Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam là một trong những quốc gia có nguồn tài nguyên thực vật phong phú, đặc biệt là các cây thuốc dân gian được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng dân cư, nhất là ở các vùng miền núi. Huyện Chợ Đồn, tỉnh Bắc Kạn, với đặc điểm địa lý miền núi và đa dạng dân tộc, là nơi có truyền thống sử dụng cây thuốc dân gian lâu đời, trong đó cây Nghệ vàng (Curcuma longa) được trồng phổ biến và sử dụng làm thuốc cũng như gia vị. Tuy nhiên, sự phát triển công nghiệp và khai thác khoáng sản tại địa phương đã gây ra nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng trong đất trồng và cây thuốc, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và an toàn của sản phẩm.

Nghiên cứu nhằm xác định hàm lượng một số kim loại nặng như As, Cd, Pb, Zn, Cu, Cr trong đất trồng và củ Nghệ vàng tại 6 xã thuộc huyện Chợ Đồn, Bắc Kạn, trong khoảng thời gian từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2019. Phương pháp phân tích sử dụng phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS) với độ nhạy cao, cho phép đánh giá chính xác hàm lượng kim loại trong mẫu đất và cây thuốc. Mục tiêu cụ thể là đánh giá mức độ ô nhiễm kim loại nặng, so sánh với các tiêu chuẩn QCVN 03-MT:2015/BTNMT về đất nông nghiệp và QCVN 8-2:2011/BYT về thực phẩm của Bộ Y tế, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý và kiểm soát ô nhiễm.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng, đảm bảo chất lượng cây thuốc và sản phẩm tinh bột nghệ, đồng thời góp phần nâng cao nhận thức về ô nhiễm môi trường và an toàn thực phẩm tại các vùng nông thôn miền núi.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết về tích tụ sinh học và chuyển hóa kim loại nặng trong đất và cây trồng: Kim loại nặng có thể tích tụ trong đất và được cây trồng hấp thụ, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm nông nghiệp và sức khỏe con người.
  • Mô hình phân tích phổ khối plasma cảm ứng (ICP-MS): Phương pháp phân tích hiện đại, sử dụng plasma nhiệt độ cao để ion hóa mẫu, sau đó phân tích các ion theo tỉ số khối lượng trên điện tích (m/z), cho phép xác định hàm lượng kim loại với độ nhạy và độ chính xác cao.
  • Khái niệm về tiêu chuẩn ô nhiễm kim loại nặng trong đất và thực phẩm: Các quy chuẩn QCVN 03-MT:2015/BTNMT và QCVN 8-2:2011/BYT được sử dụng làm chuẩn mực để đánh giá mức độ an toàn của kim loại nặng trong mẫu đất và cây thuốc.
  • Khái niệm về phân tích thống kê ANOVA và phân tích tương quan Pearson: Được áp dụng để đánh giá sự khác biệt và mối quan hệ giữa hàm lượng kim loại trong đất và trong củ Nghệ vàng.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Mẫu đất và củ Nghệ vàng được thu thập tại 6 xã của huyện Chợ Đồn, Bắc Kạn, gồm Phương Viên, Rã Bản, Đông Viên, Phong Huân, Bằng Lãng và Ngọc Phái, trong các tháng 8, 10 và 12 năm 2019. Mẫu đất được lấy ở độ sâu 10-30 cm tại các vùng trồng Nghệ vàng, mẫu củ Nghệ vàng thu hoạch sau 12 tháng trồng.
  • Xử lý mẫu: Mẫu đất và củ Nghệ vàng được xử lý bằng phương pháp phân hủy mẫu trong bom phá mẫu với hỗn hợp axit đặc (HNO3, HCl, HF, H2O2) và sấy ở nhiệt độ thích hợp để chuyển mẫu về dạng dung dịch.
  • Phân tích ICP-MS: Sử dụng máy khối phổ ICP-MS Nexion 300Q để xác định hàm lượng 24 nguyên tố kim loại, trong đó tập trung vào các kim loại nặng độc hại như As, Cd, Pb, Cu, Cr, Ni. Môi trường đo mẫu là dung dịch HNO3 0,3M để đảm bảo độ ổn định và độ chính xác.
  • Phân tích thống kê: Sử dụng phần mềm Excel và SPSS để thực hiện phân tích phương sai (ANOVA) nhằm đánh giá sự khác biệt hàm lượng kim loại giữa các xã, đồng thời phân tích tương quan Pearson để xác định mối quan hệ giữa hàm lượng kim loại trong đất và trong củ Nghệ vàng.
  • Timeline nghiên cứu: Thu thập mẫu trong 3 đợt (tháng 8, 10, 12/2019), xử lý và phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm từ tháng 9 đến tháng 12/2019, xử lý số liệu và báo cáo kết quả trong quý đầu năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hàm lượng kim loại trong đất trồng Nghệ vàng:

