Luận án tiến sĩ Nguyễn Phan Nhân: Đánh giá ô nhiễm thuốc BVTV trên ruộng lúa và sông rạch Hậu Giang

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án được hoàn thành dựa trên kết quả nghiên cứu của đề tài “Đánh giá dư lượng thuốc bảo vệ thực vật nhóm lân hữu cơ, carbamate và cúc tổng hợp trên các sông, rạch chính tại tỉnh Hậu Giang”, tôi là thành viên tham gia đề tài. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, chưa từng được công bố bởi tác giả khác. Người hướng dẫn khoa học Tác giả luận văn PGS. BÙI THỊ NGA NGUYỄN PHAN NHÂN PGS.

PHẠM VĂN TOÀN i LỜI CẢM ƠN Tôi cảm thấy thật hạnh phúc và may mắn khi được thực hiện luận án tiến sĩ dưới sự hướng dẫn của PGS. Bùi Thị Nga và PGS. Lời cảm ơn đầu tiên, tôi xin gửi đến giáo viên hướng dẫn chính – PGS. Bùi Thị Nga, thật sự vinh dự và tự hào khi tôi là học trò của Cô.

Cô đã truyền cho tôi lòng nhiệt huyết và thổi lên ngọn lửa đam mê khoa học, khơi dậy ở tôi sự nỗ lực, tự tin, cố gắng không ngừng và không nản lòng trước những khó khăn trong suốt tiến trình thực hiện luận án. Xin cảm ơn Cô đã dành nhiều thời gian, công sức và luôn giúp em có được định hướng đúng đắn trong công việc. Tôi cũng xin gửi lời tri ân đến PGS. Phạm Văn Toàn – Thầy luôn đóng góp cho tôi rất nhiều kinh nghiệm quý báo, không ngại thời gian cùng tôi nghiên cứu những vấn đề mới phát sinh để có kết quả thu nhận tốt nhất.

Tôi đặc biệt biết ơn sự giúp đỡ và hỗ trợ của TS. Dương Minh Viễn – Bộ môn Khoa học Đất, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng; Quý Thầy và Cô – Bộ môn Khoa học Môi Trường, Khoa Môi Trường & Tài Nguyên Thiên Nhiên đã giúp tôi có thể hoàn thành tốt nội dung nghiên cứu. Tiến trình hơn 3 năm thực hiện các nghiên cứu trong luận án, tôi đã luôn được sự đồng hành và hỗ trợ của các bạn sinh viên đại học khóa 36 chuyên ngành Khoa học Môi trường; các bạn học viên cao học từ khóa 18 đến khóa 20 chuyên ngành Khoa học Môi trường. Các bạn đã không ngại khó khăn, thời gian để cùng tôi thực hiện các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và ngoài đồng.

Xin chân thành cảm ơn Bộ Giáo dục và Đào tạo, Ban Giám hiệu Trường Đại học Cần thơ, Phòng Quản lý Khoa học, Khoa Sau Đại học, Khoa Môi trường và Tài Nguyên Thiên Nhiên, Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng Dụng đã luôn tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong việc thực hiện đề tài nghiên cứu. Tôi cũng xin được gởi lời cảm ơn đến Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Hậu Giang đã tài trợ kinh phí và giúp đỡ tôi hoàn thành tốt nghiên cứu. Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn đến gia đình với tất cả tình yêu thương và khuyến khích, ủng hộ đã dành cho tôi trong chặn đường cam go để hoàn thành luận án nghiên cứu; đặc biệt là ba mẹ tôi. Cần thơ, ngày tháng năm 2018 Nghiên cứu sinh thực hiện Nguyễn Phan Nhân ii TÓM LƯỢC Tỉnh Hậu Giang có thế mạnh về nông nghiệp với mô hình canh tác lúa 3 vụ.năm-1 đã tạo điều kiện cho sâu bệnh phát triển và thuốc bảo vệ thực vật (BVTV) được sử dụng với liều lượng và số lần phun thuốc cao hơn khuyến cáo.

