vỏ bầu ươm cây tự hủy cho phép tích hợp nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật mới như: sử dụng phân viên nén, các loại phân chậm tan, các loại chất giữ nước, giữ ẩm. Do được tích hợp các công nghệ, nên việc sử dụng bầu ươm có các ưu điểm như giảm số lần bón phân, tưới nước với một số một số loại cây trồng ngắn ngày không cần phải bón thúc sau khi ra bầu.nghiên cứu và đưa ra được các công thức ứng dụng loại vật liệu polime giữ ẩm kết hợp với bầu ươm cây tự hủy để chế tạo bầu ươm cây trong nông lâm nghiệp.
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
Khoa Công nghệ Hoá học
o0o
-KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG POLYME SIÊU HẤP THỤ NƯỚC
VÀ POLYME TỰ HỦY ĐỂ CHẾ TẠO BẦU ƯƠM CÂY
Giáo viên hướng dẫn: TS Trịnh Đức Công
TS Nguyễn Thế Hữu
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Vân Anh
Hà Nội: 2016
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Khóa luận này được thực hiện tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoahọc và Công nghệ Việt Nam
Em xin trân trọng cảm ơn TS Trịnh Đức Công đã hướng dẫn tận tình
và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện và hoànthành khoá luận tốt nghiệp
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới thầy TS Nguyễn Thế Hữu cùng toànthể các thầy cô trong Khoa Công nghệ hóa học - Trường Đại học Công nghiệp
Hà Nội đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích và tạo mọi điều kiện để
em có khả năng hoàn thành khóa luận này
Em xin cảm ơn các thầy, các cô, bạn bè, người thân và các anh chịthuộc Phòng vật liệu polime - Viện hoá học - Viện Hàn lâm Khoa học vàCông nghệ Việt Nam đã dạy bảo, giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện cho emhoàn thành khoá học và thực hiện thành công khoá luận tốt nghiệp này
Tuy nhiên do việc tham gia nghiên cứu khoa học còn ít thời gian, việctiếp cận với thực tế chưa nhiều nên không thể tránh khỏi những thiếu sót nhấtđịnh mà bản thân chưa thấy được Em rất mong được sự góp ý của Quý Thầy
Cô và các bạn để khóa luận được hoàn chỉnh hơn
Hà Nội, ngày 15 tháng 4 năm 2016 Sinh viên
Nguyễn Thị Vân Anh
Trang 3DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
PE Polyetylen
HCCN Hữu cơ công nghiệp
CEC Dung tích trao đổi cation
CDH Cellobiose dehydrogenaza
VINAGAMMA Trung tâm nghiên cứu và triển khai công nghệ bức xạAMS-1 Polyme giữ ẩm cho cây trồng
HDPE Hight Density Polietylen
LDPE Low-Density Polyetylen
Trang 4DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang 5DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Quy định cỡ bầu cho từng loại cây 14Bảng 3.1 Độ trương của polyme siêu hấp thụ nước trong 33các dung dịch phân bón 33Bảng 3.2 Độ trương của polyme siêu hấp thụ nước trong các dung dịch muối 33Bảng 3.3 Ảnh hưởng của polyme siêu hấp thụ nước đến (SCÂCĐ) của đất 34Bảng 3.4 Tốc độ sinh trưởng chiều cao của cây keo 36Bảng 3.5 Quá trình phân hủy của bầu ươm 42
Trang 6MỤC LỤC
Trang 7MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển khoa học và côngnghệ thì vật liệu polime cũng được nghiên cứu, ứng dụng nhiều trong đờisống và trong nhiều lĩnh vực khác nhau Đặc biệt hơn nữa, polime có tầm ảnhhưởng rất quan trọng trong lĩnh vực nông lâm nghiệp
