Tổng quan nghiên cứu

Năm 2017, ngành xuất khẩu rau quả Việt Nam ghi nhận bước tăng trưởng vượt bậc với kim ngạch đạt hơn 3,514 tỷ USD, tăng 43,02% so với năm 2016. Mặc dù sản lượng và diện tích canh tác không ngừng mở rộng, nền nông nghiệp thâm canh vẫn phụ thuộc nặng nề vào hóa chất, tiềm ẩn nguy cơ tích lũy độc chất trong chuỗi thực phẩm. Tại xã Thiện Phiến, huyện Tiên Lữ, tỉnh Hưng Yên, nghề trồng rau là ngành kinh tế mũi nhọn, đóng góp nguồn thu nhập bình quân từ 70 đến 100 triệu đồng/ha/năm cho nông hộ, cao gấp 2 đến 3 lần so với độc canh cây lúa. Toàn xã duy trì diện tích trồng rau đáng kể phân bố tại 4 thôn trọng điểm: thôn Tân Khai (20,2 ha), thôn Lam Sơn (15,5 ha), thôn Diệt Pháp (12,8 ha) và thôn Toàn Tiến (11,6 ha).

Tuy nhiên, áp lực tăng vụ cùng với việc lạm dụng phân bón vô cơ, thuốc bảo vệ thực vật và nguồn xả thải sinh hoạt, tiểu thủ công nghiệp chưa qua xử lý triệt để đã làm dấy lên lo ngại về ô nhiễm kim loại nặng và nitrat. Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá toàn diện hiện trạng canh tác, xác định nguồn phát thải, kiểm tra mức độ tích lũy các kim loại nặng gồm Asen (As), Cadimi (Cd), Chì (Pb), Đồng (Cu), Kẽm (Zn), Thủy ngân (Hg) và hàm lượng Nitrat trong đất, nước tưới và sản phẩm rau tươi. Phạm vi nghiên cứu diễn ra từ tháng 6/2017 đến tháng 3/2018 trên địa bàn toàn bộ xã Thiện Phiến. Đề tài mang ý nghĩa thực tiễn sâu sắc, cung cấp hệ thống dữ liệu định lượng phục vụ công tác quy hoạch vùng sản xuất rau an toàn đạt chuẩn VietGAP, bảo vệ sức khỏe cho hơn 6.000 người dân địa phương và người tiêu dùng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết chu chuyển và tích lũy sinh học của các nguyên tố hóa học trong hệ sinh thái nông nghiệp khép kín gồm đất, nước, mô thực vật và cơ thể người. Kim loại nặng xâm nhập vào mô tế bào thực vật thông qua quá trình hút khoáng và hấp phụ thụ động từ dung dịch đất và nước tưới. Khi nồng độ vượt ngưỡng sinh lý, chúng không chỉ ức chế hoạt động trao đổi chất của cây mà còn chuyển hóa thành tác nhân gây nhiễm độc mãn tính cho người sử dụng thông qua chuỗi thức ăn.

Đề tài áp dụng mô hình phân đoạn chiết xuất kim loại nặng của Tessier A., chia các dạng tồn tại của kim loại nặng trong đất thành 5 nhóm: dạng trao đổi tự do (dễ hấp thu nhất qua rễ cây), dạng liên kết cacbonat, dạng liên kết oxit sắt và mangan, dạng liên kết hợp chất hữu cơ và dạng tồn tại cố định trong mạng tinh thể khoáng vật. Khung lý thuyết này giải thích cơ chế giải phóng các ion kim loại vào môi trường khi độ pH hoặc điều kiện oxy hóa khử của đất thay đổi.

Hệ thống khái niệm nền tảng trong nghiên cứu bao gồm:

  • Kim loại nặng: Các nguyên tố có khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm3 (như Pb, Cd, As, Hg, Cu, Zn), có tính độc cao ở nồng độ vết và khó bị phân hủy sinh học.
  • Dư lượng nitrat ($NO_3^-$): Hợp chất tích lũy do bón thừa đạm vô cơ, tiền chất tạo thành nitrosamine gây hại cho hệ tiêu hóa và hệ tuần hoàn máu.
  • Giới hạn tối đa cho phép (ML): Nồng độ kim loại nặng hoặc chất ô nhiễm cao nhất được pháp luật quy định trong đất, nước và thực phẩm.
  • Chỉ số tích lũy sinh học (BAC): Tỷ số giữa nồng độ kim loại trong mô cây trồng so với nồng độ kim loại tổng số trong đất canh tác.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thứ cấp được thu thập từ báo cáo phát triển kinh tế - xã hội năm 2017 của Ủy ban nhân dân xã Thiện Phiến, các số liệu thống kê của Phòng Kinh tế Nông nghiệp và Phòng Tài chính - Kế hoạch huyện Tiên Lữ. Nguồn dữ liệu sơ cấp được xây dựng qua việc khảo sát trực tiếp 60 nông hộ trồng rau tại 4 thôn (Tân Khai, Lam Sơn, Diệt Pháp, Toàn Tiến, mỗi thôn 15 phiếu ngẫu nhiên) cùng các đợt phỏng vấn chuyên sâu cán bộ nông nghiệp xã và đại diện cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp.

Phương pháp lấy mẫu thực địa tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn quốc gia:

  • Mẫu đất: Thu thập 10 điểm mẫu đất ở tầng canh tác 0-20 cm (5 mẫu đất chuyên rau và 5 mẫu đất luân canh 2 lúa 1 rau) theo tiêu chuẩn TCVN 4046:1985.
  • Mẫu nước: Thu thập 2 nhóm mẫu gồm 5 mẫu nước mặt kênh mương và 5 mẫu nước ngầm tưới rau theo tiêu chuẩn TCVN 5994:1995, bảo quản trong bình chuyên dụng ở nhiệt độ lạnh.
  • Mẫu rau: Lấy mẫu đại diện cho 2 đối tượng canh tác chủ lực là rau cải canh (rau ăn lá) và su hào (rau ăn củ) tại thời điểm thu hoạch theo phương pháp đường chéo 5 điểm quy định tại TCVN 9016:2011.

Các mẫu được gửi phân tích tại Viện Nghiên cứu Rau Quả. Phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa và không ngọn lửa (AAS) được lựa chọn theo các tiêu chuẩn TCVN 6496:2009, TCVN 8467:2010, TCVN 8246:2009, TCVN 7766:2007 và TCVN 6193:1996 để định lượng As, Cd, Pb, Cu, Zn, Hg nhờ độ chính xác cao và giới hạn phát hiện vết cực thấp. Nồng độ Nitrat được định lượng bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) theo tiêu chuẩn TCVN 7814:2007. Kết quả phân tích được đối chiếu với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 03:2015/BTNMT (về đất), QCVN 08:2015/BTNMT (về nước mặt) và QCVN 8-2:2011/BYT cùng Quyết định 46/2007/QĐ-BYT (về thực phẩm). Quá trình khảo sát và phân tích trong phòng thí nghiệm được tiến hành từ tháng 6/2017 đến tháng 3/2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã đưa ra các kết quả định lượng cụ thể phản ánh thực trạng sản xuất và mức độ an toàn môi trường tại xã Thiện Phiến:

Thứ nhất, về năng suất canh tác, toàn xã có sự đồng đều giữa các vùng trồng. Thôn Tân Khai dẫn đầu về năng suất với 15,33 tấn/ha, các thôn còn lại đạt năng suất ổn định gồm Diệt Pháp (14,55 tấn/ha), Lam Sơn (14,20 tấn/ha) và Toàn Tiến (14,07 tấn/ha). Diện tích gieo trồng tập trung lớn nhất tại thôn Tân Khai với 20,2 ha, chiếm hơn 33,6% tổng diện tích rau toàn xã.

Thứ hai, về chất lượng môi trường nền, 100% mẫu đất chuyên rau và đất luân canh 2 lúa 1 rau đều đạt tiêu chuẩn an toàn theo QCVN 03:2015/BTNMT. Hàm lượng các nguyên tố As, Cd, Cu, Zn, Pb trong đất đều nằm dưới ngưỡng giới hạn cho phép đối với đất nông nghiệp. Tương tự, 100% mẫu nước mặt và nước ngầm phục vụ tưới tiêu tại 4 thôn đều đáp ứng đầy đủ yêu cầu theo QCVN 08:2015/BTNMT, chưa ghi nhận dấu hiệu ô nhiễm kim loại nặng từ nguồn nước.

