Nghiên cứu ứng dụng đệm sinh học trong phân hủy hóa chất bảo vệ thực vật (2,4D và Cartap)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

ĐÀM THỊ TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐỆM SINH HỌC TRONG PHÂN HỦY
HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT (2,4D VÀ CARTAP)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

ĐÀM THỊ TRUNG HIẾU

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐỆM SINH HỌC TRONG PHÂN HỦY
HÓA CHẤT BẢO VỆ THỰC VẬT (2,4D VÀ CARTAP)

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
Mã số: 8520320.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. NGÔ THỊ TƯỜNG CHÂU

PGS.TS. LÊ VĂN THIỆN

Hà Nội – 2019


LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin được gửi lời cảm ơn đến
PGS.TS. Ngô Thị Tường Châu cùng PGS.TS. Lê Văn Thiện – giảng viên Khoa Môi
trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã trực tiếp giao đề tài và dành nhiều
thời gian, tâm huyết hướng dẫn em tận tình, luôn động viên em giữ vững tinh thần,
tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình em thực hiện luận văn này.
Qua đây em cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy cô
giáo trong Khoa Môi trường – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã luôn tận tâm
dạy dỗ, truyền đạt cho chúng em những bài học quý giá, những điều cốt lõi trong
khoa học và thực tiễn, luôn nhiệt tình chỉ bảo, giải đáp mọi vướng mắc, giúp đỡ em
trong suốt thời gian em học tập tại trường.
Kết quả nghiên cứu của luận văn này là một phần kết quả nghiên cứu của đề
tài “Nghiên cứu đặc tính và khả năng phân hủy Chlopyrifos của hỗn hợp sinh học
trong hệ thống đệm sinh học” do PGS.TS. Ngô Thị Tường Châu chủ trì và đề tài
“Ảnh hưởng của việc bổ sung nấm mốc phân hủy lignin đến đặc tính và khả năng
phân hủy Cartap của hỗn hợp sinh học” do PGS.TS. Lê Văn Thiện cùng PGS.TS.
Ngô Thị Tường Châu chủ trì. Chủ trì đề tài đã cho phép tác giả sử dụng một phần kết
quả nghiên cứu để viết luận văn này. Tác giả xin cảm ơn chị Vũ Thị Thu - học viên
cao học Môi trường_K23, bạn Phùng Thị Ngọc Mai, Lê Thị Thắm Hồng sinh viên
lớp Khoa học môi trường_K59 - ĐHKHTH, đã cùng cộng tác với tác giả triển khai
thực hiện các bước nghiên cứu của luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 4 năm 2019
Học viên

Đàm Thị Trung Hiếu

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình khoa học của tôi được thực hiện
theo hướng nghiên cứu của PGS.TS. Ngô Thị Tường Châu cùng PGS.TS. Lê Văn
Thiện trong chương trình đào tạo của trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học
Quốc gia Hà Nội. Kết quả nghiên cứu là một phần của đề tài nghiên cứu “Ảnh hưởng
của việc bổ sung nấm mốc phân hủy lignin đến đặc tính và khả năng phân hủy Cartap
của hỗn hợp sinh học” mà tôi tham gia. Các số liệu và kết quả trong luận văn là trung
thực và chưa từng được công bố. Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung luận
văn.
Hà Nội, tháng 4 năm 2019
Người thực hiện luận văn

Đàm Thị Trung Hiếu

ii


BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ABTS

2,2-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)

Biobed

Hệ thống đệm sinh học

Biomix

Hỗn hợp sinh học

BLAST

Basic Local Alignment Search Tool

BVTV

Bảo vệ thực vật

ChE
DMAB
HBT
HCBVTV
HPLC
IUPAC

Cholinesterase (Là một loại enzyme)
3-(dimethylamino) benzoic acid
1-hydroxybenzotriazol
(Là một chất trung gian nhân tạo)
Hóa chất bảo vệ thực vật
High Performance Liquid Chromatography)
(Phương pháp sắc khí lỏng hiệu năng cao)
International Union of Pure and Applied Chemistry (Liên minh Quốc
tế về Hóa học thuần túy và Hóa học ứng dụng)

LC50

Lethal Concentration (Nồng độ gây chết 50% số cá thể thí nghiệm)

LD50

Lethal Dose (Liều lượng gây chết 50% số cá thể dùng thử nghiệm)

LiP

Lignin Peroxidase

MBTH

3-methyl-2-benzothiazolinone hydrazone

MnP

Manganese Peroxidase

PCR

Thermal Cycler của Bio-Rad

PTN

Phòng thí nghiệm

SSP

Soil: Straw: Peat (Đất: Rơm: Than bùn)

SSS

Soil: Straw: Spent mushroom substrate (Đất: Rơm: Bã thải nấm sò)

SSSM
VSV

Soil: Straw: Spent mushroom substrate: Selected Mold strain
(Đất: Rơm: Bã thải nấm sò: Chủng nấm mốc được tuyển chọn)
Vi sinh vật

iii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Phân loại HCBVTV theo độ độc ............................................................. 8
Bảng 1.2: Phân loại nhóm độc theo WHO (LD50 mg/kg chuột) ............................... 8
Bảng 1.3: Phân loại HCBVTV theo công dụng ....................................................... 9
Bảng 1.4: Phân loại HCBVTV theo thời gian phân hủy .........................................10
Bảng 3.1: Hoạt độ enzyme phân hủy lignin của 6 chủng nấm mốc nghiên cứu ......43
Bảng 3.2: Đặc tính lí hóa của Biomix ....................................................................45
Bảng 3.3: Hoạt độ enzyme phân hủy lignin ở các thời gian ủ ban đầu khác nhau của
các Biomix (Đơn vị: đơn vị/kg) ..............................................................................47
Bảng 3.4: Mật độ của các nhóm VSV trong Biomix ở hỗn hợp 15 ngày ủ .............48
Bảng 3.5: Mật độ quần thể VSV phân hủy cellulose, hemicellulose và lignin (Đơn vị:
CFU/1 g cơ chất tươi) ............................................................................................51
Bảng 3.6: Hô hấp VSV trong Biomix 15 ngày ủ ....................................................52
Bảng 3.7: Nồng độ dư lượng 2,4D còn lại trong Biomix sau 15 ngày ủ

