd trong đất bị ô nhiễm ở một số Quốc gia

21

1.7

Hàm lượng Cd trong một số loại cây trồng tại một số điểm ô nhiễm

1.8

Diện tích của các nhóm đất chính ở Việt Nam

23
25

1.9

Hàm lượng Cd trong đất mặt tại một số Quốc gia trên thế giới

33

1.10

Hàm lượng Cd trong quặng phốt phát tại một số nước trên thế giới

1.11

Hàm lượng Cd trong một số loại đất trên thế giới

34
35

1.12
1.13

Hàm lượng Cd và một số nguyên tố trong mẫu chất hình thành đất
(mg/kg)
Hàm lượng Cd được cây trồng hút tại Đài Loan

36
37

1.14

Hàm lượng Cd trong đất nông nghiệp tại một số Quốc gia

38

1.15

Hàm lượng Cd trung bình trong một số cây thực phẩm (ppm)

39

1.16

Khối lượng kim loại nặng đã được cây trồng lấy đi sau thu hoạch
liên quan đến khối lượng bổ sung từ bùn thải và thời gian tồn dư ước
tính trong đất ở Voburn, Anh.
Hàm lượng Cd trong đất, Cd tích luỹ trong thực vật và hệ số hút Cd
của một số cây trồng
Hàm lượng một số kim loại nặng trong các loại nước thải

1.17
1.18
1.19

40

43
45

2.2

Hàm lượng kim loại nặng trong nước chảy tràn từ các khu vực khác
nhau của đô thị
Công thức thí nghiệm và lượng CdCl2.5H2O bón bổ sung cho các ô
thí nghiệm trên đất phù sa
Số liệu phân tích nước tưới dùng cho thí nghiệm

2.3

Lượng phân hóa học bón cho cây cải mơ của thí nghiệm

53

2.4

Lượng phân hóa học bón cho cây rau muống của thí nghiệm

53

2.5

Công thức thí nghiệm và lượng CdCl2.5H2O bón bổ sung cho các ô
thí nghiệm trên đất xám

54

2.1

9

45
52
53


2.6

Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích trong đất

55

3.1

Lượng chứa Cd trong một số đá mẹ hình thành đất

59

3.2

hàm lượng Cd (mg/kg) trong các loại đất phù sa các hệ thống sông

60

3.3

Phân bố hàm lượng Cd trong đất phù sa theo xác suất

60

3.4

Hàm lượng Cd trong một số phẫu diện phù sa

61

3.5

Hàm lượng Cd (mg/kg) trong một số loại đất xám ở Việt Nam

3.6

Phân bố hàm lượng Cd trong đất xám theo xác suất

63
64

3.7

Hàm lượng Cd trong nhóm đất xám tại một số tỉnh ở Việt Nam

65

3.8

Hàm lượng Cd trong một số phẫu diện đất xám Việt Nam

66

3.9
310

Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất đỏ vàng Việt Nam theo các vùng
sinh thái
Phân bố hàm lượng Cd trong đất đỏ vàng theo xác suất

69
70

3.11

Hàm lượng Cd trong một số phẫu diện đất đỏ vàng Việt Nam

3.12

Hàm lượng Cd (mg/kg đất) trong đất cát theo các vùng sinh thái

3.13

Hàm lượng Cd (mg/kg đất) trong nhóm đất cát Việt Nam, phân loại
theo FAO
Phân bố hàm lượng Cd trong đất cát theo xác suất

3.14
3.15

70

72
73
74

3.19

Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất ở một số khu vực chịu ảnh hưởng
của chất thải công nghiệp và làng nghề
Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất và rau ăn lá tại một số điểm nghiên
cứu
Hàm lượng Cd trong đất và cây lương thực tại một số tỉnh thành ở
Việt Nam
Hàm lượng Cd trong đất và cây thực phẩm tại một số điểm nghiên
cứu ở Việt Nam
Hệ số tương quan tuyến tính r ở mức sai khác 5% và 1%

3.20

Hệ số tương quan giữa Cd trong đất và cây trồng

82

3.21
3.22

Hệ số tương quan giữa Cd trong đất và cây trồng ở một số vùng chịu
ảnh hưởng của chất thải
Một số tính chất lý hoá đất bạc màu trước thí nghiệm

