Nghiên cứu hiệu lực một số loại than sinh học (biocoal) cho lúa trên đất xám bạc màu

Nhiều kết quả nghiên cứu ñã chứng minh hàm lượng chất hữu cơ và sức sản xuất của ñất ñang bị suy giảm nghiêm trọng do sử dụng lâu dài phân bón hóa học.. Một số bằng chứng thực tế cho thấ

BỘ GIÁO DỤC VÀO ðÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

BỘ GIÁO DỤC VÀO ðÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS: NGUYỄN HỒNG SƠN

HÀ NỘI, 2013

Lời cảm ơn

Lời ñầu tiên tôi xin ñược bày tỏ lời cảm ơn tới các Thầy, Cô giáo trong Ban ñào tạo sau ðại học, Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam ñã truyền ñạt những kiến thức quí báu trong thời gian học tại trường (2011 – 2013)

ðể hoàn thành luận văn này, tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Hồng Sơn ñã hướng dẫn tận tình, chu ñáo, giúp ñỡ và tạo mọi ñiều kiện trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Tôi cũng xin ñược bày tỏ lời cảm ơn tới Ban giám ñốc Viện Môi trường Nông nghiệp, Lãnh ñạo Bộ Môn Hóa Môi trường ñã tạo ñiều kiện giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn nhóm thực hiện ñề tài: “Nghiên cứu sử dụng than sinh học (biocoal) cải thiện hữu cơ ñất, nâng cao sức sản xuất của ñất“ TS Vũ Thắng, Ths Nguyễn Thị Thắm và ñồng nghiệp ñã giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Cuối cùng tôi xin ñược bày tỏ lời cảm ơn tới người thân, bạn bè và gia ñình ñã chia sẻ, ñộng viên, giúp ñỡ và tạo ñiều kiện cho tôi hoàn thành khóa

học và trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Hà Nội, tháng 12 năm 2013

Học viên

ðỗ Thị Thủy

Lời cam ñoan

Tôi xin cam ñoan số liệu và kết quả trong luận văn này là trung thực Các thông tin cũng như số liệu thu thập khác trong luận văn ñều ñược trích dẫn ñầy ñủ

Tác giả

ðỗ Thị Thủy

MỤC LỤC

MỞ ðẦU 1

Chương 1 : CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1.Cơ sở khoa học 3

1.2 Tổng quan tài liệu 4

1.2.1 ðặc tính và tác dụng của các loại than than sinh học 4

1.2.2 Các kỹ thuật sản xuất than sinh học 545

1.2.3 Hiện trạng ứng dụng TSH trong sản xuất nông nghiệp 17

Chương 2 : ðỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu của ñề tài. 26

2.1.1 ðối tượng nghiên cứu 26

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 26

2.2 Vật liệu nghiên cứu 26

2.3 Thời gian và ñịa ñiểm: 26

2.4 Nội dung nghiên cứu 26

2.5 Phương pháp nghiên cứu 27

2.6 Chỉ tiêu và phương pháp theo dõi 28

2.7 Phương pháp xử lí số liệu 28

Chương 3 : KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 29

3.1 Ảnh hưởng của việc sử dụng than sinh học ñến khả năng tích lũy C và các chất dinh dưỡng trong cây lúa 29

3.1.1 Ảnh hưởng của bón TSH ñến lượng C tích lũy trong cây 29

3.1.2 Ảnh hưởng của bón TSH ñến lượng N tích lũy trong cây 30

3.1.3 Ảnh hưởng của bón TSH ñến lượng P tích lũy trong cây 32

3.1.4 Ảnh hưởng của bón TSH ñến lượng K tích lũy trong cây 33

3.1.5 Ảnh hưởng của bón TSH ñến lượng Ca tích lũy trong cây 34

3.1.6 Ảnh hưởng của bón TSH ñến lượng Mg tích lũy trong cây 35

3.2 Hiệu quả sử dụng than sinh học ñối với sinh trường, phát triển và năng suất lúa 37

3.2.1 Ảnh hưởng liều lượng và loại than sinh học (TSH) ñến chiều cao cây lúa 37

3.2.2 Ảnh hưởng loại TSH và lượng bón ñến khả năng ñẻ nhánh của cây lúa 38

3.2.3 Ảnh hưởng loại TSH và lượng bón ñến sinh khối trên mặt ñất của cây 40

3.2.4 Ảnh hưởng loại TSH và lượng bón ñến các yếu tố cấu thành năng suất cây lúa 41

3.2.5 Ảnh hưởng loại TSH và lượng bón ñến năng suất lý thuyết và năng suất ô thí nghiệm 43

3.3 Ảnh hưởng của việc sử dụng than sinh học ñến chất lượng ñất 44

3.3.1 Ảnh hưởng ñến lý tính của ñất 44

3.3.2 Ảnh hưởng ñến một số chỉ tiêu hóa học của ñất 46

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Bảng 1.1 Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp 5

Bảng 1.2 Chất lượng than sinh học ñược sản xuất từ các nguyên liệu khác nhau 6

Bảng 1.3 Ảnh hưởng của việc sử dụng TSH sản xuất từ trấu ñến các chỉ hóa học của ñất trồng lúa tại Long An sau hai vụ sử dụng liên tiếp 8

Bảng 1.4 Ảnh hưởng của việc sử dụng TSH sản xuất từ trấu ñến các chỉ tiêu vật lý của ñất trồng lúa tại Long An sau hai vụ sử dụng liên tiếp 8

Bảng 1.5 Hiệu quả sử dụng TSH sản xuất từ trấu trên lúa và ngô 16

Bảng 1.6 Chất lượng than ñược ñốt từ trấu bằng các phương pháp khác nhau 72

Bảng 2.1 Các công thức thí nghiệm 27

Bảng 2.2 Phương pháp phân tích một số chỉ tiêu trong ñề tài 28

Bảng 3.1 Lượng C tích lũy trong cây lúa ở các công thức bón TSH khác nhau 30

Bảng 3.2 Lượng N tích lũy trong cây lúa ở các công thức bón TSH khác nhau 31

Bảng 3.3 Lượng P tích lũy trong cây lúa ở các công thức bón TSH khác nhau 32

Bảng 3.4 Lượng K tích lũy trong cây lúa ở các công thức bón TSH khác nhau 34

Bảng 3.5 Lượng Ca tích lũy trong cây lúa ở các công thức bón TSH khác nhau 35

Bảng 3.6 Lượng Mg tích lũy trong cây lúa ở các công thức bón TSH khác nhau 36

Bảng 3.7 Chiều cao cây lúa (cm) sau trồng 3, 6 và 9 tuần ở các công thức bón TSH khác nhau 37

Bảng 3.8 Số dảnh lúa sau cấy 3, 6, 9 tuần ở các công thức bón TSH khác 39

Bảng 3.9 Khối lượng cây lúa (g/ khóm) ở các công thức bón loại và lượng than khác nhau 40

Bảng 3.10 Các yếu tố cấu thành năng suất lúa mùa 2012 ở các công thức

bón TSH khác nhau 41 Bảng 3.11 Các yếu tố cấu thành năng suất lúa xuân 2013 ở các công thức

bón TSH khác nhau 42 Bảng 3.12 Năng suất lý thuyết và năng suất thực thu ở các công thức

bón TSH khác nhau 43 Bảng 3.13 Một số chỉ tiêu lý và hóa tính của tầng ñất mặt sử dụng trong

nghiên cứu 63 Bảng 3.14 Ảnh hưởng của việc sử dụng TSH ñến các chỉ tiêu lý tính của ñất xám bạc màu vùng Hiệp Hòa, Bắc Giang 45 Bảng 3.15 Ảnh hưởng của việc sử dụng TSH ñến một số chỉ tiêu hóa học của ñất xám bạc màu vùng Hiệp Hòa, Bắc Giang 47

Danh mục các hình vẽ ñồ thị

Hình 1.1: ðốt trấu theo ñống 54

Hình 1.2: Phương pháp ñốt theo lò ñất 55

Hình 1.3 57

Hình 1.4: Phương pháp ñốt theo thùng tôn 58

Hình 1.5: Phương pháp ñốt theo thùng phuy có gắn ống khói 60

Hình 1.6: Phương pháp nhiệt phân gián tiếp 61

Hình 1.7: Phương pháp nhiệt phân theo lò gạch cách nhiệt 62

Hình 1.8: Phương pháp lò thiết kế từ thung phuy và có lớp phủ cách nhiệt 64

Hình 1.9: Hệ thống nhiệt phân nhanh khép kín 65

Hình 1.10: Thí nghiệm trấu ñốt theo ñống 67

Hình 1.11: ðốt trấu bằng ống khói 68

Hình 1.12 ðốt rơm rạ trong thùng tôn có ống khói 68

Hình 1.13 Sản phẩm TSH từ rơm rạ 69

Hình 1.14 ðốt thân, lá ngô trong thùng tôn 69

Hình 1.15 Sản phẩm TSH từ thân lá ngô theo PP3 70

Hình 1.16 Chuẩn bị lò ñốt theo PP4 70

Hình 1.17 Sản phẩm TSH từ thân lá ngô 71

Hình 1.18 Kiểu lò ñốt theo PP5 và sản phẩm TSH từ vỏ dừa 71

ðồ thị 3.1: Số dảnh lúa/ khóm giai ñoạn 6 tuần sau cấy ở các công thức bón than khác nhau 39