(Đơn vị:

ppm) ......................................................................................................................54
Bảng 3.8: Hiệu quả phân hủy 2,4D của Biomix sau 15 ngày ủ tại các độ ẩm và nhiệt
độ khác nhau ..........................................................................................................54
Bảng 3.9: Nồng độ dư lượng 2,4D còn lại trong Biomix sau 30 ngày ủ

(Đơn vị:

ppm) ......................................................................................................................55
Bảng 3.10: Hiệu quả phân hủy 2,4D của Biomix sau 30 ngày ủ tại các độ ẩm và nhiệt
độ khác nhau ..........................................................................................................55

iv


Bảng 3.11: Nồng độ dư lượng Cartap còn lại trong Biomix sau 15 ngày ủ .............56
Bảng 3.12: Hiệu quả phân hủy Cartap của Biomix sau 15 ngày ủ tại các độ ẩm và
nhiệt độ khác nhau .................................................................................................57
Bảng 3.13: Nồng độ dư lượng Cartap còn lại trong Biomix sau 30 ngày ủ .............57
Bảng 3.14: Hiệu quả phân hủy Cartap của Biomix sau 30 ngày ủ tại các độ ẩm và
nhiệt độ khác nhau .................................................................................................57
Bảng 3.15: Sự biến động về hiệu quả phân hủy 2,4D và Cartap của Biomix trong
Biobed ...................................................................................................................62
Bảng P1: Sự biến động về nhiệt độ của các Biomix trong Biobed ..........................74
Bảng P2: Sự biến động về pH của các Biomix trong Biobed ..................................75
Bảng P3: Sự biến động về độ ẩm của các Biomix trong Biobed .............................75

v

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Công thức cấu tạo và phân tử của 2,4D ..................................................12
Hình 1.2: Công thức phân tử và cấu tạo của Cartap ...............................................13
Hình 1.3: Hệ thống đệm sinh học điển hình ...........................................................17
Hình 1.4: Đệm sinh học không lót .........................................................................18
Hình 1.5: Đệm sinh học có lót ...............................................................................18
Hình 1.6: Số lượng Biobed được sử dụng tại các quốc gia EU đến năm 2016 ........20
Hình 1.7: Tình hình ứng dụng Biobed trên thế giới không kể các nước châu Âu đến
năm 2016 ...............................................................................................................21
Hình 1.8: Cấu trúc phân tử của lignin (p-coumaryl alcohol, coniferyl alcohol, và
sinapyl alcohol) .....................................................................................................27
Hình 2.1: Ống nghiệm chứa các chủng nấm mốc trong tập hợp giống sẵn có .........31
Hình 2.2: Các thành phần nguyên liệu của Biomix ................................................33
Hình 2.3: Các thùng chứa các hỗn hợp Biomix hoàn chỉnh vừa tạo được ...............35
Hình 3.1: Đặc điểm hình thái của chủng nấm mốc N2 ...........................................44
Hình 3.2: Trình tự nucleotide mã hóa cho đoạn gen 28S rRNA của chủng N2 .......44
Hình 3.3: Hoạt độ enzyme phân hủy lignin ở các thời gian ủ ban đầu khác nhau của
Biomix SSSM, SSS và SSP ...................................................................................47
Hình 3.4: Mật độ vi khuẩn ở hỗn hợp 15 ngày ủ của các Biomix SSSM, SSS và SSP
..............................................................................................................................49

vi


Hình 3.5: Mật độ xạ khuẩn ở hỗn hợp 15 ngày ủ của các Biomix SSSM, SSS và SSP
..............................................................................................................................49
Hình 3.6: Mật độ nấm mốc ở hỗn hợp 15 ngày ủ của các Biomix SSSM, SSS và SSP
..............................................................................................................................50

Hình 3.7: Mật độ quần thể VSV phân hủy cellulose, hemicellulose .......................51
Hình 3.8: Hô hấp VSV trong Biomix 15 ngày ủ của Biomix SSSM, SSS và SSP ..53
Hình 3.9: Sự biến động về nhiệt độ của Biomix trong Biobed ................................59
Hình 3.10: Sự biến động về pH của Biomix trong Biobed......................................60
Hình 3.11: Sự biến động về độ ẩm của Biomix trong Biobed .................................61
Hình P1: Phiếu kết quả xét nghiệm định danh chủng nấm mốc N2.........................69
Hình P2: Kết quả giải trình tự và trình tự chi tiết mẫu thử .....................................70
Hình P3: Kết quả tra cứu trên Blast Search (NCBI)...............................................72
Hình P4: Kết quả tra cứu trên Blast Search (NCBI)...............................................73
Hình P5: Các túi zip chứa các mẫu Biomix của 2,4D và Cartap ở các điều kiện nhiệt
độ, độ ẩm, thời gian ủ khác nhau để mang đi phân tích..........................................74

vii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................. ii
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................... iii
DANH MỤC BẢNG............................................................................................. iv
DANH MỤC HÌNH ............................................................................................. vi
MỤC LỤC ............................................................................................................. 1
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 4
Chương 1 – TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................. 7
1.1. Tổng quan về HCBVTV ................................................................................. 7
1.1.1.

Khái niệm về HCBVTV ................................................................... 7

1.1.2.

Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật ................................................... 7

1.1.3.

Tình hình sử dụng HCBVTV và thực trạng ô nhiễm HCBVTV ở nước

ta…....................................................................................................................14
1.2. Tổng quan về Đệm sinh học ..........................................................................17
1.2.1.

