Nhiều người tiêu dùng băn khoăn vì sao cùng một giống lúa nhưng hạt gạo thu hoạch ở vùng này lại có hàm lượng asen cao hơn vùng khác. Thực tế, chất lượng và độ an toàn của hạt gạo phụ thuộc mật thiết vào nguồn nước tưới cùng đặc tính thổ nhưỡng nơi cây lúa sinh trưởng.

Nước ngầm nhiễm asen dùng tưới tiêu kéo dài khiến độc chất tích tụ dần trong đất ruộng, từ đó thẩm thấu trực tiếp vào thân và hạt lúa [1]. Tùy vào chế độ ngập nước, nồng độ asen dạng hòa tan trong đất và khả năng hấp thụ của rễ lúa ở từng địa phương, nồng độ asen tích lũy trong hạt gạo sẽ có sự chênh lệch đáng kể [2, 5].

Cơ chế cây lúa hút asen qua rễ trong điều kiện ngập nước

Khác với cây trồng trên cạn, lúa nước thường xuyên sinh trưởng trong môi trường đất ngập úng. Khi ruộng bị ngập, điều kiện kỵ khí (thiếu oxy) hình thành, thúc đẩy quá trình khử sắt và asenat trong đất [2]. Phản ứng sinh hóa này giải phóng asen vào nước lỗ rỗng của đất, biến dạng asenit (As(III)) trở thành dạng tồn tại chiếm ưu thế [2, 6].

Cây lúa lại có đặc tính tích lũy asen vào hạt vô cùng hiệu quả [2]. Về mặt cấu trúc phân tử, asenit tương đồng với axit silicic [2]. Rễ lúa sở hữu mật độ kênh vận chuyển silic biểu hiện rất cao nhằm lấy silic nuôi dưỡng thân lá, nhưng các kênh này lại vô tình hấp thu luôn cả asenit từ dung dịch đất [2]. Hiện tượng "nhận nhầm" này khiến asen xâm nhập sâu vào hệ thống mạch dẫn của rễ, từ đó trung chuyển ngược lên thân, lá và hạt gạo [2, 8].

Ngoài ra, vi sinh vật trong đất ngập nước đóng vai trò chủ chốt trong việc biến đổi dạng tồn tại của asen [2]. Chúng thúc đẩy quá trình khử và metyl hóa asen, khiến các dạng asen hữu cơ hoặc vô cơ hòa tan mạnh hơn trong nước lỗ rỗng [2]. Bổ sung chất hữu cơ vào đất ngập nước có thể làm tăng giải phóng asen do kích thích hoạt động vi sinh vật và tăng biểu hiện gen arsC [2]. Do đó, môi trường yếm khí ngập nước chính là chất xúc tác mạnh nhất đưa asen vào chuỗi thức ăn từ cây lúa [2].

Nghiên cứu thực địa: Tác động của giếng khoan và thâm niên canh tác

Mối liên hệ giữa nguồn nước ngầm ô nhiễm và nồng độ asen trong đất ruộng đã được ghi nhận rõ nét tại nhiều điểm nóng nông nghiệp trên thế giới.

Nghiên cứu khảo sát tại Bangladesh (công bố năm 2003) trên các cánh đồng lúa sử dụng nước ngầm tưới tiêu đã chỉ ra sự tích tụ asen rõ rệt theo thời gian [1]. Nồng độ asen trong đất tăng cao tại các khu vực mà nguồn nước ngầm có hàm lượng asen lớn và những giếng khoan này đã hoạt động trong thời gian dài nhất [1]. Phân tích hồi quy xác nhận mối tương quan chặt chẽ giữa hàm lượng asen trong đất với tuổi thọ giếng khoan [1]. Tại vùng bị ảnh hưởng nặng nhất, nồng độ asen trong đất đạt mốc 46 microg/g trọng lượng khô, trong khi khu vực dùng nước ngầm ít nhiễm asen chỉ ghi nhận dưới 10 microg/g [1]. Tại những vùng đất tích tụ asen này, hạt gạo chứa lượng asen rất cao, với 3 mẫu gạo vượt ngưỡng 1,7 microg/g [1].