MỞ ðẦU

1 Tính cấp thiết của ñề tài

Cùng với quá trình thâm canh tăng năng suất cây trồng, thế giới ñang phải ñối mặt với nguy cơ suy giảm chất lượng môi trường ñất do lạm dụng hoá chất Nhiều kết quả nghiên cứu ñã chứng minh hàm lượng chất hữu cơ và sức sản xuất của ñất ñang bị suy giảm nghiêm trọng do sử dụng lâu dài phân bón hóa học Việc tăng cường bón các loại phân hữu cơ như phân chuồng, phân xanh, phân rác ủ kết hợp với bón phân khoáng ñang ñược khuyến khích mạnh mẽ trong sản xuất trồng trọt ñể cải tạo và duy trì sức sản xuất của ñất Mặc dù vậy, trong xu hướng công nghiệp hóa và hiện ñại hóa nông nghiệp, nguồn vật liệu hữu cơ ñang ngày càng cạn kiệt dần, do ñó việc tìm kiếm các nguồn vật liệu thay thế là ñiều kiện tiên quyết ñể duy trì một nền sản xuất nông nghiệp bền vững

Một số bằng chứng thực tế cho thấy C trong than sinh học (TSH), một sản phẩm ñược tạo ra qua quá trình nhiệt phân các vật liệu hữu cơ trong môi trường hoàn toàn yếm khí hoặc nghèo ôxy có khả năng tồn tại bền vững trong môi trường ñất hàng thế kỷ thậm chí hàng thiên niên kỷ, làm tăng lượng C lưu giữ trong ñất, giảm C phát thải vào khí quyển, ñồng thời có ảnh hưởng tích cực ñến sức sản xuất của ñất Vì vậy, TSH ñược mệnh danh là “vàng ñen” trong nông nghiệp Với hàm lượng carbon cao và ñặc tính xốp, than sinh học

có thể giúp ñất giữ nước, dưỡng chất và bảo vệ vi khuẩn có lợi cho ñất, qua

ñó góp phần tăng sản lượng cây trồng Bên cạnh ñó, TSH còn ñóng vai trò như bể chứa carbon tự nhiên - cô lập và nhốt khí CO2 trong ñất “nguồn: http://yeumoitruong.vn/”

Mặc dù người dân Việt Nam ñã biết sử dụng phương pháp ñốt yếm khí

ñể sản xuất than hoa, ñốt trấu ñể bón ruộng nhưng những nghiên cứu một cách hệ thống sản xuất và ứng dụng TSH vẫn còn là một lĩnh vực mới mẻ Gần ñây, Viện Môi trường Nông nghiệp ñã tiến hành một số ñề tài nghiên cứu

công nghệ sản xuất than sinh học từ các nguồn phế, phụ phẩm khác nhau Kết quả cho thấy trữ lượng các bon chứa trong than sinh học sản xuất từ gỗ, tre nứa, rơm rạ tuy khác nhau song ựều ựạt rất cao Mặc dù vậy việc nghiên cứu ứng dụng các loại than này ựể tăng khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng từ

ựó tăng năng suất lúa và cải thiện chất lượng ựất, ựặc biệt là các vùng ựất bạc màu do canh tác lâu năm vẫn còn hạn chế để có cơ sở khoa học ựịnh hướng cho việc ứng dụng các loại than sinh học trong sản xuất nông nghiệp, ựặc biệt

là sản xuất lúa trên các nền ựất xám bạc màu, chúng tôi thực hiện ựề tài

ỘNghiên cứu hiệu lực một số loại than sinh học (biocoal) cho lúa trên ựất

xám bạc màuỢ

2 Mục tiêu của ựề tài

đánh giá ựược khả năng cải tạo ựộ phì và năng suất cây lúa của các loại than sinh học trên ựất xám bạc màu và ựề xuất ựược kỹ thuật sử dụng hiệu quả chúng, góp phần thúc ựẩy sản xuất và sử dụng than sinh học ựể khai thác tối ưu tiềm năng của các nguồn phế, phụ phẩm nông nghiệp

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Cung cấp các dẫn liệu về chất lượng ựất sau khi sử dụng than sinh học

ựể có cơ sở ứng dụng các loại than nhằm phục hồi và nâng cao sức sản xuất của ựất

Một số bằng chứng thực tế cho thấy C trong than sinh học (TSH), một sản phẩm ñược tạo ra qua quá trình nhiệt phân các vật liệu hữu cơ trong môi trường hoàn toàn yếm khí hoặc nghèo ôxy (ñược gọi là biocoal hay TSH), có khả năng tồn tại bền vững trong môi trường ñất hàng thế kỷ thậm chí hàng thiên niên kỷ, làm tăng lượng C lưu giữ trong ñất, giảm C phát thải vào khí quyển, ñồng thời có ảnh hưởng tích cực ñến sức sản xuất của ñất [2] Vì vậy, TSH ñược mệnh danh là “vàng ñen” vì những ứng dụng của nó trong nông nghiệp và môi trường Hàm lượng carbon cao cùng với ñộ xốp tự nhiên của TSH giúp ñất giữ ñược nước và các chất dinh dưỡng, ñồng thời bảo vệ các loại vi khuẩn sống trong ñất, chống lại tác ñộng xấu của thời tiết, xói mòn ñất

Hơn nữa, TSH còn ñóng vai trò là bể chứa carbon tự nhiên có khả năng lưu trữ CO2 trong ñất Nhờ ñó, việc bổ sung một lượng nhất ñịnh TSH vào ñất có thể cải tạo lý, hóa tính ñất, làm tăng ñáng kể năng suất cây trồng Tuy nhiên, hiệu quả cải tạo lý tính, hóa tính, dinh dưỡng ñất cũng như khả năng nâng ñỡ sinh trưởng và năng suất của than sinh học phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của từng lọai than và từng loại ñất khác nhau Vì vậy, việc tiến hành các nghiên cứu chuyên sâu về hiệu quả cải tạo ñất và tăng năng suất cây trồng của các loại than cho từng vùng ñất, từng vùng sinh thái là có cơ sở khoa học và cần thiết, góp phần nâng cao hiệu quả kỹ thuật, kinh tế và môi trường khi sử dụng than sinh học

1.2 Tổng quan tài liệu

1.2.1 ðặc tính và tác dụng của các loại than than sinh học

1.2.1.1 ðặc tính của TSH

Than sinh học ñược nhiều nhà khoa học xem như “vàng ñen” cho ngành nông nghiệp Với hàm lượng carbon cao và ñặc tính xốp, than sinh học

có thể giúp ñất giữ nước, dưỡng chất và bảo vệ vi khuẩn có lợi cho ñất, qua

ñó góp phần tăng sản lượng cây trồng Thông tin về các ñặc tính lý hóa học của TSH rất hạn chế Tuy nhiên qua tổng hợp từ nhiều nguồn [20] cho thấy lượng TSH thu ñược là 28,5%, hàm lượng TSH trong TSH là 79,6% và năng suất carbon là 49,9% Các yếu tố chính quyết ñịnh ñặc tính của TSH là: (1) loại chất hữu cơ dùng ñể hun, (2) môi trường hun (ví dụ nhiệt ñộ, khí) (3) chất

bổ sung trong quá trình hun Nguồn hữu cơ cung cấp cho hun than có ảnh hưởng rất lớn ñến chất lượng TSH, hàm lượng dinh dưỡng và chất dễ tiêu

Ở nước ta, Viện Môi trường nông nghiệp ñã nghiên cứu tiềm năng khai thác các nguồn phụ phẩm nông nghiệp ñể sản xuất phân hữu cơ và các loại TSH, qua ñó cho thấy nếu tận dụng hết các nguồn phụ phẩm này, nguồn nguyên liệu cho TSH là khá lớn (Bảng 1.1.)