85

86

3.23

Một số tính chất lý hoá đất phù sa sông Hồng trước thí nghiệm

3.24

Ảnh hưởng của các mức Cd trong đất đến sinh trưởng và năng suất
của rau cải mơ trên đất phù sa sông Hồng
Ảnh hưởng của Cd trong đất đến sinh trưởng và năng suất của rau
muống trên đất phù sa sông Hồng
Ảnh hưởng của Cd trong đất đến sinh trưởng và năng suất của rau

3.16
3.17
3.18

3.25
3.26

10

75
77
78
79
81

87

88
89
90


cải mơ trên đất xám bạc màu
3.27
3.28

Ảnh hưởng của Cd trong đất đến sinh trưởng và năng suất của rau
muống trên đất xám bạc màu
91
Hàm lượng Cd trong đất và rau cải mơ trên đất phù sa sông Hồng

3.29

Hàm lượng Cd trong đất và rau muống trên đất phù sa sông Hồng

3.30

Hàm lượng Cd trong đất xám bạc màu và rau cải mơ

3.31

Hàm lượng Cd trong đất và rau muống trên đất xám bạc màu

3.32

Ảnh hưởng của Cd trong đất đến vi sinh vật tổng sốtrên đất phù sa
sông Hồng Việt Nam

98
Ảnh hưởng của Cd trong đất xám bạc màu đến vi sinh vật tổng số

3.33

11

93

94
95
96

99


DANH MỤC HÌNH
T hình
T
1.1
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10

3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20

Số
trang
Nguồn Cd và vòng tuần hoàn Cd trong hệ thống nông nghiệp
15
Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất phù sa theo các hệ thống sông
60
Mật độ xác suất hàm lượng Cd trong đất phù sa theo phân bố
Normal
61
Trung bình hàm lượng Cd trong một số phẫu diện đất phù sa
62
Hàm mật độ xác suất Cd trong đất xám Việt Nam theo phân bố
Normal
63
Hàm lượng Cd trong một số loại đất xám Việt Nam
64
Trung bình hàm lượng Cd trong một số phẫu diện đất xám Việt
Nam
67

Hàm lượng Cd trong đất đỏ vàng Việt Nam
69
Mật độ xác suất Cd trong đất đỏ vàng Việt Nam theo phân bố
Normal
69
Trung bình hàm lượng Cd trong một số phẫu diện đất đỏ vàng
Việt Nam
71
Hàm lượng Cd (mg/kg) trong đất cát Việt Nam phân theo vùng
73
Mật độ xác suất Cd trong đất cát theo phân bố Normal
74
Hàm lượng Cd trong đất và rau các loại tại các điểm nghiên
cứu
77
Hàm lượng Cd trong đất và cây lượng thực tại các điểm nghiên
cứu
79
Hàm lượng Cd trong đất và cây thực phẩm tại các điểm nghiên
cứu
80
Tương quan Cd trong đất và cây trồng
83
Tương quan giữa hàm lượng Cd trong đất và cây trồng ở khu
vực chịu ảnh hưởng của chất thải
85
Tương quan hàm lượng Cd trong đất và rau cải mơ trên đất phù
sa sông Hồng
93
Tương quan hàm lượng Cd trong đất và rau muống trên đất phù

sa sông Hồng
94
Tương quan hàm lượng Cd trong đất xám bạc màu và rau cải
mơ
96
Tương quan hàm lượng Cd trong đất xám bạc màu và rau
muống
97
Nội dung

xii


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết
Do áp lực của tăng trưởng kinh tế và tăng dân số, việc đẩy mạnh đô thị hoá và
công nghiệp hoá một cách không có quy hoạch cũng như quản lý môi trường nên một
số khu vực ven đô thị và khu công nghiệp đã bị ô nhiễm. Ô nhiễm Đất do nước thải đô
thị và khu công nghiệp thường chứa các kim loại nặng (KLN) độc hại như: Cr, Cu, As,
Ag, Zn, Ni, Pb, Hg và Cd. Một diện tích đáng kể đất nông nghiệp ven đô thị và các
khu công nghiệp bị ô nhiễm các KLN do sử dụng các nguồn nước nói trên để tưới. Mặt
khác, tại một số vùng có sự chuyển đổi cơ cấu cây trồng từ lúa sang rau màu do cơ chế
thị trường, là những nơi tập trung dân cư, có trình độ sản xuất, thâm canh cây
trồng cao, việc sử dụng phân bón và các hoá chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) cao đã
cung cấp cho đất một lượng KLN đáng kể, gây độc hại cho sản xuất nông nghiệp.
Cadimi (Cd) được xem là một trong những kim loại nặng độc nhất cho môi
trường sinh thái đất, cây trồng, sức khoẻ con người và động vật máu nóng (FAO, 1992).
Kết quả nghiên cứu của dự án (ACIAR - LWRI/1998/119, 2005) ở một số quốc gia
đang phát triển, cho thấy, Cd được xác định là nguyên tố có nguy cơ tích tụ trong
đất với một tốc độ đáng báo động, nguy cơ gây hại đến cây trồng, môi trường và sức