Tại Campuchia, một nghiên cứu năm 2018 tiến hành thu thập 61 mẫu nước giếng, 105 mẫu gạo, 70 mẫu đất và 11 mẫu phân bón vô cơ dọc sông Mekong [3]. Kết quả cho thấy nồng độ asen trong đất ruộng biến thiên mạnh, tại khu vực gần giếng bơm tưới tiêu, hàm lượng asen cao gấp 20 lần so với các vị trí xa giếng [3]. Đáng chú ý, nồng độ asen tổng số cao nhất ghi nhận trong đất lên tới 95 mg/kg [3]. Tại xã Preak Russey, lượng asen đưa vào đất từ nguồn nước tưới tiêu lớn gấp 3.710 lần lượng asen phát sinh từ phân bón vô cơ [3].

Vì sao gạo cùng loại lại khác biệt theo vùng canh tác?

Nhiều người nhầm tưởng cứ giống lúa thuần chủng hay giống lúa đặc sản thì ở đâu cũng cho chất lượng như nhau. Tuy nhiên, tính khả dụng sinh học (bioavailability) của asen trong đất mới là yếu tố quyết định lượng độc chất ngấm vào cây [4].

Nghiên cứu trong chậu thí nghiệm công bố năm 2010 so sánh 14 mẫu đất có mức độ ô nhiễm từ 4 đến 138 mg As/kg, gồm 10 mẫu đất ruộng Bangladesh (nhiễm do nước tưới) và các mẫu đối chứng từ Trung Quốc, Anh (nhiễm do địa chất hoặc khai khoáng) [4]. Kết quả cho thấy đất ruộng ngập nước Bangladesh giải phóng asen vào nước lỗ rỗng nhiều hơn hẳn các loại đất khác khi bị ngập [4]. Nồng độ asen trong nước lỗ rỗng tăng vọt theo mức tăng asen tổng số trong đất, chủ yếu dưới dạng asenit [4]. Đất có cùng lượng asen tổng số nhưng đặc tính hóa học và quần xã vi sinh vật khác nhau sẽ có tốc độ giải phóng asen hoàn toàn khác biệt [2].

Một nghiên cứu năm 2011 dùng kỹ thuật pha loãng đồng vị đo lường các bể asen linh động (giá trị E) và asen sinh khả dụng (giá trị L) trên đất ruộng từ Bangladesh, Ấn Độ, Trung Quốc và Anh [5]. Kết quả ghi nhận giá trị E chiếm 6,2% đến 21,4% tổng lượng asen, chứng minh phần lớn asen trong đất ở dạng không linh động hóa học [5]. Tuy nhiên, giá trị L đo trên cây lúa trồng trong điều kiện yếm khí (ngập nước) lớn hơn hẳn điều kiện hiếu khí (thoát nước), khẳng định việc giữ nước ngập ruộng đã làm tăng đáng kể lượng asen mà rễ cây có thể hấp thụ [5].

Dạng asen tích tụ trong hạt gạo cũng chịu ảnh hưởng mạnh bởi môi trường bên ngoài [4]. Thí nghiệm năm 2010 chỉ ra tỷ lệ asen vô cơ và axit dimethylarsinic (DMA) trong hạt biến thiên tùy loại đất [4]. Tỷ lệ phần trăm DMA trong cây trồng tại nhà kính cao hơn hạt gạo thu thập trực tiếp ngoài ruộng dù dùng cùng một loại đất và cùng một giống lúa, chứng minh yếu tố môi trường tác động sâu sắc đến các dạng asen tích tụ trong hạt [4].

