Sử dụng cây che phủ để loại bỏ chất ô nhiễm khỏi đất canh tác

Các nhóm công nghệ sử dụng thực vật để tái tạo. Nguồn: UFZ.

Nitrat, thuốc trừ sâu, kim loại và đất nông nghiệp thường chứa chất gây ô nhiễm. Nhưng liệu có cách bền vững và thân thiện với khí hậu nào để phục hồi và thúc đẩy sức khỏe đất nông nghiệp không? Một nhóm nghiên cứu từ Trung tâm nghiên cứu môi trường Helmholtz (UFZ) cho biết: “Các loài thực vật cụ thể có thể được sử dụng làm cây che phủ cho quá trình cải tạo đất bằng thực vật, tức là để giải phóng đất nông nghiệp khỏi tác động tiêu cực của chất ô nhiễm”.

Trong bài báo được công bố trên tạp chí Trends in Plant Sciences, các nhà nghiên cứu đã tóm tắt kết quả của hơn 100 nghiên cứu khoa học và trình bày những loài thực vật nào phù hợp để loại bỏ chất ô nhiễm khỏi đất nông nghiệp hoặc giữ chúng trong hệ thống rễ của chúng.

Nông dân thường trồng cái gọi là cây che phủ giữa các vụ mùa chính. Chúng được sử dụng cho các mục đích như làm thức ăn cho động vật hoặc để lại trên đồng ruộng như phân xanh. Theo cách này, chúng cung cấp chất dinh dưỡng cho đất trước khi trồng vụ tiếp theo. Tuy nhiên, cây che phủ cũng bảo vệ chống xói mòn, ổn định cân bằng nước, chất dinh dưỡng và carbon của đất, điều hòa nhiệt độ đất, thúc đẩy hình thành mùn, cô lập carbon dioxide và tăng đa dạng sinh học trên và dưới mặt đất.

Marie Muehe tại UFZ và là tác giả chính của ấn phẩm này cho biết: "Cây che phủ thực sự là một loại công cụ kỳ diệu trong nông nghiệp". Tuy nhiên, tiềm năng loại bỏ chất gây ô nhiễm đất của chúng vẫn chưa được công nhận.

Sử dụng thực vật để khắc phục chất gây ô nhiễm trong đất không phải là điều gì mới mẻ. Ví dụ, đất bị ô nhiễm tại các khu công nghiệp đã được khắc phục theo cách này. Nhưng nông nghiệp cũng có thể hưởng lợi từ phương pháp này, Muehe cho biết: "Việc sử dụng các loại cây che phủ được chọn lọc để khắc phục ô nhiễm bằng thực vật là một cách tự nhiên, trung hòa với khí hậu để cải thiện và duy trì sức khỏe của đất. Chúng ta cũng nên áp dụng điều này vì lợi ích của nền nông nghiệp bền vững".

Sơ đồ các khái niệm về chiến lược phục hồi sinh thái có thể có đối với quản lý cây che phủ và cây xen canh (A) thuốc kháng sinh và tình trạng kháng thuốc và (B) nhựa.

Nguồn: Trends in Plant Science (2025). DOI: 10.1016/j.tplants.2025.01.009

Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là loại cây nào phù hợp để xử lý bằng phương pháp thực vật trong nông nghiệp? Loại cây nào có thể xử lý được chất ô nhiễm?

Pooja Sharma, nhà nghiên cứu tại UFZ, giải thích: "Ví dụ, chúng tôi đã nghiên cứu xem liệu đã có nghiên cứu về xác định loại cây che phủ nào thường được sử dụng có khả năng phân hủy chất ô nhiễm hay không. Chúng tôi cũng tìm kiếm những loại cây có thể phân hủy hoặc cố định chất ô nhiễm trong sáu loại - nitrat, muối, kim loại, thuốc trừ sâu, nhựa và gen kháng kháng sinh".

Dựa trên kết quả của quá trình đánh giá tài liệu, nhóm nghiên cứu đã phát triển các khái niệm về công nghệ sử dụng thực vật để xử lý cho từng loại chất ô nhiễm tương ứng. Ví dụ, lúa mạch đen và hướng dương có thể được sử dụng làm cây che phủ để ngăn không cho lượng nitrat dư thừa trong đất canh tác bị rửa trôi và gây ô nhiễm nước ngầm.

Cây hấp thụ nitrat từ đất phát triển và có thể tồn tại trên đồng ruộng như phân xanh. Tuy nhiên, cần loại bỏ các loại cây che phủ có khả năng loại bỏ kim loại không mong muốn như cadmium khỏi đất. Có thể sử dụng nhiều loại cỏ ba lá, lúa mạch đen hoặc cải dầu cho mục đích này.

Theo Sharma: "Các loại cây che phủ được sử dụng để loại bỏ kim loại thường không phù hợp làm thức ăn cho động vật. Nhưng chúng có thể đóng vai trò trong việc sản xuất khí sinh học. Hoa hướng dương cũng có khả năng loại bỏ kim loại khỏi đất. Kim loại có khả năng tích tụ chủ yếu trong lá, do đó có thể thu hoạch hạt”. Tương tự như vậy đối với hạt mù tạt, là một loại cây xen canh, loại bỏ thuốc trừ sâu khỏi đất theo cùng cách như cỏ hoặc cây gai dầu.

Thật khó để xác định các loại cây che phủ đặc biệt phù hợp để xử lý thực vật nhắm vào các loại chất gây ô nhiễm là gen kháng nhựa hoặc kháng sinh. Các nhà nghiên cứu thảo luận rằng sự tương tác giữa các vi sinh vật trong đất và cây che phủ cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý thực vật có thể cố định, phân hủy hoặc loại bỏ chất ô nhiễm hay không và hiệu quả như thế nào.

Muehe cho biết: "Vẫn cần phải thực hiện nhiều nghiên cứu ở đây—hợp tác với nông dân. Đây là cách duy nhất để phát triển các chiến lược hiệu quả và khả thi cho việc xử lý ô nhiễm bằng thực vật, phù hợp với các địa điểm, loại đất và vấn đề ô nhiễm khác nhau. Theo quan điểm của chúng tôi, việc sử dụng cây che phủ để quản lý chất ô nhiễm trong đất có thể là một khái niệm hiệu quả trong tương lai cho sức đất khỏe và nền nông nghiệp bền vững".

Một nhóm nghiên cứu của UFZ sẽ tiến hành nghiên cứu thực địa cùng với nông dân như một phần của dự án SmartManure vào mùa hè năm 2025. Mục tiêu của họ là nghiên cứu kỹ hơn về các loại cây che phủ khác nhau và hiệu suất xử lý của chúng, đồng thời kiểm tra tính khả thi của việc xử lý ô nhiễm bằng thực vật trong hoạt động nông nghiệp.

Đỗ Thị Thanh Trúc theo Phys.org