khoẻ con
người.
Các nghiên cứu về ô nhiễm môi trường đất do KLN nói chung và Cd nói riêng ở
Việt Nam còn ít và khá mới, do vậy chưa đủ cơ sở khoa học, đủ tin cậy để tìm ra được
nguyên nhân gây ô nhiễm Cd hoặc ngưỡng đánh giá mức độ độc hại của Cd đối với
cây trồng và môi trường sinh thái. Nghiên cứu về ô nhiễm đất nói chung và ô nhiễm
đất do Cd nói riêng cũng như các ngưỡng độc của Cd đối với các cây trồng, đặc biệt
cây rau ăn lá là hết sức cần thiết. Các kết quả nghiên cứu này, sẽ tìm ra nguyên nhân
gây ô nhiễm Cd trong đất trồng trọt nói riêng và ô nhiễm Cd đối với môi trường sinh
thái nói chung, thông qua nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở khoa học tin cậy phục vụ xây
dựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn về Cd trong đất phục vụ sản xuất nông nghiệp bền
vững cũng như đặt ra các yêu cầu về chất lượng nông sản có liên quan đến Cd. Nghiên
cứu về độc tính Cd đối với cây trồng cũng như xác định được mối quan hệ giữa hàm
1


lượng Cd trong đất và sản phẩm cây trồng là rất cần thiết làm cơ sở cho việc đề xuất
các giải pháp về sản xuất, về công nghệ cũng như chiến lược phát triển sản xuất nông

2


nghiệp, đặc biệt với các vùng có nguy cơ ô nhiễm cao về Cd. Bên cạnh đó các kết quả
nghiên cứu sẽ góp phần xây dựng cũng như phát triển những định hướng nghiên
cứu về độc học của Cd đối với cây trồng cũng như đề xuất các giải pháp kiểm soát ô
nhiễm Cd trong sản xuất nông nghiệp.
2. Mục đích nghiên cứu
- Xác định, đánh giá hàm lượng Cd trong một số nhóm đất chính phục vụ sản
xuất nông nghiệp ở Việt Nam, mối quan hệ của Cd trong đất và Cd tích luỹ trong cây
trồng dưới tác động của thâm canh sản xuất nông nghiệp, chất thải công nghiệp, đô thị

và chất thải làng nghề.
- Xác định mức độ ảnh hưởng của các ngưỡng Cd trong đất đến sinh trưởng,
năng suất, Cd tích luỹ trong rau ăn lá (cải mơ, rau muống) trên đất phù sa sông Hồng
và đất xám bạc màu Việt Nam.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3.1. Ý nghĩa khoa học
- Đề tài góp phần xác định và làm rõ được hiện trạng Cd trong một số nhóm đất
chính (đất xám, đất phù sa, đất đỏ vàng, đất cát), tác động của một số yếu tố
hình thành đất, vùng sinh thái đến hàm lượng Cd trong đất trồng trọt, cung cấp cơ sở
khoa học để đề xuất các tiêu chuẩn, quy chuẩn quốc gia về sản xuất nông nghiệp cũng
như trong công tác bảo vệ môi trường.
- Các nghiên cứu chỉ ra được những tác động, áp lực của công nghiệp, chất thải
đô thị, hoạt động sản xuất nông nghiệp… đến khả năng tích luỹ và gây ô nhiễm Cd
trong đất sản xuất nông nhiệp. Thông qua nghiên cứu khuyến cáo được những
tác động của ô nhiễm Cd trong đất đến chất lượng nông sản, môi trường sinh thái và
sức khoẻ con người.
- Đóng góp cơ sở khoa học về nguồn tác động của Cd đối với môi trường cũng
như độc tính của Cd đối với con người, môi trường sinh thái, tìm hiểu một số giải
pháp làm giảm ô nhiễm Cd trong đất trồng trọt ở những khu vực ô nhiễm Cd.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Đề tài đã nghiên cứu, thu thập và đánh giá được hàm lượng Cd trong một số