Thứ ba, về mức độ tích lũy hóa chất trong sản phẩm rau, nghiên cứu phát hiện các chỉ số ô nhiễm đáng báo động. Trong mẫu rau su hào, hàm lượng Chì (Pb) vượt 1,6 lần so với giới hạn an toàn quy định tại QCVN 8-2:2011/BYT. Đáng lưu ý hơn, hàm lượng Nitrat ($NO_3^-$) trong mẫu rau cải canh vượt gấp 6 lần quy chuẩn và trong mẫu su hào vượt gấp 4 lần quy chuẩn theo quy định của Bộ Y tế tại Quyết định 46/2007/QĐ-BYT.

+---------------+---------------------+--------------------+-----------------------+
| Loại sản phẩm | Chỉ tiêu phân tích  | Hàm lượng thực tế  | Mức độ so với quy chuẩn|
+---------------+---------------------+--------------------+-----------------------+
| Rau cải canh  | Kim loại nặng (AAS) | Trong giới hạn     | Đạt QCVN 8-2:2011/BYT |
| Rau cải canh  | Nitrat (NO3-)       | Vượt ngưỡng        | Vượt 6 lần QĐ 46/BYT  |
| Su hào        | Chì (Pb)            | Vượt ngưỡng        | Vượt 1,6 lần QCVN     |
| Su hào        | Nitrat (NO3-)       | Vượt ngưỡng        | Vượt 4 lần QĐ 46/BYT  |
+---------------+---------------------+--------------------+-----------------------+

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng hàm lượng nitrat và chì tích lũy cao trong rau xuất phát từ tập quán canh tác thâm canh không đúng quy trình kỹ thuật. Kết quả điều tra 60 nông hộ chỉ ra rằng phần lớn người dân sử dụng phân đạm hóa học (Urê) quá liều lượng và bón thúc vào thời điểm sát ngày thu hoạch để tăng khối lượng thương phẩm. Việc thiếu thời gian cách ly sinh học khiến cây trồng không kịp chuyển hóa hết lượng đạm hấp thụ, tích tụ nitrat trực tiếp trong các mô lá và củ.

Sự xuất hiện của tồn dư chì trong su hào liên quan đến việc phun thuốc bảo vệ thực vật gốc kim loại với tần suất dày đặc để phòng trừ sâu bệnh, kết hợp với bụi bẩn từ trục đường Quốc lộ 39A và các xưởng cơ khí, bãi tập kết rác thải tạm thời chưa có hệ thống che chắn kín. Ngoài ra, nước thải sinh hoạt và tiểu thủ công nghiệp trên địa bàn xã mới chỉ qua xử lý sơ bộ bằng bể phốt tự hoại rồi xả thẳng ra hệ thống mương tưới tiêu nội đồng.

So sánh với các nghiên cứu tại các vùng ven đô Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh, nơi đất nông nghiệp chịu ô nhiễm kim loại nặng nghiêm trọng do tiếp nhận nước thải công nghiệp nặng, môi trường đất và nước tại xã Thiện Phiến vẫn ở trạng thái trong lành. Ô nhiễm ở Thiện Phiến mang tính chất cục bộ trên sản phẩm do kỹ thuật canh tác lạm dụng phân thuốc hóa học chứ chưa chuyển thành ô nhiễm thổ nhưỡng diện rộng.

Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa thông qua biểu đồ cột kép so sánh nồng độ trung bình của từng nguyên tố kim loại (As, Cd, Pb, Cu, Zn) trong đất và nước với ngưỡng tối đa của QCVN 03:2015/BTNMT và QCVN 08:2015/BTNMT. Đồng thời, một bảng đối chiếu chi tiết giữa dư lượng nitrat thực tế với ngưỡng giới hạn của Bộ Y tế cho từng nhóm rau ăn lá và ăn củ sẽ làm nổi bật nguy cơ vệ sinh an toàn thực phẩm.

Đề xuất và khuyến nghị

Để khắc phục tình trạng tích lũy nitrat và kim loại nặng, xây dựng vùng sản xuất rau an toàn bền vững tại xã Thiện Phiến, 4 nhóm giải pháp cấp bách được đề xuất:

Thứ nhất, chuẩn hóa quy trình bón phân và sử dụng hóa chất bảo vệ thực vật. Nông dân cần thực hiện nghiêm ngặt nguyên tắc 4 đúng trong canh tác, giảm 40% đến 50% lượng phân đạm vô cơ, thay thế bằng phân chuồng ủ hoai mục và phân hữu cơ vi sinh. Tuyệt đối tuân thủ thời gian cách ly từ 7 đến 14 ngày trước khi thu hoạch đối với từng loại nông sản nhằm giảm 100% tỷ lệ mẫu rau vượt ngưỡng nitrat và chì trong giai đoạn 2018 - 2020. Đơn vị thực hiện: Hợp tác xã Nông nghiệp và các hộ nông dân trên địa bàn.

