Thông tin Khoa học Số 30 , 09/2007 60 TÁC DỤNG CỦA CADMIUM ðỐI VỚI CON NGƯỜI VÀ GIA SÚC Ths. Lê Tài Năng ∗ ∗∗ ∗ ∗ Giảng viên BM Sinh học, Khoa Sư phạm. Email: ltnang@agu.edu.vn 1. ðẶT VẤN ðỀ Cadmium (Cd) là một trong những kim loại nặng di ñộng trong ñất và cây trồng. ðá phosphate thường ñược sử dụng ñể làm phân phosphate có chứa nguyên tố (Cd). ðiều ñáng quan tâm là việc sử dụng phân phosphate sẽ tăng dần lượng Cd trong tầng ñế cày của ñất có thể dẫn ñến Cd hiện diện trong các sản phẩm nông nghiệp vượt tiêu chuẩn cho phép của WHO. Phân bón Việt Nam thường ñược nhập khẩu từ Úc, Nga, Canada. Tuy nhiên chưa có những chính sách quan tâm ñúng mức ñến việc sử dụng phân bón. Có một sự mâu thuẩn giữa lợi nhuận và việc bảo vệ môi trường. Một lượng lớn các chất thải hoá học ñã thải trực tiếp vào môi trường. Vì vậy cần phải thực hiện việc ño ñạc, kiểm tra, quản lí ñể giới hạn, thông qua các chính sách của Nhà Nước và cần phải nâng cao vai trò của các viện, các trường ñại học, các sở Khoa học Công nghệ Môi trường cho việc giải quyết các vấn ñề trở ngại về môi trường. Tổng quan về tác ñộng của Cd ñã ñược ñề cập trong các nghiên cứu, các bài giảng cũng như tạp chí của tất cả các vùng, các nước trên thế giới. 2. CÁC SẢN PHẨM VÀ TÁC DỤNG CỦA KIM LOẠI NẶNG Thuật ngữ "kim loại nặng" thường ñề cập ñến những kim loại có nồng ñộ cao gây ra các trở ngại cho môi trường. Những nguyên tố ñó bao gồm: Cd, Hg, Cu, Ni, Pb, Ag, Fe, Mn (Depledge et al., 1980). Trong thuật ngữ ñịa lí, các nguyên tố này ñược ñịnh nghĩa khi chúng hiện diện với nồng ñộ không quá 1000 ppm trong vỏ quả ñất. Nồng ñộ cao của các nguyên tố này thường xảy ra trong tự nhiên là kết quả của hiện tượng ñịa lí như hình thành các quặng mỏ. Sự phong hoá ñá, sự thấm lâu, sự giảm cấp sẽ làm cho các nguyên tố này phóng thích vào sinh quyển. Con người thải các kim loại nặng thông qua các hoạt ñộng công nghiệp, nông nghiệp và chất thải nội ñịa, cũng như việc sử dụng các loại thuốc nông dược. Khi các kim loại nặng này tác ñộng ñến môi trường, chúng sẽ chuyển hoá nhanh chống và bị khử bởi các hoạt ñộng trao ñổi chất. Kết quả là chúng sẽ ñược tích luỹ. Vì vậy, cần phải ño ñạc và kiểm soát các kim loại này khi chúng ñược thải vào môi trường. Các kim loại này ñầu tiên ñược sử dụng ñể làm pin, làm lớp tráng kim loại, chất nhuộm màu. Cd cũng là một kim loại nặng. Cd xâm nhập vào môi trường từ sự nóng chảy của các kim loại nặng và sự thấm của một vài loại phân phosphate. Cd là một trong 15 chất hàng ñầu gây hại cho sức khoẻ con người. Vấn ñề này ñặc biệt liên quan ñến ðồng bằng Sông Cửu Long. Tại Việt Nam ñể thâm canh tăng vụ, nông dân thường sử dụng lượng lớn phân bón (khoảng 2.720.000 tấn năm 1999). Mỗi năm trung bình khoảng 400 - 500 triệu USD ñể nhập phân bón cho nông nghiệp. 