Độc tính lên cây trồng và đường truyền qua phụ phẩm nông nghiệp

Asen không chỉ tích tụ vào hạt gạo phục vụ con người mà còn làm suy kiệt sức khỏe cây trồng và đe dọa chuỗi thức ăn gia súc.

Nghiên cứu năm 2002 tại nhà kính kéo dài 170 ngày từ khi cấy đến thu hoạch đã thử nghiệm 7 nồng độ asenat từ 0 đến 8 mg As/L trong nước tưới thường xuyên [6]. Việc tăng nồng độ asenat trong nước tưới làm sụt giảm đáng kể chiều cao cây, năng suất hạt, số hạt chắc, trọng lượng hạt và sinh khối rễ [6]. Nồng độ asen trong rễ, rơm rạ và vỏ trấu đều tăng vọt [6]. Trong nghiên cứu này, nồng độ asen trong rơm rạ lên tới 91,8 mg/kg, tương đương nồng độ trong rễ (lên tới 107,5 mg/kg), cho thấy asen dễ dàng chuyển vị từ rễ lên thân lá [6]. Tại nhiều vùng nông thôn, rơm rạ được dùng làm thức ăn cho gia súc, tiềm ẩn nguy cơ phơi nhiễm gián tiếp sang người qua chuỗi vật nuôi [6].

Nghiên cứu năm 2010 cũng ghi nhận hiện tượng sinh trưởng và năng suất hạt của lúa sụt giảm rõ rệt trên các mẫu đất Bangladesh chứa trên 13 mg As/kg [4]. Hàm lượng asen trong rơm rạ tăng tỷ lệ thuận với lượng asen trong đất [4]. Đáng chú ý, hiện tượng nhiễm độc tế bào thực vật (phytotoxicity) nặng có thể làm giảm lượng asen chuyển vị vào hạt do cây bị ức chế phát triển nghiêm trọng [4].

Giải pháp canh tác giảm thiểu tích tụ asen

Để hạn chế tình trạng asen xâm nhập vào lúa gạo, các nhà khoa học đã tìm kiếm các biện pháp kỹ thuật nhằm thay đổi môi trường đất và nguồn nước.

Nghiên cứu năm 2011 tại Sreenagar (Bangladesh) đánh giá động thái của asen trong nước lỗ rỗng ruộng lúa tưới ngập gián đoạn [7]. Đầu vụ, khi ruộng ngập, nồng độ asen trong nước lỗ rỗng đạt tới 500 microg/L, chủ yếu là dạng As(III) [7]. Tuy nhiên, vào nửa cuối vụ, khi áp dụng kỹ thuật để đất khô xen kẽ, điều kiện oxy hóa được duy trì trên toàn bộ tầng rễ lúa, nồng độ asen trong nước lỗ rỗng chỉ thỉnh thoảng tăng lên khoảng 150 microg/L dưới dạng As(V) sau mỗi đợt tưới [7]. Phương pháp tưới ngập khô xen kẽ không chỉ tiết kiệm nước mà còn là giải pháp hứa hẹn giúp giảm phơi nhiễm asen cho cây lúa [7].

Bên cạnh điều tiết nước, mô hình trồng xen canh cũng mang lại hiệu quả cao. Nghiên cứu năm 2021 thử nghiệm 4 nghiệm thức: lúa độc canh (CK) và lúa xen canh với rau muống (T1), cần nước (T2), hoặc củ từ trắng Quảng Đông (T3) trên đất ruộng nhiễm asen [8]. Kết quả cho thấy năng suất hạt trên mỗi cây lúa ở nghiệm thức xen canh với rau muống và cần nước tăng lần lượt 58,13% và 10,48% so với trồng độc canh [8]. Nồng độ asen, hệ số tích lũy sinh học và hệ số chuyển vị trong gạo lứt ở các nghiệm thức xen canh đều thấp hơn đáng kể so với độc canh [8]. Trong đó, rau muống cho hiệu quả hấp thu asen tốt nhất, loại bỏ asen cao gấp 7,04 lần so với cần nước và 1,47 lần so với củ từ trắng [8].