Một vài năm trở lại đây, do nhu cầu sản xuất giống cây quy mô lớn vàsản xuất rau, hoa, cây cảnh … ngày càng nhiều nên vấn đề tìm ra các loại vậtliệu có thể giữ ẩm, nuôi dưỡng trồng, giảm sự thất và có lợi cho cây trồngđang được nghiên cứu để ứng dụng vào thực tiễn
Polime siêu hấp thụ nước là loại polime dạng hydrogel không tannhưng có khả năng hấp thụ nước cao Polime này được đưa vào sử dụng trongnông nghiệp từ đầu những năm 1980 Có 3 loại hydrogel chính là: copolymeghép tinh bột, polyacrylat tạo lưới và polyacrylamit tạo lưới Việc sử dụnghydrogel làm tăng lượng ẩm sẵn có ở vùng rễ, có thể giúp cây trồng sinhtrưởng và phát triển trong đất có nguy cơ bị hạn hán hay kéo dài khoảng thờigian giữa các lần tưới
Bên cạnh đó, vỏ bầu ươm cây tự hủy cho phép tích hợp nhiều tiến bộkhoa học kỹ thuật mới như: sử dụng phân viên nén, các loại phân chậm tan,các loại chất giữ nước, giữ ẩm Do được tích hợp các công nghệ, nên việc sửdụng bầu ươm có các ưu điểm như giảm số lần bón phân, tưới nước với một
số một số loại cây trồng ngắn ngày không cần phải bón thúc sau khi ra bầu Trên cơ sở đó, em đã chọn nghiên cứu đề tài khóa luận tốt nghiệp là :
“Nghiên cứu ứng dụng polyme siêu hấp thụ nước và polyme tự hủy để chế tạo bầu ươm cây” Mục tiêu của khóa luận này là nghiên cứu và đưa ra được
các công thức ứng dụng loại vật liệu polime giữ ẩm kết hợp với bầu ươm cây
tự hủy để chế tạo bầu ươm cây trong nông lâm nghiệp
Trang 8CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Vai trò của bầu ươm trong sản xuất cây giống [1]
Trồng rừng bằng cây con là phương pháp phổ biến và chủ yếu ở nước
ta hiện nay Ươm cây con là công tác quan trọng và phức tạp Chất lượng câycon tốt hay xấu ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng rừng trồng và hiệu quảcủa công tác trồng rừng Nhiệm vụ của công tác ươm cây là trên một đơn vịdiện tích, với thời gian ngắn nhất sản xuất dược số lượng cây con nhiều nhất,chất lượng tốt nhất, đồng thời giá thành hạ Muốn đạt được mục tiêu đó phảigiải quyết các khâu về lý luận và kỹ thuật tăng năng suất cây con, thực hiệnthâm canh trong công tác ươm cây Có nhiều phương pháp sản xuất cây connhư: Sản xuất cây con trên nền thấm nước và nền không thấm nước; Trongbầu dinh dưỡng; Sản xuất cây con bằng phương pháp nhân giống vô tính:(Chiết, ghép, giâm hom, nuôi cấy mô ) Mỗi phương pháp có đặc điểm riêng,
về mặt kỹ thuật không thể có quy trình chung cho tất cả các phương pháp.Tuy vậy về mặt nguyên lý đều có những đặc điểm chung là phải tạo đượcnguồn giống tốt điều kiện sinh trưởng của cây con phải thuận lợi
Bầu gieo ươm cấu tạo gồm 2 phần: Vỏ bầu và ruột bầu
- Vỏ bầu bằng P.E: Đây là loại vỏ bầu hiện nay đang được sử dụng rấtphổ biến ở nhiều cơ sở sản xuất cây con trong cả nước, bởi vì tính ưu việt của
Trang 9chuyển cây đi xa tiện lợi và không dễ vỡ Tuy nhiên hạn chế lớn nhất của loại
vỏ bầu này là không tự hoại được trong đất sau khi trồng, khó trao đổi nước
và không khí với môi trường bên ngoài, dễ tạo ra hiện tượng bức nhiệt Kíchthước tuỳ thuộc vào tuổi nuôi cây mà định [2]
- Vỏ bầu bằng đất rơm: Thành phần gồm đất thịt + rơm rạ + phânchuồng hoài + lân được dùng khuôn đóng thành vỏ có kích thước tùy thuộcvào tuổi nuôi cây.Tỷ lệ pha trộn: 100 kg đất + 3 kg rơm rạ + 2 kg phânchuồng loại trong đó có 5% phân lân Loại vỏ bầu này có thành phần chấtdinh dưỡng cho cây, dễ lưu thông nước, không khí, vật liệu sẵn Tuy nhiênthời gian nuôi cây không được lâu, khi bóng cây, vận chuyển đi trồng, nặng
