Các hoạt chất tồn dư tác động lên hệ sinh thái, kết quả làm ảnh hưởng đến đa dạng sinh học, suy giảm hệ vi khuẩn dị dưỡng trong đất (bao gồm cả vi khuẩn khử nitrogen) và nấm. Ngoài ra, một số hoạt chất tồn dư trải qua các quá trình phân hủy hóa học, vật lý và sinh học biến đổi thành các chất trung gian khác gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Một số hoạt chất trong thuốc trừ cỏ có khả năng tồn tại dai dẳng trong môi trường tới hàng chục năm, gây ô nhiễm lâu dài, nhất là nguồn nước.

Hình: vỏ bịch, lọ thuốc diệt cỏ vứt bừa bãi trên đồng ruộng (Ảnh Internet)

Cơ chế trừ cỏ và độc tính của một số loại thuốc trừ cỏ

Thành phần chính trong mỗi loại thuốc trừ cỏ quyết định cơ chế diệt trừ và đồng thời gây độc cho hệ sinh thái nếu tồn tại quá mức trong môi trường. Một số hoạt chất ứng dụng diệt cỏ phổ biến có cơ chế và độc tính riêng biệt, cụ thể như:

2,4-Dichlorophenoxyacetic axít (2,4-D) là hợp chất hữu cơ. Đây là hợp chất phổ biến nhất trong số các hoạt chất sử dụng trừ cỏ. Hợp chất 2,4-D có tính nội hấp, có chọn lọc, trừ cỏ hậu nẩy mầm. Ở thực vật, 2,4-D hoạt động bằng cách duy trì mức độ cao của hormone thực vật auxin, dẫn đến kích thích sự phát triển của thực vật và gây chết thực vật. Ngoài ra, 2,4-D cũng tạo ra ethylene tác nhân làm rụng lá, chết thực vật. 2,4-D dễ dàng được hấp thu qua lá, rễ và vận chuyển đến tất cả các bộ phận của cây.

Theo Tổ chức WHO, 2,4-D xếp vào loại thuốc trừ cỏ nội tiết có độc tính cấp độ II. Nó có thể hấp thu vào cơ thể con người qua đường hô hấp, tiếp xúc qua da hoặc qua đường tiêu hóa. 2,4-D dễ dàng được hấp thụ vào cơ thể người từ đường tiêu hóa, da và được bài tiết qua nước tiểu. Nguy hiểm hơn, 2,4-D là tác nhân chính gây ung thư, đột biến, quái thai, độc thần kinh, ức chế miễn dịch, độc tế bào và độc gan.

Propanil là hoạt chất trừ cỏ ở giai đoạn hậu nảy mầm. Cơ chế hoạt động của propanil là ức chế quá trình quang hợp và cố định CO₂ của trong cỏ dại. Propanil ức chế các phản ứng trong chuỗi dẫn truyền điện tử và chuyển đổi CO₂ thành tiền chất carbohydrate, từ đó kìm hãm sự phát triển của thực vật. Propanil tồn lưu trong nước ảnh hưởng nghiêm trọng đến các loài động vật có xương sống như chim, cá và các loài động vật không xương sống. Propanil gây ngộ độc cấp tính đến sinh vật thủy sinh, ngoài ra chúng còn gây tác động mạnh đến tảo và cả san hô. Độc chất của chúng gây ảnh hưởng lớn đến sức khỏe con người cũng như các loài động vật như gây tổn hại tế bào gan và thận, hệ thống tuần hoàn và miễn dịch.

Atrazine là hoạt chất thuộc nhóm triazine, trừ cỏ tiền nảy mầm và hậu nảy mầm. Cơ chế diệt cỏ của atrazine bằng cách kết hợp với protein liên kết plastoquinone trong hệ thống quang hợp. Cơ chế gây chết cỏ dại là do quá trình oxy hóa bị phá hủy, vận chuyển điện tử bị ngưng trệ. Sự phá hủy sự oxy hóa này tăng lên ở cường độ ánh sáng cao. Atrazine là một chất gây ung thư, ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương, hệ sinh sản, hệ miễn dịch và chức năng tim mạch. Khi tiếp xúc với một lượng nhỏ, atrazine gây sung huyết ở tim, phổi, thận, làm giảm huyết áp, co thắt cơ, làm ảnh hưởng tuyến trên thận.

Glyphosate là hợp chất phốtpho hữu cơ, hoạt chất trừ cỏ phổ rộng hấp thu qua thân hoặc hút thấm nước của thực vật. Glyphosate ức chế sự hình thành một loại enzyme tổng hợp axid shikimic, một loại enzyme tham gia vào quá trình tổng hợp axid amine thơm. Thực vật (cỏ dại) bị tiêu diệt bởi mất khả năng tổng hợp những hợp chất có nhân thơm cần thiết cho sinh trưởng và phát triển. Các nghiên cứu cho thấy, glyphosate không gây độc cấp tính qua đường tiêu hóa, qua da hoặc qua hô hấp, không là tác nhân gây độc gen, không là tác nhân gây độc thần kinh, hoặc gây độc sinh sản, hoặc gây rối loạn nội tiết. Thuốc trừ cỏ chứa hoạt chất glyphosate được gắn nhãn như là hoạt chất không gây ung thư và được sử dụng rãi trên thế giới. Tuy nhiên, gần đây có một số nghi ngờ hoạt chất glyphosate có liên qan đến ung thư và một số quốc gia đã cấm nhập khẩu trong đó có Việt Nam. 