3. CHUỖI ðỘC TỐ CỦA CADMIUM 3.1 Sự chuyển hoá Nếu con người hoặc ñộng vật ăn sản phẩm có chứa Cd 2+ , Cd sẽ di chuyển vào huyết thanh kết hợp với các acid amin hoặc protein là metallothionein (Cd-MT) ñược ñưa vào gan, mật và lọc qua tiểu cầu thận, tái hấp thu vào các ống thận. Khi cấu trúc liên kết (Cd-MT) bị phá huỷ, Cd tự do kích thích sự hình thành liên kết mới với (Cd-MT) trở lại các tiểu cầu thận. Cd ñưa vào cơ thể từ các muối CdCl 2 , CdSO 4 , CdO. 3.2 ðộ ñộc cấp tính và mãn tính a) ðộ ñộc cấp tính Thông tin Khoa học Số 30 , 09/2007 61 Sự ngộ ñộc có thể dẫn ñến triệu chứng viêm phổi, phát hiện sau 24 giờ, rất khó chẩn ñoán. Dấu hiệu nhận biết là hơi thở ngắn, sốt cao, ói, nhức ñầu, bị sốc và dẫn ñến tử vong. Sự ngộ ñộc này là kết quả của việc ăn thực phẩm và uống nước có nhiễm Cd. Chẳng hạn như sự ngộ ñộc xảy ra ở trường tiểu học Thuỵ ðiển là nguyên nhân của sự nhiễm ñộc Cd trong nước trái cây. Nồng ñộ Cd trong nước lên ñến 15 mg/L (Friberg et al, 1986). b) ðộ ñộc mãn tính Triệu chứng phát hiện là sự viêm phổi và viêm tiểu cầu thận, ảnh hưởng ñến xương. Sự ngộ ñộc tại Nhật xảy ra 1960, nơi phát hiện bệnh Itai- itai do việc sử dụng nước tưới từ quặng mỏ nhiễm ñộc Cd. Triệu chứng là ñau ở ngực, lưng và chân. Khi bệnh tiến triển sẽ dẫn ñến gãy xương. 4. TÍNH NĂNG CỦA CADMIUM Cadmium có ñộ ñộc cao và là kim loại nặng di ñộng trong hệ thống cây trồng, ñộng vật và con người. 4.1 Cadmium trong ñất Cadmium vào trong ñất từ mưa acid sự phong hoá quặng mỏ phân bón cadmium bị mất từ ñất bởi sự thấm lẫn sự di chuyển vào trong cỏ hoặc sản phẩm cây trồng hoặc kết hợp với các loại khoáng trong ñất. Sự tích luỹ Cd và tác dụng của nó tuỳ thuộc vào cân bằng của các tiến trình này. Khi Cd ñi vào trong ñất nó kết hợp với các nguyên tố khác Zn, Cu, Ni làm ảnh hưởng ñến các tiến trình của vi sinh vật trong ñất. 4.2 Mức ñộ Cd trong ñất Trong tự nhiên hàm lượng Cd trong ñất từ 0.1 - 0.5ppm nhưng cao hơn hay thấp hơn tuỳ thuộc vào nhiều nhân tố. ðối với ñá biến tính có hàm lượng Cd thấp hơn từ 0.02 - 0.2ppm trong khi ñó ñá trầm tích từ 0.1 - 25ppm. Phân photphate có từ 10 - 200ppm Cd. Cd trong ñất ñược phân biệt rõ làm 3 vùng chủ yếu liên quan ñến ảnh hưởng ñối với sức khoẻ con người và môi trường, 3 vùng ñó là : vùng ñất nông nghiệp, vùng ñất không phải nông nghiệp và vùng ñất kiểm soát. Tại vùng kiểm soát Cd hầu như không di ñộng và không có những ảnh hưởng. ðối với Cd trong vùng ñất không nông nghiệp cũng không ảnh hưởng ñến sức khoẻ và không di chuyển vào