ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA SINH – MÔI TRƯỜNG
PHAN VŨ THU HIỀN
THỬ NGHIỆM ĐỘC HỌC CỦA MỘT SỐ
LOẠI THUỐC TRỪ SÂU TRÊN LOÀI
GIUN QUẾ (Perionyx excavatus Perrier.,
1872) THEO QUY TRÌNH CỦA OECD
Đà Nẵng - Năm 2018
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA SINH – MÔI TRƯỜNG
PHAN VŨ THU HIỀN
THỬ NGHIỆM ĐỘC HỌC CỦA MỘT SỐ
LOẠI THUỐC TRỪ SÂU TRÊN LOÀI
GIUN QUẾ (Perionyx excavatus Perrier.,
1872) THEO QUY TRÌNH CỦA OECD
Ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
Người hướng dẫn: Th.s. NGUYỄN VĂN KHÁNH
Đà Nẵng, Năm 2018
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả khóa luận
Phan Vũ Thu Hiền
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến
các thầy Nguyễn Văn Khánh đã hướng dẫn cho tôi trong suốt thời gian qua. Đồng
thời tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Sinh – Môi Trường và các
bạn trường Đại học Sư Phạm, Đại học Đà Nẵng đã tạo điều kiện và giúp đỡ để tôi
hoàn thành khóa luận này.
Đà Nẵng, tháng 4 năm 2018
Sinh viên: Phan Vũ Thu Hiền
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của đề tài.................................................................................................. 1
2.1. Mục tiêu tổng quát ....................................................................................................... 2
2.2. Mục tiêu cụ thể ............................................................................................................. 2
3. Ý nghĩa khoa học của đề tài ........................................................................................... 2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................................... 3
1.1. Tổng quan đối tượng nghiên cứu ............................................................................... 3
1.1.1. Loài giun sử dụng làm thí nghiệm .......................................................................... 3
1.1.2. Hóa chất thử nghiệm ................................................................................................ 4
1.2. Tình hình nghiên cứu sinh vật chỉ thị ô nhiễm môi trường đất .............................. 9
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ......................................................................... 9
1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ........................................................................12
CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..14
2.1.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................14
2.2.
Nội dung nghiên cứu ..............................................................................................14
2.3.
Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................14
2.3.1.
Phương pháp hồi thu thập và tổng hợp tài liệu ...............................................14
2.3.2.
Phương pháp nuôi giun Quế trong điều kiện thí nghiệm ...............................15
2.3.3.
Phương pháp bố trí thí nghiệm..........................................................................15
2.3.4.
Phương pháp xử lý số liệu thống kê .................................................................18
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...............................................................19
3.1. Thí nghiệm thăm dò nồng độ....................................................................................19
3.2. Tỉ lệ tăng trưởng của giun Quế.................................................................................21
3.3. Thí nghiệm xác định LC50.........................................................................................24
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .........................................................................................31
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................32
PHỤ LỤC……………....…………………………………………………………..30
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
OECD
Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế (Organization for
Economic Cooperation and Development)
LC50
Là nồng độ độc chất của môi trường xung quanh gây chết
50% số cá thể thử nghiệm trong một thời gian nhất định.