Butachlor là thuốc trừ cỏ chọn lọc thuộc nhóm acetanilide được sử dụng cho cả giai đoạn tiền nảy mầm và hậu nảy mầm. Cơ chế diệt cỏ bởi ức chế quá trình quang hợp, tổng hợp protein, tổng hợp RNA và tổng hợp lipid của tế bào lá của cỏ dại. Butachlor ức chế các enzym chịu trách nhiệm cho quá trình vòng hóa geranylgeranyl pyrophosphat và tổng hợp chuỗi dài của axid béo trong thực vật. Butachlor là một chất ô nhiễm gây ảnh hưởng đến sức khỏe và hệ sinh thái, được xếp vào nhóm có khả năng gây ung thư. Chúng gây ra sự biến đổi bằng cách kích thích tăng sinh khối tế bào, rối loạn chức năng ty thể, phá vỡ nhiễm sắc thể, tổn thương DNA oxy hóa, phá vỡ hệ thống nội tiết. Butachlor là một chất độc thần kinh, làm chậm tăng trưởng ở giun đất. Ngoài ra, butachlor ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật đất như hệ enzyme của một số vi sinh vật trong đất.

Tồn dư của thuốc trừ cỏ trong môi trường

Thuốc trừ cỏ ngày càng được sử dụng phổ biến trong sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp… Quá trình sử dụng thuốc trừ cỏ lâu dài, quá mức mà không có những giải pháp quản lý, xử lý dễ dẫn đến tích lũy và tồn lưu một số hoạt chất có nguồn gốc từ thuốc trừ cỏ trong môi trường. Đặc biệt phổ biến nhất trong môi trường đất, nước. Ở nước ta, các loại thuốc trừ cỏ được sử dụng rộng rãi từ Bắc tới Nam trong canh tác nông nghiệp là chủ yếu. Vấn đề tồn dư những hoạt chất có nguồn gốc từ thuốc trừ cỏ gần đây cũng đặc biệt được quan tâm trong môi trường đất và nước mặt.

Các nhà khoa học đã công bố, một số hoạt chất bao gồm pretilachlor, endosulfan, butachlor and propanil có nguồn gốc từ thuốc trừ cỏ được phát hiện trong nước mặt, nước uống, đất và trầm tích ở Đồng bằng sông Cửu Long. Trong số này, pretilachlor được phát hiện nhiều nhất trong nước mặt với 68,9% số mẫu có mặt pretilachlor trong tổng số mẫu được khảo sát. Khảo sát khác ở tỉnh An Giang và thành phố Cần thơ cho thấy, các hoạt chất trừ cỏ thông dụng như butachlor và pretilachlor được phát hiện phổ biến trong nước mặt, nước ngầm và nước uống. Hoạt chất butachlor và pretilachlor được khảo sát có hàm lượng vượt quy chuẩn cho phép (QCVN 15:2008/BTNMT). Ngoài ra một số hoạt chất có liên quan đến thuốc trừ cỏ như acetochlor, alachlor, ametryn, atrazine, bensulfuron-methyl, butachlor, diuron, flufenacet, naproanilide, prometryn, siduron và tebuthiuron được phát hiện tồn lưu trong nước khi nghiên cứu thực hiện khảo sát ở sông Hồng, Hà Nội, Đà Nẵng, sông Sài Gòn và thành phố Hồ Chí Minh.

Cũng giống như Việt Nam, tồn dư thuốc trừ cỏ cũng được phát hiện tồn tại trong môi trường ở các vùng lãnh thổ trên thế giới. Theo nghiên cứu của của các nhà khoa học, propanil có mặt trong nước từ canh tác lúa ở Braxin; ở Hoa Kỳ các hoạt chất như atrazine, cyanazine, simazine, acetochlor, metolachlor và prometon có nguồn gốc từ thuốc diệt cỏ cũng được phát hiện có mặt trong nước ngầm và nước uống, kể cả những vùng không sản xuất nông nghiệp.

Ngoài ra thuốc trừ cỏ còn được phát hiện có mặt ở một số hệ sinh thái biển, như ở rạn san hô Great Barrier Reef ngoài khơi Australia.

Trong đất và trầm tích nước ngọt, tồn dư của thuốc trừ cỏ cũng như sản phẩm trung gian của chúng được phát hiện rộng rãi. Khảo sát sự ô nhiễm thuốc trừ cỏ trong đất ở 11 nước thuộc liên minh châu Âu cho thấy 15 loại hoạt chất của thuốc trừ cỏ có trong đất. Trong số các loại hoạt chất có nguồn gốc từ thuốc trừ cỏ thì glyphosate và sản phẩm phân hủy trung gian của glyphosate là acid aminomethylphosphonic được phát hiện nhiều hơn cả. Ở trầm tích nước ngọt, thuốc trừ cỏ được phát hiện ở nhiều nơi như ở Dakota (Hoa Kỳ) với tỷ lệ có mặt và nồng độ khác nhau.

Thành phần hóa học chủ yếu của các loại thuốc trừ cỏ chủ yếu là các hợp chất hữu cơ kết hợp với gốc chlor, nitơ hay phốtpho. Cơ chế diệt cỏ chủ yếu từ tác dụng của các hoạt chất gây ức chế các quá trình trao đổi chất, tổng hợp chất dinh dưỡng, quang hợp của cỏ dại. Thuốc trừ cỏ được sử dụng trực tiếp lên cỏ hay qua đất. Chính vì vậy việc sử dụng quá mức và lâu dài thuốc trừ cỏ có tiềm ẩn gây ảnh hưởng đến môi trường đất, nước bởi tích lũy và tồn dư của dư lượng thuốc trừ cỏ. Hoạt chất trong thuốc trừ cỏ được sử dụng tồn dư và các chất trung gian trong quá trình phân hủy các hoạt chất theo thời gian có khả năng tích lũy trong môi trường đất, nước ảnh hưởng đến hệ sinh thái và sức khỏe con người.

Mỹ Hạnh