Tổng quan nghiên cứu

Hóa chất bảo vệ thực vật có nguồn gốc cơ clo (HCBVTV cơ clo) là nhóm hoạt chất có tính bền vững cao, tồn lưu lâu dài trong môi trường và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái cũng như sức khỏe con người. Trên thế giới, việc sử dụng HCBVTV đã lên đến khoảng 2,5 triệu tấn mỗi năm với hơn 800 loại hóa chất khác nhau, trong đó nhiều loại có thời gian phân hủy rất chậm, ví dụ như DDT có thời gian bán hủy trong nước lên đến 150 năm. Ở Việt Nam, lượng thuốc bảo vệ thực vật sử dụng tăng nhanh từ khoảng 9.000 tấn năm 1985 lên đến 42.700 tấn năm 1998, tập trung chủ yếu ở các vùng nông nghiệp như châu thổ sông Cửu Long.

Hệ đầm phá Thừa Thiên Huế, hệ sinh thái cửa sông ven biển lớn nhất Đông Nam Á với diện tích khoảng 235 km², là vùng tiếp nhận trực tiếp các nguồn thải từ sinh hoạt, nông nghiệp và y tế của cư dân tỉnh Thừa Thiên Huế và một phần Quảng Trị. Do đặc điểm địa lý và thủy văn, các HCBVTV cơ clo tồn lưu trong môi trường đầm phá này có thể tích tụ và ảnh hưởng đến đa dạng sinh học, đặc biệt là các loài thủy sinh có giá trị kinh tế như vẹm xanh và cá. Mặc dù Việt Nam đã cấm sử dụng các HCBVTV cơ clo từ đầu những năm 1990, nhưng các chất này vẫn còn tồn lưu trong môi trường do đặc tính bền vững và các nguồn phát tán cũ.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá sự tồn lưu của một số HCBVTV cơ clo trong các đối tượng sinh học và môi trường tại hệ đầm phá Thừa Thiên Huế, bao gồm xác định điều kiện phân tích tối ưu, khảo sát hàm lượng trong nước, bùn đáy, vẹm xanh và cá, cũng như đánh giá sự phân bố theo thời gian và không gian. Nghiên cứu có phạm vi thực hiện tại hệ đầm phá Thừa Thiên Huế trong nhiều đợt lấy mẫu, nhằm cung cấp dữ liệu khoa học phục vụ quản lý môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về sự tồn lưu và phân bố của HCBVTV cơ clo trong môi trường, bao gồm:

  • Chu trình luân chuyển HCBVTV trong môi trường: Mô hình mô tả sự di chuyển, phân bố và tích tụ của HCBVTV qua các thành phần môi trường như nước, bùn, sinh vật phù du, động vật đáy và các loài thủy sinh khác. Chu trình này chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố vật lý (gió, mưa, dòng chảy), hóa học (phân hủy, hấp phụ) và sinh học (tích lũy sinh học, sinh vật di cư).

  • Sự tích lũy sinh học và khuếch đại sinh học: HCBVTV cơ clo có khả năng tích tụ trong mô mỡ của sinh vật và tăng dần theo bậc dinh dưỡng trong chuỗi thức ăn, dẫn đến nồng độ cao hơn trong các loài động vật lớn hơn và có tuổi thọ dài hơn.

  • Các khái niệm chính:

    • Hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo (HCBVTV cơ clo): nhóm hóa chất chứa nguyên tử clo, có tính bền vững cao và độc tính mạnh.
    • Thời gian bán hủy: thời gian để nồng độ chất giảm đi một nửa trong môi trường.
    • Đầu dò cộng kết điện tử (ECD): thiết bị phát hiện các hợp chất có chứa halogen trong sắc ký khí.
    • Chiết lỏng-lỏng và chiết Soxhlet: phương pháp tách chiết các hợp chất hữu cơ từ mẫu môi trường.
    • Làm sạch mẫu (clean-up): loại bỏ tạp chất gây nhiễu trong mẫu trước khi phân tích.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Mẫu nước, bùn đáy, vẹm xanh và cá được thu thập tại nhiều điểm lấy mẫu phân bố đều trên hệ đầm phá Thừa Thiên Huế, bao gồm các mặt cắt ngang của đầm Tam Giang - Cầu Hai và đầm Lang Cô. Mỗi mẫu nước được lấy từ ba tầng (đáy, giữa, mặt) và tổ hợp thành mẫu đại diện; mẫu bùn được lấy từ ba điểm theo hình tam giác tại mỗi vị trí và trộn đều; mẫu sinh vật được thu thập trực tiếp tại vùng nuôi hoặc đánh bắt.

  • Phương pháp phân tích: Sử dụng sắc ký khí với đầu dò cộng kết điện tử (GC-ECD) để định lượng các HCBVTV cơ clo. Mẫu nước được chiết bằng phương pháp chiết lỏng-lỏng với dung môi n-hexan và diclometan; mẫu bùn và sinh vật được chiết bằng chiết Soxhlet kết hợp với siêu âm hoặc vi sóng để tăng hiệu quả chiết. Dịch chiết được làm sạch trên cột florisil và xử lý bằng phoi đồng để loại bỏ sunfua.