BNN&PTNT
Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
TLTT
Tỉ lệ tăng trưởng
WHO
Tổ chức y tế thế giới
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Số hình
Nội dung
Trang
Hình 1.1
Thuốc trừ sâu hoạt chất Carbosulfan
5
Hình 1.2
Thuốc trừ sâu hoạt chất Imidacloprid
6
Hình 1.3
Thuốc trừ sâu hoạt chất Cypermethrin
7
Hình 2.1
Giá bố trí lô thí nghiệm
17
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Tỷ lệ giun chết ở các nồng độ Carbosulfan trong thí
nghiệm thăm dò tròn 7 ngày và 14 ngày
Tỷ lệ giun chết ở các nồng độ Carbosulfan trong thí
nghiệm thăm dò trong 7 ngày và 14 ngày
Tỷ lệ giun chết ở các nồng độ Cypermethrin trong thí
nghiệm thăm dò trong 7 ngày và 14 ngày
Tỉ lệ tăng trưởng của Giun quế theo nồng độ
imidacloprid trong 7 ngày và 14 ngày thử nghiệm
Tỉ lệ tăng trưởng của Giun quế theo nồng độ
Cypermethrin trong 7 ngày và 14 ngày thử nghiệm
Tỉ lệ tăng trưởng của Giun quế theo nồng độ Cabosulfan
trong 14 ngày thử nghiệm
19
20
20
21
22
23
Hình 3.7
Tỉ lệ giun chết theo nồng độ Imidacloprid trong 7 ngày
25
Hình 3.8
Tỉ lệ giun chết theo nồng độ Imidacloprid trong 14 ngày
25
Hình 3.9
Tỉ lệ giun chết theo nồng độ Cypermethrin trong 7 ngày
26
Hình 3.10
Tỉ lệ giun chết theo nồng độ Cypermethrin trong 14 ngày
26
Hình 3.11
Tỉ lệ giun chết theo nồng độ Carbosulfan trong 7 ngày
27
Hình 3.12
Tỉ lệ giun chết theo nồng độ Carbosulfan trong 14 ngày
28
1
MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Độc học môi trường đang là vấn đề được quan tâm và nghiên cứu ở nước ta và
trên toàn thế giới. Nghiên cứu về độc chất và những yếu tố ảnh hưởng đến tính độc
tạo ra những chuẩn mực ban đầu, thiết lập tiêu chuẩn chất lượng môi trường, đánh
giá và dự đoán nồng độ trong môi trường, nguy cơ hệ sinh thái và con người bị tác
động mạnh mẽ bởi sự ô nhiễm ô trường. Trong những năm gần đây, việc sử dụng
thuốc trừ sâu bừa bãi làm ảnh hưởng đến cả sinh vật có lợi và có hại, gây thiệt hại
cho hệ sinh thái. Imidacloprid, Cabosulfan, Cypermethrin là những thuốc trừ sâu
được sử dụng phổ biến trong nông nghiệp Việt Nam. Các loại thuốc trừ sâu này có
thể gây nguy hiểm cho nhiều sinh vật đất ngoài mục tiêu. Cần phải biết tác động độc
hại của thuốc trừ sâu trước khi đưa những hợp chất này vào môi trường để dự đoán
được tác động đến các sinh vật trên cạn.
Giun đất được coi là sinh vật có lợi nhất cho nông nghiệp. Giun đất phổ biến ở
nhiều loại đất và có thể chiếm 60 ± 80% tổng sinh khối đất. Giun Quế (Perionyx
excavatus) là loài giun phổ biến ở Việt Nam. Loài này có kích thước nhỏ, mắn đẻ,
chu kỳ sống ngắn, dễ nuôi trong phòng thí nghiệm. Không giống như các sinh vật đất
khác được bảo vệ bởi lớp vỏ dày ở bên ngoài cơ thể, giun đất đặc biệt nhạy cảm với
các chất hoá học đất. Điều này làm cho chúng trở thành một trong những sinh vật
thích hợp nhất để thử nghiệm các hóa chất trong đất.
Trên thế giới đã có rất nhiều các nghiên cứu về thử nghiệm độc học trên các loại
giun và mang lại nhiều thành tựu. Một trong những nghiên cứu đầu tiên về độc hại
sinh thái đất được thực hiện bởi Fox (1964) khảo sát sự thay đổi về số lượng của động
vật không xương sống trên đồng cỏ khi tiếp xúc với thuốc diệt cỏ. Nghiên cứu đã cho
thấy thuốc diệt cỏ đã làm thay đổi một cách bất thường số lượng động vật không
xương sống trên đồng cỏ [16] … Ở Việt Nam phần lớn các nghiên cứu đều chỉ tập
trung đến khu hệ giun đất, thành phần, sự phân bố loài hoặc chỉ thị chất lượng đất
dựa vào độ đa dạng và khả năng tích lũy kim loại nặng của giun đất,…[3][5]. Hướng
2
dẫn 207 của OECD (1984) đã đưa ra quy trình về kiểm nghiệm các hoá chất trên giun
đất Eisenia foetida [21]. Mức độ độc tính các hóa chất đối với các sinh vật thử nghiệm
giữa vùng ôn đới và nhiệt đới là khác nhau [13], do đó các kết quả từ hệ sinh thái
vùng ôn đới không thể trực tiếp áp dụng cho các hệ sinh thái nhiệt đới. Vì thế, việc
sử dụng các loài nhiệt đới trong các thử nghiệm độc tính có thể góp phần đánh giá rủi
ro đáng kể và đáng tin cậy của các hóa chất trong các khu vực này.