Nghiên cứu được thực hiện từ năm 2011 đến năm 2016 với mục tiêu là nghiên cứu biến động dư lượng thuốc BVTV trong nước, trong đất ruộng, trong bùn đáy kênh nội đồng, sông rạch nhằm đánh giá ô nhiễm thuốc BVTV giữa các loại hình thủy vực khác nhau và mối liên hệ giữa ĐVĐ với thuốc BVTV. Khảo sát thực trạng sử dụng thuốc BVTV tại khu vực nghiên cứu có 97 tên thương mại thuộc 64 hoạt chất và 32 nhóm thuốc được sử dụng; trong đó, 5 hoạt chất được sử dụng phổ biến là propiconazole (nhóm triazole), quinalphos (lân hữu cơ), fipronil (phenylpyrazole), cypermethrin (cúc tổng hợp) và fenobucarb (carbamate). Lượng thuốc BVTV được sử dụng ở khu vực lúa 3 vụ/năm là 3,88 Kg.ha-1 cao hơn so với ở khu vực lúa 2 vụ/năm là 2,58 Kg.ha-1 tương ứng. Kết quả đã cho thấy dư lượng thuốc BVTV trong nước trên các ruộng lúa 3 vụ.năm-1 cao hơn so với trên các ruộng lúa 2 vụ.

Trung bình dư lượng của các hoạt chất nghiên cứu trong nước giảm từ ruộng lúa ra kênh nội đồng ra sông rạch có giá trị dao động lần lượt là 0,06 – 4,55 µg. Quinalphos và fenobucarb được tìm thấy trong nước đã tăng từ vụ lúa Đông – Xuân đến vụ Hè – Thu và Thu – Đông với giá trị dao động lần lượt là 0,02 – 0,12 µg.L-1; một số điểm thu mẫu trên ruộng lúa và kênh nội đồng, quinalphos đã vượt ngưỡng gây độc cấp tính đối với ĐVĐ (EC50 = 0,6 µg. Trên các sông, rạch khảo sát (ngoại trừ rạch Mái Dầm), dư lượng thuốc BVTV trong nước đã vượt quy chuẩn Châu Âu về chất lượng nước uống (0,1 µg.L -1); không phát hiện cypermethrin trong nước. Dư lượng thuốc BVTV trong đất ruộng lúa dao động 6,78 – 179,34 µg.Kg-1 và trên kênh nội đồng là 5,38 – 145,23 µg.Kg-1 cao hơn so với trên sông, rạch là 4,59 – 86,18 µg.

Thành phần loài động vật đáy (ĐVĐ) thấp nhất trên ruộng lúa là 15 loài, trên kênh nội đồng là 32 loài và trên sông rạch là 43 loài. Chỉ số SPEARpesticides trên kênh nội đồng có giá trị là 8,34 thấp hơn so với trên sông rạch là 25,31. Các thuỷ vực kênh nội đồng có số lượng ĐVĐ không bị rủi ro với thuốc BVTV là 12 họ cao hơn so với số lượng ĐVĐ bị rủi ro với thuốc là 4 họ; thuỷ vực sông rạch bị ảnh hưởng bởi thuốc BVTV có số lượng ĐVĐ bị rủi ro và số lượng ĐVĐ iii không bị rủi ro với thuốc chênh lệch không đáng kể lần lượt là 8 họ và 9 họ. Chỉ số SPEARpesticides tương quan nghịch với dư lượng thuốc BVTV với hệ số tương quan là R = -0,68 (p < 0,01).

Các chỉ tiêu lý – hóa nước, đất và bùn đáy gồm nhiệt độ, DO (nồng độ oxy hoà tan), pH, EC, hàm lượng chất hữu cơ và sa cấu đất khác biệt không có ý nghĩa thống kê giữa các loại hình thuỷ vực. Nghiên cứu sự lan truyền của thuốc bảo vệ thực vật trên các loại hình thuỷ vực bị ảnh hưởng bởi canh tác lúa cần thiết được thực hiện. Từ khóa: bùn đáy, dư lượng thuốc BVTV, đất ruộng lúa, động vật đáy, kênh nội đồng. iv SUMMARY Hau Giang has been an agriculture-based province with two patterns consist of triple- and double rice crop per year which cause pest outbreaks and pesticide use with dose and application frequency exceeding the recommendation instructed on pesticide container labels.