loại đất sản xuất nông nghiệp chính ở Việt Nam, cung cấp cơ sở khoa học cho xây


dựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn quốc gia về Cd trong môi trường đất. Góp phần cung
cấp cơ sở dữ liệu cho quy hoạch các vùng sản xuất nông nghiệp an toàn, định hướng
chiến lược trong sản xuất nông nghiệp bền vững và sát với thực tiễn ở Việt Nam.
- Đề tài góp phần khuyến cáo được độc học về Cd trong đất, khuyến cáo về các

nguồn gây tác động, tích luỹ Cd trong đất sản xuất nông nghiệp, làm cơ sở khoa học
tin cậy cho người sản xuất đưa ra các quyết định, các biện pháp giảm thiểu tác
động của Cd đến chất lượng thực phẩm, nông sản và sức khoẻ con người.
- Đề tài đã xác định được ảnh hưởng của hàm lượng Cd trong đất đến quá
trình sinh trưởng và phát triển của cây rau ăn lá (cải mơ, rau muống) cũng như
động thái tích lũy của Cd trong cây trồng dưới tác động của hàm lượng Cd trong đất
trên 02 loại đất chính (đất xám, đất phù sa sông Hồng) ở Việt Nam, phục vụ cho việc
xây dựng và hoàn thiện các tiêu quẩn, quy chuẩn quốc gia về môi trường đất ở Việt
Nam.
4. Tính mới của nghiên cứu
- Luận án là công trình đầu tiên công bố các kết quả nghiên cứu định lượng, có
hệ thống về Cd trong một số nhóm và loại đất sản xuất nông nghiệp chính theo phân
loại đất Việt Nam.
- Đánh giá được mối quan hệ giữa Cd trong đất và cây trồng, khả năng nhiễm
độc, tích luỹ của Cd trong cây rau ăn lá, cũng như những tác động của Cd trong đất đối
với sinh trưởng và phát triển của cây rau ăn lá trên đất phù sa sông Hồng và đất xám
bạc màu ở Việt Nam.
- Kết quả nghiên cứu luận án là cơ sở khoa học cho việc xác định những công
nghệ xử lý ô nhiễm Cd trong vùng đất trồng rau trọng điểm, các giải pháp nhằm giảm
thiểu ô nhiễm Cd trong đất và giảm thiểu tích luỹ Cd đối với cây trồng ở những khu
vực có nguy cơ ô nhiễm về Cd trong đất sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam hiện nay
và trong tương lai.


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Cadimi và một số ứng dụng
Cadimi tên la tinh là Cadmium, ký kiệu hoá học (Cd) là nguyên tố hoá học
nhóm II trong hệ thống tuần hoàn Mendeleev, số thứ tự nguyên tử 48 khối lượng
nguyên tử 112,41. Nguyên tố này do nhà hoá học Đức Stromeyer tìm ra năm 1817
không thuộc loại nguyên tố đặc biệt quen thuộc. Đó là một nguyên tố hiếm,

chiếm
-5

1,3.10 % khối lượng vỏ trái đất. Cd thường gặp với kẽm trong các quặng, tên gọi của
nguyên tố này cho thấy mối liên hệ với kẽm, (tiếng cổ Hy Lạp ‘’Cadmea’’ có nghĩa là
các quặng kẽm và kẽm ôxit, tiếng Anh là Cadmium) và trong đó người ta tìm thấy Cd.
Về tính chất vật lý và hoá học Cd giống với kẽm hơn hết. Cd là một kim loại có màu
trắng bạc, mềm dễ rèn, dễ cán, trong môi trường không khí Cd bị mờ đục do lớp
màng CdO bảo vệ khỏi bị oxi hoá tiếp tục. Cd tác dụng với các halogen, tan chậm trong
axit, nhưng khá bền trong môi trường kiềm, khác với kẽm. Sự khác chủ yếu giữa
Cd và kẽm là tính bazơ của hidroxit Cd(OH)2 thể hiện khá rõ rệt, trong khi đó kẽm
hidroxit
2+

lại lưỡng tính. Cd trong tự nhiên phần lớn tồn tại dưới các dạng muối (Cd ) ít khi tồn
o

tại ở dạng nguyên chất. Cd có nhiệt độ sôi là 756 C, các muối Cd có tích số tan thấp
khoảng 0.00013-140g/100ml (Từ điển bách khoa hoá học, 1996).
Ứng dụng thực tế của Cd và hợp chất của nó khá đa dạng. Vì đồng vị