Xuất phát từ cơ sở lý luận và thực tiễn trên tôi tiến hành chọn đề tài: “Thử
nghiệm độc học của một số loại thuốc trừ sâu trên loài giun Quế (Perionyx
excavatus, Perrier.,1872) theo quy trình của OECD” nhằm tạo tiền đề cho các
nghiên cứu về phân tích, giám sát, cảnh báo sớm ô nhiễm môi trường đất ở Việt Nam.
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
2.1. Mục tiêu tổng quát
Thử nghiệm độc chất trên loài giun Quế (Perionyx excavatus) theo hướng dẫn
207 của OECD [21].
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Thử nghiệm độc học của ba loại thuốc trừ sâu Marsha 200SC (hoạt chất
Carbosulfan), Stun 20SC (hoạt chất Imidacloprid), Cyperan 10EC (hoạt chất
Cypermethrin) trên giun Quế theo bản hướng dẫn 207 của OECD.
- Xác định nồng độ gây chết 50% cá thể thí nghiệm và tỉ lệ tăng trưởng của
giun Quế (Perionyx excavatus) trong thời gian thử nghiệm.
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
Kết quả nghiên cứu góp phần cung cấp dữ liệu thông tin để sử dụng trong đánh
giá rủi ro sinh thái hệ sinh thái đất và dựa trên thử nghiệm để đánh giá độ độc của hóa
chất tại Việt Nam.
3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TỔNG QUAN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
1.1.1. Loài giun sử dụng làm thí nghiệm
1.1.1.1. Giun Quế
Giun quế có tên khoa học là Perionyx excavatus (Perrier, 1872), chi Pheretima,
họ Megascocidae. Loài này chủ yếu được tìm thấy ở các vùng nhiệt đới, đặc biệt là ở
Châu Á, và cũng có mặt ở Châu Âu và Bắc Mĩ [18].
Giun Quế có kích thước tương đối nhỏ. Khi trưởng thành, chúng có độ dài vào
khoảng 10-15 cm, thân hơi dẹt, bề ngang của con trưởng thành có thể đạt 1-2 mm, có
màu từ nâu đỏ đến màu mận chín (tùy theo tuổi), màu nhạt dần về phía bụng, hai đầu
hơi nhọn. Cơ thể giun có hình thon dài nối với nhau bởi nhiều đốt, trên mỗi đốt có
một vành tơ. Giun quế nuốt thức ăn bằng môi ở lỗ miệng, lượng thức ăn mỗi ngày
được nhiều nhà khoa học ghi nhận là tương đương với trọng lượng cơ thể của nó. Sau
khi qua hệ thống tiêu hóa với nhiều vi sinh vật cộng sinh, chúng thải phân ra ngoài
rất giàu dinh dưỡng, những vi sinh vật cộng sinh có ích trong hệ thống tiêu hóa này
theo phân ra khỏi cơ thể. Đây là một nguyên nhân làm cho phân trùn có hàm lượng
dinh dưỡng cao và có hiệu quả cải tạo đất tốt hơn ở dạng phân hữu cơ phân hủy bình
thường trong tự nhiên.
Giun Quế rất nhạy cảm, chúng phản ứng mạnh với ánh sáng, nhiệt độ, biên độ
nhiệt cao, độ mặn và điều kiện khô hạn. Nhiệt độ thích hợp nhất với giun Quế trong
khoảng từ 20-30o C, ở nhiệt độ khoảng 30 o C và độ ẩm thích hợp, chúng sinh trưởng
và sinh sản rất nhanh . Ở nhiệt độ quá thấp, chúng sẽ ngừng hoạt động và có thể chết;
hoặc khi nhiệt độ của luống nuôi lên quá cao, chúng cũng bỏ đi hoặc chết. Chúng có
thể chết khi điều kiện khô và nhiều ánh sáng nhưng chúng lại có thể tồn tại trong môi
trường nước có thổi Oxy.
Trong tự nhiên, giun Quế thích sống nơi ẩm ướt và có độ pH ổn định, gần
cống rãnh, hoặc nơi có nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy và thối rữa như trong các đống
phân động vật, các đống rác hoai mục. Qua các thí nghiệm thực hiện, cho thấy chúng
4
thích hợp nhất vào khoảng 7.0-7.5, nhưng chúng có khả năng chịu đựng được phổ pH
khá rộng, từ 4-9. Chúng rất ít có mặt trên các đồng ruộng canh tác, dù nơi đây có
nhiều chất thải hữu cơ. Có lẽ vì tỷ lệ C/N của những chất thải này thường cao, không
hấp dẫn và không đảm bảo điều kiện độ ẩm thường xuyên.
