TÌM HIỂU NGUYÊN NHÂN TỒN DƯ CADMIUM (Cd) TRONG ĐẤT VÀ CÂY - VAI TRÒ CỦA ZEOLITE TRONG VIỆC LÀM GIẢM TỒN DƯ CADMIUM

Cadmium (Cd) là một kim loại nặng có tính chất độc hại cao, có thể gây tổn thương cho các sinh vật khi tích tụ trong môi trường. Đối với thực vật, Cadmium làm giảm sự phát triển, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và gây ra sự tích tụ trong quả và bộ phận khác của cây. Đối với động vật, Cadmium có thể gây ngộ độc cấp tính hoặc mạn tính, gây tổn thương thận, hệ thần kinh, hệ sinh sản và làm suy giảm hệ miễn dịch. Khi Cadmium tích tụ một lượng lớn trong các bộ phận như rễ, lá và quả có thể dẫn đến việc Cadmium xâm nhập vào chuỗi thực phẩm khi người và động vật tiêu thụ các sản phẩm này. Sự tích tụ Cadmium trong đất có thể làm giảm khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng quan trọng khác như kẽm, sắt, và magiê trong cây trồng.

Hiện nay, Sự tồn dư Cadmium (Cd²⁺) trong trái cây, trong đó có trái sầu riêng, có thể xuất phát từ một số nguyên nhân chính liên quan đến môi trường, đất đai và quá trình canh tác (phân bón). Các nguyên nhân này có thể bao gồm:

• Ô nhiễm đất và nước: Cadmium là một kim loại nặng, có thể tồn tại trong đất và nước do ô nhiễm công nghiệp (chất thải công nghiệp), nông nghiệp (sử dụng phân bón chứa kim loại nặng), nước tưới bị ô nhiễm (các hoạt động khai thác khoáng sản). Nếu đất trồng cây bị ô nhiễm Cadmium, chất này có thể được cây hấp thụ qua rễ.
• Sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu: Một số loại phân bón hóa học, đặc biệt là phân bón chứa Photpho và phân bón hữu cơ, có thể chứa lượng nhỏ Cadmium. Khi cây hấp thụ các chất này, Cadmium có thể tích tụ trong quả, đặc biệt là khi quá trình bón phân không kiểm soát hoặc sử dụng quá mức.
• Khí quyển và mưa axit: Cadmium có thể phát tán trong khí quyển dưới dạng hạt mịn hoặc hơi và rơi xuống đất thông qua mưa. Khi cây trồng tiếp xúc với đất bị ô nhiễm, Cadmium có thể xâm nhập vào hệ thống rễ và tích tụ trong quả.
• Đặc điểm sinh học của cây: Một số loại cây, bao gồm cả sầu riêng, có khả năng hấp thụ kim loại nặng từ đất và tích tụ chúng trong các bộ phận của cây, đặc biệt là trong quả. Mặc dù cây có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng từ đất, nhưng việc tích tụ các kim loại nặng như Cadmium có thể gây ra vấn đề cho sức khỏe.
• Tính chất của đất: Các loại đất có độ axit cao (pH đất thấp) hoặc thiếu các chất vi lượng có thể thúc đẩy sự hấp thụ Cadmium của cây trồng. Ngoài ra, đất nghèo dinh dưỡng và không được cải tạo đúng cách có thể làm tăng khả năng tích tụ Cadmium trong cây trồng.
• Thói quen canh tác và quản lý nông nghiệp: Việc quản lý đất đai, tưới tiêu và sử dụng phân bón không đúng cách có thể dẫn đến sự tích tụ kim loại nặng trong trái cây. Nếu nông dân không kiểm soát tốt việc bón phân hay sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, Cadmium có thể tồn tại trong sản phẩm cuối cùng.

Một số loại phân bón, đặc biệt là phân bón hóa học, có thể chứa Cadmium (Cd) như một tạp chất không mong muốn. Cadmium có thể tồn tại dưới dạng hợp chất Photphat thường là do nguồn nguyên liệu sản xuất phân bón. Dưới đây là một số loại phân bón có thể chứa Cadmium:

• Phân bón phosphat: Phân superphosphate (SP): Đây là một loại phân bón phổ biến, đặc biệt là phân superphosphate đơn (SSP) và phân superphosphate kép (TSP). Các phân bón này có thể chứa một lượng Cadmium vì Cadmium có thể có mặt trong nguyên liệu sản xuất (chẳng hạn như quặng photphat) và trong quá trình sản xuất phân bón Cadmium có thể không được loại bỏ hoàn toàn.

