Tổng quan nghiên cứu

Sản xuất nông nghiệp Việt Nam trong những năm qua đã đạt được những bước tiến vượt bậc, với kim ngạch xuất khẩu rau quả năm 2017 đạt hơn 3,514 tỷ USD, ghi nhận mức tăng trưởng ấn tượng 43,02% so với năm 2016. Tuy nhiên, diện tích sản xuất rau an toàn đạt tiêu chuẩn VietGAP trên toàn quốc vẫn còn rất khiêm tốn, chỉ chiếm khoảng 8% đến 8,5% tổng diện tích canh tác rau (tương đương khoảng 69.327 ha trên tổng số 845.500 ha). Thực trạng thâm canh phụ thuộc nặng nề vào hóa chất nông nghiệp đang đặt ra nhiều thách thức nghiêm trọng về ô nhiễm môi trường đất, nước và nguy cơ tồn dư kim loại nặng độc hại trong chuỗi thực phẩm.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là đánh giá mức độ tích lũy các nguyên tố kim loại nặng độc hại và chỉ tiêu nitrat trong quá trình canh tác rau màu tại địa bàn nông thôn đang trong quá trình chuyển đổi cơ cấu kinh tế. Mục tiêu cụ thể của đề tài là khảo sát thực trạng canh tác, xác định nguồn phát thải, định lượng hàm lượng kim loại nặng (bao gồm Chì, Cadimi, Asen, Thủy ngân, Đồng, Kẽm) và Nitrat trong đất, nước tưới và nông sản rau, từ đó đề xuất hệ thống giải pháp phát triển vùng sản xuất rau an toàn bền vững.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trên quy mô không gian toàn xã Thiện Phiến, huyện Tiên Lữ, tỉnh Hưng Yên – một địa phương có truyền thống trồng rau màu lâu đời nằm ở vành đai sông Luộc, với tổng diện tích đất sản xuất rau phân bố tại 4 thôn chính gồm Tân Khai, Lam Sơn, Diệt Pháp và Toàn Tiến. Thời gian thực hiện thu thập số liệu và quan trắc thực địa diễn ra liên tục từ tháng 6/2017 đến tháng 3/2018.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài thể hiện qua việc thiết lập bộ chỉ số dữ liệu môi trường chuẩn xác cho hơn 60,1 ha đất trồng rau tại địa phương. Kết quả nghiên cứu đóng vai trò là căn cứ khoa học xác thực giúp các nhà quản lý nông nghiệp địa phương và người dân nhận diện rủi ro thôi nhiễm kim loại nặng, bảo vệ sức khỏe cộng đồng và gia tăng giá trị thương phẩm cho nông sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên lý thuyết chuỗi chuyển hóa và tích lũy sinh học của kim loại nặng trong hệ sinh thái nông nghiệp. Theo mô hình phân đoạn của Tessier và cộng sự, các kim loại nặng trong môi trường đất tồn tại dưới 5 dạng liên kết cơ bản: dạng trao đổi (dễ hấp thu nhất đối với bộ rễ thực vật), dạng liên kết cacbonat, dạng liên kết oxit sắt - mangan, dạng liên kết hợp chất hữu cơ và dạng cặn dư khoáng vật. Sự linh động và khả năng xâm nhập của các nguyên tố độc hại như Chì (Pb), Cadimi (Cd), Asen (As) vào mô thực vật phụ thuộc chặt chẽ vào độ pH đất, dung tích hấp thu và thành phần cơ giới của tầng đất canh tác.

Bên cạnh đó, đề tài vận dụng khung lý thuyết độc học môi trường theo tiêu chuẩn đánh giá của Tổ chức Nông Lương Thế giới (FAO) và Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Các nguyên tố Chì, Asen, Thủy ngân, Cadimi được xếp vào nhóm độc tính loại A, có khả năng gây độc mãn tính qua tích lũy sinh học trong gan, thận và hệ thần kinh con người ngay cả ở nồng độ cực thấp (từ 0,005 mg/kg thể trọng đối với Chì). Khái niệm rau an toàn (RAT) trong nghiên cứu được định nghĩa chuẩn hóa theo các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia hiện hành, đòi hỏi hàm lượng kim loại nặng và dư lượng nitrat (NO3-) không được vượt quá ngưỡng giới hạn tối đa cho phép nhằm triệt tiêu nguy cơ hình thành nitrosamine gây ung thư.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn kết hợp hài hòa giữa số liệu thứ cấp từ các báo cáo kinh tế - xã hội của Ủy ban nhân dân xã Thiện Phiến và số liệu sơ cấp điều tra thực địa. Khảo sát nông hộ được thực hiện trên cỡ mẫu 60 hộ gia đình canh tác rau, phân bổ ngẫu nhiên và đồng đều tại 4 thôn (15 phiếu điều tra cho mỗi thôn: Tân Khai, Lam Sơn, Diệt Pháp, Toàn Tiến). Phương pháp chọn mẫu phân tầng kết hợp ngẫu nhiên đơn giản được lựa chọn nhằm đảm bảo tính đại diện cho các phương thức canh tác chuyên canh rau và luân canh 2 vụ lúa - 1 vụ rau.