và dễ vỡ nếu nuôi cây lâu rễ đâm xuyên qua vỏ bầu Một số nơi còn sử dụngloại vỏ bầu bằng tre, nứa, đan Có thể tận dụng được nguồn nguyên liệu sẵn
có tại địa phương và thời gian nhàn rỗi để làm Ngoài ra trên thế giới hiện naymột số nước tiên tiến còn sử dụng vỏ bầu bằng giấy, có nhiều tiện lợi song giáthành cao so với các loại vỏ bầu khác
- Vỏ bầu hữu cơ: loại vỏ bầu này được làm từ thân lá, phụ phẩm nôngnghiệp nguyên liệu từ các sản phẩm phụ nông nghiệp dồi dào như rơm rạ vàthân lá cây trồng sau thuhoạch Kết quả thử nghiệm ban đầu cho thấy,loại vỏbầu hữu cơ có thể sử dụng tốt để trồngcác loại cây hàng năm và làm bầu chocác loạicây lâm nghiệp Người dân có thể sản xuất cácnguyên liệu làm bầu từcác nguồn vật liệu sẵncó tại địa phương, giúp tận dụng được nguyênliệu vànguồn lao động (Số liệu nghiên cứu chưa công bố) Sử dụng vỏ bầu hữu cơcông nghiệp (HCCN) cho phép tích hợp nhiều tiến bộ khoa học kỹ thuật mớinhư: sử dụng phân viên nén, các loại phân chậm tan, các loại chất giữ nước,giữ ẩm, có thể trồng bằng máy… Do được tích hợp các công nghệ, bầuHCCN có các ưu điểm như giảm số lần bón phân, tưới nưới, với một số một
số loại cây trồng ngắn ngày không cần phải bón thúc sau khi ra bầu Cho đếnnay các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của việc sử dụng vỏ bầu HCCN,
Trang 10kết hợp sử dụng các loại giá thể đến quá trình sinh trưởng và phát triển củacây trồng còn rất ít.
Ngoài hai loại vỏ bầu chính ở nước ta còn sử dụng vỏ bầu làm từ giấyhoặc gieo trực tiếp trên khay có lỗ Những loại vỏ bầu này thường ít sử dụng
do tính ưu việt của nó hạn chế
1.1.2 Ruột bầu
Ruột bầu là môi trường trực tiếp nuôi cây, thành phần ruột bầu gồmđất và phân bón Đất làm ruột bầu thường sử dụng loại đất có thành phần cơgiới nhẹ hoặc trung bình, phân bón là phân hữu cơ đã ủ hoài (phân chuồng,phân xanh), phân vi sinh và phân vô cơ Tuỳ theo tính chất đất, đặc tính sinhthái học của cây con mà tỷ lệ pha trộn hỗn hợp ruột bầu cho phù hợp Ví dụ:Hỗn hợp ruột bầu để gieo ươm cây Keo là: 94% đất + 5% phân chuồng 10/0supe lân Hỗn hợp ruột bầu gieo ươm cây Mỡ là: 85% đất + 10% phân chuồng+ 4% đất hun + 1 % supe lân Đất đóng bầu nên chọn đất cát pha hoặc thịt nhẹđất tầng mặt có độ sâu từ 0 - 30 cm Tốt nhất là lấy được đất dưới tán rừngThông, Keo Theo kinh nghiệm của một số cán bộ lâm nghiệp lấy đất ở nơi cónhiều phân giun đùn lên là tốt Đất khai thác về cần được phơi ải, đập tơi nhỏ,sàng sạch cỏ rác, đá sỏi qua lưới sắt có đường kính lỗ sàng nhỏ 0,5 - 1 cm,thường khai thác và phơi ải đất trước 10- 15 ngày Phơi ải đất: Phun một ítnước cho đất đủ ẩm, rải đất dày 5-7 cm lên nền phẳng ngoài trời, dùng mộttấm vải mưa trong suốt phủ lên trên đống đất, lấy gạch hoặc khúc gỗ chặn kínmép của tấm vải mưa, để nguyên như vậy trong vòng 4-5 ngày là đủ
Đất ruột bầu sau khi đã xử lí xong, nếu chưa dùng đến ngay thì nênchất đống bảo quan trong kho đất Nếu để ngoài trời thì lấy một tấm vải mưaphủ lên trên để tránh cho đất bị nhiễm lại mầm mống sâu, nấm bệnh hoặc cỏdại Đất và phân để tạo hỗn hợp ruột bầu phải được trộn đều trước khi đóngbầu Ruột bầu không nên đóng quá chặt hoặc quá lỏng, ruột bầu phải đảm bảo
Trang 11độ xốp, độ ẩm Độ xốp của ruột bầu 60 - 70%, kích thước bầu phải phù hợpvới tuổi nuôi cây.