chuỗi thức ăn. Tuy nhiên, nó có thể gián tiếp qua vùng ñất nông nghiệp qua ñường không khí và ñường nước nhưng ở mức ñộ thấp. Cd trong vùng ñất nông nghiệp cũng không di chuyển nhưng nó sẽ trở nên di ñộng trong ñiều kiện ñất acid và mức ñộ Cd gia tăng khi sử dụng phân photphate và bùn. 4.3 Cadmium trong nước Trong tự nhiên Cd ñược tìm thấy chủ yếu ở lớp ñáy bùn nhưng hàm lượng thấp. Hàm lượng Cd trong nguồn nước tự nhiên không bị ô nhiễm thường khoảng < 1mg/l. Trung bình trong nước biển chứa < 5mg/l ( WHO. 1992) và 5 - 20 mg/l (OECD. 1994) ở mức ñộ cao hơn từ 110mg/l (CRC.1996) . Trong vùng thành thị và khu nông nghiệp 10 - 4000mg/l tuỳ thuộc vào ñiều kiện vị trí khí hậu. Cd trong nước tồn tại dưới dạng ion hợp chất vô cơ. Tại vùng ñất nhiễm Cd có thể ảnh hưởng ñến nguồn nước tưới cho nông nghiệp những con sông có thể di chuyển Cd với khoảng cách 50km từ nguồn (WHO. 1992) 5. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ðẾN SỰ TÍCH LUỸ CADMIUM Nhiệt ñộ là nhân tố ảnh hưởng ñến sự tích luỹ và ñào thải Cd các nhân tố khác là ñộ mặn, hàm lượng oxy, ñiều kiện khí hậu, sự khác biệt về ñiều kiện vật lý giữa các vùng. Cd cũng có thể thay ñổi hàm lượng trong ñiều kiện oxy hoá khử pH. 6. CADMIUM TRONG CÂY TRỒNG Cây trồng hấp thu Cd tuỳ thuộc vào các nhân tố trong ñất thường sự hấp thu gia tăng trong ñất acid, ñất có sẵn lượng Cd, nhiệt ñộ ñất, ẩm ñộ. Cây trồng hấp thu Cd và sự tích luỹ trong thực phẩm tuỳ thuộc vào ñặc tính của cây trồng. Mức ñộ khác nhau theo trình tự sau: hạt ngũ cốc < rễ cây < lá các loại rau quả. 7. CADMIUM TRONG GIA SÚC ðối với gia súc chăn thả trên ñồng cỏ hàm lượng Cd ñược hấp thu vào cơ thể khi cây trồng ñược bón một lượng bùn. Sự nhiễm Cd trong bùn là nguyên nhân làm tăng lượng Cd trong cơ thể gia súc. Thông tin Khoa học Số 30 , 09/2007 62 Có một tiềm năng rất lớn về sự tích luỹ Cd trong các loài chim (60-120ppm), nguyên nhân do ăn các loài ñộng vật không xương sống như các loài sâu. Tạp chí khoa học ngày 21/6/2001 (journal Nature) báo cáo có khoảng 46% loài chim khảo sát trong phạm vi 10.000km2 ở phía bắc Colorado ñã tìm thấy lượng Cd tích luỹ trong thận khoảng 100ppm. 8. CADMIUM ðỐI VỚI CON NGƯỜI Con người hấp thu Cd thông qua thực phẩm, thuốc lá và một lượng nhỏ từ nước uống và do ô nhiễm không khí. Thường sự hấp thu không quá 5% sự tích luỹ chủ yếu qua thận, gan và xương. Một người hút thuốc lá sẽ hấp thu lượng Cd gấp ñôi người không hút thuốc. Trung bình lượng Cd là 20 microgram/ngày theo tiêu chuẩn WHO 70 microgram/ngày. Một lượng nhỏ Cd xảy ra trong không khí, ñất, nước, thực phẩm. ðối với hầu hết mọi người, thức ăn là nguồn gốc khởi ñầu cho