    • Hàm lượng Cd trong đất tại 6 xã đều vượt quy chuẩn QCVN 03-MT:2015/BTNMT (1,5 mg/kg), dao động từ 3,90 đến 8,82 mg/kg, trong đó xã Phong Huân cao nhất với 8,82 mg/kg, gấp gần 6 lần tiêu chuẩn.
    • Hàm lượng Cr tại xã Ngọc Phái đạt 13.765,82 mg/kg, vượt xa tiêu chuẩn 150 mg/kg, cho thấy mức độ ô nhiễm rất nghiêm trọng.
    • Hàm lượng Pb dao động từ 45,37 đến 69,03 mg/kg, đều dưới ngưỡng 70 mg/kg, nhưng xã Phong Huân gần đạt giới hạn.
    • Các kim loại Cu, Zn cũng có mức vượt chuẩn tại một số xã như Ngọc Phái và Bằng Lãng.
    • Các kim loại As, Hg, Sb, Sn nằm trong giới hạn cho phép.

  2. Hàm lượng kim loại trong củ Nghệ vàng:

    • Hàm lượng Cd trong củ Nghệ vàng dao động từ 2,33 đến 3,53 mg/kg, vượt tiêu chuẩn QCVN 8-2:2011/BYT (1 mg/kg).
    • Hàm lượng Pb trong củ từ 4,61 đến 9,25 mg/kg, vượt tiêu chuẩn 2 mg/kg.
    • Hàm lượng As, Cr, Ni, Cu, Zn trong củ Nghệ vàng đều dưới giới hạn cho phép, tuy nhiên Cr tại xã Rã Bản và Phong Huân có giá trị tương đối cao (14,36 và 35,58 mg/kg).
    • Các kim loại khác như Hg, Mn, Co, Ba, Ag đều ở mức an toàn.

  3. Mối tương quan giữa hàm lượng kim loại trong đất và củ Nghệ vàng:

    • Phân tích tương quan Pearson cho thấy có mối liên hệ chặt chẽ giữa hàm lượng Cd, Pb trong đất và trong củ Nghệ vàng, với hệ số tương quan r > 0,7 và ý nghĩa thống kê P < 0,01.
    • Các kim loại Cr, Cu, Zn cũng có mối tương quan nhưng mức độ thấp hơn, cho thấy sự hấp thụ và tích tụ phụ thuộc vào đặc tính sinh học của cây và điều kiện môi trường.

  4. Đánh giá an toàn thực phẩm:

    • Mẫu tinh bột nghệ thành phẩm trên thị trường Chợ Đồn cũng cho thấy hàm lượng Cd và Pb vượt mức cho phép, cảnh báo nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng trong sản phẩm tiêu dùng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm kim loại nặng trong đất trồng Nghệ vàng là do hoạt động khai thác khoáng sản tại các xã Ngọc Phái (mỏ quặng sắt) và Bằng Lãng (mỏ chì, kẽm), gây phát tán bụi và chất thải kim loại vào môi trường đất và nước. Đặc biệt, hàm lượng Cr và Ni tại xã Ngọc Phái vượt chuẩn rất cao, phản ánh mức độ ô nhiễm nghiêm trọng do khai thác mỏ. Ngoài ra, việc sử dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật không hợp lý cũng góp phần làm tăng hàm lượng kim loại trong đất.