1.1.1.2. Sự sinh sản và phát triển
Giun Quế là sinh vật lưỡng tính - chúng có cả cơ quan sinh dục đực lẫn sinh dục
cái. Đai và các lỗ sinh dục nằm ở phía đầu của cơ thể. Tuy nhiên chúng không thể tự
thụ tinh cho nhau mà sinh sản thông qua việc thụ tinh chéo giữa 2 cơ thể khác nhau.
Chúng sinh sản quanh năm và thời gian thành thục ngắn nên sản lượng giun nuôi thu
được khá cao. Giun trưởng thành khi được bốn tuần tuổi và bắt đầu trồi lên mặt đất
để giao phối. Kén được hình thành ở đai sinh dục, trong mỗi kén chứa từ 5-15 trứng,
kén giun di chuyển dần về phía đầu và hơi nhú ra đất. Toàn bộ quá trình sinh sản diễn
ra trong chiếc kén này. Đây là hình thức tiến hóa nhằm chống lại hiện tượng tự sinh
sản. Sau 2-3 tuần, giun con tự chui ra theo đầu kén. Khi mới nở, giun con nhỏ như
đầu kim, có màu trắng, dài khoảng 2-3 mm, sau 5-7 ngày cơ thể chúng sẽ chuyển dần
sang màu đỏ và bắt đầu xuất hiện một vằn đỏ thẫm trên lưng. Khoảng từ 15-30 ngày
sau, chúng trưởng thành và bắt đầu xuất hiện đai sinh dục, từ lúc này chúng bắt đầu
có khả năng cặp đôi và sinh sản. Giun Quế sinh sản rất nhanh trong điều kiện khí hậu
nhiệt đới tương đối ổn định và có độ ẩm cao. Cứ một tuần đẻ một lần, sau 3 tuần trứng
nở, sau 3 tháng giun trưởng thành [25].
1.1.2. Hóa chất thử nghiệm
1.1.2.1. Carbosulfan
Hiện nay, trong số tất cả các loại thuốc trừ sâu, nhóm cacbamates được sử dụng
phổ biến nhất vì trong số các chất thay thế, các chất nhóm organochlorin có vấn đề
về tồn đọng lâu dài trong môi trường, các chất nhóm phosphat hữu cơ rất độc và gây
ra một vấn đề về thần kinh. Carbosulfan được sử dụng phổ biến trong nông nghiệp,
có tác dụng tiếp xúc, vị độc và lưu dẫn. Trừ được nhiều loại sâu ăn lá, chích hút, sâu
đục cành, đục trái, tuyến trùng hại rễ, …. Carbosulfan có độc tính cao đối với con
5
người thông qua đường uống và hít phải phơi nhiễm, và do đó có thể gây nguy hiểm
nghiêm trọng cho những người tiếp xúc trực tiếp (trong sản xuất, nông nghiệp). Các
nước Liên minh Châu Âu cấm sử dụng cabosulfan năm 2007 [11] .
Trong hai thập kỷ qua, việc sử dụng carbosulfan trong nông nghiệp đã tăng lên
rất nhiều. Do sử dụng rộng rãi và độc tính cao, nhiều trường hợp ngộ độc ở người,
động vật, chim và cá được báo cáo trên toàn thế giới. Khi phơi nhiễm ở mức độ thấp
carbofuran có thể gây ra sự thay đổi thoáng qua trong nồng độ hooc môn. Những thay
đổi này có thể dẫn đến các vấn đề sinh sản nghiêm trọng sau khi tiếp xúc nhiều lần
[17]. Các động vật thí nghiệm thực nghiệm, sau khi tiếp xúc bằng đường uống hoặc
qua ruột với carbofuran, biểu hiện sự xuất hiện các dấu hiệu độc hại như chảy nước
miếng, nhai, và chấn động trong vòng 5-15 phút. Ở người, khi vào máu sẽ ức chế men
acetylcholinesterase, gây biểu hiện tăng tiết đàm nhớt, đau bụng, tiêu chảy, co đồng
tử, tăng tiết đàm nhớt, chậm nhịp tim, hạ huyết áp, hôn mê, co giật, rung giật cơ, yếu
cơ, suy hô hấp đưa đến tử vong nếu không điều trị kịp thời[13].