Bảng 1: Quy định cỡ bầu cho từng loại cây
1 12x18 Thông nhựa, trám trắng 12-18 tháng
2 8x 12 Thông đuôi ngựa, mỡ, lát hoa, lim,
xa mộc
6-12 tháng
3 7x 11 Keo tai tượng, keo lá tràm 3-5 tháng
Hình 1.1 Trình tự các bước làm bầu ươm
Trình tự các bước đóng bầu: Trộn hỗn hợp ruột bầu, kiểm tra độ ẩm củađất, mở miệng túi bầu, dồn đất vào bầu (Nén chặt 1/3 đáy bầu còn 2/3 bầuphía trên lỏng hơn), hoàn chỉnh bầu Luống để xếp bầu phải có nền phẳng.Tuỳ theo tình hình khí hậu, đất đai mà tạo mặt bằng đáy luống chìm hay bằng.Đáy luống chìm bố trí thấp hơn mặt vườn ươm 5 - 7 cm, chiều rộng đáy luống
1 - 1,2 m, chiều dài luống tuỳ theo các khu đất của vườn, có thể 5, 10, 15 m Luống bằng được bố trí bằng mặt vườn ươm Xếp bầu theo hàng tạo thànhluống bầu theo đáy luống Dùng đất tơi mịn vun xung quanh luống để cố địnhluống bầu
Trang 121.2 Sử dụng một số loại vật liệu tiên tiến trong chế tạo bầu ươm
1.2.1 Polyme siêu hấp thụ nước
Polyme siêu hấp thụ nước là loại polyme dạng hydrogel không tannhưng có khả năng hấp thụ nước cao Có 3 loại hydrogel chính là: copolymeghép tinh bột, polyacrylat tạo lưới và polyacrylamit tạo lưới
Polyme siêu hấp thụ nước được biết tới vào đầu những năm 1950 cùngvới việc đưa các chất đa điện ly tổng hợp để làm bền và gia cố cấu trúc đất[3] Việc sử dụng hydrogel làm tăng lượng ẩm sẵn có ở vùng rễ, nhờ đó kéodài khoảng thời gian giữa các lần tưới Khả năng giữ nước phụ thuộc vào cấutrúc đất, loại hydrogel và kích thước hạt (bột hoặc hạt), độ muối của dungdịch đất và sự có mặt các ion
Sản phẩm thường được bán trên thị trường có khả năng hấp thụ 400g nước/1g polyme khô và tạo ra một nguồn nước dự trữ trong đất để câytrồng hấp thu Việc sử dụng polyme siêu hấp thụ nước để giữ ẩm và dinhdưỡng, sử dụng nước và phân bón hiệu quả ngày càng trở nên quan trọng đặcbiệt khi nguồn nước sẵn có bị hạn chế
350-1.2.1.1 Ảnh hưởng của polyme siêu hấp thụ nước tới khả năng giữ ẩm và tính chất đất
Polyme siêu hấp thụ nước có khả năng cải tạo tính chất đất nhờ hấp thụmột lượng lớn nước Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng polyme siêu hấp thụ nước
có thể giúp cây trồng sinh trưởng và phát triển trong đất có nguy cơ bị hạnhán Polyme này cũng làm tăng khả năng giữ nước của đất cát và làm chậmthời điểm cây héo khi bay hơi mạnh Bổ sung polyme siêu hấp thụ nước cũnglàm giảm tốc độ bay hơi của đất [4]
Cơ chế trương và hấp thụ nước của polyme siêu hấp thụ nướcpolyacrylat được minh hoạ trên hình 1.2
Trang 13Hình 1.2 Cơ chế trương và hấp thụ nước của polyme siêu hấp thụ nước
Mạch chính polyme có chứa các nhóm -COOH và COO- ưa nước Khiđưa vào môi trường nước, có sự tương tác giữa polyme và dung môi, đó là sựhydrat hoá do các nhóm -COO- và ion Na+ hút các phân tử nước phân cực vàliên kết hydro giữa các phân tử nước (tương tác tĩnh điện) Các hiệu ứng nàylàm giảm năng lượng và làm tăng entropy của hệ Do bản chất ưa nước, cácmạch polyme có xu hướng phân tán không hạn chế trong nước (xu hướng tantrong nước), quá trình này cũng làm tăng entropy Nhờ sự có mặt của chất tạolưới tạo thành mạng lưới 3 chiều, lực co đàn hồi của mạng lưới ngăn polymetrương không hạn chế (hoà tan), kèm theo sự giảm entropy của mạch, khichúng trở nên cứng hơn so với trạng thái cuộn rối ban đầu Có một cân bằnggiữa lực co đàn hồi mạng lưới và xu hướng trương không xác định của mạch.