Đệm sinh học là gì? ........................................................................17

1.2.2.

Phân loại đệm sinh học ...................................................................18

1.2.3.

Cấu trúc của đệm sinh học ..............................................................19

1.2.4.

Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng hệ thống đệm sinh học tại

các nước trên thế giới và Việt Nam ................................................................20
1.3. Tổng quan về VSV phân hủy lignin và khả năng phân hủy HCBVTV ...........26
Chương 2 – ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....................30
2.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................30
2.2. Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................30

2.2.1.

Phương pháp tổng quan và nghiên cứu tài liệu. ...............................30

2.2.2.

Phương pháp tuyển chọn chủng nấm có hoạt tính phân huỷ lignin

cao..................................................................................................................30
2.2.3.

Phương pháp chuẩn bị các Biomix ..................................................32

1


2.2.4.

Phương pháp thu mẫu và xác định các đặc điểm lý hóa của các

Biomix… .......................................................................................................35
2.2.5.

Phương pháp định danh nấm mốc ...................................................37

2.2.6.

Phương pháp xác định đặc tính sinh học của Biomix ......................38

2.2.7.

Phương pháp xác định sự phân hủy HCBVTV 2,4D và Cartap .......41

2.2.8.

Xây dựng mô hình đệm sinh học để đánh giá hiệu quả xử lý 2,4D và

Cartap...... ......................................................................................................42
2.2.9.

Phương pháp xử lý số liệu. ..............................................................42

Chương 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...............................43
3.1. Kết quả tuyển chọn và định danh chủng nấm mốc phân hủy lignin cao..........43
3.1.1.

Kết quả tuyển chọn chủng nấm mốc phân hủy lignin cao ................43

3.1.2.

Kết quả định danh chủng nấm mốc có khả năng phân hủy lignin cao

được tuyển chọn .............................................................................................43
3.2. Đặc tính lí hóa của Biomix ............................................................................45
3.3. Đặc tính sinh học của Biomix ........................................................................46
3.3.1.

Hoạt tính enzyme phân hủy lignin...................................................46

3.3.2.

Mật độ các nhóm VSV ....................................................................48

3.3.3.

Mật độ VSV phân hủy cellulose, hemicelluloses, lignin ..................50

3.3.4.

Hô hấp của VSV .............................................................................52

3.4. Ảnh hưởng của độ ẩm, nhiệt độ và thời gian phân huỷ đến khả năng phân hủy
HCBVTV (2,4D và Cartap) của Biomix ................................................................53
3.4.1.

Khả năng phân hủy hóa chất bảo vệ thực vật 2,4D ..........................53

3.4.2.

Khả năng phân hủy HCBVTV Cartap .............................................56

3.5. Sự biến động các thông số lý hoá và hiệu quả xử lý 2,4D và Cartap của mô hình
Biobed trong PTN ..................................................................................................58
3.5.1.

Sự rò rỉ nước của Biomix trong Biobed ...........................................58

3.5.2.

Sự biến động về nhiệt độ của Biomix trong Biobed ........................59

3.5.3.

Sự biến động về pH của Biomix trong Biobed ................................60

3.5.4.

Sự biến động về độ ẩm của Biomix trong Biobed ...........................60

2


3.5.5.

Sự biến động về hiệu quả phân hủy 2,4D và Cartap của Biomix trong

trong Biobed ..................................................................................................61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..............................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................ Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC .............................................................................................................65

3


MỞ ĐẦU
Sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) được xem là một biện pháp hữu
hiệu để bảo vệ thực vật trong sản xuất nông nghiệp. Theo thống kê của Bộ Tài nguyên
và Môi trường, lượng HCBVTV được sử dụng ở nước ta từ năm 1986 - 1990 khoảng
13.000 - 15.000 tấn. Theo thống kê của Viện Bảo vệ Thực vật Việt Nam, năm 1990
lượng HCBVTV được sử dụng tăng từ 10.300 tấn lên 33.000 tấn, đến năm 2003 tăng

lên 45.000 tấn và năm 2005 là 50.000 tấn. Ngoài ra, theo số liệu của Cục Bảo vệ thực
vật năm 2017, lượng HCBVTV được sử dụng trên đồng ruộng nước ta vào khoảng
30.000 - 40.000 tấn/năm. Tuy nhiên, việc lạm dụng HCBVTV đã và đang ảnh hưởng
nghiêm trọng đến môi trường sinh thái của các vùng canh tác nông nghiệp ở nước ta.
Do bản chất dễ sử dụng, dễ tìm mua và khả năng diệt trừ sâu hại hiệu quả chỉ
trong một thời gian ngắn, HCBVTV đã được sử dụng phổ biến trong sản xuất nông
nghiệp. Thực trạng sử dụng HCBVT tràn lan, bừa bãi, không rõ nguồn gốc, hoá chất
cũ, không còn được phép lưu hành, hoá chất rẻ tiền không đảm bảo chất lượng vẫn
đang tràn lan trên thị trường và chưa thực sự có biện pháp giải quyết triệt để nào.
Ngoài ra, người nông dân thiếu kiến thức về việc sử dụng HCBVTV đúng cách, họ
thường xuyên sử dụng thuốc không rõ nguồn gốc, không đúng liều lượng, không đủ
thời gian cách li. Những điều này góp phần làm tăng thêm nguồn gây ô nhiễm điểm
do HCBVTV. Bên cạnh đó, một nguyên nhân mà ít người quan tâm đến nhưng lại
gây tác hại nghiêm trọng đến môi trường đó là việc tráng rửa dụng cụ sau khi phun
HCBVTV. Hầu hết nước sau khi tráng rửa dụng cụ thường được đổ trực tiếp vào các
lưu vực lân cận như ao, hồ, sông, suối hoặc đổ trực tiếp trên đồng ruộng hoặc bãi đất
hoang. Việc này dẫn đến các điểm ô nhiễm HCBVTV ngày càng nhiều và mức độ
ngày càng cao.
Trong khi đó, hệ thống đệm sinh học (Biobed) có nguồn gốc từ Thụy Điển là
một trong những giải pháp được khuyến khích sử dụng trong việc quản lý ô nhiễm
HCBVTV từ các nguồn điểm nói trên để hạn chế và khắc phục tình trạng ô nhiễm
HCBVTV. Biobed là một hệ thống đơn giản, chi phí thấp được lắp đặt ngay tại vùng
canh tác nông nghiệp nhằm thu gom và phân hủy HCBVTV từ việc tráng rửa dụng