Hình 1. 1. Thuốc trừ sâu hoạt chất Carbosulfan
6
1.1.2.2. Imidacloprid
Imidacloprid là thuốc trừ sâu chloronicotinyl có tính hệ thống, thuộc nhóm
neonicotinoids. Nó hoạt động bằng cách can thiệp vào việc truyền các xung thần kinh
trong côn trùng, gây tắc nghẽn hệ thần kinh, dẫn đến tê liệt và tử vong. Loại thuốc trừ
sâu này được sử dụng rộng rãi để kiểm soát các loại côn trùng như rệp, rầy trên lá, bọ
trĩ, ruồi trắng,… Vào năm 1999, imidacloprid là thuốc trừ sâu được sử dụng rộng rãi
nhất trên thế giới. Trên cơ sở các nghiên cứu trên động vật, nó được phân loại vào
nhóm độc tính cấp II theo WHO [30]. Imidacloprid có độc tính gây chết thấp ở động
vật có vú, chim và cá: LD50 của imidacloprid tại miệng chuột là 475 mg/kg [27]. Tiếp
xúc liều cao có thể dẫn đến sự thoái hóa tinh hoàn, tủy xương, tuyến tụy, tử vong.
Tiếp xúc miệng liều trung bình sẽ làm ảnh hưởng đến sự sinh sản, chậm phát triển.
Nó có độc tính cấp tính cao đối với động vật không xương sống dưới nước, với giá
trị EC = 0,037-0,155 ppm [27].
Trong đất, imidacloprid liên kết mạnh với chất hữu cơ. Khi không tiếp xúc với
ánh sáng, imidacloprid phân hủy từ từ trong nước, và do đó có khả năng tồn tại trong
nước ngầm trong một thời gian dài. Dựa trên độ hòa tan trong nước cao (0.5-0.6 g/L)
và sự tồn đọng lâu dài, cả Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ và Cơ quan Quản lý
Thiệt hại Hoa Kỳ tại Canada đều cho rằng imidacloprid có tiềm năng chảy tràn xuống
nước mặt và ngấm vào nước ngầm. Do đó cảnh báo không áp dụng nó ở các khu vực
có thấm nước, đặc biệt ở những nơi mặt nước nông [15].
Không có nghiên cứu nào được công bố liên quan đến con người bị phơi nhiễm
imidacloprid. Ảnh hưởng của imidacloprid phụ thuộc vào liều lượng imidaclorid, thời
gian và tần suất phơi nhiễm.
7
Hình 1. 2. Thuốc trừ sâu hoạt chất Imidacloprid
1.1.2.3. Cypermethrin
Cypermethrin là thuốc trừ sâu thuộc nhóm pyrethroid tổng hợp, chúng được
tổng hợp thành công vào năm 1974, là thuốc trừ sâu có phạm vi ứng dụng rộng trong
nông nghiệp cũng như trong các sản phẩm tiêu dùng trong nhà như các sản phẩm diệt
kiến và dán. Nó bị phân hủy dễ dàng trong đất và thực vật nhưng có thể duy trì hoạt
tính trong hàng tuần khi được phun lên những bề mặt trơ trong nhà. Khi tiếp xúc với
ánh sáng mặt trời, nước và oxy, nó sẽ bị phân hủy nhanh hơn. Cypermethrin là hóa
chất diệt côn trùng phổ rộng, nó giết cả côn trùng có lợi và động vật cũng như côn
trùng gây hại. Cypermethrin tác dụng gây độc nhanh với hệ thần kinh của côn trùng.
Con người tiếp xúc quá nhiều, cypermethrin có thể gây nôn mửa, đau đầu, yếu
cơ, ra nhiều nước bọt, suy hô hấp cấp và tai biến. Trong cơ thể người, cypermethrin
bị mất hoạt tính bởi enzym thủy phân tạo ra các chất chuyển hóa là các axit carboxylic,
các axit này sau đó được loại trừ qua nước tiểu. Công nhân tiếp xúc với hóa chất này
có thể được kiểm soát bằng cách đo hàm lượng các chất chuyển hóa trong nước tiểu,
trong khi đó một vài trường hợp tiếp xúc quá liều có thể xác định bằng cách định
lượng cypermethrin in máu hoặc huyết tương [22].