Hàm lượng Cd và Pb vượt chuẩn trong củ Nghệ vàng cho thấy khả năng tích tụ kim loại nặng của cây, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và an toàn của sản phẩm. Điều này đồng nhất với các nghiên cứu tại một số vùng ô nhiễm khác, cho thấy cây Nghệ vàng có thể hấp thụ và tích tụ kim loại nặng từ đất, đặc biệt là Cd và Pb.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ cột so sánh hàm lượng kim loại trong đất và củ Nghệ vàng tại các xã, cùng bảng thống kê so sánh với tiêu chuẩn QCVN để minh họa mức độ vượt chuẩn và mối tương quan giữa các biến.

Kết quả nghiên cứu góp phần làm rõ ảnh hưởng của ô nhiễm kim loại nặng đến cây thuốc dân gian, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý chất lượng cây Nghệ vàng và sản phẩm liên quan tại vùng miền núi Bắc Kạn.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Kiểm soát và giám sát ô nhiễm kim loại nặng tại vùng khai thác mỏ:

    • Thực hiện các biện pháp giảm phát tán bụi và chất thải kim loại từ hoạt động khai thác mỏ tại xã Ngọc Phái và Bằng Lãng.
    • Thiết lập hệ thống giám sát môi trường đất và nước định kỳ, tập trung vào các kim loại Cd, Pb, Cr, Ni.
    • Thời gian thực hiện: ngay trong năm 2024; Chủ thể: chính quyền địa phương phối hợp với ngành tài nguyên môi trường.

  2. Áp dụng kỹ thuật canh tác an toàn và sử dụng phân bón hợp lý:

    • Hướng dẫn nông dân sử dụng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật đúng liều lượng, tránh lạm dụng gây tích tụ kim loại nặng.
    • Khuyến khích áp dụng các biện pháp cải tạo đất như bón vôi để tăng pH, giảm khả năng hấp thụ kim loại nặng của cây.
    • Thời gian: trong 1-2 vụ mùa tiếp theo; Chủ thể: Trung tâm khuyến nông, các tổ chức nông nghiệp địa phương.

  3. Kiểm tra và kiểm soát chất lượng sản phẩm Nghệ vàng và tinh bột nghệ:

    • Thiết lập quy trình kiểm nghiệm định kỳ hàm lượng kim loại nặng trong củ Nghệ vàng và sản phẩm tinh bột nghệ trước khi đưa ra thị trường.
    • Xây dựng tiêu chuẩn chất lượng sản phẩm phù hợp với quy chuẩn quốc gia và quốc tế.
    • Thời gian: triển khai trong năm 2024; Chủ thể: Sở Y tế, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn.

  4. Nâng cao nhận thức cộng đồng và đào tạo kỹ thuật:

    • Tổ chức các chương trình đào tạo, tuyên truyền về tác hại của ô nhiễm kim loại nặng và cách phòng tránh cho người dân địa phương.
    • Khuyến khích người dân tham gia giám sát và báo cáo các hiện tượng ô nhiễm môi trường.
    • Thời gian: liên tục; Chủ thể: các tổ chức xã hội, chính quyền địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Hóa học phân tích, Môi trường và Nông nghiệp:

    • Sử dụng làm tài liệu tham khảo về phương pháp phân tích ICP-MS và xử lý mẫu trong nghiên cứu kim loại nặng.
    • Áp dụng mô hình phân tích tương quan giữa đất và cây trồng trong các nghiên cứu tương tự.

  2. Cơ quan quản lý môi trường và an toàn thực phẩm:

    • Tham khảo kết quả để xây dựng chính sách giám sát và quản lý ô nhiễm kim loại nặng tại các vùng nông thôn miền núi.
    • Đánh giá mức độ rủi ro và đề xuất các biện pháp kiểm soát phù hợp.