4


cụ bơm phun. Biobed ban đầu gồm ba hợp phần chứa trong một hố sâu 60 cm: (i) một
lớp đất sét ở phía dưới (dày 10 cm), (ii) hỗn hợp sinh học (Biomix) của rơm, than bùn
và đất mặt với tỷ lệ 2:1:1 về thể tích (dày 50 cm), và (iii) một lớp cỏ che phủ bề mặt.

Trong đó hợp phần Biomix đóng vai trò quan trọng nhất trong hoạt động phân hủy
HCBVTV của Biobed. Chính nhờ sự đơn giản, nguyên liệu dễ kiếm, dễ làm, đến nay
Biobed đã được nghiên cứu và ứng dụng ở rất nhiều quốc gia trên thế giới như Thụy
Điển, Bỉ, Anh, Ý, Pháp, Trung Quốc và Brazil. Kết quả nghiên cứu sau nhiều năm tại
các quốc gia khác nhau đã cho thấy việc sử dụng Biobed có thể phân hủy được nhiều
loại HCBVTV khác nhau, sau một tháng đưa vào sử dụng đã có thể phân hủy tới trên
dưới 80% lượng hoá chất được đưa vào [9]. Tuy nhiên, mô hình Biobed được áp dụng
tại mỗi nước có những thay đổi về cấu tạo, thiết kế và vận hành sao cho phù hợp với
điều kiện khí hậu, điều kiện canh tác đặc trưng, các yêu cầu cụ thể (chẳng hạn như
chi phí) và đặc biệt là sự sẵn có về nguồn nguyên liệu, nguồn giống vi sinh vật (VSV)
cho Biomix [9].
Vì vậy, với mục tiêu tối ưu hóa hệ thống Biobed để có thể triển khai ứng dụng
trong điều kiện nước ta, trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi đặt vấn đề “Nghiên
cứu ứng dụng đệm sinh học trong phân hủy hóa chất bảo vệ thực vật (2,4D và
Cartap)”.
v

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

1.

Phát triển mô hình Biobed có khả năng phân hủy 2,4D và Cartap từ các nguyên

liệu sẵn có ở nước ta.
2.

Góp phần giảm thiểu tác động của dư lượng HCBVTV nói chung, hoá chất

2,4D và Cartap nói riêng đến môi trường.
v

Luận văn bao gồm các nội dung nghiên cứu sau:

1.

Tuyển chọn chủng nấm mốc có hoạt tính phân hủy lignin cao và định danh

chủng nấm mốc phân hủy lignin được tuyển chọn.
2.

Chuẩn bị và khảo sát một số đặc tính lý hóa ban đầu của các Biomix.

3.

Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian ủ ban đầu đến hoạt tính sinh học của các

Biomix.
5


4.

Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện phân huỷ đến khả năng phân hủy

HCBVTV (2,4D và Cartap) của các Biomix.
5.

Nghiên cứu sự biến động các thông số lý hoá và hiệu quả xử lý 2,4D và Cartap

của mô hình Biobed.

6


Chương 1 – TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1.

Tổng quan về HCBVTV

1.1.1. Khái niệm về HCBVTV
Theo Tổ chức Nông nghiệp và Lương thực của Liên hợp Quốc (FAO) đã đưa
ra định nghĩa về HCBVTV như sau: “HCBVTV là bất kỳ hợp chất hay hỗn hợp được
dùng với mục đích ngăn ngừa, tiêu diệt hoặc kiểm soát các tác nhân gây hại, bao gồm
vật chủ trung gian truyền bệnh của con người hoặc động vật, các bộ phận không mong
muốn của thực vật hoặc động vật gây hại hoặc ảnh hưởng đến các quá trình sản xuất,
chế biến, bảo quản, vận chuyển, mua bán thực phẩm, nông sản, gỗ và các sản phẩm
từ gỗ, thức ăn chăn nuôi hoặc hợp chất phân tán lên động vật để kiểm soát côn trùng,
nhện hay đối tượng khác trong hoặc trên cơ thể chúng. HCBVTV còn là tác nhân điều
hòa sinh trưởng thực vật, chất làm rụng lá, chất làm khô cày, tác nhân làm thưa quả
hoặc ngăn chặn rụng quả sớm. Cũng có thể dùng HCBVTV cho cây trồng trước cũng
như sau khi thu hoạch để bảo vệ sản phẩm không bị hỏng trong quá trình bảo quản
và vận chuyển” [33].
1.1.2. Phân loại hóa chất bảo vệ thực vật
Có nhiều cách phân loại thuốc bảo vệ thực vật như: phân loại theo công dụng
(đối tượng) phòng trừ, theo gốc hoá học (các gốc có nguồn gốc khác nhau thì tính độ
khác nhau), phân loại theo thời gian phân hủy hoặc theo con đường xâm nhập, vv…
Có thể phân loại HCBVTV theo các nhóm sau:
1.1.2.1.