8
Cypermethrin có thể gây độc đối với hệ sinh sản. Nếu phơi nhiễm với
cypermethrin trong thời kỳ mang thai, chuột sẽ sinh ra con chậm phát triển. Với chuột
đực phơi nhiễm cypermethrin, tỷ lệ tinh trùng không bình thường tăng lên. Nó gây
hại hệ thống gen: khả năng không bình thường của nhiễm sắc thể tăng lên trong tủy
xương và các tế bào lá lách khi chuột con đã nhiễm cypermethrin. Cypermethrin được
phân loại là chất có thể gây ung thư vì nó gây ra sự gia tăng tần suất khối u phổi trong
chuột cái. Cypermethrin có liên quan đến sự tăng nhân tế bào tủy xương ở cả chuột
và người [8].
Mặc dù chưa có bằng chứng rõ ràng về tác hại của cypermethrin lên sức khỏe
của con người, nhưng do chúng gây ảnh hưởng lớn đến hoạt động sản xuất thủy sản
và nông nghiệp nên ngày 16/01/2012 Bộ NN&PTNT đã ban hành Thông tư số
03/2012/TT-BNNPTNT cấm sử dụng cypermethrin trong sản xuất, kinh doanh thủy
sản.
Hình 1. 3.Thuốc trừ sâu hoạt chất Cypermethrin
9
1.2. Tình hình nghiên cứu sinh vật chỉ thị ô nhiễm môi trường đất
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Ô nhiễm đất đã tăng lên đáng kể trong những thập kỷ qua do sử dụng nhiều
thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu và phân bón trong nông nghiệp, hoạt động công nghiệp,
chất thải đô thị và lắng đọng khí quyển, dẫn đến suy thoái do mất đất làm ảnh hưởng
đến chất lượng môi trường nông nghiệp và môi trường đất. Bên cạnh việc quan trắc
ô nhiễm trực tiếp bằng các phương pháp lý hóa, thì việc sử dụng các sinh vật chỉ thị
mà cụ thể là sử dụng giun đất, đã được quan tâm nghiên cứu và mang lại nhiều thành
tựu có ý nghĩa cho khoa học và thực tiễn. Trên thế giới, một trong những nghiên cứu
khoa học đầu tiên về giun đất là của nhà tự nhiên học vĩ đại Charles Darwin, cuốn
sách “Sự tạo tầng mùn thực vật nhờ các hoạt động của giun đất”(1881). Darwin kết
luận rằng giun "đã đóng vai trò quan trọng hơn trong lịch sử của thế giới so với hầu
hết mọi người lúc đầu giả định [10]. Từ đó cho đến nay, trên thế giới có rất nhiều
công trình nghiên cứu về hình thái học, sinh thái học và độc học sinh thái của giun
đất được thực hiện.
Xét một số chỉ số sinh học có sẵn để đánh giá chất lượng đất, một chương trình
nghiên cứu quốc gia được thành lập ở Pháp để phát triển các chỉ số này (2006 -2012),
chương trình "Chỉ thị sinh học". Chương trình này đã kiểm tra 47 thông số sinh học
(tức là vi sinh vật, động vật, thực vật) bao gồm giun đất, ở một số điểm khác nhau về
sử dụng đất, loại ô nhiễm PAHs hoặc kim loại và mức độ ô nhiễm. Nghiên cứu này
đề xuất một số mục tiêu nghiên cứu cho phương pháp tiếp cận theo dõi sinh học, dựa
trên các kết quả của giun đất từ chương trình. Do đó các bộ mô hình giun đất khác
nhau đã được thử nghiệm (ví dụ như sự phong phú, sinh khối, các loài và các cấu trúc
chức năng, và các đặc điểm sinh thái) cũng như mức độ cơ thể (tức là đo mức biểu
hiện gen mã hóa metallothionein trong giun đất) [18].
Trong nghiên cứu của Surindra Suthar (1996) thực hiện trong vùng bán khô cằn
ở miền Bắc Ấn Độ cho thấy: chỉ số đa dạng của giun đất phụ thuộc nhiều vào hình
thức quản lý đất canh tác của con người. Các giá trị của chỉ số sinh thái, ví dụ: Sự đa
10
dạng, sự phong phú về loài và tính đồng đều cho thấy áp lực của con người đối với
các cộng đồng giun đất ở các vùng đất canh tác ở miền bắc Ấn Độ [24].