Thứ hai, quy hoạch đồng bộ vùng chuyên canh rau an toàn. Ủy ban nhân dân xã Thiện Phiến và Phòng Kinh tế Nông nghiệp huyện Tiên Lữ cần quy hoạch tập trung 60,1 ha đất trồng rau tại 4 thôn thành vùng chuyên canh độc lập, tách rời hoàn toàn khỏi chân ruộng 2 vụ lúa để tránh ô nhiễm chéo phân thuốc. Hoàn thiện hệ thống kênh mương tưới tiêu riêng biệt cho vùng chuyên rau trước năm 2021.

Thứ ba, kiểm soát nghiêm ngặt nguồn xả thải công nghiệp và làng nghề. Ủy ban nhân dân huyện Tiên Lữ và Phòng Tài nguyên và Môi trường cần thanh tra định kỳ các cơ sở sản xuất kinh doanh, yêu cầu 100% cơ sở lắp đặt hệ thống xử lý nước thải và rác thải rắn đạt chuẩn môi trường trước khi xả thải, chấm dứt việc xả trực tiếp nước thải chưa xử lý triệt để ra kênh nội đồng trong lộ trình 2019 - 2022.

Thứ tư, đẩy mạnh công tác tập huấn kỹ thuật và giám sát chất lượng nông sản. Trạm Khuyến nông huyện phối hợp với Chi cục Quản lý Chất lượng Nông lâm sản và Thủy sản tỉnh Hưng Yên tổ chức 10 đến 12 lớp tập huấn VietGAP hàng năm cho hơn 600 hộ trồng rau, đồng thời thiết lập trạm kiểm định nhanh dư lượng hóa chất tại các điểm thu mua đầu mối từ năm 2019.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nghiên cứu mang lại giá trị tham khảo chuyên môn sâu sắc cho 4 nhóm đối tượng chính:

  1. Cơ quan quản lý Nhà nước và cán bộ quy hoạch nông nghiệp - môi trường: Vận dụng số liệu thực trạng ô nhiễm và mô hình phát thải tại xã Thiện Phiến để hoạch định chính sách phân vùng sản xuất nông nghiệp công nghệ cao, ban hành các quy định quản lý chất lượng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật tại cấp huyện và cấp tỉnh.

  2. Ban quản trị Hợp tác xã và các hộ nông dân sản xuất rau: Tiếp cận tài liệu hướng dẫn kỹ thuật cân đối dinh dưỡng cây trồng, cách tính toán thời gian cách ly thuốc bảo vệ thực vật và phương pháp chuyển đổi sang mô hình sản xuất rau sạch đạt chứng nhận VietGAP nhằm nâng cao giá trị kinh tế.

  3. Nhà nghiên cứu, giảng viên và sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Nông học: Sử dụng quy trình lấy mẫu đa điểm (TCVN 4046, TCVN 5994, TCVN 9016), phương pháp phân tích quang phổ AAS, sắc ký HPLC và mô hình phân đoạn Tessier A. làm tài liệu tham khảo trong giảng dạy và triển khai các đề tài nghiên cứu liên quan đến tích lũy sinh học kim loại nặng.

  4. Doanh nghiệp thu mua, chế biến và phân phối nông sản an toàn: Đánh giá chính xác bức tranh chất lượng vùng nguyên liệu rau tại tỉnh Hưng Yên, từ đó xây dựng chuỗi liên kết bao tiêu nông sản có kiểm soát chất lượng từ nông trại đến bàn ăn.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vì sao môi trường đất và nước tại xã Thiện Phiến đạt chuẩn nhưng rau su hào vẫn bị nhiễm Chì (Pb)? Hàm lượng Chì trong đất và nước đạt chuẩn QCVN cho thấy môi trường nền chưa bị ô nhiễm diện rộng. Tuy nhiên, Chì trong su hào vượt 1,6 lần chủ yếu do hấp phụ bề mặt từ các đợt phun thuốc bảo vệ thực vật có chứa tạp chất kim loại sát ngày thu hoạch và bụi lắng công nghiệp từ tuyến Quốc lộ 39A lân cận.