  • Thiết bị và hóa chất: Hệ thống sắc ký khí HP-6890 và Shimadzu GC-14B, cột mao quản HP-5 và DB-5, các chất chuẩn Aldrin, Endrin, DDT, HCH, DDE, DDD được sử dụng để xây dựng đường chuẩn và hiệu chuẩn thiết bị.

  • Xử lý số liệu: Dữ liệu được xử lý bằng phần mềm Origin 5.0 và Statgraphics Plus 3.0, áp dụng phương pháp thống kê mô tả và hồi quy tuyến tính để phân tích mối quan hệ giữa hàm lượng HCBVTV cơ clo và các thông số môi trường như độ mặn, tổng chất lơ lửng.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong nhiều đợt lấy mẫu trải dài theo mùa khô và mùa mưa nhằm đánh giá biến động theo thời gian, với tổng thời gian nghiên cứu khoảng 1-2 năm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Điều kiện phân tích tối ưu: Phương pháp chiết lỏng-lỏng với dung môi n-hexan + diclometan và làm sạch bằng cột florisil cho hiệu suất thu hồi các HCBVTV cơ clo trong nước đạt trên 85%, trong bùn và sinh vật đạt trên 80%. Thời gian lưu của các hợp chất trên cột sắc ký được xác định rõ ràng, giúp định tính và định lượng chính xác.

  2. Hàm lượng HCBVTV cơ clo trong môi trường nước và bùn: Hàm lượng trung bình DDT tổng trong nước đầm phá dao động khoảng 0,2 - 9,3 ng/l, trong bùn đáy từ 0,1 đến 8,8 ng/g trọng lượng khô. Hàm lượng HCH tổng trong bùn khoảng 0,5 ng/g, trong nước trung bình khoảng 5 ng/l. Sự phân bố theo mặt cắt ngang cho thấy hàm lượng cao hơn ở các khu vực gần cửa sông đổ vào đầm phá.

  3. Hàm lượng HCBVTV cơ clo trong sinh vật: Vẹm xanh có hàm lượng DDTs trung bình khoảng 1000 ng/g, HCHs khoảng 110 ng/g, cá có hàm lượng DDTs dao động từ 5600 đến 16000 ng/g trong mỡ. Sự tích lũy sinh học rõ rệt, với nồng độ trong sinh vật cao hơn nhiều so với môi trường nước và bùn.

  4. Biến động theo thời gian và không gian: Hàm lượng DDTs và HCHs trong nước và bùn có xu hướng giảm dần theo mùa mưa do pha loãng và rửa trôi, tăng nhẹ vào mùa khô. Các điểm lấy mẫu gần khu vực canh tác nông nghiệp và dân cư có hàm lượng cao hơn, phản ánh nguồn phát tán từ hoạt động nông nghiệp và sinh hoạt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân tồn lưu các HCBVTV cơ clo trong hệ đầm phá Thừa Thiên Huế chủ yếu do đặc tính bền vững của các hợp chất này, cùng với nguồn phát tán từ các hoạt động nông nghiệp sử dụng thuốc bảo vệ thực vật cũ và các nguồn thải chưa được kiểm soát. So sánh với các nghiên cứu ở các vùng cửa sông ven biển khác trên thế giới, hàm lượng HCBVTV cơ clo tại đầm phá Thừa Thiên Huế tương đối thấp nhưng vẫn đáng quan ngại do tính nhạy cảm của hệ sinh thái và sự tích tụ trong sinh vật.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ biến động hàm lượng theo thời gian, bản đồ phân bố không gian và bảng so sánh hàm lượng giữa các đối tượng môi trường. Mối tương quan tích cực giữa hàm lượng DDTs trong nước và tổng lượng chất lơ lửng, cũng như độ mặn, cho thấy các yếu tố thủy văn và địa hóa ảnh hưởng đến sự phân bố HCBVTV cơ clo.

Kết quả nghiên cứu góp phần làm rõ bức tranh tồn lưu HCBVTV cơ clo trong hệ đầm phá Thừa Thiên Huế, cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý và bảo vệ môi trường vùng cửa sông ven biển.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường giám sát và kiểm soát nguồn thải HCBVTV cơ clo: Thiết lập hệ thống quan trắc định kỳ tại các điểm trọng yếu trong hệ đầm phá nhằm phát hiện sớm và kiểm soát các nguồn phát tán, đặc biệt là từ hoạt động nông nghiệp và sinh hoạt. Thời gian thực hiện: trong vòng 1 năm, chủ thể: cơ quan quản lý môi trường địa phương.

  2. Nâng cao nhận thức cộng đồng về tác hại của HCBVTV cơ clo: Tổ chức các chương trình đào tạo, tập huấn cho nông dân và người dân vùng đầm phá về cách sử dụng thuốc bảo vệ thực vật an toàn, tránh sử dụng các loại đã bị cấm và xử lý đúng cách các chất thải nguy hại. Thời gian: 6 tháng đến 1 năm, chủ thể: các tổ chức phi chính phủ và chính quyền địa phương.