Quy trình thu thập mẫu hiện trường tuân thủ nghiêm ngặt hệ thống tiêu chuẩn quốc gia:

  • Mẫu đất canh tác: Thu thập 10 mẫu đất tổng hợp ở tầng mặt từ 0 đến 20 cm theo tiêu chuẩn TCVN 4046:1985 (gồm 5 vị trí đất chuyên rau MĐR1 đến MĐR5 và 5 vị trí đất lúa - rau MĐL1 đến MĐL5).
  • Mẫu nước tưới: Thu thập tại 10 vị trí bao gồm 5 điểm nước ngầm và 5 điểm nước mặt trên hệ thống kênh mương tưới tiêu theo tiêu chuẩn TCVN 5994:1995.
  • Mẫu nông sản: Thu thập 2 loại rau chủ lực đại diện cho nhóm rau ăn lá (cải canh) và nhóm rau ăn củ (su hào) vào thời điểm thu hoạch vụ hè thu và vụ đông theo phương pháp đường chéo 5 điểm của tiêu chuẩn TCVN 9016:2011.

Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm được tiến hành tại Viện Nghiên cứu Rau Quả. Các chỉ tiêu kim loại nặng (As, Pb, Cd, Cu, Zn, Hg) được định lượng bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa và không ngọn lửa (AAS) theo tiêu chuẩn TCVN 6496:2009, TCVN 8467:2010 và TCVN 7766:2007. Hàm lượng Nitrat được phân tích bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) theo TCVN 7814:2007. Lý do lựa chọn hệ thống phương pháp AAS và HPLC là vì độ nhạy vượt trội, giới hạn phát hiện ở mức vết (ppm, ppb) và độ tin cậy được quốc tế công nhận. Số liệu sau đó được đối chiếu trực tiếp với QCVN 03:2015/BTNMT (đối với đất), QCVN 08:2015/BTNMT (đối với nước mặt) và QCVN 8-2:2011/BYT cùng Quyết định 46/2007/QĐ-BYT (đối với thực phẩm).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, điều kiện thổ nhưỡng tầng đất mặt tại xã Thiện Phiến vẫn duy trì được độ an toàn cao đối với hoạt động trồng trọt. Toàn bộ 10 mẫu đất phân tích tại cả 4 thôn đều có hàm lượng các kim loại nặng gồm Asen, Cadimi, Đồng, Kẽm và Chì thấp hơn đáng kể so với ngưỡng giới hạn quy định tại QCVN 03:2015/BTNMT. Điều này chứng minh nền đất phù sa bồi tụ ven sông Luộc chưa bị ô nhiễm tích lũy kim loại nặng từ hoạt động công nghiệp xung quanh.

Thứ hai, chất lượng nguồn nước tưới nông nghiệp bao gồm cả nước ngầm tầng nông và nước mặt trong hệ thống mương thủy lợi đều nằm trong giới hạn an toàn. Cả 10 mẫu nước mặt và nước ngầm được kiểm nghiệm đều không có bất kỳ chỉ tiêu kim loại nặng nào (As, Cd, Pb, Hg) vượt ngưỡng cho phép của QCVN 08:2015/BTNMT, khẳng định nguồn nước tự nhiên tại xã vẫn đảm bảo điều kiện cấp nước tưới cho rau màu.