The study was carried out from 2011 to 2016 to investigate changes in residue of pesticides in surface water, soil and sediment in rice fields, irrigation canals and rivers to assess pesticide contamination in water bodies surveyed; relationship between richness and abundance of benthic-invertebrates and the pesticide residues. The status of pesticide used at Hau Giang showed that 97 pesticide trade names corresponding to 64 active ingredients (a.i) from 32 chemical groups were used, of which the five most commonly used active ingredients were propiconazole (triazole), quinalphos (organophosphate), fipronil (phenylpyrazole), cypermethrin (pyrethroid) and fenobucarb (carbamate). The amount of pesticides used per crop in the triple-crop pattern occupying of 3.ha-1 were higher than that in the double-crop pattern with 2. The results illustrated that the residue of pesticides in water were higher in the triple-rice farming fields than in the double-rice farming fields.

The mean concentration of the active ingredients surveyed in water decreased from the fields to the canals and the rivers, ranging from 0. The residues of quinalphos and fenobucarb in water increased from winter-spring to summer-autumn and autumn-winter with value of 0. In the fields and the canals, a number of water samples contaminated quinalphos exceeding median effective concentration for benthic- invertebrates (EC50 = 0. The pesticide residues in the rivers surveyed (excepted Mai Dam river) were higher than maximum concentration level for drinking water regulated by the Europe committee (0.

Cypermethrin was not detected in all surface water samples. The mean contents of pesticides ranging from 6.Kg-1 in the field-soils and from 5.Kg-1 in the canal-sediments were higher than in the river-sediments with value of 4. The richness of benthic-invertebrates with 15 species was less abundant in the fields than in the canals with 32 species and in the rivers with 43 species. The pesticide-specific SPEARpesticides bio-index with value of 8.34 was lower in the canals than in the rivers with value of 25.

The number of families “not at risk” in the canals studied were more abundant than the number of families “at risk” occupying of 12 and 4 families respectively, v whereas in the rivers the number of families “at risk” and “not at risk” with 8 and 9 families respectively were insignificantly different. The family-level SPEARpesticides was negatively correlated with the pesticide residues with correlation coefficient of R = -0. The physico-chemical variables of surface water, soil and sediment including temperature, dissolved oxygen (DO), pH, electrical conductivity (EC), organic matters and soil texture were not significantly different in the water bodies surveyed. Study on application of the models of pesticide transportation in assessment of water pollution in the agricultural streams needs to be conducted.

Keywords: benthic-invertebrates, field-paddy soils, irrigation canals, pesticide residues, sediment. vi MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .vii DANH SÁCH BẢNG. x DANH SÁCH HÌNH .xii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT. xiv CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU .1 Tính cấp thiết của đề tài .2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu .1 Mục tiêu tổng quát .2 Mục tiêu cụ thể .3 Nội dung nghiên cứu .3 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu .4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

3 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU .1 Tổng quan về thuốc bảo vệ thực vật .2 Phân loại thuốc bảo vệ thực vật .3 Con đường xâm nhiễm của thuốc BVTV đến môi trường .2 Tổng quan về các hoạt chất nghiên cứu .1 Thông tin chung và ứng dụng của các hoạt chất nghiên cứu trong nông nghiệp.2 Đặc tính lý-hoá của các hoạt chất nghiên cứu .3 Độc tính của các hoạt chất nghiên cứu đến động vật sống trong nước .4 Thuốc bảo vệ thực vật và con người .3 Một số yếu tố môi trường ảnh hưởng sự phân huỷ thuốc BVTV .1 Yếu tố lý – hóa đất .2 Yếu tố lý – hóa nước .4 Một số nghiên cứu liên quan đến dư lượng thuốc BVTV trong môi trường nước, đất và bùn đáy .5 Tổng quan về động vật đáy.2 Đặc điểm sinh học của động vật đáy .3 Vai trò của động vật đáy .6 Ảnh hưởng của thuốc BVTV lên thành phần loài và số cá thể ĐVĐ .7 Giới thiệu chỉ số đa dạng (Shannon-Wiener) .8 Tổng quan về chỉ số SPEARpesticide .9 Khái quát tỉnh Hậu Giang .