Bảng 1.1 Tiềm năng sinh khối phụ phẩm nông nghiệp

Nguồn sinh khối nông nghiệp Tiềm năng (triệu tấn) Tỷ lệ (%)

“Nguồn: Viện Môi trường Nông nghiệp, 2012”

Song song với nghiên cứu về tiềm năng khai thác phụ phẩm, Viện cũng

ñã nghiên cứu chất lượng của một số loại TSH ñược sản xuất từ các nguồn phụ phẩm khác nhau như trấu, rơm rạ, lá mía, thân lá ngô, lõi ngô, vỏ dừa v.v Kết quả cho thấy, hiệu suất thu hồi carbon và chất lượng than có sự khác nhau giữa các phương pháp ñốt (Bảng 1.2)

Bảng 1.2 Chất lượng than sinh học ñược sản xuất từ các nguyên liệu khác nhau

% Trọng lượng TSH

K2O (%)

Hiệu suất thu hồi C (%)

a Ảnh hưởng bón TSH ñến chất lượng ñất

- TSH giúp cố ñịnh carbon trong môi trường

ðất có vai trò quan trọng như là một bể chứa trong quá trình cố ñịnh

CO2 từ không khí Thông thường các phương pháp tăng quá trình cố ñịnh C ñược khuyến cáo như trồng cỏ, nông lâm kết hợp và duy trì thảm cỏ phục vụ chăn nuôi ở các vùng ñất nhiệt ñới ñể làm tăng ñộ dày của tầng rễ [7] C bị biến ñổi thành CO2 rất nhiều sau khi bón các loại phân hữu cơ phân giải nhanh như bùn thải hoặc phân chuồng [6]; [8] Thậm chí trong các hệ thống ñốt nương làm rẫy, hầu hết C bị thải trở lại không khí sau khi ñốt và một phần rất nhỏ còn lại ở dạng TSH Trên phạm vi toàn cầu ước tính khoảng 4 - 8 triệu tấn sinh khối bị ñốt cháy trong ñó 1,3 ñến 1,7 triệu tấn là ñi vào không khí do ñốt, chỉ có 0,5 ñến 0,7 triệu tấn ñược chuyển thành TSH Do ñó giúp cho C ñi vào ñất ở dạng TSH là một cách rất tốt ñể cố ñịnh CO2 không khí và có vai trò quan trọng trong việc cố ñịnh C toàn cầu bởi hệ số thu hồi C từ phương pháp hun là rất cao (có thể ñạt 50% so với 3% từ kỹ thuật ñốt truyền thống) Do ñó, bón TSH vào ñất có thể ñược coi là một biện pháp chứa CO2 dài hạn

Sản xuất TSH từ các vật liệu trấu, mùn cưa, sơ dừa, gỗ tạp, cũng ñã xuất hiện và ñang phát triển nhanh chóng trong những năm vừa qua ở Việt Nam nhưng TSH ñược sản xuất ra chủ yếu ñể làm chất ñốt, thay thế cho một số nguồn nhiên liệu khác Qua các thí nghiệm nghiên cứu tại vùng ðBSCL, [1] ñã cho biết hàm lượng C hữu cơ trong ñất ñược cải thiện rõ rệt khi bón TSH

Bảng 1.3 Ảnh hưởng của việc sử dụng TSH sản xuất từ trấu ñến các chỉ hóa học của ñất trồng lúa tại Long An sau hai vụ sử dụng liên tiếp

Các chỉ tiêu hóa học

OC N P 2 O 5 K 2 O CEC BS Công thức

Dung trọng g/cm 3

Tỷ trọng g/cm

ðộ xốp (%)

Sét

<0,002

mm

Limon 0,02- 0,002m

m

Cát mịn 0,02- 0,2mm

Cát thô 0,2- 2,0mm

- TSH có thể làm giảm ựộ chua, tăng dung tắch hấp thu và ựộ phì nhiêu của ựất

Theo (Glaser, 2007 - dẫn theo Vũ Thắng, 2012) sử dụng TSH làm chất cải tạo ựất thực chất ựã ựược áp dụng từ xa xưa ở một số nơi trên thế giới, ựiển hình là ở vùng lưu vực sông Amazon, Nam Mỹ Hầu hết các loại ựất ở lưu vực sông Amazon có ựặc tắnh chua, dung tắch hấp thu thấp, nghèo dinh dưỡng và tiềm năng sản xuất cây trồng thấp độ phì nhiêu ựất là yếu tố hạn chế phát triển nông nghiệp bền vững trong vùng Nhiều thế kỷ trước ựây, những người bản ựịa ựã tìm ra cách cải tạo ựất bằng việc sử dụng một hỗn hợp than từ các chất thải ựộng vật và gỗ ựược gọi là ỘTerra Preta de IndiosỢ (TPI, có nghĩa là ựất ựen theo tiếng Bồ đào Nha) Những vùng ựất ựược bón TPI cho ựến nay vẫn luôn duy trì ựộ phì nhiêu cao hơn hẳn các loại ựất khác trong vùng mà không ựược bón TPI Cụ thể ựất ở vùng Amazon ựược bón TPI có hàm lượng hữu cơ, ựạm và lân gấp ba lần và sức sản xuất gấp hai lần ựất ở các vùng ựất lân cận Một hecta ựất ựược bón TPI chứa tới 250 tấn SOC

ở tầng 0-30cm (trong ựất không ựược cải tạo là 100 tấn SOC) và 500 tấn SOC trong tầng 0-100cm (Glaser, 2007 - dẫn theo Vũ Thắng, 2012) Trong tổng lượng SOC ựó có tới 40% là C ựen CEC trong ựất ựen ở Amozonia tăng theo ựường tuyến tắnh với sự tăng lên của SOC (Lehmann et al., 2003 - dẫn theo

Vũ Thắng, 2012) Ngoài ra, nhờ sử dụng TPI ựã duy trì ựược ựộ phì nhiêu ựất lâu dài nên nó ựã góp phần ngăn ngừa nạn phá rừng lấy ựất trồng trọt trong vùng Tương ứng với sự tăng lên SOC và CEC, hàm lượng các chất dinh dưỡng còn lại trong ựất cải tạo bằng bón TSH cao hơn so với ựất không ựược bón Nghiên cứu của (Steiner, 2007 - dẫn theo Vũ Thắng, 2012) về hiệu quả

TSH ựưa vào ựất xanthic ferralsols trồng ngô, lúa và kê ở Brazil ựã chỉ ra

rằng lượng dinh dưỡng P, K, Ca, Mg, N còn lại trong các ô bón phân khoáng kết hợp TSH (liều lượng 11 tấn C/ha) cao hơn cho dù lượng dinh dưỡng bị lấy

ñi khỏi ñất dạng sinh khối cây là lớn hơn khi so sánh với ô chỉ bón phân khoáng, không bón TSH [2]

Ở các vùng nhiệt ñới, ñất bị khoáng hóa mạnh do thâm canh cao, bón TSH có thể làm tăng pH và giảm nhôm di ñộng trong ñất chua [10]; [25] Bón TSH làm tăng pH ñất ñối với rất nhiều loại thành phần cơ giới khác nhau, mức tăng có thể lên tới 1,2 ñơn vị pH [25] Thậm chí vẫn còn có thể nhận ra

pH tăng ở các công thức bón TSH (pH=6,3) so với ñối chứng (pH=5,8) sau 3 năm bón TSH (Kishimoto and Sugiura 1985 - dẫn theo Vũ Thắng, 2012) Theo (Tryon, 1948 - dẫn theo Vũ Thắng, 2012) thì pH sẽ tăng mạnh hơn ở những vùng ñất cát và thịt so với trên nền ñất sét Kết quả là ñộ no bazơ tăng ñến tận 10 lần so với trước khi bón TSH, còn CEC thì tăng ñến 3 lần bởi vì khi bón TSH cũng là bổ sung thêm các nguyên tố kiềm K, Ca, Mg vào dung dịch ñất, tăng pH ñất và tăng dinh dưỡng dễ tiêu cho cây trồng trong ñất Nhiều nghiên cứu cũng ñã chỉ ra rằng kể cả lượng TSH nhỏ bón vào ñất thì cũng tăng một cách ñáng kể lượng cation kiềm trong ñất, kể cả lượng ñạm tổng số và lân dễ tiêu cũng tăng hơn so với ñối chứng

Nông dân ở Nhật Bản cũng ñã có truyền thống sử dụng TSH ñể cải tạo ñất (Nishio, 1996 - dẫn theo Vũ Thắng, 2012) cho rằng việc bón TSH vào ñất

có thể kích thích hoạt ñộng của nấm cộng sinh rễ trong ñất (arbuscular mycorrhiza fugi) và bởi vậy nó ảnh hưởng tích cực tới sự sinh trưởng của cây

Mối quan hệ giữa TSH và nấm cộng sinh rễ trong ñất có vai trò quan trọng trong việc khám phá ra cơ chế và tiềm năng cải tạo ñộ phì nhiêu ñất của than Theo [26], bốn cơ chế tác ñộng của TSH ñến sự phong phú của các loại nấm cộng sinh rễ trong ñất có thể là:

+ Làm thay ñổi các tính chất hóa lý của ñất

+ Ảnh hưởng gián tiếp ñến nấm cộng sinh rễ mycorrhizal thông qua ảnh hưởng ñến các loài vi khuẩn khác

+ Can thiệp vào quá trình truyền tắn hiệu giữa nấm và cây và khử các hóa chất ựộc

+ Cung cấp nơi cư trú cho các thực thể nấm

Ở Việt Nam, kết quả nghiên cứu Bảng 1.3 trên ựây cũng cho thấy, tuy hiệu quả chưa thực sự rõ rệt nhưng ở công thức bón 8 tấn TSH/ ha ựã cải thiện rõ rệt ựộ pH ựất [1]

- TSH làm tăng khả năng giữ nước của ựất

Không chỉ làm thay ựổi ựặc tắnh hóa học ựất, TSH còn ảnh hưởng tới tắnh chất lý học ựất như khả năng giữ nước của ựất và hạt kết Những tác dụng này có thể nâng cao lượng nước dễ tiêu cho cây trồng và giảm xói mòn ựất [25] Những ựặc tắnh lý hóa học của các loại ựất nghèo hữu cơ thường ựược cải thiện bằng các hình thức canh tác gắn liền với việc sử dụng chất hữu cơ như phân xanh, chất thải hữu cơ và các chất mùn từ than [25] Một nhược ựiểm rất lớn của việc sử dụng tàn dư hữu cơ là phải bón một lượng rất lớn từ