Phân loại theo nhóm độc

Theo Tổ chức Y tế thế giới, việc phân loại này dựa trên độc tính của hoạt chất
(technical grade) và dạng tồn tại tương ứng. Các chuyên gia về độc học đã nghiên
cứu ảnh hưởng của chất độc lên cơ thể chuột và đã đưa ra 5 nhóm độc theo tác động
của độc tố qua đường miệng và qua da. Tất cả các loại HCBVTV đều độc với người
và động vật máu nóng. Tuy nhiên đối với mỗi loại khác nhau và tùy theo cách xâm
nhập vào cơ thể mà có mức độ gây độc. Việc phân loại độ độc nhằm phân biệt độc
tính giữa các loại HCBVTV.

7


Bảng 1.1: Phân loại HCBVTV theo độ độc
Độ độc cấp tính

Độ độc mãn tính

Độc cấp tính là khả năng ngộ độc ngắn hạn Độc mãn tính là khả năng tích lũy
của một chất. Để xác định mức độ độc cấp tính và gây độc của HCBVTV trong
của mỗi loại HCBVTV, sử dụng LD50 (Lethal cơ thể người và động vật máu
dose 50) là liều lượng của hóa chất phơi nhiễm nóng trong thời gian dài. Mỗi loại
trong cùng một thời điểm cần thiết gây chết hóa chất trước khi được công
50% cá thể dùng thí nghiệm và tính bằng đơn nhận là HCBVTV phải được
vị mg/kg thể trọng.

kiểm tra về độ độc mãn tính, bao

Độ độc cấp tính dạng hơi của HCBVTV gồm: khả năng kích thích tế bào
được biểu thị bằng LC50 (Lethal concentration khối u ác tính, khả năng gây tích
50), là nồng độ của hóa chất cho các thí lũy trong cơ thể người và động

nghiệm hít phải trong không khí gây chết 50% vật máu nóng, ảnh hưởng của hóa
cá thể thí nghiệm, đơn vị mg/m3 không khí. chất đến bào thai và khả năng gây
LD50 và LC50 càng nhỏ thì độ độc càng cao.

dị dạng đối với thế hệ sau.

(Nguồn: Báo cáo Hiện trạng ô nhiễm môi trường do HCBVTV tồn lưu thuộc nhóm
chất hữu cơ khó phân huỷ tại Việt Nam, 2015) [5]
Bảng 1.2: Phân loại nhóm độc theo WHO (LD50 mg/kg chuột)
STT
1
2
3
4
5

Qua miệng

Qua da

Phân

Màu sắc

nhóm độc

quy ước

Thể rắn

Thể lỏng

Thể rắn

Thể lỏng

Đỏ

5

20

10

40

Vàng

5-50

20-200

10-100

40-400

Xanh da trời

50-500

200-200

200-200

400-400

Xanh lá cây

500-2000

2000-3000

1000

4000

> 2000

> 3000

I.a. Độc
mạnh
I.b. Độc
II. Độc
trung bình
III. Độc ít
VI. Độc rất
nhẹ

(Nguồn: Lê Huy Bá, Lâm Minh Triết, 2000) [1]

8


1.1.2.2.

Phân loại theo công dụng
Bảng 1.3: Phân loại HCBVTV theo công dụng

STT

Công dụng

Thành phần chính
- Hợp chất hữu cơ clo;
- Hợp chất hữu cơ photpho;

1

Thuốc trừ sâu bệnh

- Muối carbamic;
- Pyrethroids tự nhiên và nhân tạo;
- Dinitro phenol;
- Thực vật.
- Nitro anilin;

2

Thuốc diệt cỏ

- Muối carbamic và thiocarbamic;
- Hợp chất hữu cơ dị vòng;
- Dinitrophenol và dẫn xuất phenol.
-Thuốc diệt nấm vô cơ;

3

Thuốc diệt nấm

- Thuốc diệt nấm hữu cơ;
- Thuốc diệt nấm qua rễ;
- Kháng sinh (sản phẩm từ VSV).

4

Thuốc diệt chuột

- Chất chống đông máu;
- Các loại khác.
- Ức chế sinh trưởng;

5

Thuốc kích thích

- Kích thích đâm chồi;
- Kích thích rụng quả.
(Nguồn: Lê Huy Bá, Lâm Minh Triết, 2000) [1]

1.1.2.3.

Phân loại theo con đường xâm nhập

Phần lớn các HCBVTV đều có vị trí tác động đặc thù. Sự khác biệt về cấu tạo
cơ thể, lớp phủ cơ thể và thói quen của dịch hại có thể ảnh hưởng đến sự xâm nhập
của thuốc. Dạng chế phẩm và điều kiện môi trường cũng ảnh hưởng đến sự hấp thu
HCBVTV. Sinh vật hấp thu HCBVTV theo nhiều cách:

9


- Tiếp xúc: HCBVTV loại gây độc qua tiếp xúc xâm nhập vào cơ thể sinh vật
qua biểu bì da để tiêu diệt. Thuốc trừ bệnh tiếp xúc khi phun lên cây chỉ bám dính
trên bề mặt lá cây hoặc vỏ thân cây và chỉ diệt những sinh vật có tiếp xúc với thuốc
ở bề mặt cây. HCBVTV loại này chỉ gây cháy ở những nơi cây có tiếp xúc với giọt
thuốc.
- Vị độc: là tác động của thuốc khi xâm nhập vào bộ phận tiêu hoá của động vật
(côn trùng, chuột, chim,…). Chất độc khi được ăn qua đường miệng vào trong ruột,
hoà tan trong dịch vị ở dạ dày và ruột giữa, thấm qua thành ruột và di chuyển đến các
cơ quan trong cơ thể để gây hại.
- Xông hơi: được sinh vật hấp thu vào cơ thể qua sự hô hấp và các bộ phận thở,
qua da, lớp biểu bì hoặc trực tiếp tiêu diệt dịch hại. Thuốc có thể sinh khí, khói, mù
có tác dụng diệt côn trùng, nấm, vi khuẩn, chuột.
- Lưu dẫn, nội hấp: là khả năng của thuốc có thể xâm nhập và di chuyển trong
cây để tiêu diệt dịch hại bằng cách tiếp xúc hay vị độc. Trong cây, thuốc có thể di
chuyển theo 2 chiều là hướng ngọn và hướng rễ.
- Thấm sâu: thuốc có khả năng thấm qua các lớp tế bào biểu bì cây để giết dịch
hại nằm dưới lớp biểu bì, mà không có khả năng di chuyển trong cây.
1.1.2.4.

