Tân Yên (Bắc Giang): Đánh giá tồn dư các hợp chất cơ clo trong đất sản xuất nông nghiệp tại xã Phúc Hòa

Tóm tắt – Kết quả khảo sát dư lượng hợp chất bảo vệ thực vật cơ clo trong môi trường đất sản xuất nông nghiệp tại xã Phúc Hòa giai đoạn (2016-2018), hàm lượng trong đất trồng cây ăn quả tích lũy cao nhất.

Hàm lượng HCBVTV cơ clo giảm dần theo theo thời gian, xu hướng giảm không có quan hệ tuyến tính. Tổng hàm lượng HCH nhỏ hơn tổng hàm lượng DDT ở cả 3 loại hình sử dụng đất. Các mẫu đất khảo sát qua các năm đều có tỷ lệ (p,p’-DDE+p,p’-DDD)/ tổng DDT bằng 1. Có thể kết luận là không có nguồn thải mới của DDT tại khu vực nghiên cứu. Dạng đồng phân chủ yếu của HCH là β-HCH (59,14%) >α-HCH (37,79%) >δ-HCH (3,07%) >γ-HCH (KPH). Đồng phân β-HCH chiếm đa số phản ánh nguồn ô nhiễm HCH đã có từ lâu và ít có nguồn phát thải bổ sung vào môi trường khu vực nghiên cứu trong thời gian gần đây. HCH kỹ thuật được sử dụng chủ yếu tại khu vực nghiên cứu những năm trước. Phần trăm trung bình các chất chuyển hóa trong tổng xyclodien giảm dần theo trật tự: dieldrin (71,2%) > endrin (28,8%) > aldrin (KPH). Hàm lượng HCBVTV cơ clo tồn lưu trong đất được so sánh theo Long và Morgan,US-EPA, 1990 và QCVN 15:2013/BTNMT không gây tác động đáng kể về mặt sinh học và ô nhiễm đất.

1. Mở đầu

Hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) cơ clo là một nhóm HCBVTV đã từng được phổ biến những năm trước đây. HCBVTV cơ clo ngoài hiệu quả diệt trừ sâu bệnh tăng năng suất cây trồng còn có đặc tính phân giải rất chậm sau khi được phun hay rải vào môi trường, thời gian bán phân hủy của DDT trong môi trường có thể từ 10 đến 20 năm. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, khi sử dụng HCBVTV có tới 50% số thuốc bị tồn dư và tích lũy vào môi trường đất. HCBVTV cơ clo tồn tại trong đất được phân giải qua các hoạt động sinh học của đất và các yếu tố hóa lý. Theo chu trình tuần hoàn, HCBVTV cơ clo tồn tại trong đất sẽ rò rỉ ra sông ngòi theo các mạch nước ngầm hay do quá trình rửa trôi, xói mòn.

Chúng hòa tan tốt trong các axit béo, không tan trong nước, đa số đều bị phân hủy trong môi trường kiềm và thường có mùi hôi khó chịu, một số phân hủy ở nhiệt độ cao. Phần lớn các hợp chất này bền trong thực vật và cơ thể động vật, tích lũy lâu dài trong mô mỡ, lipoprotein theo thời gian có thể gây rối loạn nội tiết và các bệnh hiểm nghèo như ung thư gan, phổi… Trên thế giới HCBVTV nhóm cơ clo đã cấm sử dụng từ năm 70, ở Việt Nam có lệnh cấm từ tháng 6/1994; tuy nhiên, do tính chất phân hủy quá chậm nên đến nay các chất này vẫn còn tồn dư trong môi trường.

Xã Phúc Hòa, huyện Tân Yên, tỉnh Bắc Giang là một xã thuần nông, việc sử dụng HCBVTV trong nông nghiệp chủ yếu dựa vào kinh nghiệm và không an toàn cho môi trường, hệ sinh thái. Do đó, nghiên cứu, đánh giá sự tồn dư và tích lũy HCBVTV trong nông nghiệp trên địa bàn xã Phúc Hòa là cần thiết, nhằm góp phần cung cấp cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp sử dụng và quản lý HCBVTV an toàn và bền vững.