50 ựến 200 tấn/ ha mới cải thiện ựược một phần ựặc tắnh của ựất đáp ứng ựược lượng bón lớn như vậy là không thực tế (Piccolo et al., 1996 - dẫn theo

Vũ Thắng, 2012) Trong khi ựó [25] cho thấy chỉ cần bón một lượng nhỏ (1.5 tấn haỜ1) than giàu axắt humic cũng làm tăng từ 20 ựến 130% hạt kết ổn ựịnh, trong khi phải cần ựến một lượng 50Ờ200 tấn/ ha sản phẩm hữu cơ chưa phân hủy ựể tăng ựáng kể lượng hạt kết bền trong ựất Hơn nữa chất thải hữu cơ lại

có thể chứa rất nhiều chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ

đất anthrosols giàu than ở Amazonian có khả năng giữ nước cao hơn 18% so với ựất vùng xung quanh không có TSH [20] Người ta cũng quan sát thấy khả năng không thấm nước của ựất cũng tăng lên sau khi ựốt thảm thực vật trên bề mặt ựất điều này một phần có thể do các mảnh nhỏ của tro và than chặn ựứng các khe hở ựất và làm giảm tốc ựộ thấm nước Cơ chế ựược quan tâm nhiều hơn là có thể các hợp chất hữu cơ kỵ nước có trong TSH ựược

tạo ra trong quá trình ñốt và khi ñưa vào ñất chúng bao phủ các hạt ñất Vỏ bọc hữu cơ quanh hạt ñất là nguyên nhân cơ bản dẫn ñến tính không thấm nước của ñất [13]

Ảnh hưởng của TSH ñến ñộ ẩm của các loại ñất có thành phần cơ giới khác nhau là khác nhau (Tryon, 1948 - dẫn theo Vũ Thắng, 2012) ñã nghiên cứu ảnh hưởng bón TSH ñến 3 loại ñất cát, mùn và sét ñã chỉ ra rằng than củi làm tăng ñộ ẩm hữu hiệu trong ñất cát, không ảnh hưởng tới ñất mùn và làm giảm ñộ ẩm hữu hiệu trong ñất sét Kết quả này cho thấy việc ñưa TSH vào ñất có hàm lượng cấp hạt sét cao có thể sẽ không phù hợp trong việc làm tăng khả năng giữ ẩm của ñất Ngược lại, TSH có thể sẽ là một công cụ ñể chống lại quá trình sa mạc hóa ở các vùng ñất cát Như vậy cần tiếp tục tiến hành các nghiên cứu về vai trò của TSH trong việc làm thay ñổi khả năng giữ nước của ñất ở các vùng ñất khác nhau [4]

- TSH làm giảm mức ñộ thấm sâu của các chất trong ñất và tăng khả năng giữ dinh dưỡng của ñất

TSH có thể hạn chế sự thấm sâu của các chất gây ô nhiễm trong ñất nông nghiệp ðiều này có thể do khả năng hút bám của TSH ñối với các chất hòa tan như là Al3+, NO3-, PO43- và các ion hòa tan khác Nghiên cứu của (Lehmann, 2003 – dẫn theo Vũ Thắng) cũng cho thấy lượng các chất khoáng

N, K, Ca và Mg thấm sâu tích lũy lại trong ñất ñen vùng Amazon (ñất ñược bón TPI) tương ứng bằng 24, 45, 79 và 7% so với lượng tích lũy trong ñất

ferralsols Với khả năng này, TSH nên ñược nghiên cứu ñể ứng dụng vào việc

hạn chế rửa trôi dinh dưỡng bề mặt ở các lưu vực và hạn chế ô nhiễm nước ngầm gây ra bởi sự thấm sâu của các hóa chất sử dụng trong nông nghiệp

TSH không chỉ cải thiện hàm lượng dinh dưỡng dễ tiêu mà còn tăng khả năng giữ dinh dưỡng trong ñất Trong khi ñó, các sản phẩm hữu cơ thoái hóa như tro than hoặc tro bay không có khả năng này ðiều này rất quan

trọng với các loại ñất bị phong hóa hấp phụ ion kém Nếu trộn một lượng lớn TSH từ cây gỗ cứng vào ñất thì CEC có thể tăng 50% so với ñối chứng [25] nhưng với một lượng TSH nhỏ thì vẫn tăng CEC trong ñất, trong khi ñó bón tro than hoặc tro bay cũng không tăng khả năng giữ dinh dưỡng của ñất [11] ðiển hình, Fujita I, Tomooka J, Sugimura T [16] ñã tính ñược khả năng hấp phụ anion của TSH nguyên chất là 88,2 cmolc/ kg, còn Lehmann J, Sila JP da

Jr, [24] cho biết sự rửa trôi NH4+ trên ñất Ferralsol khi bón nhiều TSH, ñiều

ñó cho thấy NH4+ ñược TSH hấp phụ và lượng ñạm ñược cây lúa hút khi bón kết hợp phân bón và TSH cũng có sự ảnh hưởng ñến việc giữ NH4+ Khả năng giữ dinh dưỡng cũng có thể ñạt ñược do khả năng giữ dinh dưỡng trong các khe hở lớn và nhỏ Nhiều nghiên cứu khác cũng chỉ ra bón TSH vào ñất thì tăng khả năng giữ ion trong ñất và giảm sự rửa trôi của chất hữu cơ hòa tan và các chất dinh dưỡng hữu cơ

b Ảnh hưởng TSH ñến năng suất cây trồng và sức sản xuất của ñất

Các bằng chứng khoa học ñến nay ñều cho thấy rằng bổ sung TSH vào ñất trong quá trình canh tác làm tăng năng suất cây trồng ñồng thời duy trì ñược sức sản xuất của ñất lâu hơn Tuy nhiên liều lượng sử dụng TSH và mức

ñộ ảnh hưởng của nó ñến năng suất cây trồng dao ñộng trong vùng khá rộng

giữa các nghiên cứu

Bón TSH vào ñất làm tăng ñáng kể tỷ lệ nảy mầm của hạt giống, sự sinh trưởng phát triển và năng suất cây trồng Tỷ lệ nảy mầm có thể tăng 30%, chiều cao cây tăng 24% và sinh khối cũng tăng 13% so với ñối chứng [9] Các tác giả này cũng cho biết, nếu bón 0,5 tấn TSH/ha thì chiều cao của cây sugi tăng thêm 1,26 ñến 1,35 lần và sản lượng tăng 2,3 ñến 2,4 lần Với cây hàng năm, năng suất có thể tăng 200% nếu ñược bón lượng TSH cao Ngoài việc cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết, các axít humic trong TSH còn chứa các hóc môn có khả năng tăng trưởng cây trồng Tuy nhiên ñể tìm ra

lượng TSH tối ưu bón cho cây trồng thì cần phải xác ñịnh cho từng loại ñất và cây trồng nhất ñịnh Một số nghiên cứu gần ñây còn cho thấy tác dụng của TSH ñối với sinh trưởng và năng suất cây trồng còn cao hơn nếu bón kết hợp với phân khoáng [20]

Nghiên cứu của (Kishimoto & Sugiura, 1985 - dẫn theo Vũ Thắng, 2012) thì cho thấy bón TSH cho ñậu tương (trồng trên ñất mùn trên núi ở Nhật Bản) có thể tăng năng suất ñậu 151, 63 và 29% tương ứng với các mức bón 0,5, 5 và 15 tấn than/ ha Trong khi nghiên cứu của (Rondon et al., 2005 -

dẫn theo Vũ Thắng, 2012) cho thấy trưởng sinh khối của ñậu (Phaseolus vulgaris L.) tăng lên khi bón TSH ở mức 6 tấn than/ha nhưng giảm xuống tới

mức bằng sinh khối ở ô ñối chứng khi lượng TSH tăng lên mức 9 tấn/ ha Trong khi (Lehmann, 2007 - dẫn theo Vũ Thắng, 2012) báo cáo bón TSH vào ñất tới mức 14 tấn/ ha ñối với ñất vùng nhiệt ñới ẩm vẫn thấy năng suất cây

trồng tăng Còn với ñậu ñũa trồng trên ñất Xanthic ferralsols, bón TSH ở mức 6,7

và 13,5 tấn than/ ha làm tăng sinh khối lên tương ứng là 150 và 200% [20]

Nghiên cứu của (Steiner et al., 2007 - dẫn theo Vũ Thắng, 2012) thì cho thấy bón TSH (sản xuất từ các cây gỗ rừng, kích cỡ < 2 mm) với liều lượng