Phân loại theo thời gian phân hủy

Mỗi loại HCBVTV đều có thời gian phân hủy khác nhau trong môi trường.
Bảng 1.4: Phân loại HCBVTV theo thời gian phân hủy
STT

Phân nhóm

1

Hầu như không phân hủy

2

Khó phân hủy hay POP

3
4

Thời gian

Ví dụ

phân hủy
-

Các hợp chất hữu cơ chứa kim loại:
Hg, As,…

2-5 năm

DDT

Phân hủy trung bình

1-18 tháng

2,4D

Dễ phân hủy

1-12 tuần

Carbamate

(Nguồn: Báo cáo Hiện trạng ô nhiễm môi trường do HCBVTV tồn lưu thuộc nhóm
chất hữu cơ khó phân huỷ tại Việt Nam, 2015) [5]
10


1.1.2.5.

Phân loại theo nhóm chất hóa học

- Nhóm Clo hữu cơ: HCBVTV nhóm Clo hữu cơ chủ yếu là dẫn xuất Clo của
hydrocarbon đa nhân, xicloparafin, tecpen; là những hợp chất mà trong cấu trúc phân
tử của chúng có chứa một hoặc nhiều nguyên tử Cl liên kết trực tiếp với nguyên tử C.
Một số chất điển hình như là clorobenzen (DDT), 666, Aldrin, Dieldrin. HCBVTV
nhóm Clo hữu cơ được xếp vào nhóm HCBVTV có độ độc ở mức độ I hoặc II, có
đặc tính phân giải rất chậm, khó phân huỷ sau khi được phun và 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: được đưa vào sử dụng từ những năm 40 và 50, là những
dẫn xuất từ axit photphoric, điển hình là Chlorpyrifos, Methyl Parathion, Ethyl
Parathion, Mehtamidophos, Malathion…, hầu hết cũng đã bị cấm do độc tính cao.
- Nhóm Cúc tổng hợp (Pyrethriod và Pyrethrum): được chiết xuất từ cây hoa
cúc, công thức hóa học phức tạp, diệt sâu bệnh chủ yếu bằng đường tiếp xúc và vị
độc tương đối nhanh, dễ bay hơi, dễ phân hủy trong môi trường và thường không tồn
tại trong nông sản.
- Nhóm Phenoxy aliphatic acid: nhóm HCBVTV này bao gồm một dãy hợp chất
có nhân phenoxy nối với axit acetic, axit propionic và axit butyric. Độ tan của loại
này cao hơn các HCBVTV khác. Loại HCBVTV này có tính chọn lọc, hiệu ứng
formoon trên cỏ lá rộng, làm rối loạn sự phát triển bình thường. Thuốc được hấp phụ
qua rễ, chồi non và thuốc vận chuyển dễ dàng trong cây. Ví dụ điển hình là 2,4D,
2,4,5-T, MCPA. Khoảng những năm 70 thuốc 2,4,5-T bị coi là ô nhiễm bởi dioxin là
một tạp chất cực kỳ độc. Vì vậy nó không được đăng ký tiếp. Tuy nhiên 2,4D và
MCPA vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Do đó, 2,4D là HCBVTV trong nhóm
Phenoxy aliphatic acid được chọn làm đối tượng nghiên cứu của đề tài.
2,4D có tên quốc tế là 2,4-Dichlorophenoxyacetic acid và có khối lượng phân
tử là 221,04 g/mol. Ở dạng tinh khiết, 2,4D là chất bột màu trắng đến vàng. Tan trong
các dung môi như ethanol, diethyl ether, toluene và xylen.
2,4D có công thức phân tử: C8H6Cl2O3, công thức cấu tạo (Hình 1.1).

11


Hình 1.1: Công thức cấu tạo và phân tử của 2,4D
Nhiệt độ nóng chảy là của 2,4D là 140,5°C và nhiệt độ bay hơi là 160°C. Ở
nhiệt độ 25°C, 2,4D có thể được hòa tan với hàm lượng 900 mg/l.
2,4D là thuốc diệt cỏ được tổng hợp từ các auxin và được sản xuất thương mại

vào năm 1946, được nhiều nước trên thế giới cho phép dùng làm chất trừ cỏ dại cho
các loại cây trồng như lúa mì, ngô, gạo, cũng như là trong ngũ cốc. Trong các sản
phẩm của 2,4D thường có một số lượng chất Chlorophenol không được tổng hợp hết
(gọi là phenol tự do) tạo nên mùi nặng khó chịu đặc trưng của 2,4D. Trong tự nhiên,
Chlorophenol tồn tại tương đối lâu và có thể chuyển hóa thành chất Dioxin. Chất
Dioxin có khả năng kích thích tế bào ung thư phát triển, gây đột biến tế bào và dị
dạng cơ thể người và động vật máu nóng. Ngoài ra, 2,4D rất độc với mắt (xếp loại độ
độc số I đối với mắt), có thể gây ảnh hưởng trực tiếp đến các tế bào máu trắng, do đó
làm tăng nguy cơ gây ung thư bạch huyết ở người, sử dụng lâu dài gây ảnh hưởng
đến hệ thần kinh, nội tiết và hệ miễn dịch.
Hiện nay chủ yếu 2,4D được sử dụng trong những hỗn hợp pha trộn với các
loại thuốc diệt cỏ khác, có vai trò như một chất tăng cường tác dụng. Nó đang được
sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới. Chỉ tính riêng tại Mỹ, 2,4D là chất diệt cỏ thông
dụng đứng hàng thứ 3.