2. Phương pháp nghiên cứu

a. Phương pháp lấy mẫu ngoài thực địa

Mẫu đất được lấy tại những vùng sản xuất nông nghiệp tập trung, gồm 6 mẫu được lấy vào mùa khô (tháng 6 hàng năm). Mỗi mẫu đất phân tích là tổ hợp của 15 mẫu đơn ở độ sâu 0-30cm theo phương pháp lưới ô vuông. Theo đánh giá ban đầu, do đã bị cấm sử dụng từ những năm 1994 nên mức độ ô nhiễm ở vùng nghiên cứu là không lớn, mỗi khu vực lấy mẫu với diện tích khoảng 100m2 cứ 10m bố trí 1 điểm lấy mẫu, sử dụng máy định vị GPS để xác vị trí khi lấy mẫu. Kỹ thuật lấy mẫu theo TCVN 7538-2:2005 – Chất lượng đất – Lấy mẫu Phần 2: Hướng dẫn kỹ thuật lấy mẫu.

Các mẫu đất được xử lý theo Method EPA-3540C, EPA-3660C, EPA-8270C và được phân tích trên máy 7890B/GC 7000 Triple quadrupole MSD tại Phòng Phân tích Thí nghiệm Tổng hợp Địa lý – Viện Địa lý – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

b. Phương pháp so sánh

Kết quả nghiên cứu được so sánh với tiêu chuẩn Long và Morgan, US-EPA, 1990 về các mức cho phép để không gây ra ảnh hưởng sinh học đối với động vật đất, sức khỏe con người và tiêu chuẩn của Bộ Tài Nguyên và Môi Trường QCVN 54: 2013/BTNMT về ngưỡng giới hạn cho phép hàm lượng HCBVTV cơ clo trong đất sản xuất nông nghiệp.

3. Kết quả nghiên cứu

a. Đánh giá dư lượng HCBVTV cơ clo trong các loại hình sử dụng đất tại khu vực khảo sát

Xây dựng biểu đồ về sự biến động của tổng hàm lượng HCBVTV qua các năm (2016- 2018).
Kết quả trên cho thấy: Hàm lượng HCBVTV cơ clo trong đất trồng lúa xã Phúc Hòa dao động từ 0,0418-0,074 ppm; đất trồng màu dao động từ 0,0583-0,0743 ppm; đất trồng cây ăn quả là 0,1282-0,1393 ppm. Tích lũy hàm lượng HCBVTV cơ clo trong đất trồng lúa thấp nhất và trong đất trồng cây ăn quả tích lũy cao nhất do cây ăn quả mới được xã mở rộng diện tích khoảng 10 năm gần đây nên lượng HCBVTV được đưa vào môi trường muộn hơn dẫn đến hàm lượng tồn lưu trong đất lớn hơn.

Tổng hàm lượng HCH xác định được nhỏ hơn tổng hàm lượng DDT ở cả 3 loại hình sử dụng đất . Tại các nước nông nghiệp có khí hậu nhiệt đới nóng ẩm như vùng nghiên cứu, mặc dù HCH được sử dụng nhiều hơn và khả năng tích lũy trong đất cao hơn DDT, nhưng do áp suất hơi của HCH cao hơn DDT nên HCH khuếch tán trong không khí nhanh hơn, vì vậy dư lượng của HCH trong đất đa số đều thấp hơn DDT. Kết quả phân tích tại xã Phúc Hòa cũng tuân theo quy luật trên, HCH thấp hơn DDT.

Mặc dù chỉ có được số liệu trong 3 năm, nhưng hầu hết các phương trình biểu diễn sự biến thiên hàm lượng HCBVTV cơ clo theo các năm đều có hệ số góc âm cho thấy, hàm lượng của các nhóm HCBVTV cơ clo đều giảm dần theo thời gian. Tuy nhiên, có 2/18 giá trị hệ số tương quan rất nhỏ, cho thấy xu hướng giảm này không có quan hệ tuyến tính.

Bảng 1: Phương trình biểu diễn biến thiên HCBVTV cơ clo theo thời gian (n=3).