sự tích luỹ Cd. Cây trồng hấp thu Cd từ ñất, cá hấp thu Cd từ nước. Sự tích luỹ Cd ảnh hưởng ñến sức khoẻ con người. Ở mức ñộ nhiễm ñộc Cd cao sẽ dẫn ñến sự phá huỷ thận, gây gãy xương ảnh hưởng ñến viêm phổi và ung thư phổi. 9. MỘT SỐ CHÍNH SÁCH KIỂM SOÁT SỰ TÍCH LUỸ CADMIUM Các tiêu chuẩn môi trường thường là công cụ hợp pháp cho phép kiểm soát các ñiểm hoặc các vùng ô nhiễm. ðiểm kiểm soát có thể là từ một nguồn hay những vùng khác nhau. Cd có thể ñến từ nhiều nguồn chẳng hạn từ trong tự nhiên là ñất có thể ñi vào trong cây trồng hay bị rữa trôi từ ñất xuống nguồn nước di chuyển vào vào nguồn nước công cộng và nước cấp sinh hoạt. Sự bộc phát Cd các nguồn này rất khó kiểm soát. Nghị ñịnh EC (Cộng ñồng Châu Âu ) giới hạn cho phép lượng Cd trong ñất cày từ 1-3mg/kg. Các ñiều lệ cũng quy ñịnh cụ thể ñối với phân bón tại Colorado -1990: 200 mg/kgP - 1995:150 mg/kgP - 1998: 110 mg/kgP Hiện nay chỉ có cách duy nhất là sản xuất phân bón với hàm lượng Cd thấp, nghĩa là sử dụng ñá phosphate có hàm lượng Cd thấp. Công nghệ sản xuất phân bón ñang ñược cải tiến cho tiến trình loại bỏ Cd trong tương lai, tuy nhiên ñồi hỏi các kỷ thuật phức tạp nhưng chắc chắn rằng ñiều này sẽ ñược khắc phục. Tại Mỹ một số tiêu chuẩn ñã ñược quy ñịnh cho phép giới hạn mức ñộ Cd. Chi nhánh bảo vệ môi trường ñưa ra quy ñịnh giới hạn mức ñộ Cd phóng thích vào không khí và nguồn nước cho các nhà máy phân xưởng sản xuất. EPA ñề nghị mức ñộ cho phép tối ña Cd trong nước uống là 0.01mg/l. Tại Việt Nam, việc sử dụng nông dược ngày càng tăng gấp 3 lần từ 1994 khi so sánh với những năm 1980. Vì vậy cần có sự kiểm soát ño ñạt quản lý giới hạn ô nhiễm thông qua các chính sách như: - Giới hạn lượng chất thải trong môi trường. - Các ñộc chất hoá học sẽ ảnh hưởng ñến con người ngay cả ở nồng ñộ thấp. - Ban hành các quy luật môi trường. - Các quy luật và quy ñịnh ñối với công ty nơi sản xuất các loại nông dược nếu vi phạm sẽ bị xử phạt. - Phổ biến rộng rãi các tiêu chuẩn quy ñịnh chất thải - Thực hiện thuế môi trường ñối với trường hợp thải trực tiếp gây ô nhiễm. -Ứng dụng báo cáo ñánh giá tác ñộng môi trường. - Phổ biến các báo cáo về hiện trạng môi trường cho các công ty khu nông nghiệp nơi sản xuất nông dược. - Tăng cường vai trò của viện các trường ñại học, các sở khoa học công nghệ môi trường ñể giải quyết vấn ñề ô nhiễm môi trường. . Thông tin Khoa học Số 30 , 09/2007 60 TÁC DỤNG CỦA CADMIUM ðỐI VỚI CON NGƯỜI VÀ GIA SÚC Ths. Lê Tài Năng ∗ ∗∗ ∗ ∗ Giảng viên BM. chuyển vào trong cỏ hoặc sản phẩm cây trồng hoặc kết hợp với các loại khoáng trong ñất. Sự tích luỹ Cd và tác dụng của nó tuỳ thuộc vào cân bằng của các