Thứ ba, nghiên cứu phát hiện sự tích lũy vượt ngưỡng đáng báo động của Chì và Nitrat trong các sản phẩm rau tươi:

  • Đối với mẫu rau cải canh: Hàm lượng các kim loại nặng đều nằm trong ngưỡng an toàn, tuy nhiên hàm lượng Nitrat (NO3-) ghi nhận mức vượt ngưỡng quy định của Bộ Y tế tới 6 lần (tương đương vượt 600%).
  • Đối với mẫu rau su hào: Hàm lượng Chì (Pb) phân tích được vượt ngưỡng an toàn cho phép 1,6 lần (tương đương vượt 160%). Đồng thời, hàm lượng Nitrat trong củ su hào cũng vượt ngưỡng cho phép 4 lần (tương đương vượt 400%) theo QCVN 8-2:2011/BYT.

Thứ tư, về bức tranh sản xuất, rau màu là ngành kinh tế mũi nhọn tại địa phương với tổng diện tích gieo trồng đạt trên 60,1 ha. Diện tích phân bố tập trung nhiều nhất tại thôn Tân Khai (20,2 ha), tiếp đến là thôn Lam Sơn (15,5 ha), thôn Diệt Pháp (12,8 ha) và thôn Toàn Tiến (11,6 ha). Năng suất thu hoạch bình quân đạt mức khá cao và tương đối đồng đều giữa các khu vực, dao động từ 14,07 tấn/ha đến 15,33 tấn/ha (trong đó thôn Tân Khai dẫn đầu với 15,33 tấn/ha).

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân căn bản dẫn đến tình trạng ô nhiễm cục bộ Chì và Nitrat trong nông sản không bắt nguồn từ môi trường nền (đất và nước) mà xuất phát trực tiếp từ tập quán canh tác thâm canh thiếu kiểm soát của người dân. Việc lạm dụng phân bón đạm vô cơ (urê) với liều lượng cao vượt xa khuyến cáo nông học, cùng thói quen bón thúc sát ngày thu hoạch khiến cây trồng không kịp đồng hóa và chuyển hóa gốc nitơ, dẫn đến hiện tượng tích tụ nồng độ NO3- cực cao trong mô lá cải xanh và củ su hào.

Về hiện tượng su hào tích lũy Chì vượt 1,6 lần, nguyên nhân chủ yếu là do việc lạm dụng các loại hóa chất bảo vệ thực vật có chứa tạp chất kim loại, kết hợp với bụi lắng không khí từ tuyến giao thông Quốc lộ 39A chạy cắt ngang qua địa bàn. Thêm vào đó, nước thải sinh hoạt và chất thải từ các cơ sở tiểu thủ công nghiệp trên địa bàn xã mới chỉ được xử lý sơ bộ qua bể tự hoại rồi xả thẳng ra môi trường tiếp nhận, gián tiếp tạo điều kiện cho các ion Chì lắng đọng cục bộ trên tán lá và bề mặt đất quanh rễ củ.

Khi so sánh với các nghiên cứu trước đây tại các vùng rau chuyên canh ven đô như Hà Nội hay huyện Văn Lâm (Hưng Yên), nơi đất đai đã có dấu hiệu ô nhiễm Kẽm và Đồng cục bộ do nước thải công nghiệp, thì môi trường nền tại Thiện Phiến vẫn giữ được độ sạch tự nhiên tốt hơn. Dữ liệu thực nghiệm của đề tài có thể được trình bày trực quan rất hiệu quả qua biểu đồ cột so sánh nồng độ Nitrat và Chì thực tế so với giới hạn an toàn của Bộ Y tế, kết hợp bảng ma trận phân tích tương quan giữa khối lượng phân đạm bón thực tế trên từng sào đất với mức dư lượng NO3- ghi nhận được trong sản phẩm sau thu hoạch.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm kiểm soát triệt để nguy cơ tích lũy kim loại nặng và nitrat, bảo vệ an toàn cho người tiêu dùng và nâng cao giá trị thương hiệu nông sản địa phương, hệ thống 4 nhóm giải pháp cụ thể được đề xuất:

  1. Quy hoạch phân vùng sản xuất chuyên canh: Ủy ban nhân dân xã Thiện Phiến phối hợp cùng Phòng Nông nghiệp và Phát triển nông thôn huyện Tiên Lữ tiến hành quy hoạch tập trung 60,1 ha đất rau thành vùng sản xuất chuyên canh riêng biệt, chấm dứt hoàn toàn tình trạng trồng xen kẽ phân tán với đất lúa nước trong lộ trình 12 tháng. Giải pháp này nhằm ngăn ngừa sự lây nhiễm chéo dư lượng thuốc trừ sâu và phân bón hóa học từ canh tác lúa sang ruộng rau.