  2. Hàm lượng Nitrat vượt ngưỡng từ 4 đến 6 lần trong rau gây ra những nguy cơ sức khỏe nào cho người tiêu dùng? Dư lượng Nitrat cao khi đi vào cơ thể người sẽ bị khử thành Nitrit ($NO_2^-$). Chất này kết hợp với hemoglobin trong máu gây hội chứng thiếu oxy tế bào (methemoglobinemia), đồng thời phản ứng với các amin bậc hai tạo thành nitrosamine, một tác nhân gây ung thư dạ dày và đường tiêu hóa.

  3. Phương pháp phân tích nào được sử dụng để xác định kim loại nặng và nitrat trong nghiên cứu? Nghiên cứu sử dụng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa và không ngọn lửa (AAS) theo hệ thống tiêu chuẩn TCVN 6496:2009 và TCVN 8467:2010 để định lượng kim loại nặng (As, Cd, Pb, Cu, Zn, Hg). Hàm lượng Nitrat được phân tích chính xác bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) theo TCVN 7814:2007.

  4. Vùng chuyên canh rau và vùng luân canh lúa - rau tại xã Thiện Phiến có đặc điểm gì khác nhau? Vùng chuyên rau canh tác liên tục nhiều vụ rau trong năm với mức độ thâm canh và đầu tư phân bón cao, phân bố tại các bãi bồi ven sông. Vùng luân canh trồng 2 vụ lúa và 1 vụ rau đông trên chân đất lúa trũng, có nguy cơ rửa trôi phân bón và tồn dư thuốc bảo vệ thực vật từ lúa sang rau.

  5. Giải pháp kỹ thuật nào giúp giảm nhanh hàm lượng Nitrat trong rau cải canh trước khi thu hoạch? Nông dân cần ngừng bón hoàn toàn phân đạm vô cơ trước khi thu hoạch ít nhất từ 10 đến 12 ngày, tăng cường bón bổ sung kali và phân hữu cơ vi sinh để thúc đẩy quá trình đồng hóa nitrat thành axit amin trong mô thực vật, đảm bảo sản phẩm đạt chuẩn an toàn thực phẩm.

Kết luận

  • Luận văn đã đánh giá toàn diện hiện trạng sản xuất rau tại 4 thôn trọng điểm của xã Thiện Phiến với tổng diện tích 60,1 ha, năng suất bình quân đạt từ 14,07 đến 15,33 tấn/ha.
  • Xác định chất lượng môi trường đất và nguồn nước tưới 100% đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 03:2015/BTNMT và QCVN 08:2015/BTNMT, là tiền đề thuận lợi để phát triển vùng rau an toàn.
  • Phát hiện rủi ro an toàn thực phẩm nghiêm trọng khi mẫu rau su hào có hàm lượng Chì vượt 1,6 lần, đồng thời dư lượng Nitrat vượt 6 lần ở rau cải canh và vượt 4 lần ở su hào so với quy định của Bộ Y tế.
  • Làm rõ nguyên nhân gây ô nhiễm bắt nguồn từ tập quán bón đạm quá mức, không tuân thủ thời gian cách ly hóa chất nông nghiệp và nước thải tiểu thủ công nghiệp chưa qua xử lý.
  • Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật canh tác, quy hoạch vùng chuyên canh VietGAP và kiểm soát nguồn thải với lộ trình cụ thể từ năm 2018 đến năm 2025.

Đóng góp quan trọng nhất của luận văn là cung cấp cơ sở khoa học thực nghiệm chính xác, cảnh báo kịp thời về nguy cơ tồn dư hóa chất trong nông sản tại địa phương. Bước tiếp theo, chính quyền xã Thiện Phiến và các cơ quan chuyên môn cần khẩn trương triển khai quy hoạch vùng sản xuất tập trung, đẩy mạnh cấp mã số vùng trồng và giám sát chất lượng nông sản. Các cơ quan quản lý, nhà khoa học và nông dân hãy chung tay chuyển đổi phương thức canh tác hóa học sang hướng hữu cơ an toàn, bảo vệ môi trường sinh thái và sức khỏe cộng đồng.