Ô nhiễm kim loại nặng đã được chứng minh làm giảm mật độ và sự đa dạng của
nhiều nhóm động vật đất. Tuy nhiên, một số động vật đất có thể tích lũy đáng kể
lượng kim loại nặng trong cơ thể của chúng mà không có bất kỳ ảnh hưởng rõ rệt nào
đến sự sống còn của chúng [32]. Việc sử dụng giun đất như một chỉ thị sinh học về ô
nhiễm kim loại nặng đã được nhiều tác giả ghi nhận. Bamgbose et al. (2000), trong
một nghiên cứu về kim loại nặng ở bãi chứa ở Abeokuta, Nigeria, cho thấy hàm lượng
kim loại tập trung ở giun đất thấp hơn trong đất, ngoại trừ Cd và Cr. Ông giải thích
rằng có thể là do những thay đổi hóa học xảy ra trong đường ruột của giun đất trả lại
các kim loại có ích cho cây trồng [9]. Như vậy, giun đất có khả năng chịu đựng ở
nồng độ cao trong môi trường kim loại nặng độc hại, không hấp thụ kim loại, tích lũy
nó dưới dạng không độc hoặc thải loại nó một cách hiệu quả.
Ảnh hưởng của 5 kim loại (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) lên sự sống sót của giun đất
Eisenia fetida (Savigny) đã được E. F. Neuhauser và cộng sự (1985) đánh giá bằng
cách sử dụng phương pháp tiếp xúc và kiểm tra đất nhân tạo. Không có sự khác biệt
về độc tính giữa các muối kim loại khác nhau (acetate, clorua, nitrat và sulfat) trong
năm kim loại này khi sử dụng phương pháp tiếp xúc. Trong thử nghiệm tiếp xúc, thứ
tự độc tính, từ độc hại đến ít độc nhất là Cu > Zn > Ni ≈ Cd > Pb. Sự căng thẳng đối
với số lượng giun đất thể hiện qua việc giảm khối lượng, tăng lên khi nồng độ muối
kim loại ngày càng gia tăng. Nghiên cứu này chỉ ra rằng: Giun đất có thể là một công
cụ quan trắc sinh học phù hợp để giúp đo hiệu quả của kim loại trong chất thải được
thêm vào đất và việc tiếp xúc của giun đất với các phép thử đất nhân tạo có thể đo
được các tác động sinh học [14].
Đã có rất nhiều nghiên cứu độc học về giun đất trên thế giới, điển hình là Shiping (2006) đã tiến hành thử nghiệm đánh giá độc tính của đất bị nhiễm chlorpyrifos
bằng ba phương pháp kiểm tra khác nhau trên loài giun đất Eisenia fetida: thử nghiệm
độc học cấp tính, mãn tính và dựa vào hành vi trốn chạy. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng
đối với chlorpyrifos, nồng độ độc chất gây ra phản ứng trốn chạy lớn hơn nhiều so
11
với nồng độ ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của giun trong thử nghiệm mãn
tính. Điều này chứng minh được giun đất, điển hình là loài Eisenia fetida không có
khả năng trốn chạy khỏi đất bị ô nhiễm trước khi bị ảnh hưởng vì thế nên tiếp xúc
liên tục với thuốc trừ sâu ở nồng độ cao [32].
Thuốc trừ sâu được sử dụng rộng rãi trong các hoạt động nông nghiệp và ảnh
hưởng đến các loài động vật không xương sống. Gần đây, các loài động vật không
xương sống và dư lượng thuốc trừ sâu trong đất đã được nghiên cứu, nhưng chi phí
phân tích cao và số lượng lớn thuốc trừ sâu trên thị trường đã đặt ra những vấn đề
thực tiễn nghiêm trọng. Theo Wang và các cộng sự (2015), thuốc trừ sâu
neonicotinoid như imidacloprid, acetamiprid, nitenpyram, clothianidin, và thiacloprid
là độc hại đối với giun đất có thể ức chế đáng kể khả năng sinh sản, hoạt động
xenlulaza trong E.fetida và cũng làm hỏng các tế bào biểu bì và ruột giữa của giun
đất [28].