Tỷ lệ các đồng phân trong mỗi nhóm cơ clo
(Đã xây dựng được bảng tỷ lệ các đồng phân của DDT, HCH, (aldrin, dieldrin, endrin)).
Tỷ lệ của các đồng phân DDT trong tổng DDT

Kết quả trên bảng tỷ lệ các đồng phân của DDT, HCH, (aldrin, dieldrin, endrin) cho thấy: Tỷ lệ (p,p’-DDE+p,p’-DDD)/ tổng DDT được sử dụng để đánh giá mức độ phân hủy của DDT sau khi được phát thải vào môi trường. Theo nghiên cứu của Jiang và cộng sự, khi tỷ số hàm lượng (p,p’-DDE+p,p’-DDD)/ tổng DDT lớn hơn 0,5 thì sự biến đổi của DDT dưới tác động của môi trường đã diễn ra đáng kể và ít có nguồn thải mới của DDT tại thời điểm khảo sát. Các mẫu đất khảo sát qua các năm đều có tỷ lệ (p,p’-DDE+p,p’-DDD)/ tổng DDT bằng 1. Hàm lượng p,p’-DDT đều dưới ngưỡng phát hiện của phương pháp. Có thể kết luận không có nguồn thải mới của DDT tại khu vực nghiên cứu. Từ kết quả phân tích, phần trăm trung bình của DDT và các chất chuyển hóa từ DDT so với DDT tổng giảm dần theo trật tự: p,p’-DDE (82,7%) > p,p’-DDD (17,3%) > p,p’-DDT (KPH).

DDT có thể bị phân hủy bởi vi sinh vật trong môi trường tạo thành DDD ở điều kiện yếm khí và tạo thành DDE ở điều kiện hiếu khí. Trong mùa khô ở miền Bắc, sự chuyển hóa ở điều kiện hiếu khí được thúc đẩy dẫn đến DDE được tạo thành nhiều hơn DDD. Một lý do khác xuất phát từ việc các mẫu được lấy từ độ sâu 0-30 cm, tại độ sâu này vi sinh vật hiếu khí hoạt động là chủ yếu. Như vậy phần lớn DDT đã bị phân hủy thành DDE.

Tỷ lệ các đồng phân HCH trong tổng HCH

Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy: Trong môi trường đất, HCH bị biến đổi dưới tác dụng của vi sinh vật thành các clophenol. Cùng với tương quan về độ bền vững của các đồng phân HCH trong môi trường sẽ ảnh hưởng đến phần trăm các chất so với tổng HCH. Khi phân tích các mẫu đất tỷ lệ đồng phân HCH giảm theo trật tự: β-HCH (59,14%) > α-HCH (37,79%) > δ-HCH (3,07%) > γ-HCH đều dưới ngưỡng phát hiện của phương pháp. Trong các đồng phân HCH, β-HCH có độ hòa tan trong nước, áp suất hơi bão hòa thấp nhất, tương đối bền với sự phân hủy của vi sinh vật, là đồng phân HCH bền nhất. Bên cạnh đó, sự chuyển hóa trong môi trường từ γ-HCH thành α-HCH và α-HCH thành β-HCH là thuận lợi về mặt năng lượng. Hệ quả là khi HCH tồn lưu lâu trong đất, lượng β-HCH sẽ nhiều hơn các đồng phân khác. Từ việc so sánh phần trăm các đồng phân HCH trong mẫu đất có thể thấy β-HCH chiếm đa số phản ánh nguồn ô nhiễm HCH đã có từ lâu và ít có nguồn phát thải bổ sung vào môi trường khu vực nghiên cứu trong thời gian gần đây. Tỷ số α-HCH/γ-HCH trong các mẫu đất có thể xác định nguồn HCH nào gây ô nhiễm môi trường. Kết quả nghiên cứu của McConell và cộng sự chỉ ra, tại các vùng sử dụng linđan là chủ yếu, tỷ số α-HCH/γ-HCH nằm trong khoảng 0,2 đến 1. Trong khi đó, ở các vùng sử dụng HCH kỹ thuật, tỷ số α-HCH/γ-HCH nằm trong khoảng 4 đến 15. Tại khu vực nghiên cứu, do lượng γ-HCH chuyển hoàn toàn sang dạng α-HCH và β-HCH nên tỷ số α-HCH/γ-HCH cao tương ứng với HCH kỹ thuật được sử dụng chủ yếu tại khu vực này những năm trước. Tình hình nhập lậu HCBVTV từ Trung Quốc sang Việt Nam theo đường biên giới là phổ biến trong nhiều năm. Trung Quốc có lượng HCH kỹ thuật sử dụng lớn nhất thế giới với 4464,103 tấn. Do vậy, khả năng HCH kỹ thuật nhập lậu sang Việt Nam là hoàn toàn có thể. Kết quả nghiên cứu là phù hợp với xu hướng sử dụng HCBVTV của khu vực.