  3. Áp dụng các biện pháp kỹ thuật xử lý môi trường: Nghiên cứu và triển khai các công nghệ xử lý đất, nước và bùn bị ô nhiễm HCBVTV cơ clo như xử lý sinh học, hấp phụ hoặc phân hủy hóa học để giảm thiểu tồn lưu. Thời gian: 2-3 năm, chủ thể: các viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ môi trường.

  4. Phát triển mô hình nuôi trồng thủy sản bền vững: Khuyến khích áp dụng các mô hình nuôi trồng thủy sản thân thiện môi trường, hạn chế sử dụng hóa chất độc hại, đồng thời kiểm soát chất lượng sản phẩm thủy sản để đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Thời gian: 1-2 năm, chủ thể: ngành nông nghiệp và các hợp tác xã nuôi trồng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà quản lý môi trường và chính sách: Sử dụng dữ liệu và phân tích để xây dựng chính sách quản lý chất thải, giám sát ô nhiễm và bảo vệ hệ sinh thái vùng cửa sông ven biển.

  2. Nhà nghiên cứu và học giả trong lĩnh vực môi trường và hóa học: Tham khảo phương pháp phân tích, kết quả nghiên cứu và cơ sở lý thuyết để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về tồn lưu hóa chất bảo vệ thực vật.

  3. Người làm trong ngành nông nghiệp và thủy sản: Áp dụng kiến thức về tác hại của HCBVTV cơ clo để cải thiện quy trình sản xuất, sử dụng thuốc bảo vệ thực vật an toàn và nâng cao chất lượng sản phẩm.

  4. Cộng đồng dân cư vùng đầm phá và các tổ chức phi chính phủ: Nâng cao nhận thức về ô nhiễm môi trường, tham gia các hoạt động bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Câu hỏi thường gặp

  1. HCBVTV cơ clo là gì và tại sao chúng nguy hiểm?
    HCBVTV cơ clo là nhóm hóa chất bảo vệ thực vật chứa nguyên tử clo, có tính bền vững cao và độc tính mạnh. Chúng tồn lưu lâu dài trong môi trường, tích tụ trong sinh vật và gây rối loạn nội tiết, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và hệ sinh thái.

  2. Phương pháp nào được sử dụng để phân tích HCBVTV cơ clo trong môi trường?
    Phương pháp sắc ký khí với đầu dò cộng kết điện tử (GC-ECD) là phổ biến nhất do độ nhạy cao và chính xác. Mẫu được chiết bằng chiết lỏng-lỏng hoặc chiết Soxhlet, sau đó làm sạch bằng cột florisil để loại bỏ tạp chất.

  3. Hàm lượng HCBVTV cơ clo trong hệ đầm phá Thừa Thiên Huế có mức độ như thế nào?
    Hàm lượng DDT tổng trong nước dao động từ 0,2 đến 9,3 ng/l, trong bùn từ 0,1 đến 8,8 ng/g, trong sinh vật như vẹm xanh và cá có thể lên đến hàng nghìn ng/g, cho thấy sự tích tụ sinh học rõ rệt.

  4. Tại sao HCBVTV cơ clo vẫn tồn tại trong môi trường dù đã bị cấm sử dụng?
    Do đặc tính bền vững, thời gian phân hủy rất dài (ví dụ DDT trong nước lên đến 150 năm), cùng với các nguồn phát tán cũ như tồn dư trong đất, nước và các chất thải chưa được xử lý đúng cách.

  5. Làm thế nào để giảm thiểu tác động của HCBVTV cơ clo đến môi trường và sức khỏe?
    Cần tăng cường giám sát, nâng cao nhận thức cộng đồng, áp dụng công nghệ xử lý môi trường và phát triển mô hình sản xuất bền vững, đồng thời tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về sử dụng và xử lý hóa chất bảo vệ thực vật.

Kết luận

  • Đã xác định được điều kiện phân tích tối ưu cho việc định lượng các HCBVTV cơ clo trong nước, bùn và sinh vật bằng phương pháp sắc ký khí với đầu dò ECD.
  • Hàm lượng HCBVTV cơ clo tồn lưu trong hệ đầm phá Thừa Thiên Huế có sự phân bố không đồng đều, cao hơn ở các khu vực gần nguồn thải và có sự tích tụ sinh học rõ rệt trong các loài thủy sinh.
  • Biến động hàm lượng theo mùa và vị trí cho thấy ảnh hưởng của các yếu tố thủy văn và hoạt động con người đến sự tồn lưu của các hóa chất này.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho việc quản lý môi trường và bảo vệ sức khỏe cộng đồng tại vùng đầm phá.
  • Đề xuất các giải pháp giám sát, nâng cao nhận thức và áp dụng công nghệ xử lý nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực của HCBVTV cơ clo trong tương lai.

Nghiên cứu mở ra hướng đi cho các bước tiếp theo trong việc xây dựng hệ thống quan trắc môi trường định kỳ và phát triển các biện pháp quản lý bền vững tại hệ đầm phá Thừa Thiên Huế. Các nhà quản lý, nhà khoa học và cộng đồng được khuyến khích áp dụng kết quả này để bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.