  3. Người sản xuất và kinh doanh sản phẩm từ cây Nghệ vàng:

    • Nắm bắt thông tin về chất lượng nguyên liệu và sản phẩm, từ đó cải tiến quy trình sản xuất, đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng.
    • Áp dụng các tiêu chuẩn kiểm nghiệm để nâng cao uy tín sản phẩm trên thị trường.

  4. Người dân và cộng đồng địa phương tại huyện Chợ Đồn, Bắc Kạn:

    • Hiểu rõ về nguy cơ ô nhiễm kim loại nặng trong đất và cây thuốc, từ đó có biện pháp phòng tránh và bảo vệ sức khỏe.
    • Tham gia vào các hoạt động bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Câu hỏi thường gặp

  1. Phương pháp ICP-MS có ưu điểm gì trong phân tích kim loại nặng?
    ICP-MS có độ nhạy cao, khả năng phân tích nhiều nguyên tố cùng lúc với độ chính xác và độ lặp lại tốt. Phương pháp này cho phép phát hiện kim loại ở nồng độ rất thấp, phù hợp với việc kiểm tra ô nhiễm kim loại trong đất và thực phẩm.

  2. Tại sao hàm lượng Cd và Pb trong củ Nghệ vàng lại vượt tiêu chuẩn?
    Do đất trồng bị ô nhiễm kim loại nặng từ hoạt động khai thác mỏ và sử dụng phân bón không hợp lý, cây Nghệ vàng hấp thụ và tích tụ các kim loại này trong củ, dẫn đến hàm lượng vượt mức cho phép, gây nguy cơ ảnh hưởng sức khỏe người tiêu dùng.

  3. Có thể giảm thiểu ô nhiễm kim loại nặng trong đất trồng Nghệ vàng bằng cách nào?
    Có thể áp dụng các biện pháp cải tạo đất như bón vôi để tăng pH, sử dụng phân bón hữu cơ, hạn chế sử dụng hóa chất độc hại, đồng thời kiểm soát nguồn thải từ khai thác mỏ và công nghiệp để giảm ô nhiễm môi trường.

  4. Mối tương quan giữa hàm lượng kim loại trong đất và trong cây Nghệ vàng có ý nghĩa gì?
    Mối tương quan này cho thấy mức độ hấp thụ và tích tụ kim loại của cây phụ thuộc vào hàm lượng kim loại trong đất. Hiểu được mối quan hệ này giúp dự báo nguy cơ ô nhiễm trong sản phẩm và xây dựng biện pháp quản lý phù hợp.

  5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các loại cây thuốc khác không?
    Có, phương pháp và kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá ô nhiễm kim loại nặng trong các loại cây thuốc khác, giúp bảo đảm an toàn và chất lượng sản phẩm dược liệu trên thị trường.

Kết luận

  • Đất trồng Nghệ vàng tại huyện Chợ Đồn, Bắc Kạn có dấu hiệu ô nhiễm kim loại nặng, đặc biệt là Cd, Cr, Zn và Cu vượt tiêu chuẩn quốc gia, chủ yếu do ảnh hưởng của hoạt động khai thác khoáng sản.
  • Củ Nghệ vàng tích tụ kim loại nặng như Cd và Pb vượt mức cho phép, tiềm ẩn nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe người tiêu dùng.
  • Mối tương quan chặt chẽ giữa hàm lượng kim loại trong đất và trong củ Nghệ vàng cho thấy sự ảnh hưởng trực tiếp của môi trường đất đến chất lượng cây thuốc.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc giám sát, quản lý ô nhiễm kim loại nặng và nâng cao chất lượng sản phẩm Nghệ vàng tại địa phương.
  • Các bước tiếp theo cần tập trung vào kiểm soát ô nhiễm môi trường, cải thiện kỹ thuật canh tác và xây dựng hệ thống kiểm nghiệm sản phẩm để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Kêu gọi hành động: Các cơ quan chức năng, nhà nghiên cứu và cộng đồng địa phương cần phối hợp triển khai các giải pháp kiểm soát ô nhiễm và nâng cao nhận thức để bảo vệ môi trường và sức khỏe người dân tại huyện Chợ Đồn.