Đối với các polyme có tính ion, các mạch được trung hoà chứa các điện tíchcùng dấu đẩy lẫn nhau Tính trung hoà điện tích được duy trì khi các nhóm -COO- tích điện âm được cân bằng với các ion Na+ tích điện dương Khi tiếpxúc với nước, các ion Na+ bị hydrat hoá làm giảm lực hút của chúng đối vớicác nhóm -COO- (do hằng số điện môi của nước cao) Quá trình này cho phépcác ion Na+ chuyển động tự do bên trong mạng lưới tạo thành áp suất thẩmthấu bên trong gel Tuy nhiên, các ion Na+ linh động không thể dời khỏi gel
do chúng vẫn bị hút yếu với các nhóm -COO- dọc theo mạch chính polyme vàgiống như là bị giữ lại bởi một màng bán thấm Do đó, động lực của quá trìnhtrương là chênh lệch áp suất thẩm thấu bên trong và bên ngoài gel
Trang 14Việc sử dụng hydrogel làm tăng hiệu quả sử dụng nước do nước thấmqua vùng rễ sẽ bị giữ lại Trong những ngày nắng nóng, hệ rễ tóc của thực vật
sẽ hút và làm cạn kiệt hầu hết nước ở khu vực gần vùng rễ làm cho cây bịhéo Nhờ làm tăng lượng ẩm hữu hiệu, hydrogel giúp làm giảm áp lực nướccủa thực vật, nhờ đó thúc đẩy quá trình phát triển và tăng năng suất cây trồng.Hydrogel cũng làm giảm sự rửa trôi phân bón và là chất mang thuốc trừ sâu,diệt nấm và diệt cỏ [5]
Nghiên cứu bổ sung hydrogel vào đất nghèo giúp cải thiện khả nănghấp thu dinh dưỡng của cây trồng và giảm thiểu thất thoát dinh dưỡng do rửatrôi Hydrogel cũng hoạt động như một loại phân bón nhả chậm chất dinhdưỡng [6-7] Điều này chứng tỏ hydrogel không chỉ có khả năng giữ ẩm, tăngnăng suất cây trồng mà còn giảm thiểu rửa trôi chất dinh dưỡng, nhờ đó ngănngừa ô nhiễm nguồn nước ngầm
Iran là vùng đất khô, các hệ thống sản xuất mùa màng đều phải thíchnghi với điều kiện khí hậu này Để thiết kiệm ẩm trong đất, nhiều loại vật liệu
đã được sử dụng như tàn dư thực vật, cây phủ bổi, chất thải, rác, rơm, rạ vàpolyme siêu hấp thụ nước Phân bò làm tăng sự hấp thụ K và photphat.Polyme siêu hấp thụ nước làm tăng sự hấp thụ N, P, K Ảnh hưởng kết hợpcủa phân bò và polyme siêu hấp thụ nước làm tăng sự hấp thu dinh dưỡng,dung tích trao đổi cation (CEC) và cung cấp ẩm cho đất Sự hấp thụ tối đa làmtăng năng suất 16,2% và hấp thu đa lượng 9,6% ở cây ngô [8] Năng suất hạtđạt cực đại khi sử dụng 65% phân động vật và 35% polyme siêu hấp thụ nước[9]
Trang 15Nhiều tác giả thừa nhận rằng khi bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vàođất có thể có các tác dụng sau: chống xói mòn đất và dòng chảy mặt, tăng khảnăng thấm, tăng kích thước đoàn lạp đất, giảm dung trọng đất, tăng khả nănggiữ nước, cải thiện khả năng sống sót của cây trồng chịu hạn, cải thiện khảnăng thu hồi dinh dưỡng từ phân bón đã sử dụng và giảm tần suất tưới [10-12].