• Phân bón chứa photphat: Các loại phân bón khác chứa photphat như phân DAP (Diammonium Phosphate) và MAP (Monoammonium Phosphate) phân lân nung chảy, phân lân tự nhiên hay phân lân amoni đều có thể chứa Cadmium, vì quặng photphat tự nhiên là nguồn cung cấp photphat chính và chúng thường có chứa một lượng nhỏ Cadmium.
• Phân bón hữu cơ: Các phân bón hữu cơ như phân chuồng, phân compost từ các nguồn thải công nghiệp (nếu không được xử lý đúng cách) cũng có thể chứa Cadmium.  Điều này đặc biệt đúng nếu các nguồn phân bón này được thu thập từ các khu vực bị ô nhiễm hoặc từ các chất thải công nghiệp.
•  Phân bón NPK (Nitơ, Phospho, Kali): Một số loại phân bón NPK có thể chứa một lượng Cadmium, đặc biệt là các loại phân bón được sản xuất từ quặng photphat. Mặc dù tỷ lệ Cadmium trong phân bón NPK là thấp, nhưng nếu sử dụng lâu dài và không kiểm soát, chúng có thể góp phần tích tụ Cadmium trong đất.

Để giảm sự tích tụ Cadmium trong cây trồng và quả, có thể áp dụng các biện pháp sau:

1. Lựa chọn phân bón không chứa Cadmium:
   • Sử dụng các loại phân bón vô cơ và hữu cơ được kiểm tra và chứng nhận là không chứa Cadmium. Đồng thời, nên hạn chế sử dụng các phân bón chứa photpho có nguồn gốc từ quặng photphat chưa qua xử lý hoặc có thể chứa Cadmium.
   • Sử dụng phân bón từ nguồn hữu cơ như phân chuồng đã được xử lý hoặc phân compost sạch sẽ giúp giảm thiểu nguy cơ nhiễm Cadmium.
2. Cải tạo đất và quản lý đất đai hợp lý:
   • Trồng cây trên đất có độ pH phù hợp (thường là đất có pH trung tính hoặc hơi kiềm) sẽ giúp giảm khả năng hấp thụ Cadmium. Đất có độ pH quá thấp (acid) sẽ tạo điều kiện cho Cadmium dễ dàng hòa tan và hấp thụ vào cây trồng.
   • Sử dụng các phương pháp cải tạo đất như bón vôi, zeolite để nâng cao pH đất, giúp làm giảm tính dễ hấp thụ Cadmium của cây trồng.
3. Kiểm soát và theo dõi ô nhiễm môi trường:

Giám sát mức độ ô nhiễm của đất và nước để kịp thời phát hiện sự hiện diện của Cadmium và áp dụng biện pháp khắc phục. Các vùng đất bị ô nhiễm kim loại nặng cần được kiểm tra và xử lý bằng các biện pháp thích hợp như trồng cây hoặc sản phẩm hấp thụ kim loại nặng (cây "phyto-remediation").

4. Sử dụng cây trồng phù hợp:

Lựa chọn giống cây trồng có khả năng hấp thụ Cadmium thấp. Các giống cây trồng khác nhau có khả năng hấp thụ và tích tụ Cadmium ở mức độ khác nhau, vì vậy lựa chọn cây giống phù hợp có thể giúp giảm thiểu nguy cơ tích tụ kim loại nặng.

5. Sử dụng biện pháp canh tác bền vững:
   • Canh tác theo phương pháp hữu cơ và giảm thiểu sử dụng phân bón hóa học sẽ giúp giảm ô nhiễm Cadmium trong đất.
   • Thực hiện luân canh và trồng xen canh để giảm thiểu sự tích tụ kim loại nặng và giúp cải thiện chất lượng đất.
6. Giảm sử dụng nước tưới bị ô nhiễm:

Nước tưới bị ô nhiễm với kim loại nặng có thể là nguồn gây ra sự tích tụ Cadmium trong cây trồng. Việc sử dụng nguồn nước sạch hoặc xử lý nước ô nhiễm trước khi tưới sẽ giúp giảm thiểu sự hấp thụ Cadmium.