  2. Cải tiến quy trình kỹ thuật bón phân và dinh dưỡng cây trồng: Trạm Khuyến nông huyện chủ trì hướng dẫn 100% các hộ nông dân chuyển đổi cơ cấu phân bón, cắt giảm ít nhất 40% lượng phân đạm vô cơ truyền thống và thay thế bằng phân chuồng ủ hoai mục xử lý men vi sinh kết hợp phân hữu cơ sinh học. Mục tiêu cụ thể là đưa hàm lượng Nitrat tồn dư trong tất cả các loại rau ăn lá và ăn củ về dưới ngưỡng an toàn theo QCVN 8-2:2011/BYT trong vòng 6 tháng áp dụng.

  3. Kiểm soát nghiêm ngặt việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật: Hợp tác xã Nông nghiệp xã Thiện Phiến thành lập tổ giám sát cộng đồng, yêu cầu 100% nông hộ cam kết tuân thủ nghiêm ngặt thời gian cách ly của thuốc bảo vệ thực vật (tối thiểu 7 đến 14 ngày trước khi thu hoạch). Khuyến khích thay thế 80% thuốc hóa học bằng các chế phẩm sinh học thảo mộc trước năm 2020 nhằm triệt tiêu hoàn toàn dư lượng ion Chì trên bề mặt nông sản.

  4. Xử lý và kiểm soát nước thải công nghiệp - làng nghề: Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Tiên Lữ tăng cường thanh tra, bắt buộc 100% các doanh nghiệp và xưởng sản xuất dọc tuyến Quốc lộ 39A phải hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả vào hệ thống thủy nông công cộng, thực hiện kiểm tra định kỳ 3 tháng một lần để bảo vệ nguồn nước tưới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị tham khảo thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng chính:

  1. Cơ quan quản lý nhà nước và chính quyền địa phương: Cán bộ Phòng Nông nghiệp, Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Tiên Lữ cùng lãnh đạo Ủy ban nhân dân xã Thiện Phiến có thể khai thác toàn bộ số liệu thực trạng để xây dựng đề án quy hoạch vùng sản xuất rau an toàn tập trung theo tiêu chuẩn VietGAP, phục vụ chiến lược phát triển kinh tế nông thôn bền vững.

  2. Hợp tác xã nông nghiệp và bà con nông dân trồng rau: Các hộ gia đình trực tiếp canh tác rau tại Hưng Yên và các tỉnh Đồng bằng sông Hồng có thể sử dụng các khuyến cáo kỹ thuật của luận văn để điều chỉnh lượng phân đạm, thay đổi danh mục thuốc bảo vệ thực vật và áp dụng thời gian cách ly chuẩn xác, giúp sản phẩm rau vượt qua các bài kiểm định chất lượng khi đưa vào hệ thống siêu thị.

  3. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Môi trường - Nông học: Tài liệu cung cấp cơ sở dữ liệu mẫu, quy trình lấy mẫu đất tầng canh tác theo TCVN 4046:1985, mẫu nước theo TCVN 5994:1995 và phương pháp phân tích kim loại nặng bằng hệ thống AAS/HPLC làm tài liệu phục vụ công tác giảng dạy, nghiên cứu và phát triển các đề tài liên quan đến độc học môi trường.

  4. Doanh nghiệp bao tiêu nông sản và kỹ sư công nghệ môi trường: Các đơn vị thu mua chế biến rau củ xuất khẩu có thể sử dụng dữ liệu để đánh giá rủi ro vùng nguyên liệu; các kỹ sư môi trường có thể tham khảo mô hình đánh giá tải lượng chất thải để thiết kế các công trình xử lý nước thải làng nghề và nước thải sinh hoạt nông thôn.

Câu hỏi thường gặp

Nguyên nhân chính khiến mẫu rau su hào tại xã Thiện Phiến bị nhiễm Chì (Pb) vượt mức quy chuẩn là gì? Hàm lượng Chì trong củ su hào vượt 1,6 lần giới hạn cho phép của QCVN 8-2:2011/BYT chủ yếu do người dân lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật hóa học gốc kim loại không rõ nguồn gốc, kết hợp với sự lắng đọng của bụi chì từ phương tiện giao thông trên trục Quốc lộ 39A và nguồn nước thải tiểu thủ công nghiệp chưa qua xử lý triệt để.