1.2.1.2 Ảnh hưởng của polyme siêu hấp thụ nước tới sự phát triển cây trồng
Nhiều nghiên cứu chứng tỏ rằng polyme siêu hấp thụ nước làm tăngkhả năng nảy mầm và phát triển, tăng khả năng sống sót của cây cũng nhưkéo dài thời hạn sử dụng của cây cảnh trong chậu Bổ sung hydrogel vào đất
có thể kích thích sự phát triển của cây dưa chuột, làm tăng khối lượng khô của
xà lách, củ cải và lúa mì trong môi trường cát [13] hay tăng khối lượng trung
bình của thân, rễ và chiều cao măng Pinus patula tới hơn 800 % [14].
Hydrogel cũng làm tăng số hoa và khối lượng khô của cây dã yên thảo (thuốc
lá cảnh) trong điều kiện khô hạn [15] Đối với cây đậu tương, việc áp dụngpolyme siêu hấp thụ nước với tỷ lệ 225kg/ha làm tăng cả quá trình phát triển
và năng suất Năng suất hạt, chất khô tổng số, chỉ số diện tích lá, tốc độ pháttriển của cây và chỉ số thu hoạch đều đạt cao nhất ở tỷ lệ này [16]
Độ ẩm thấp, đặc biệt ở những vùng khô hạn và mưa ít thường hạn chế
sự sinh trưởng của cây nông nghiệp phát triển từ hạt Sự hấp thụ nước của hạt
và tốc độ nảy mầm sau đó phụ thuộc chủ yếu vào độ ẩm trên bề mặt phâncách hạt- đất Hơn nữa, bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào đất cũng làmgiảm áp lực trước và sau khi nảy mầm như tạo váng đất và làm cho đất khônhanh
Trang 16Woodhouse và Johnson [17] đã bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vàocát silic làm khô trong không khí (0,2-2,0mm) giúp tăng tỷ lệ nảy mầm nhờtăng lượng nước sẵn có Sản phẩm polyme siêu hấp thụ nước với sức căngliên kết với nước trong khoảng hiệu lực cho cây trồng có khả năng tăng độ ẩmxung quanh hạt nảy mầm Đưa polyme vào đất cát giúp cải thiện cấu trúc đất,
tăng khả năng nảy mầm của lúa mì (Hordeum vulgare), cỏ ba lá trắng (Trifolium repens) và xà lách (Lactuca sativa) Khả năng nảy mầm của mẫu
đối chứng chỉ đạt 10% trong khi các mẫu có bổ sung polyme siêu hấp thụnước, tỷ lệ nảy mầm tăng từ 3 đến 6 lần Tuy nhiên, polyme siêu hấp thụ nướcvẫn có thể làm giảm tỷ lệ nảy mầm ở một số loại cây do cung cấp quá nhiềunước, dẫn đến hạt bị trẩm
Polyme siêu hấp thụ nước không những tác động đến quá trình sinhtrưởng và phát triển, năng suất của cây trồng mà còn ảnh hưởng có lợi đếnmột số đặc điểm trao đổi chất, hoạt tính các enzyme trong thực vật Thựcnghiệm đã được tiến hành với việc bổ sung hydrogel cho cây yến mạch với tỷ
lệ 60kg/ha sử dụng 3 mức nước tưới (đầy đủ, trung bình và thiếu) nhằm hiểu
rõ hơn cơ chế chịu hạn vả cải thiện chiến lược quản lý nước trong đất Kếtquả cho thấy hàm lượng nước tương đối trong lá ở cây yến mạch có sử dụngpolyme siêu hấp thụ nước thì cao hơn nhiều Mặc dù polyme ít có ảnh hưởngtới sự tích luỹ sinh khối trong điều kiện tưới đủ và trung bình nhưng nó vẫnlàm tăng sinh khối 52,7% trong điều kiện tưới thiếu Trong điều kiện tướikhông đủ, cây trồng đều bị giảm hoạt tính các enzyme catalaza, peroxidaza,ascorbate peroxidaza và glutathion reductaza trong lá so với đối chứng [18]