113

Cd hấp

thụ tốt các nơtron nhiệt (lò phản ứng hạt nhân), Cd sử dụng rộng rãi làm thanh điều
chỉnh trong công nghiệp chế tạo lò phản ứng. Cd có trong thành phần các hợp kim dễ
nóng chảy dùng để làm chất hàn, một phần khá lớn Cd sử dụng để mạ kim loại, một
vài hợp chất của Cd có màu sắc khá rực rỡ bởi vậy người ta dùng cađimi sunfua (CdS)
để chế tạo các loại sơn màu vàng có sắc thái khác nhau. Trong công nghiệp sơn người

ta dùng catmopon là hai sản phẩm của cùng một phản ứng (từ điển bách khoa hoá
học,
1996).
CdSO4 + BaS = CdS + BaSO4
Nguồn: Từ điển bách khoa hoá học, 1996


Ứng dụng thường thấy của Cd là sản xuất pin, acquy, dùng mạ kim loại. Ngoài
ra, do có tác dụng cho màu sắc đẹp, nó thường dùng làm phẩm màu trong sản
xuất sơn, đồ trang sức, đồ chơi trẻ em...do Cd rất độc, độc gấp nhiều lần so với chì,
mà người ta quy định Cd không chứa quá giới hạn cho phép trong môi trường, đặc
biệt


trong các sản phẩm có dùng các hợp chất chứa độc chất
này.
Cd là một nguyên tố không thiết yếu ảnh hưởng tiêu cực đến tăng trưởng
và phát triển của cây trồng, gây độc cho môi trường sinh thái và động vật. Cd được
phát tán và xâm nhập vào môi trường bởi chất thải của các nhà máy điện, hệ thống
sưởi ấm, các ngành công nghiệp kim loại hoặc giao thông đô thị. Nó được sử dụng
rộng rãi trong mạ điện, bột màu, chất ổn định nhựa và pin niken-cadimi (Sanita di
Toppi and Gabrielli, 1999).
1.2. Đôc tính của Cd trong thực vật
Ô nhiễm môi trường do kim loại trở nên rộng rãi khi các hoạt động khai thác và
công nghiệp tăng vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, nó bắt nguồn từ sự gia tăng số
lượng lớn các nguồn nhân tạo khác nhau (nước thải và chất thải rắn công nghiệp,
nước thải đô thị, nhà máy xử lý nước thải; phân bón, thuốc BVTV trong nông
nghiệp, bãi rác, hoạt động khai thác khoáng sản...), đã ảnh hưởng dần dần đến các
hệ sinh thái khác nhau (Macfarlane and Burchett, 2001). Thực vật sở hữu cơ chế tế
bào nội môi để điều chỉnh nồng độ của các ion kim loại bên trong tế bào nhằm

giảm thiểu thiệt hại tiềm năng có thể phát sinh do tiếp xúc với các ion kim loại không
cần thiết, vai trò của thành tế bào, màng huyết tương và mycorrhizas, là rào cản
chính chống lại sự thâm nhập Cd đối với tế bào.
Độc tính và khả năng chịu đựng kim loại trong thực vật là một chủ đề đã được
đánh giá rộng rãi, được các nhà khoa học quan tâm ngay từ những năm đầu của thế
kỷ
20. Trong số các kim loại này, Fe, Mo và Mn có vai trò quan trọng như vi chất dinh
dưỡng, trong khi Zn, Ni, Cu, Co, Va và Cr là các nguyên tố độc hại, có tầm quan trọng
cao hoặc thấp là nguyên tố vi lượng. Cd và các nguyên tố (Ag, As, Hg, Pb, Sb) không có
chức năng được biết đến như chất dinh dưỡng và dường như ít nhiều độc hại đối
với thực vật và vi sinh vật (Niess, 1999).
Độc tính của Cd và các kim loại phụ thuộc vào dạng hóa trị, pH và sự có mặt
của các ion khác (Das P et al, 1997), các triệu chứng độc tính quan sát thấy ở thực vật
với sự có mặt của một lượng kim loại nặng quá mức có thể là do một loạt các