12


Ở Việt Nam, thuốc trừ cỏ chứa 2,4D đã được đăng ký sử dụng từ hơn 25 năm
nay. Mặc dù đây là một loại thuốc trừ cỏ có hiệu quả, tuy nhiên, với đặc điểm địa
hình 3/4 diện tích là đồi núi, tình trạng sử dụng thuốc không đúng hướng dẫn và quy
định dẫn đến việc gây ô nhiễm nguồn nước, nguồn đất, để lại dư lượng trong nông
sản gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người và môi trường. Bên cạnh
đó, thuốc trừ cỏ chứa 2,4D còn là vấn đề được người dân đặc biệt quan tâm bởi 2,4D
là một trong hai thành phần chính có trong chất độc màu da cam (orange agent) gồm
2,4D và 2,4,5-T (trichlorophenoxyaxetic acid) và chất trắng (white agent) gồm 2,4D
và Picloram mà quân đội Mỹ đã sử dụng làm chất diệt cỏ và rụng lá trong chiến tranh
với Việt Nam.
- Nhóm Carbamate: là các dẫn xuất của axit cabamic, có tác dụng như lân hữu
cơ ức chế enzyme cholinesterase. Thuốc được hấp thụ thông qua rễ, lá và lưu chuyển

tốt trong cây. Nhóm thuốc carbamate có hiệu lực phòng trừ cỏ hàng năm và cỏ lá
rộng. Thuốc tác động bằng cách ức chế nảy mầm và ức chế sự phân chia tế bào.
Carbamate có độc tính thấp với động vật máu nóng, khả năng tiêu diệt côn trùng rộng
rãi và tồn lưu trong đất ngắn. Trong đó, HCBVTV điển hình đại diện cho nhóm
Carbamate là Cartap, là hóa chất được sử dụng rất phố biến từ xưa đến nay và nằm
trong danh mục HCBVTV được phép sử dụng tại nước ta (theo Thông tư 03/2016/TTBNNPTNT). Vì vậy, cùng với 2,4D, Cartap được chọn làm đối tượng nghiên cứu
trong đề tài này.
• Cartap có công thức phân tử: C7H15N3O2S2 và công thức cấu tạo (Hình 1.2).

Hình 1.2: Công thức phân tử và cấu tạo của Cartap
13


Cartap có khối lượng phân tử là 237,34 g/mol, được sử dụng phòng trừ với đối
tượng là sâu cuốn lá, sâu đục thân, rầy nâu, sâu khoang… Cartap thuộc nhóm độc II,
mức độ độc với cá độc trung bình, với ong độc nhẹ.
Độ hòa tan của Cartap trong nước ở 25°C, khoảng 200 g/l. Rất ít tan trong
methanol và ethanol. Không hòa tan trong axeton, dietyl ete, etyl axetat, chloroform,
benzen và n-hexan. Ổn định trong điều kiện có tính axit, nhưng được thủy phân trong
dung dịch trung tính hoặc kiềm. Ăn mòn sắt, đồng và kẽm.
Cartap không ức chế enzyme Cholinesterase (ChE). Trong tế bào thần kinh thì
Cartap chuyển thành Nereistoxin (một loại thuốc trừ sâu có công thức là 4-N,Ndimethylamino-1,2 dithiolane) có ái lực yếu với enzyme ChE nhưng lại ức chế hoạt
tính màng sau xinap của tế bào thần kinh trung ương làm tê liệt sự dẫn truyền kích
thích thần kinh (được gọi là quá trình cabamil hóa enzyme ChE). Cơ chế này cũng là
cơ chế gây độc của thuốc Nicotin (thảo mộc). Khi dẫn chuyền kích thích thần kinh, ở
đầu mút dây thần kinh sản sinh ra chất acetin cholin để dẫn truyền kích thích. Sau khi
làm xong nhiệm vụ dẫn truyền qua các đầu mút thần kinh, acetin cholin được thuỷ
phân nhờ enzyme ChE. Enzyme này lại dễ bị ức chế bởi HCBVTV nhóm lân hữu cơ
và carbamate. Khi ChE bị ức chế, acetin cholin không bị thuỷ phân sẽ tích luỹ lại với
lượng lớn làm cho dây thần kinh bị tổn thương và đứt đoạn, sự kích thích thần kinh

bị rối loạn và tê liệt. Đối với người và động vật khác, carbamate cũng tác động theo
cơ chế này. Do đó, Cartap có đặc điểm chung là diệt trứng, sâu non và sâu trưởng
thành, sâu miệng nhai, miệng chích hút. Ngăn chặn sự dẫn truyền axetylcholin làm
côn trùng bị tê liệt, ngừng ăn và chết.
1.1.3. Tình hình sử dụng HCBVTV và thực trạng ô nhiễm HCBVTV ở nước ta
Ở nước ta, HCBVTV đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của ngành
nông nghiệp, giúp bảo vệ mùa màng, tăng năng suất, chất lượng nông phẩm. Nhờ có
HCBVTV mà nước ta trở thành nước xuất khẩu gạo đứng thứ 3 trên thế giới vào năm
2016, sau Thái Lan và Ấn Độ. Ngoài mặt hàng xuất khẩu chủ lực là gạo, nước ta còn
có các nông phẩm xuất khẩu thế mạnh nữa là cà phê, cao su, hồ tiêu, điều.