11 tấn/ ha kết hợp với phân khoáng NPK trên ñất Xanthic ferralsols trồng

ngô, lúa, kê ở Brazil làm tổng năng suất hạt tăng gấp ñôi so với năng suất ở công thức chỉ bón phân khoáng Năng suất giảm dần ở tất cả các công thức qua các vụ trồng nhưng lượng giảm ở ô bón phân khoáng kết hợp TSH thấp hơn ở ô chỉ bón phân khoáng Liều lượng và mức ñộ ảnh hưởng của phân bón

có sự biến ñộng khá lớn trong các nghiên cứu trên ðiều này có thể có liên quan tới sự khác nhau về ñặc tính của TSH ñược sử dụng, tính chất ñất nghiên cứu, giống cây trồng sử dụng và các biện pháp kỹ thuật canh tác ðặc tính TSH có thể bị chi phối bởi nguồn vật liệu ñưa vào sản xuất than, nhiệt ñộ ñể nhiệt phân trong quá trình sản xuất và các yếu tố công nghệ khác trong quy

trình sản xuất than ñều có thể dẫn ñến sản phẩm than có ñặc ñiểm vật lý và thành phần hóa học khác nhau Nghiên cứu về ảnh hưởng của các loại TSH liên quan ñến vật liệu ñầu vào và nhiệt ñộ nhiệt phân, liều lượng và phương

pháp bón ñối với các loại ñất và cây trồng khác nhau là cần thiết hiện nay

Người dân bản ñịa tại các vùng nhiệt ñới ở Nam Mỹ và châu Phi ñã nhận thức ñược ảnh hưởng tích cực của than sinh học ñến ñất và sự sinh trưởng của cây trồng cách ñây hàng nghìn năm Nhưng, nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu than sinh học vì nó không chỉ có tiềm năng mở ra những thị trường lợi nhuận mới cho ngành nông nghiệp và công nghiệp, mà còn cung cấp dữ liệu quan trọng cho bảo vệ ñất và khí hậu Các kết quả nghiên cứu cũng quan trọng trong bối cảnh báo cáo ñánh giá lần thứ 5 mới ñược công bố, trong ñó Ủy ban liên chính phủ về biến ñổi khí hậu nêu rõ, nồng ñộ các khí nhà kính CO2, metan và nitơ oxit trong khí quyển lần lượt tăng 40%, 150% và 200% kể từ năm 1750 do họat ñộng của con người Nguồn phát thải nitơ oxit chủ yếu là ngành nông nghiệp chiếm 84% Do

ñó, việc nghiên cứu các chiến lược giảm phát thải nitơ oxit ñồng thời sử dụng phân nitơ bền vững và duy trì sản lượng cây trồng có ý nghĩa lớn về kinh tế và

môi trường “nguồn: www.vista.vn/UserPages/News/ than-sinh-hoc /”

Ở nước ta, ñã có một số công trình nghiên cứu về hiệu quả của TSH ñối với sinh trưởng và năng suất một số cây trồng như lúa, ngô v.v Kết quả cho thấy, hiệu quả tăng năng suất của TSH ñối với cả hai cây trồng này không thực sự rõ rệt Nguyên nhân có thể do hiệu quả của TSH có sự sai khác trên các vùng ñất, thời vụ, chế ñộ phân bón khác nhau Do ñó cần có những nghiên cứu bổ sung ñể phát huy tốt hơn hiệu quả của TSH trong việc tăng năng suất cây trồng tại các vùng sinh thái và hệ thống canh tác khác nhau (Bảng 1.5)

Bảng 1.5 Hiệu quả sử dụng TSH sản xuất từ trấu trên lúa và ngô

Công thức

Chi phí phân bón (nghìn ñồng)

Năng suất (tấn)

Giá bán (nghìn ñồng/tấn)

Thu nhập

Chênh lệch giữa chi phí và thu nhập THÍ NGHIỆM TRÊN LÚA

THÍ NGHIỆM TRÊN NGÔ

“Nguồn: * Mai Văn Trịnh (2013); Sóc Sơn, Hà Nội, lúa xuân 2010-2013”

** Nguyễn Văn Hiền (2013), Thanh Hóa, lúa xuân 2012”

*** Trần Viết Cường (2012); Long An, lúa và ngô vụ mùa 2011”

1.2.3 Hiện trạng ứng dụng TSH trong sản xuất nông nghiệp

Trong hầu hết các môi trường nhiệt ñới, nền nông nghiệp bền vững phải ñối mặt với một hạn chế lớn là hàm lượng dinh dưỡng thấp và tốc ñộ khoáng hóa nhanh của chất hữu cơ ñất [24] Hậu quả là khả năng trao ñổi cation của ñất (hàm lượng cation thường thấp vì ñặc tính khoáng sét) giảm nhanh Trong hoàn cảnh như vậy hiệu quả của phân khoáng là rất thấp Hơn nữa nhiều nông dân không thể chịu ñược khoản ñầu tư cho mua phân khoáng theo ñúng khuyến cáo Do ñó thiếu dinh dưỡng là rất phổ biến trong việc canh tác cây trồng ở vùng nhiệt ñới Loại hình sử dụng ñất phổ biến trên vùng ñất dốc nhiệt ñới là canh tác nương rẫy với kỹ thuật ñốt nương làm rẫy Do ñốt tàn dư cây trồng nên dinh dưỡng bổ sung vào trong ñất rất nhanh Lượng dinh dưỡng bổ sung này ñem lại hiệu quả tích cực cho ñộ phì ñất chỉ trong một thời gian ngắn [20]; [21] Hơn nữa việc ñốt tàn dư cây trồng thải ra một lượng lớn khí nhà kính CO2 và NOx nguyên nhân ñóng góp vào quá trình nóng lên toàn cầu [13] Việc rải tàn dư cây trồng, bón các loại phân ủ, phân chuồng cũng có tác dụng tăng ñộ phì nhiêu ñất Tuy nhiên dưới ñiều kiện nhiệt ñới

chất hữu cơ bị khoáng hóa rất nhanh và chỉ một phần nhỏ của phân hữu cơ bón vào ñược tồn tại ổn ñịnh trong ñất trong thời gian dài nhưng lại thải vào không khí ở dạng CO2 [12] Cách khắc phục là phải sử dụng dạng carbon bền vững như các vật liệu carbon hóa hoặc các chất carbon tự chiết xuất Những nghiên cứu mới ñây của [17] và [18, 19] ñã chỉ ra rằng các vật liệu ñược carbon hóa từ việc ñốt cháy không hoàn toàn các chất hữu cơ (ví dụ TSH, carbon ñen, carbon hun hay charcoal) có tác dụng rất tốt trong việc duy trì lượng dinh dưỡng dễ tiêu và chất hữu cơ cao trong một loại ñất cổ của vùng Amazon, Brazil ðất này ñược gọi là Terra Preta do Indio (Terra Preta) gắn liền với sự hình thành và ñịnh cư của nhóm người thuộc dân da ñỏ Nó có khối lượng lớn C ñen và là nguồn bổ sung rất lớn và ổn ñịnh chất hữu cơ ñược carbon hóa vì ở ñây người ta chỉ sản xuất TSH phục vụ cho các lò sưởi và bón rất ít TSH vào ñất, nguồn này chủ yếu là từ cháy rừng và canh tác nương rẫy [15]; [14]

Việc sử dụng TSH làm chất cải tạo ñất, nâng cao sức sản xuất của ñất

ñã xuất hiện ở vùng lưu vực sông Amazon (Lehmann et al., 2006 – dẫn theo

Vũ Thắng) và Nhật Bản từ nhiều thế kỷ trước ñây (Kishimoto, 1985 – dẫn theo Vũ Thắng) Trong bối cảnh biến ñổi khí hậu toàn cầu do sự tăng lên của

CO2, CH4 và các khí nhà kính khác trong khí quyển hiện nay, nghiên cứu công nghệ sản xuất và ứng dụng TSH vào các lĩnh vực như sản xuất nông lâm nghiệp, năng lượng, môi trường ñang ñược ñặc biệt quan tâm ở nhiều quốc gia trên thế giới như Mỹ, Nhật, Canada, Úc, Brazil, Sử dụng TSH ñể bảo tồn ñất rừng qua việc chuyển các cây bụi và các cây bị chết do bọ cánh cứng gây ra sang dạng TSH ñể giảm nguy cơ cháy rừng ñang ñược áp dụng ở Mỹ Tận dụng các cây hay bộ phận cây rừng không có giá trị thương phẩm sản xuất thành TSH vừa ñể cải tạo ñất vừa biến các bể phát thải C trong rừng thành các bể chứa C, làm giảm lượng CO2 phát thải vào khí quyển ñang là mô

hình ñược áp dụng ở nhiều quốc gia như Canaña, Úc, Công-gô Khai thác TSH làm vật liệu lọc các kim loại nặng tại những ñiểm ô nhiễm cũng ñang ñược triển khai ở Mỹ

Công nghệ sản xuất TSH hiện nay ñang nhận ñược sự quan tâm ñặc biệt của các nhà nghiên cứu trên thế giới Trong quá trình nhiệt phân các vật liệu hữu cơ ñể sản xuất than có khoảng 30-50% C ñược giữ lại trong than, phần C còn lại là ở dạng khí và lỏng [12] Nếu lượng C dạng khí không thu lại ñược mà bay vào khí quyển thì việc khuyển khích sản xuất TSH có thể ñem lại những tác ñộng tiêu cực về mặt môi trường vì nó làm tăng nhanh lượng