Tỷ lệ của aldrin, dieldrin và endrin trong tổng xyclodien

Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng: Phần trăm trung bình các chất chuyển hóa trong tổng xyclodien giảm dần theo trật tự: dieldrin (71,2%) > endrin (28,8%) > aldrin (KPH). Trong môi trường, dưới tác dụng của ánh sáng, vi khuẩn aldrin dễ bị phân hủy và chuyển thành dieldrin bền hơn. Ở tất các mẫu hàm lượng aldrin đều dưới giới hạn phát hiện của phương pháp, hàm lượng dieldrin dao động từ 0,001-0,0096 ppm. Điều đó chứng tỏ, aldrin đã không còn được sử dụng và phát tán ra ngoài môi trường trong khu vực khảo sát. Endrin là một đồng phân của dieldrin, hàm lượng endrin chỉ được phát hiện ở đất trồng cây ăn quả dao động từ 0,0011-0,0024 ppm. Trong tự nhiên, tùy thuộc vào điều kiện môi trường mà endrin có thời gian tồn lưu khác nhau trong khoảng 10 năm. Như vậy đất trồng lúa và màu thích hợp cho endrin phân hủy.

c. Đánh giá tình trạng ô nhiễm đất và khả năng gây ảnh hưởng về mặt sinh học tại vùng nghiên cứu.

Để đánh giá ảnh hưởng về mặt sinh học do hàm lượng HCBVTV cơ clo trong đất có thể gây ra, thay vì lấy số liệu trung bình 3 năm, chỉ lấy số liệu mới nhất (tháng 6/2018) và cũng là các giá trị thấp nhất trong 3 năm để đánh giá.

Đánh giá tình trạng ô nhiễm một số HCBVTV cơ clo theo Long và Morgan, US-EPA, 1990.
Bảng 2. Đối chiếu hàm lượng HCBVTV cơ clo trong mẫu đất tại vùng khảo sát với các mức có thể gây ra ảnh hưởng về mặt sinh học.

Kết quả bảng 2 cho thấy, hàm lượng tổng DDT ở cả 3 loại hình sử dụng đất đều lớn hơn ER- L và nhỏ hơn ER- M. Hàm lượng DDE ở tất cả các mẫu khảo sát PH1, PH2, PH3, PH4, PH5, PH6 đều cao hơn ER- M từ 2-6 lần. Độ độc của DDE là nhỏ nhất trong 3 đồng phân của DDT nên mức ảnh hưởng sinh học đến con người và sinh vật đất là không đáng kể. Hàm lượng p,p’-DDD chỉ còn phát hiện được ở mẫu PH6 lớn hơn ER-L và nhỏ hơn ER-M. Hàm lượng của dieldrin, endrin trên đất trồng màu và cây ăn quả lớn hơn ER- L và nhỏ hơn ER- M. Từ những kết quả nghiên cứu cho thấy, hàm lượng HCBVTV cơ clo tồn lưu trong đất gây tác động không đáng kể về mặt sinh học đối với sinh vật đất và con người.

Đánh giá tình trạng ô nhiễm theo QCVN 54:2013/BTNMT

Mẫu khảo sát được so sánh theo QCVN 54:2013/BTNMT, trong đất nông nghiệp tại nhóm 1 (Bảng 3).

Bảng 3. So sánh hàm lượng HCBVTV cơ clo tại vùng khảo sát với QCVN 54:2013/BTNMT
Hàm lượng tổng DDT của các mẫu dao động từ 0,0102-0,0411 ppm < 1,10 ppm. Lindan, aldrin đều dưới giới hạn phát hiện của phương pháp. Hàm lượng dieldrin từ 0,0010-0,0039 ppm < 0,08 ppm; hàm lượng endrin ở mẫu PH5 là 0,0011 ppm < 0,11 ppm. Điều này cho thấy hàm lượng HCBVTV tích lũy trong đất nông nghiệp thời điểm hiện tại đều dưới ngưỡng cho phép an toàn với sinh vật đất.