14


Theo số liệu của Cục Bảo vệ Thực vật trong giai đoạn năm 2001 - 2010, lượng
HCBVTV được sử dụng ở nước ta là 36 - 75,8 ngàn tấn. Lượng hoạt chất tính theo
đầu diện tích canh tác (kg/ha) cũng tăng từ 0,3 kg (1981 - 1986) lên 1,24 - 2,54 kg
(2001 - 2010). Giá trị nhập khẩu HCBVTV cũng tăng nhanh, năm 2008 là 472 triệu
USD, năm 2010 là 537 triệu USD. Số loại HCBVTV đăng ký sử dụng cũng tăng
nhanh, trước năm 2000 số hoạt chất là 77, tên thương phẩm là 96, năm 2000 là 197,
và 722, đến năm 2011 lên 1202 và 3108. Như vậy trong vòng 10 năm (2000 - 2011)
số lượng HCBVTV sử dụng tăng 2,5 lần, số loại HCBVTV nhập khẩu tăng khoảng
3,5 lần. Trong năm 2010, lượng HCBVTV sử dụng bằng 40% mức sử dụng trung
bình của 4 nước lớn dùng nhiều HCBVTV trên thế giới (Mỹ, Pháp, Nhật và Brazil),
trong khi GDP của nước ta chỉ bằng 3,3% GDP trung bình của họ. Số lượng hoạt chất
đăng ký sử dụng ở Việt Nam hiện nay xấp xỉ 1.000 loại trong khi của các nước trong
khu vực từ 400 - 600 loại, như Trung Quốc 630 loại, Thái Lan, Malasia 400 - 600
loại. Sử dụng HCBVTV bình quân đầu người ở Trung Quốc là 1,2 kg, ở Việt Nam là
0,95 kg (2010) [6].
Theo quy định mới tại Thông tư số 03/2016/TT-BNNPTNT, từ ngày

06/06/2016, danh mục HCBVTV được phép sử dụng trong nông nghiệp gồm 1.710
hoạt chất, trong đó có 775 hoạt chất thuốc trừ sâu với 1.678 tên thương phẩm, 608
hoạt chất thuốc trừ bệnh với 1.297 tên thương phẩm, 227 hoạt chất thuốc trừ cỏ với
694 tên thương phẩm, 50 hoạt chất thuốc điều hòa sinh trưởng với 142 tên thương
phẩm… Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cũng đưa vào danh mục HCBVTV
29 hoạt chất cấm sử dụng tại Việt Nam [2].
Theo thống kê đầu năm 2015, cả nước hiện vẫn còn 1.562 điểm tồn lưu
HCBVTV. Trong số đó, khoảng 200 điểm được đánh giá là có mức độ rủi ro cao, gây
ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và đặc biệt nghiêm trọng, ảnh hưởng lớn đến môi
trường cũng như sức khỏe của cả cộng đồng. Do đó, công việc quản lý môi trường
tại những điểm này sẽ phải tập trung vào nội dung cải tạo, xử lý triệt để nhằm phục
hồi các khu vực bị ô nhiễm để đưa hiện trạng của đất và nguồn nước ngầm trở về
được trạng thái ban đầu.

15


Bên cạnh đó, những năm gần đây, do tác động của biến đổi khí hậu, thời tiết
diễn biến bất thường cộng với vấn đề thâm canh, tăng vụ đã khiến cho tình hình dịch
bệnh gây hại trên cây trồng diễn ra khá phức tạp, kéo theo số lượng và chủng loại
HCBVTV cũng tăng lên. Mặt khác, một số loại HCBVTV kém chất lượng, khi phun
không mang lại hiệu quả như mong muốn nên người nông dân phải phun đi, phun lại
nhiều lần, dẫn đến thiệt hại về kinh tế. Từ đó, dẫn đến tình trạng sử dụng HCBVTV
tùy tiện, không đúng loại thuốc, không theo khuyến cáo của cơ quan chức năng. Theo
kết quả nghiên cứu thì phun thuốc cho cây trồng có tới 50% lượng thuốc rơi xuống
đất và một số thuốc rải trực tiếp vào đất.
Ngoài ra, trong quá trình sử dụng HCBVTV còn có vấn đề đáng lo ngại là
người dân hoàn toàn không có ý thức xử lý lượng HCBVTV còn tồn lại trên vỏ bao
bì HCBVTV. Đỗ Kim Vân - Hội Khoa học Kỹ thuật BVTV Việt Nam đã dẫn một
nghiên cứu của Viện Môi trường Nông nghiệp Việt Nam cho thấy lượng HCBVTV

còn bám lại trên vỏ bao bì bình quân chiếm 1,85% - 2% tỷ trọng bao bì và như vậy
căn cứ vào số lượng HCBVTV sử dụng hàng năm thì môi trường nông nghiệp Việt
Nam có khoảng từ 150 - 200 tấn thuốc từ bao bì thải loại vào đồng ruộng gây ô nhiễm
môi trường [7]. Theo thống kê cả nước hiện còn tồn đọng trên 706 tấn thuốc cần tiêu
hủy và 19.600 tấn rác bao bì thuốc bảo vệ thực vật chưa được thu gom và xử lý, hàng
năm phát sinh mới khoảng 9.000 tấn [6]. Hơn nữa, một nguồn phát thải HCBVTV ra
môi trường từ nước rửa tại vị trí làm vệ sinh dụng cụ; từ việc thải bỏ không đúng quy
định các bình chứa, nước súc rửa bình chứa, và lượng thuốc chưa sử dụng hết; vỏ,
bao bì đựng HCBVTV; và lượng thuốc bị đổ ra ngoài khi pha trộn cũng rất đáng được
quan tâm.
Dư lượng HCBVTV theo nước thấm và tích lũy gây ô nhiễm các tầng đất.
Trong đó, đất canh tác là nơi tập trung tích lũy dư lượng HCBVTV cao nhất. Ngoài
ra, dư lượng HCBVTV gây ô nhiễm nguồn nước một cách trầm trọng. Thực tế cho
thấy nước ao nuôi tôm và kênh rãnh cấp nước tại 07 điểm ở các tỉnh Kiên Giang, Cà
Mau, Sóc Trăng, Bến Tre tất cả các mẫu nước đều tồn tại HCBVTV và có 70% mẫu
vượt quá mức quy định. Tỉnh Vĩnh Long các sông, rạch vùng trồng lúa xã Trung

16