CO2 phát thải vào khí quyển Do vậy ñể sản xuất TSH ñem lại hiệu quả cả về mặt môi trường và kinh tế thì công nghệ sản xuất trước hết phải thu giữ ñược tối ña các chất khí và lỏng làm trong quá trình nhiệt phân và tận dụng ñược chúng làm nguồn nhiên liệu sinh học thay thế một phần cho nhiên liệu hóa thạch hiện nay

TSH ñược tạo ra trong quá trình nhiệt phân không phải là chất ñồng nhất [21] và các thành phần khác nhau của than có thể bị phân hủy với tốc ñộ khác nhau dưới ñiều môi trường ứng dụng khác nhau Nguồn nguyên liệu lớn nhất ñưa vào sản xuất TSH hiện nay là các cây bụi, cây tạp, cây chết, gỗ thải trong các khu chế biến, các phế phụ phẩm cây trồng trong trồng trọt, chế biến nông sản, chất thải ñộng vật trong chăn nuôi, rác thải hữu cơ Trong qúa trình sản xuất TSH, nhiệt ñộ và loại vật liệu hữu cơ sử dụng khác nhau sẽ liên quan ñến khối lượng và tính chất sản phẩm tạo ra khác nhau Khi nhiệt ñộ nhiệt phân tăng thì tỷ lệ than, chất lỏng cô ñặc và nhựa ñường giảm dần (than ñược tạo ra chiếm từ 30-50% trọng lượng vật liệu khi nhiệt phân ở nhiệt ñộ 280oC

và giảm dần xuống 20-30% khi nhiệt ñộ tăng lên 850oC) và ngược lại lượng khí tăng lên từ 20% ñến 80% [12] Vấn ñề ñặt ra cho các nhà nghiên cứu hiện nay là loại vật liệu và công nghệ sản xuất như thế nào ñể tạo ra sản phẩm than

có hiệu quả trong việc cải tạo môi trường ñất và lưu chứa C với chi phí sản phẩm có thể ñược thị trường chấp nhận Yêu cầu quy trình công nghệ sản xuất than ñược phác thảo qua

Carbon sinh học ñược sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như ñể hấp thụ CO2 góp phần làm giảm khí nhà kính, làm chậm sự biến ñổi khí hậu hoặc ñể sản xuất biofilter dùng lọc nước uống trong các gia ñình, hoặc dùng

xử lý nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt… nhưng trong nông nghiệp vẫn ñược dùng nhiều hơn Theo (GS Lehmann, bộ môn ðịa Hoá học ñất, trường ðại học Stanford, 2007 - dẫn theo Vũ Thắng, 2012), khi ñược sử dụng rộng rãi, thuật ngữ TSH (than sinh học) ñược hiểu là than từ bất kỳ sinh khối phế thải nào Trong bối cảnh rộng hơn, TSH có thể ñược hiểu là chất sử dụng

ñể cải thiện chất lượng ñất Những người ñam mê than sinh học nói chung ñồng ý rằng, nguyên than sinh học cần phải ñược xử lý thêm trước khi ñược

bổ sung vào khu vườn hoặc ủ trộn với phân hữu cơ, thường ñược sử dụng ñể tạo vật chất mang các vi sinh vật và chất dinh dưỡng có lợi Than sinh học có diện tích hoạt ñộng bề mặt cao hơn so với than khác và ngày càng có nhiều người quan tâm ñến ñặc ñiểm tiềm năng của than sinh học Các hoạt ñộng của

dự án than sinh học Thụy Sỹ ñã chứng minh tác dụng của than này ñối với ñất Họ ñưa than sinh học thực nghiệm tại Terrigal (Australia) với các công thức thí nghiệm: 1 ðất ñồng bằng, 2 ðất + NPK (Nitơ, Phospho và phân bón Kali), 3 ðất + than sinh học, 4 ðất + NPK + than sinh học, tỷ lệ ứng dụng than sinh học vào ngày 3 lô thử nghiệm là 50 tấn/ha Sau 10 tuần, ở các lô thử nghiệm cho thấy ở các công thức thí nghiệm có Biocarbon ñều cho kết quả tốt

và hiệu ứng tương tự cũng ñược thấy trong nhiều loại ñất và các ñịa ñiểm khác trên thế giới Than sinh học ñược sử dụng phổ biến trên các lĩnh vực nông nghiệp và tích hợp vào các lớp trên của ñất bởi nó có nhiều lợi ích, như làm tăng năng suất cây trồng ñáng kể trên ñất ñang trong tình trạng nghèo,

giúp ngăn chặn dòng chảy và mất mát phân bón, cho phép sử dụng phân bón

ít hơn và giảm bớt ô nhiễm môi trường xung quanh mà vẫn giữ ñược ñộ ẩm, giúp cây qua ñược các thời kỳ hạn hán dễ dàng hơn

(Saibhaskar Nakka, 2007 - dẫn theo Vũ Thắng, 2012) còn cho rằng, than sinh học là than cần cho ñất, ñược sử dụng ñối với ñất cùng với các sửa ñổi khác ñể nâng cao ñộ phì nhiêu của ñất Loại ñất ñen có hàng ngàn năm trước ñược tạo ra trong các vùng của lưu vực sông Amazon cho ñến khi có người Âu Châu ñến Tại châu Á, giá trị của than sinh học ñã ñược biết ñến nhiều tại Ấn ðộ và ñược sử dụng như một thói quen truyền thống và văn hóa cho các mục ñích khác nhau, vì vậy loại than này không bao giờ ñược coi là một loại vật liệu chất thải Mặc dù việc bổ sung than cho các loại ñất ñược thực hiện như là một thói quen, nó vẫn là một phần của truyền thống canh tác tại Ấn ðộ, khi chúng ta khám phá và chứng minh rằng các nông dân ở ñây ñã

sử dụng than củi từ hàng trăm năm ñể sản xuất nông nghiệp bền vững Nhiều nghiên cứu cho thấy, than sinh học có một vai trò quan trọng trong việc giải quyết một số thách thức lớn nhất ñối với nhân loại ngày nay

Nhiều nhà nghiên cứu ñều cho rằng TSH là người bạn tốt nhất của ñất bởi có những lợi ích như: tăng trưởng thực vật, giảm phát thải oxit nitơ (ước tính 50%), triệt khử nhiều sự phát thải mê-tan, giảm nhu cầu phân bón (ước tính 10%), giảm rửa trôi các chất dinh dưỡng, giảm ñộ chua của ñất, tăng pH ñất, lưu trữ carbon trong một bồn rửa ổn ñịnh lâu dài, tăng tập hợp ñất do sợi nấm tăng, giảm ñộc tính nhôm, cải thiện việc xử lý ñất nước, tăng mức ñất ở

có sẵn ñể dùng Ca, Mg, P và K, tăng hô hấp của vi sinh vật ñất, tăng sinh khối

vi sinh vật ñất, tăng nấm rễ Arbuscular mycorrhyzal, kích thích vi sinh vật cố ñịnh ñạm cộng sinh trong cây họ ñậu, tăng khả năng trao ñổi cation

Kết quả nghiên cứu mới nhất cho thấy, sản lượng cây trồng ở các vùng ñất bón TSH ở Canada tăng lên từ 6-17% so với ñối chứng, thân cây cứng

hơn và bộ rễ phát triển nhiều hơn (ñến 68%) Hao hụt dưỡng chất phân bón do

bị rửa trôi giảm rõ rệt, trong ñó hiện tượng mất lân giảm ñến 44% Trong thực

tế, lợi ích của việc bón TSH ñã ñược quan trắc, kiểm nghiệm nhiều nơi ở Úc, Philippines, Congo… và nhiều nước ñã có chế ñộ khuyến khích hay thưởng cho các nông hộ sử dụng loại than này Sử dụng than sinh học cộng với phân hóa học ñã làm tăng trưởng lúa mỳ mùa ñông và rau quả lên 25-50% so với chỉ bón phân hóa học (TS N Sai Bhaskar Reddy, 2008 - dẫn theo Vũ Thắng, 2012) ñã nghiên cứu ở ñậu tương cũng nhận xét rằng bón thêm Biocarbon vào ñất nền, tỷ lệ nảy mầm cao, hệ rễ phát triển mạnh, quang hợp tăng, hoạt ñộng của vi khuẩn cộng sinh cố ñịnh nitơ mạnh mẽ hơn so với ñối chứng (trên ñất nền)

Biocarbon còn có vai trò trong việc chống suy thoái ñất (Johannes Lehmann, 2006 – dẫn theo Vũ Thắng, 2012) cho rằng các kiến thức mà chúng

ta có thể ñạt ñược từ nghiên cứu các loại ñất ñen ñược tìm thấy trên toàn khu vực sông Amazon không chỉ dạy chúng ta làm thế nào ñể khôi phục ñất bị suy thoái, sản lượng thu hoạch tăng gấp ba và hỗ trợ một mảng rộng các loại cây trồng trong vùng có ñất nông nghiệp nghèo mà còn có thể dẫn ñến các công nghệ ñể cô lập carbon trong ñất và ngăn chặn những thay ñổi quan trọng về khí hậu thế giới” Mặt khác, theo (Elmer và cộng sự, 2009 – dẫn theo Vũ Thắng, 2012) thì khi bón thêm than sinh học vào ñất sẽ có ñược giá trị sinh học ñặc biệt quan trọng vì nó sẽ hấp thụ các chất ô nhiễm như kim loại, ñặc biệt là kim loại nặng và thuốc trừ sâu ngấm vào ñất nên không gây ô nhiễm các nguồn cung cấp thực phẩm Than sinh học có thể ñược thiết kế ñể có phẩm chất cụ thể phù hợp với tính chất riêng biệt của ñất Bón thêm than sinh học ở mức 10% vào ñất có thể giảm ñược tới 80% mức ñộ gây ô nhiễm thuốc trừ sâu ñộc hại như chlordane, DDX trong các cây trồng