De Silva và cộng sự (2009) đã nghiên cứu hành vi tránh nắng được đề xuất như
một phương pháp nhanh và hiệu quả về chi phí để đánh giá ảnh hưởng của thuốc trừ
sâu đối với giun đất. Tuy nhiên, các loài nhiệt đới hiếm khi được sử dụng trong các
thử nghiệm tránh. Các thử nghiệm tránh được đã được thực hiện với Perionyx
excavatus, một loài nhiệt đới, và Eisenia andrei là những loài tiêu chuẩn, sử dụng
chlorpyrifos và carbofuran trong đất tự nhiên và nhân tạo. Giun đất tiếp xúc với nồng
độ 1-900 (chlorpyrifos) và 1-32 (carbofuran) mg a.i. kg đất khô trong một hệ thống
hai buồng trong điều kiện nhiệt đới (26 ± 2 ° C, 48 giờ). Không có sự khác biệt đáng
kể đã được tìm thấy trong các kiểm nghiệm kiểm soát so sánh hai loại đất sử dụng,
cho thấy loại đất không ảnh hưởng đến sự phân bố của giun. Các kết quả cho thấy độ
nhạy của E. Andrei cao hơn P. excavatus [13]. Do đó, các thử nghiệm tránh giun đất
nên được sử dụng cẩn thận khi áp dụng như một công cụ để đánh giá rủi ro thuốc trừ
sâu ở vùng nhiệt đới. Thử nghiệm tránh giun đất chỉ có thể thay thế các xét nghiệm
sống còn như là một công cụ sàng lọc ban đầu để đánh giá rủi ro.
12
1.2.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam, từ những năm 60 của thế kỷ XX đã có những nghiên cứu về hệ
thống các loài giun đất nhưng chủ yếu tập trung đến thành phần loài, đặc điểm phân
bố và các khu hệ giun đất ở Việt Nam, điển hình như nghiên cứu của Phạm Thị Hồng
Hà, Huỳnh Thị Kim Hối, Trần Bá Cừ, Tống Kim Thuần, … [5] đã cung cấp về thành
phần loài, đặc điểm phân bố và thêm nhiều loài giun đất mới trên các vùng đất khác
nhau, trải dài trên ba khu vực Bắc, Trung, Nam của Việt Nam. Phạm Thị Hồng Hà
(2010) đã nghiên cứu đa dạng các loài giun đất ở Đà Nẵng và phát hiện được đã phát
hiện được 75 loài giun đất, thuộc 8 giống và 4 họ trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.
Việc nghiên cứu thành phần góp thêm dẫn liệu vào khu hệ giun đất ở Việt Nam và là
cơ sở cho các ứng dụng trong cải tạo môi trường đất ở thành phố Đà Nẵng [5].
Bên cạnh đó, việc sử dụng giun đất để quan trắc, đánh giá chất lượng môi trường
cũng đã được tiến hành. Nguyễn Văn Khánh, và cộng sự (2012) đã nghiên cứu khả
năng sử dụng chỉ số đa dạng của giun đất làm chỉ thị đánh giá chất lượng đất canh tác
rau ở thành phố Đà Nẵng. Kết quả chỉ ra rằng, các chỉ số sinh học và chỉ số lý hóa có
mức độ tương quan từ mức thấp đến trung bình, trong đó, chỉ tiêu sinh khối giun đất
có tương quan thuận ở mức trung bình đến tương đối chặt với %Pts và %OM, nghiên
cứu cho thấy rằng có thể sử dụng chỉ số sinh khối giun đất để đánh giá về hàm lượng
dinh dưỡng P và chất hữu cơ trong đất trồng rau [3].
Giun đất thường được sử dụng trong nghiên cứu về độc tính sinh thái đất do
chúng dễ dàng xử lý và đo các thông số chu kỳ sống khác nhau, trong quá trình tích
tụ và bài tiết kim loại và phản ứng sinh hóa. Giun đất nuốt một lượng lớn đất và do
đó tiếp xúc với kim loại nặng qua ruột cũng như qua da, do đó tập trung các kim loại
nặng từ đất trong cơ thể của chúng. Phạm Thị Hồng Hà và cộng sự (2010) cũng đã
đánh giá hàm lượng Cd và Pb tích lũy trong môi trường đất và trong các loài giun đất
(Giống Pheretima) ở khu công nghiệp Hòa Khánh, thành phố Đà Nẵng. Qua nghiên
cứu cho thấy loài giun đất giống Pheretima có khả năng tích lũy cao hàm lượng Cd
và Pb trong cơ thể, mức độ tích lũy phản ánh được hàm lượng Cd và Pb có trong môi
- Xem thêm -