7. Phát triển và áp dụng các công nghệ lọc kim loại nặng trong nông nghiệp:

Các công nghệ hiện đại như sử dụng vật liệu hấp thụ kim loại nặng (như than hoạt tính, các loại nhựa tổng hợp) có thể giúp làm giảm nồng độ Cadmium trong đất và nước trước khi chúng được sử dụng trong sản xuất nông nghiệp.

Để giảm sự tích tụ Cadmium trong quả và các sản phẩm nông sản, cần kết hợp nhiều biện pháp như lựa chọn phân bón phù hợp, cải tạo đất, kiểm soát nguồn nước tưới và áp dụng các biện pháp canh tác bền vững. Zeolite là một loại khoáng vật tự nhiên, thường được hình thành từ các phản ứng giữa dung dịch kiềm và magma núi lửa, có cấu trúc tinh thể đặc biệt cho phép nó có nhiều ứng dụng trong nông nghiệp, môi trường và công nghiệp. Dưới đây là một số đặc tính nổi bật của Zeolite từ khoáng núi lửa và khả năng hấp thụ kim loại nặng như Cadmium (Cd):

• Zeolite có cấu trúc lỗ rỗng rất đặc biệt (microporous) với các lỗ và kênh nhỏ giúp nó có khả năng hấp thụ và lưu trữ các ion và phân tử. Cùng với khả năng trao đổi ion mạnh mẽ, nó có thể trao đổi các ion kim loại trong dung dịch với các ion có sẵn trong cấu trúc của nó như ion Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ và tăng cường độ thoáng khí của đất. Zeolite còn có khả năng hấp thụ nước và các chất hữu cơ, giúp cải thiện tính chất của đất và giữ độ ẩm, đặc biệt trong các vùng đất khô cằn, hỗ trợ cây trồng hấp thụ dinh dưỡng tốt hơn. Zeolite được biết đến với khả năng hấp thụ và loại bỏ các tạp chất, bao gồm các kim loại nặng trong nước và đất. Nó có thể hấp thụ các ion kim loại như Pb²⁺, Cd²⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, giúp giảm mức độ ô nhiễm của đất và nước.
• Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng Zeolite có khả năng hấp thụ các kim loại nặng, đặc biệt là Cadmium (Cd²⁺) thông qua cơ chế trao đổi ion và hấp phụ vật lý. Do cấu trúc lỗ rỗng của nó, Zeolite có thể "bẫy" các ion Cd²⁺ trong các kênh của mình, từ đó làm giảm sự hiện diện của Cd²⁺ trong môi trường đất và nước, không cho chúng dễ dàng đi vào rễ cây. Điều này giúp hạn chế việc tích tụ Cd²⁺ trong cây và quả, giúp giảm tác động tiêu cực của Cadmium đối với cây trồng và cải thiện chất lượng sản phẩm nông nghiệp, từ đó giảm nguy cơ gây hại cho sức khỏe con người.
• Zeolite từ khoáng núi lửa có nhiều đặc tính nổi bật như khả năng trao đổi ion, cấu trúc xốp và khả năng hấp thụ kim loại nặng. Nó có khả năng hấp thụ và giảm sự di động của Cadmium trong đất, giúp giảm tác động tiêu cực của Cadmium đến cây trồng, đất và quả. Khi sử dụng Zeolite trong nông nghiệp, nó có thể giúp cải thiện chất lượng đất, giảm sự hấp thụ kim loại nặng và thúc đẩy sự sinh trưởng của cây, đồng thời giảm nguy cơ ô nhiễm Cadmium trong sản phẩm nông sản.

Tóm lại, sự tồn dư Cadmium (Cd²⁺) trong trái cây như sầu riêng có thể do nhiều yếu tố kết hợp như ô nhiễm đất, sử dụng phân bón không kiểm soát và đặc tính hấp thụ của cây. Để giảm thiểu tình trạng này, cần có các biện pháp quản lý môi trường và sản xuất nông nghiệp hợp lý hơn.

Phòng kỹ thuật Công ty TNHH Sitto Việt Nam

Tài liệu tham khảo

• https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0016706106002679
• https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/9447748/
• https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/chem-2018-0069/html?srsltid=AfmBOoqyk1VAfiR8F-8BrAkBFAoL_BwMMq3CquNRvDbS-W4JMkHjxE0_
• https://www.mdpi.com/1996-1944/15/22/8191