Ở Việt Nam, cha ông ta từ xa xưa ñã biết tận dụng tro bếp bón vào ñất

ñể tăng năng suất cây trồng Sử dụng tro bếp phần nào giống như sử dụng

TSH Tuy nhiên, tro bếp là sản phẩm của quá trình ñốt trong ñiều kiện giàu oxi, phần lớn lượng C ñã bị mất ở dạng CO2, do vậy hàm lượng C còn lại không cao Nếu ñốt các vật liệu hữu cơ với mục ñích lấy tro cải tạo ñất hoặc ñốt nương làm rẫy thì chúng ta lại thải vào khí quyển phần lớn lượng C từ vật liệu hữu cơ, làm gia tăng phát thải khí nhà kính trong khí quyển Việt Nam là nước có sản xuất nông lâm nghiệp và chăn nuôi phát triển khá mạnh, nguồn vật liệu hữu cơ phát thải là rất lớn ðiều kiện khí hậu nóng ẩm rất thuận lợi cho quá trình khoáng hóa các chất thải hữu cơ tạo ra CO2 và CH4 Nhiều nơi sức sản xuất của ñất ñang suy giảm nhanh chóng do áp lực của sản xuất trồng trọt, ñặc biệt những nơi mà ñất có hàm lượng hữu cơ thấp như ñất cát và ñất xám bạc màu Do vậy sử dụng TSH làm chất cải tạo ñất có thể thuận lợi và có

ý nghĩa về mặt kinh tế và môi trường trong ñiều kiện sản xuất nông nghiệp của Việt Nam hiện nay

Gần ñây Báo Nông nghiệp, (21/12/2010) cũng ñã có bài viết ñề cập ñến việc sản xuất TSH từ vỏ trấu ñể cải tạo ñất ðồng bằng sông Cửu Long nổi tiếng với những dòng sông trấu trôi ra từ các nhà máy xay xát tập trung, việc sản xuất TSH nên ñược thực hiện ñể một mặt lấy nhiệt sản xuất ñiện năng, mặt khác thu hồi TSH thương phẩm ñể bán trong nước hay xuất khẩu Theo tác giả bài viết, nhu cầu sử dụng TSH từ vỏ trấu trên ruộng vào khoảng 16 tấn/ha, tương ñương với khoảng tỷ lệ 1,4% trong lớp ñất mặt từ 0-0,1m Hơn nữa, trong một xã hội mà sản xuất ñang trên ñà phát triển, ñời sống của người dân ñược nâng cao thì các hoạt ñộng của con người tác ñộng ñến môi trường sống cũng mạnh mẽ hơn, làm cho môi trường trở nên ô nhiễm nặng Các chất thải từ sản xuất nông nghiệp, lâm nghiệp, chất thải sinh hoạt, công nghiệp mía ñường, chế biến gỗ, ñóng tàu thuyền, sản xuất giấy, tinh bột ngày càng nhiều nhưng chúng ta chưa biết biến rác thành vàng như những nơi khác Nếu ở Nghệ An có sự ñầu tư vào việc xây dựng một số nhà máy ở những vùng trọng ñiểm (vùng công nghiệp, ñô thị ) hoặc trang bị các TSH

Reactor (loại cố ñịnh hay lưu ñộng) ñể thu gom phế thải, rác thải và biến nó thành nguyên liệu ñể sản xuất Biocarbon thì vừa có Biocacbon phục vụ sản xuất nông nghiệp bền vững và dùng cho các mục ñích khác (như xử lý nước thải, xử lý nước sinh hoạt và nước uống trong mùa lũ lụt, giảm phát thải các khí nhà kính như CO2, CH4, CO2, CFC ), vừa giải quyết ñược vấn ñề ô

nhiễm môi trường nghiêm trọng như hiện nay “nguồn: NGHEANDOST - số 5 2011“

Quá trình sản xuất TSH có thể tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị khác Một số khí thoát ra trong quá trình sản xuất TSH có thể ñược sử dụng ñể sản xuất ñiện năng, số khác có thể dùng ñể sản xuất dầu hỏa hay dược phẩm TSH không chỉ cải tạo ñất mà còn ñược còn ñược dùng như một loại chất ñốt thay cho than ñá, dầu mỏ ñang có nguy cơ cạn kiệt Ngoài ra, TSH còn làm vật liệu

xử lý nước ô nhiễm, nước nhiễm kim loại nặng do TSH có thể loại bỏ nitrate

và phosphate, giữ lại các hợp chất hữu cơ ñộc hại có trong nước Tại Nhật Bản, TSH còn ñược cấy thêm vi sinh vật ñể xử lý chất thải nhà vệ sinh, bảo vệ

môi trường “nguồn: Wipsglobal“

TSH ñược sản xuất từ các nguồn phụ phẩm nông nghiệp ñang ñược bà con nông dân ở nhiều nơi như huyện Từ Liêm, huyện Sóc Sơn (Hà Nội), huyện Nam Sách (Hải Dương), Thành phố Hưng Yên (Hưng Yên)… ứng dụng Nhờ có phương pháp mới, phế phụ phẩm của nông nghiệp ñã không còn bị bỏ phí mà ñược làm thành TSH, phục vụ gieo cấy, trồng trọt Bón TSH khiến cây cối xanh tốt hơn, ít sâu bệnh, tăng khả năng chịu hạn Trong tương lai gần, mô hình sản xuất TSH này sẽ ñược triển khai rộng rãi tại nhiều ñịa

phương khác trong cả nước “nguồn: Hoàng Long, Stinf số 4/2013“

Việt Nam là nước nông nghiệp có thế mạnh trong sản xuất nông sản Lượng phế thải và phụ phẩm từ ngành nông nghiệp như: trấu, rơm rạ, bã mía, lõi ngô v v mỗi năm có khoảng hàng chục triệu tấn Nếu biết tận dụng, các nguồn phụ phẩm ấy sẽ trở thành nguồn nhiên liệu vô cùng hữu ích Khi chúng

ta tận dụng những phụ phẩm của ngành nông nghiệp ñể sản xuất ñược các sản phẩm hữu ích, thân thiện với môi trường sẽ giảm ñược tình trạng phát thải khí nhà kính do quá trình ñốt phế phẩm nông nghiệp gây ra Vì vậy, những giải pháp ñể tận dụng tái tạo nguồn nguyên liệu phụ phẩm dư thừa trong nông nghiệp thành các sản phẩm hữu ích, thân thiện với môi trường thực sự là cần

thiết trong ñời sống hiện nay “nguồn: NASATI - sangtaovietnam.vn, 06/09/2013“

Trong ñiều kiện thời tiết nhiệt ñới ẩm ở Việt Nam, than sinh học có tốc

ñộ phân hủy chậm sẽ giúp làm chậm quá trình thoái hóa ñất, chống bạc màu, giảm ñộ chua, tăng hiệu quả sử dụng phân lên gấp 2 ñến 3 lần Theo Mai Thị Lan Anh (2013), cách làm này sẽ giữ ñược gần như toàn bộ thành phần chất dinh dưỡng có trong rơm rạ và các nguồn sinh khối nông nghiệp khác, ñặc biệt là gần 50% lượng cácbon này sẽ giúp vi sinh vật trong ñất phát triển, thúc

ñẩy quá trình cải tạo ñất và tăng năng suất cây trồng “nguồn: sangtaovietnam.vn/ /sang-tao-viet-so-06-nam-2013-sang-che-than-sinhhọc“

Chương 2 đỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 đối tượng và phạm vi nghiên cứu của ựề tài

2.1.1 đối tượng nghiên cứu

- Các loại than sinh học ựược sản xuất từ luồng, xơ dừa và trấu;

- Cây trồng: lúa (giống Khang Dân 18);

- đất: ựất xám bạc màu (Acrisols)

2.1.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu ựược tiến hành với nguồn ựất xám bạc màu thu tại Hiệp Hòa, Bắc Giang

2.2 Vật liệu nghiên cứu

- Nhà lưới và các ô xi măng kắch thước 1x2m;

- Các loại than sinh học ựược sản xuất từ luồng, xơ dừa và trấu;

- Cây trồng: lúa (giống Khang Dân 18);

- Phân bón: phân ựạm (ures), lân (supe lân) và kali (kaliclorua)

- Thuốc BVTV phù hợp với từng ựối tượng sâu, bệnh

2.3 Thời gian và ựịa ựiểm:

Nghiên cứu ựược tiến hành trong nhà lưới ựặt tại Viện Môi trường nông nghiệp, Phú đô, Mễ Trì, Từ Liêm, Hà Nội trong vụ lúa mùa 2012 và lúa xuân 2013