Hiểu lầm thường gặp của người tiêu dùng

Nhiều người cho rằng bón nhiều phân vô cơ là nguyên nhân chính khiến lúa nhiễm độc kim loại và asen. Dù việc lạm dụng hóa chất nông nghiệp gây nhiều hệ lụy, nghiên cứu thực tế tại Campuchia chỉ ra lượng asen đưa vào ruộng từ nước giếng khoan cao gấp 3.710 lần so với lượng asen phát sinh từ phân bón vô cơ [3]. Nguồn nước tưới tiêu ô nhiễm mới là tác nhân hàng đầu.

Một hiểu lầm khác là đất có tổng hàm lượng asen bằng nhau sẽ tạo ra hạt gạo có độ nhiễm độc như nhau. Trên thực tế, khả năng giải phóng asen vào nước dưới dạng sinh khả dụng mới quyết định lượng độc chất ngấm vào rễ [5, 6]. Asen linh động chịu sự chi phối mạnh mẽ của tính chất hóa học đất, chế độ tưới tiêu và hoạt động của vi sinh vật bản địa [2, 5].

Ai nên thận trọng với nguồn gạo tiêu thụ?

Các quần thể dân cư sử dụng gạo làm lương thực chính cần đặc biệt quan tâm đến nguồn gốc xuất xứ của nông sản [1, 2]. Tại những vùng có nguồn nước ngầm nhiễm asen tự nhiên, việc vừa uống nước nhiễm asen vừa ăn gạo trồng tại chỗ sẽ làm tăng mức độ phơi nhiễm độc chất lên gấp nhiều lần [1].

Trẻ nhỏ, phụ nữ mang thai và người có bệnh mạn tính là những đối tượng nhạy cảm nhất trước độc tính tích lũy của kim loại nặng. Nhóm đối tượng này nên ưu tiên lựa chọn các nguồn gạo được canh tác tại các vùng đất và nguồn nước đã được kiểm nghiệm an toàn, đạt chuẩn vệ sinh thực phẩm.

Gợi ý áp dụng thực tế cho nông dân và người nội trợ

Đối với người nông dân canh tác lúa tại vùng có nguy cơ:

  • Tránh sử dụng nguồn nước giếng khoan chưa qua xử lý hoặc có hàm lượng asen vượt ngưỡng để tưới ruộng [1, 4].
  • Chuyển đổi phương thức tưới sang kỹ thuật ngập khô xen kẽ thay vì giữ ngập nước liên tục suốt vụ mùa, giúp hạn chế sự hình thành dạng asenit dễ hấp thụ [7].
  • Cân nhắc áp dụng mô hình xen canh lúa với các loại rau thủy sinh như rau muống để hỗ trợ hút bớt asen trong đất và cải thiện năng suất [8].

Đối với người tiêu dùng:

  • Tìm hiểu rõ nguồn gốc vùng trồng của gạo, ưu tiên các thương hiệu có kiểm định chất lượng đất và nước tưới.
  • Khi nấu cơm, nên vo gạo kỹ và có thể nấu với lượng nước dư rồi chắt bỏ nước (nấu như phương pháp nấu cơm truyền thống) để giảm bớt lượng asen hòa tan bám ngoài hạt gạo.
  • Đa dạng hóa nguồn tinh bột trong khẩu phần ăn hàng ngày, kết hợp thêm khoai lang, yến mạch, ngô để giảm bớt gánh nặng phơi nhiễm đơn lẻ từ hạt gạo.

Sự hiện diện của asen trong gạo là kết quả của chuỗi tương tác phức tạp giữa nước ngầm, thổ nhưỡng và đặc tính sinh học của rễ lúa. Hiểu rõ bản chất vấn đề giúp người sản xuất có biện pháp canh tác an toàn và người tiêu dùng có lựa chọn thông minh để bảo vệ sức khỏe gia đình.