tương tác ở cấp độ tế bào (Hall, 2002). Độc tính có thể là kết quả của việc gắn kim loại
với các nhóm sulphydryl trong protein, dẫn đến ức chế hoạt động hoặc gián đoạn cấu
trúc. Enzyme là một trong những mục tiêu chính bị tác động do các ion kim loại
nặng, đất


bị phơi nhiễm kéo dài với kim loại nặng dẫn đến giảm đáng kể hoạt động của các
enzym trong đất. Sự tương tác kim loại với các nhóm ligand của enzyme phần lớn xác
định độc tính của chúng, sự ức chế enzym gây biến tính các protein (Das et al., 1997).
Ngoài ra, dư thừa kim loại nặng có thể kích thích sự hình thành các gốc tự do và các
loại ôxy phản ứng (Dietz et al, 1999). Để thích ứng và đối phó với các kim loại độc hại
cao, hoặc để duy trì mức kim loại thiết yếu trong phạm vi sinh lý, thực vật đã phát
triển các cơ chế phức tạp phục vụ kiểm soát sự hấp thụ, tích tụ và giải độc kim loại.
Cd được các nhà khoa học công nhận là một chất ô nhiễm cực nguy hiểm do

độc tính cao và độ hòa tan lớn trong nước, các dung dịch đất không bị ô nhiễm có
nồng độ Cd dao động từ 0,04 đến 0,32 mM. Dung dịch đất có nồng độ Cd thay đổi từ
0,32 đến khoảng 1 mM có thể được coi là ô nhiễm đến mức vừa phải (Pinto et
al.,
2004). Cd trong đất có thể làm thay đổi sự hấp thụ của các chất khoáng dinh
dưỡng của thực vật, phụ thuộc vào nồng độ của Cd sẵn có trong đất, hoặc thông qua
việc tác động làm giảm mật độ hoạt động của vi khuẩn, vi sinh vật, sinh vật trong đất
(Moreno JL et al., 1999). Cd có tác động đến việc mở khí khổng, thoát hơi và quang
hợp của thực vật, tuy nhiên ở thực vật việc sử dụng dinh dưỡng chứa hàm lượng Cd
cao có tác động lớn hơn so với hàm lượng Cd từ đất (Sanitá di Toppi và Gabrielli,
1999). Nghiên cứu đã cho thấy bệnh nhiễm đốm lá, cuộn lá và còi cọc là các triệu
chứng ngộ độc Cd chính và dễ thấy ở thực vật. Bệnh vàng lá có thể xuất hiện là thiếu
Fe (Haghiri, 1973), thiếu phốt pho hoặc giảm vận chuyển Mn (Godbold and
Hutterman, 1985). Sự ức chế của reductase gốc Fe (III) gây ra bởi Cd dẫn đến thiếu Fe
(II) và nó ảnh hưởng nghiêm trọng đến quang hợp (Alcantara et al., 1994). Nói
chung, Cd đã được chứng minh là can thiệp vào sự hấp thu, vận chuyển và sử dụng
một số nguyên tố (Ca, Mg, P and K) và nước bằng thực vật (Das P et al., 1997). Cd
cũng làm giảm sự hấp thụ nitrat và vận chuyển của nó từ rễ sang chồi, bằng cách ức
chế hoạt động của nitrate reductase trong các chồi (Hernandez et al., 1996). Sự ức
chế khả năng ức chế hoạt động của nitrate reductase cũng được tìm thấy ở thực vật
Silene cucubalus (Mathys, 1975). Cd còn cho thấy ảnh hưởng đến sự cố định nitơ và
đồng hóa amoniac trong các nốt của cây đậu tương ở các thí nghiệm nghiên cứu về
độc tính của Cd đến cây trồng (Balestrasse et al., 2003). Độc tính kim loại có thể


ảnh hưởng đến tính thấm của màng tế bào, làm giảm hàm lượng nước; cụ thể là Cd
đã được báo cáo là tương tác với sự cân bằng nước