Hàm lượng Nitrat trong rau cải canh vượt quy chuẩn 6 lần có thể gây ra những nguy hại sức khỏe nào? Hàm lượng Nitrat cao gấp 6 lần mức cho phép khi đi vào đường tiêu hóa sẽ bị vi khuẩn khử thành Nitrit (NO2-). Nitrit phản ứng với hemoglobin trong hồng cầu tạo thành methemoglobin làm mất khả năng vận chuyển oxy, đồng thời kết hợp với các axit amin tạo thành hợp chất nitrosamine có nguy cơ cao gây ung thư dạ dày và thực quản.

Môi trường đất canh tác và nguồn nước tưới tại xã Thiện Phiến có bị ô nhiễm kim loại nặng không? Không. Kết quả phân tích 10 mẫu đất và 10 mẫu nước mặt, nước ngầm trên địa bàn đều đạt chuẩn theo QCVN 03:2015/BTNMT và QCVN 08:2015/BTNMT. Ô nhiễm kim loại nặng và nitrat hiện tại mang tính chất ô nhiễm cục bộ trên chính sản phẩm rau do kỹ thuật bón phân và phun thuốc của con người chứ chưa làm biến tính đất và nước.

Nông dân có thể thực hiện biện pháp tức thời nào để hạ nồng độ Nitrat trong rau trước khi thu hoạch? Bà con nông dân cần cắt giảm ngay 30% đến 40% lượng phân urê, tuyệt đối ngừng bón đạm hóa học trước thời điểm thu hoạch từ 10 đến 15 ngày, đồng thời tăng cường tưới nước sạch giữ ẩm và phun bổ sung chế phẩm vi lượng giúp cây chuyển hóa hoàn toàn lượng đạm tự do trong phiến lá.

Vùng sản xuất rau tại xã Thiện Phiến có đủ điều kiện để chuyển đổi sang mô hình VietGAP không? Hoàn toàn đủ điều kiện. Địa phương sở hữu diện tích hơn 60,1 ha đất màu mỡ với năng suất cao (14,07 đến 15,33 tấn/ha), nguồn đất và nước tưới đều đạt chuẩn an toàn môi trường. Xã chỉ cần chuẩn hóa lại quy trình quản lý phân bón, thuốc bảo vệ thực vật và kiểm soát nguồn xả thải là đủ tiêu chuẩn cấp chứng nhận VietGAP.

Kết luận

  1. Đánh giá toàn diện hiện trạng môi trường nông nghiệp trên 60,1 ha đất canh tác rau tại xã Thiện Phiến, khẳng định nền đất và nguồn nước tưới vẫn hoàn toàn trong sạch, đạt tiêu chuẩn quốc gia QCVN 03:2015/BTNMT và QCVN 08:2015/BTNMT.
  2. Phát hiện chính xác rủi ro mất an toàn thực phẩm trên nông sản: rau cải canh nhiễm Nitrat vượt ngưỡng 6 lần (600%), rau su hào nhiễm Chì vượt ngưỡng 1,6 lần (160%) và nhiễm Nitrat vượt ngưỡng 4 lần (400%) theo quy chuẩn của Bộ Y tế.
  3. Xác định rõ nguồn phát sinh ô nhiễm xuất phát chủ yếu từ tập quán lạm dụng phân bón hóa học, sử dụng thuốc bảo vệ thực vật không tuân thủ thời gian cách ly và ảnh hưởng từ bụi giao thông Quốc lộ 39A.
  4. Đóng góp hệ thống 4 nhóm giải pháp mang tính ứng dụng cao, tích hợp quy hoạch chuyên canh, kỹ thuật bón phân hữu cơ vi sinh và chế tài kiểm soát xả thải công nghiệp.
  5. Mở ra định hướng phát triển chuỗi giá trị rau an toàn đạt chuẩn VietGAP cho huyện Tiên Lữ giai đoạn 2018-2023 nhằm gia tăng giá trị kinh tế hộ gia đình bền vững.

Lộ trình tiếp theo đòi hỏi chính quyền địa phương và các cơ quan nông nghiệp chuyên trách cần triển khai ngay các lớp tập huấn kỹ thuật VietGAP và hoàn thiện phân vùng chuyên canh trong vòng 12 đến 24 tháng tới. Các cấp lãnh đạo, hợp tác xã và hộ nông dân hãy chung tay hành động ngay hôm nay để loại bỏ hoàn toàn dư lượng hóa chất độc hại, xây dựng thương hiệu rau sạch Tiên Lữ an toàn và bền vững cho cộng đồng.