2.4 Nội dung nghiên cứu

1 Nghiên cứu khả năng cải tạo ựộ phì của ựất của các loại than sinh học ;

Kỹ thuật sử dụng than ựược nghiên cứu trong nội dung này là liều lượng bón các loại than có ựặc tắnh khác nhau cho cây trồng trên ựất xám bạc màu Than sinh học ựược bón lót trước khi trồng với vai trò chắnh là chất cải

tạo ñất, không ñóng vai trò như là phân bón cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng Các liều lượng nghiên cứu ñược xác ñịnh trên cơ sở tính toán tỷ lệ % hàm lượng các bon trong ñất và tham khảo các tài liệu nghiên cứu liên quan

2 Nghiên cứu ảnh hưởng của than sinh học ñể tăng năng suất cây trồng;

2.5 Phương pháp nghiên cứu

Tiến hành thí nghiệm ở quy mô nhà lưới trong khu thực nghiệm Viện Môi trường Nông nghiệp từ vụ mùa 2012 ñến vụ xuân 2013 với nguồn ñất xám bạc màu thu từ Hiệp Hòa – Bắc Giang

TN ñược tiến hành trong ô xi măng với 11 công thức (Bảng 2.1), 3 lần nhắc lại, kích thước 1m x 2m Cho vào các bể TN 2 tầng ñất, tầng 1 thu từ tầng ñất canh tác dày khoảng 15cm và tầng 2 thu từ tầng ñế cày dày khoảng 7cm

Than bón trên nền phân N, P, K ở mức trung bình so với sản xuất Bón lót 100% lượng than trước khi cấy

4 Than xơ dừa – 6 tấn/ ha + nền

5 Than xơ dừa – 12 tấn/ ha + nền

6 Than xơ dừa – 18 tấn/ ha + nền

7 Than trấu – 6 tấn/ ha + nền

8 Than trấu – 12 tấn/ ha + nền

9 Than trấu – 18 tấn/ ha + nền

10 ðối chứng 1 – không bón than + nền

11 ðối chứng 2 – không bón than – không bón NPK

Ghi chú: 120N + 90 P 2 O 5 + 90 K 2 O (nền)

- Phân bón nền: ðạm ures, supe lân và kaliclorua bón cho lúa theo mức trung bình ñang ñược áp dụng ngoài sản xuất trên vùng ñất xám bạc màu là

8000kg phân chuống/ha; 120N; 90 P2O5 và 90 K2O (kg/ha) Lượng phân chuồng ñược bón lót 1 lần, phân vô cơ ñược bón vào thời kỳ: bón lót 100% lân, 25% ñạm và 25% kali; bón thúc ñẻ nhánh 50% ñạm và 25% kali; bón thúc ñòng 25% N và 50% kali

2.6 Chỉ tiêu và phương pháp theo dõi

+ Sinh trưởng và năng suất cây trồng: Các chỉ tiêu sinh trưởng như chiều cao cây, số nhánh, tổng sinh khối, các yếu tố cấu thành năng suất lý thuyết, năng suất thực thu của cây lúa;

- Các chỉ tiêu chiều cao cây, số nhánh ñược ño ñếm sau khi cấy 3 tuần

và mỗi tuần ño ñếm 1 lần (ño từ gốc ñến ngọn lá cao nhất hoặc ñến bông dài nhất khi lúa ñã trỗ)

+ Hàm lượng các chất C, N, P, K, Ca, Mg cây hút qua mỗi vụ + Chất lượng ñất trước và sau 2 vụ thí nghiệm

Bảng 2.2 Phương pháp phân tích một số chỉ tiêu trong ñề tài

TT Chỉ tiêu ðơn vị tính Mô tả phương pháp phân tích Tài liệu

thuỷ tinh trong huyền phù

5 Lân tổng số % P 2 O 5 Công phá bằng H 2 SO 4 +HClO 4 xác ñịnh bằng

6 Kali tổng số % K 2 O Công phá bằng H2SO4+HClO4 xác ñịnh bằng

01-2.7 Phương pháp xử lí số liệu

Xử lý thống kê: Theo IRRI Start, Exel

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Ảnh hưởng của việc sử dụng than sinh học ñến khả năng tích lũy C

và các chất dinh dưỡng trong cây lúa

3.1.1 Ảnh hưởng của bón TSH ñến lượng C tích lũy trong cây

Kết quả nghiên cứu tại Bảng 3.1 cho thấy, tổng lượng C tích lũy trong cây ở các bộ phân trên mặt ñất qua 2 vụ gieo trồng liên tiếp ñã tăng lên ñáng

kể ở tất cả các công thức bón TSH khi so với công thức không bón TSH Ở 2 công thức ñối chứng không bón than sinh học, lượng C do cây hấp thụ trong

vụ mùa ñạt 11,3 – 11,45 g/khóm, trong khi ñó ở công thức bón 6 tấn than luồng, lượng C hấp thụ là 12,13g, xơ dừa là 13,89g và trấu là 12,08g, tăng lần lượt là 7,07%; 22,70% và 6,71% so với ñối chứng không bón than nhưng bón NPK và 5,94%; 21,31% và 5,5% so với ñối chứng không bón than và không bón N,P,K Ở lượng bón 12 và 18 tấn, mức ñộ hấp thụ C tăng cao hơn rõ rệt

so với lượng 6 tấn/ha và ñạ cao nhất khi bón 18 tấn than xơ dừa (tăng 3,31 và 34,76% so với ñối chứng 1 và ñối chứng 2)

Trong vụ xuân, diễn biến cũng tương tự nhưng mức ñộ hấp thụ C ở các công thức bón than cao hơn rõ rệt so với vụ mùa Ví dụ, cùng ở lượng bón 6 tấn than luồng, lượng C hấp thụ trong vụ mùa 2012 tăng 7,07 và 5,94% so với ñối chứng nhưng trong vụ xuân 2013 có thể tăng 26,27% và 22,33% so với ñối chứng (Bảng 3.1) Kết quả trên cho thấy, khả năng hấp thụ C của cây lúa ñạt cao nhất khi bón than xơ dừa, sau ñó ñến than luồng và thấp nhất là than trấu Khi lượng bón tăng, khả năng hấp thụ ñều tăng lên rõ rệt Trong vụ xuân

2013 khả năng hấp thụ tăng rõ rệt so với vụ mùa năm 2012 Khi bón NPK, lượng C do cây hấp thụ ít thay ñổi so với không bón NPK

Bảng 3.1 Lượng C tích lũy trong cây lúa ở các công thức bón

TSH khác nhau Lượng C tích lũy trong cây vụ mùa 2012

Lượng C tích lũy trong cây vụ xuân 2013 Công thức

Lượng (g/

khóm)

% tăng

so với

ðC 1

% tăng

so với

ðC 2

Lượng (g/

khóm)

% tăng

so với

ðC 1

% tăng

so với

ðC 2 Than luồng – 6 tấn/ ha + nền 12,13 7,07 5,94 15,67 26,27 22,33 Than luồng – 12 tấn/ ha + nền 13,31 17,58 16,24 15,95 28,53 24,51 Than luồng – 18 tấn/ ha + nền 13,58 19,96 18,60 16,94 36,50 32,24 Than xơ dừa – 6 tấn/ ha + nền 13,89 22,70 21,31 16,03 29,17 25,14 Than xơ dừa – 12 tấn/ ha + nền 14,64 29,33 27,86 16,67 34,33 30,13 Than xơ dừa – 18 tấn/ ha + nền 15,43 36,31 34,76 18,23 46,90 42,31 Than trấu – 6 tấn/ha + nền 12,08 6,71 5,50 15,29 23,21 19,36 Than trấu – 12 tấn/ ha + nền 13,20 16,61 15,28 16,36 31,83 27,71 Than trấu – 18 tấn/ ha + nền 14,20 25,44 24,02 17,89 44,16 39,66

ðC 1 – không bón than + nền 11,32 0,00 -1,14 12,41 0,00 -3,12

ðC 2 – không bón than – không

bón NPK 11,45 1,15 0,00 12,81 3,22 0,00

Ghi chú: 120N + 90 P 2 O 5 + 90 K 2 O (nền)

3.1.2 Ảnh hưởng của bón TSH ñến lượng N tích lũy trong cây

Tương tự khả năng hấp thụ C, lượng N do cây lúa hấp thụ trong vụ mùa năm 2012 cũng tăng lên rõ rệt so với ñối chứng 1 (không bón than, chỉ bón NPK và ñối chứng 2 không bón than, không bón NPK) Mức ñộ gia tăng lớn nhất là than xơ dừa (từ 60,52% - 109,01% tăng so với ñối chứng 1 và 54,55 – 101,24% tăng so với ñối chứng 2), sau ñó ñến than luồng (25,62% - 64,38% tăng so với ñ/c 1 và 21,90 – 58,26% tăng so với ñ/c 2), thấp nhất là than trấu (33,91% - 57,51% tăng so ñ/c 1 và 28,93% - 51,65% tăng so ñ/c 2) Khi lượng