Kết luận

Kết quả khảo sát dư lượng HCBVTV cơ clo trong môi trường đất sản xuất nông nghiệp tại xã Phúc Hòa giai đoạn (2016-2018), hàm lượng trong đất trồng cây ăn quả tích lũy cao nhất. Hàm lượng HCBVTV cơ clo giảm dần theo theo thời gian, xu hướng giảm không có quan hệ tuyến tính. Hàm lượng tổng HCH nhỏ hơn hàm lượng tổng DDT ở cả 3 loại hình sử dụng đất.

Tỷ lệ (p,p’-DDE+p,p’-DDD)/ tổng DDT trong các mẫu khảo sát đều bằng 1. Có thể kết luận là không có nguồn thải mới của DDT tại khu vực nghiên cứu. Tỷ lệ p,p’- DDE/tổng DDT cao hơn các dẫn xuất còn lại. Đồng phân HCH giảm dần theo trật tự: β-HCH (59,14%) > α-HCH (37,79%) > δ-HCH (3,07%) > γ-HCH đều dưới ngưỡng phát hiện của phương pháp. Do lượng γ-HCH chuyển hoàn toàn sang dạng α-HCH và β-HCH nên có thể HCH kỹ thuật được sử dụng chủ yếu tại khu vực nghiên cứu những năm trước. Phần trăm trung bình các chất chuyển hóa trong tổng xyclodien giảm dần theo trật tự: dieldrin (71,2%) > endrin (28,8%) > aldrin (KPH). Điều này chứng tỏ, aldrin đã không còn được sử dụng và phát tán ra ngoài môi trường. Hàm lượng HCBVTV cơ clo tồn lưu trong đất được so sánh theo Long và Morgan, US-EPA, 1990 và QCVN 15:2013/BTNMT không gây tác động đáng kể về mặt sinh học và ô nhiễm đất.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Lê Huy Bá. Độc học môi trường. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh (2002).
2. Nguyễn Xuân Khoa. Đánh giá sự tồn lưu của một số hóa chất bảo vệ thực vật có nguồn gốc cơ clo trong một số đối tượng sinh học và môi trường ở đầm phá Thừa Thiên Huế. Luận án Tiến sĩ Hóa học, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (2005).
3. Lê Văn Khoa. Môi trường và phát triển bền vững. Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam (2010), trang 29.4. Vũ Đức Thảo, Vũ Đức Toàn và Masahide Kawano, 2009, Temporal Variation of Persistent Organochlorine Residues in soils from Vietnam.
5. Khim, J.S., Villeneuve, D.L, Kannan, K., Hu, W.Y., Giesy, J.P., Kang, S.G., Song, K.J., Koh, C.H. Intrumental and bioanalytical measures of persistent organochlorines in blue mussel (Mytilus edulis) from Korean coastal waters, Arch. Environ. Contam. Toxicol. 39 (2000) 360-368.
6. Li, Y.F., (1999), “Global technical hexanchlorocyclohexane usage and its contamination consequences in the enviroment: from 1948 to 1997”, The Science of the Total Enviroment 232, pp. 121-158.
7. McConnell, L.L., Cotham, W.E., Bidleman, T.F., 1993. Gas exchange of hexachlorocyclohexane in the Great Lakes. Science of The Total Environment, 27, 1304–1311.
8. National study of chemical residues in soil, Vol.II, Third printing, United States Environmental Protection Agency. Washington, DC 20460 (9/1993).
9. United States Environmental Protect Agency, Technical Guidance For Screening Contaminated Sediments, New York State, Department of Environmental Conservation, Division of Fish, Widelife and Marine Resources, U,S, Environmental Protection Agency (Nov, 1993, reprinted July 1994, March 1998, January 1999).
10. Jiang.G.B, Yang, R.q., Lv.A.-h., Shi.J.-b., (2005), “ The levels and distribution of organochlorine pesticides (OCPs) in sediments from the Haihe River, China”, Chemosphere 61, pp.347-354.


Phạm Thị Dung – Lưu Thế Anh – Nguyễn Đức Thành – Trịnh Thị Minh Trang
(Viện Địa Lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam)
Lê Hữu Tuyến (Trường Khoa học Tự nhiên- Đại học quốc gia Hà Nội)