Trang 17Nhiều nghiên cứu chứng tỏ rằng polyme siêu hấp thụ nước làm tăngkhả năng nảy mầm và phát triển, tăng khả năng sống của cây cũng như kéodài thời hạn sử dụng của cây cảnh trong chậu Khi bổ sung polyme siêu hấpthụ nước vào đất có thể kích thích sự phát triển của cây dưa chuột Khốilượng khô của xà lách, củ cải và lúa mì đều tăng khi đưa polyme siêu hấp thụnước vào môi trường cát Trong một thí nghiệm được tiến hành bởi Theron[19], khối lượng trung bình của thân, rễ và chiều cao trung bình của măng
Pinus patula tăng tương ứng 830, 750 và 340% so với đối chứng khi cây được
trồng trong polyme siêu hấp thụ nước
Một thí nghiệm được tiến hành bởi Boatright, Balint, Mackay &Zajicek [20] cho thấy số hoa và khối lượng khô của cây dã yên thảo (thuốc lácảnh) tăng khi được trồng trong đất có bổ sung polyme siêu hấp thụ nướctrong điều kiện khô Polyme có thể duy trì độ ẩm cao hơn so với môi trườngkhông có polyme
Nghiên cứu bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào đất nghèo giúp cảithiện khả năng hấp thu dinh dưỡng của cây trồng và giảm thiểu thất thoát chấtdinh dưỡng do rửa trôi Trong điều kiện rửa trôi cao, sự phát triển của cỏ đuôitrâu được cải thiện và khả năng tích luỹ N trong lá tăng cũng như giảm N bịrửa trôi Polyme siêu hấp thụ nước cũng hoạt động như một loại phân bón nhảchậm chất dinh dưỡng Mikkelsen [21] đã thí nghiệm với 4 công thức mangancho đất trồng đậu tương để xác định ứng đáp khi polyme có trong đất Tất cảcây đậu tương đều có hàm lượng mangan và sinh khối cao hơn trừ những câyđối chứng không có polyme Trong một thí nghiệm so sánh ảnh hưởng củatrận mưa 2000mm tới quá trình rửa trôi phân bón trong đất cát thấy rằngpolyme siêu hấp thụ nước có thể lưu giữ được lượng N nhiều hơn 400%, Knhiều hơn 300% so với các loại phân bón nhả chậm và nhả nhanh tiêu chuẩn[22] Điều này chứng tỏ polyme siêu hấp thụ nước không chỉ có thể tăng năngsuất và giữ ẩm mà còn giảm thiểu rửa trôi chất dinh dưỡng, nhờ đó ngăn ngừa
ô nhiễm nguồn nước ngầm
Trang 181.2.1.3 Khả năng phân huỷ sinh học của polyme siêu hấp thụ nước
Quá trình phân huỷ sinh học trong đất của 2 loại polyme siêu hấp thụnước, polyacrylat không tan và copolyme polyacrylat/polyacrylamit không
tan đều được tạo lưới, bởi nấm que trắng Phanerochaete chrysosporium đã
được nghiên cứu Cả 2 loại polyme đều bị hoà tan và khoáng hoá bởi nấmnhưng quá trình hoà tan và khoáng hoá của copolyme nhanh hơn làpolyacrylat Vi khuẩn đất hoà tan polyme kém hơn và không có khả năngkhoáng hoá polyme nguyên vẹn Tuy nhiên, vi khuẩn đất kết hợp với nấmtrong quá trình phân huỷ polyme trong đất, nấm hoà tan polyme và vi khuẩnđất thúc đẩy quá trình khoáng hoá Hơn nữa, các vi khuẩn đất có khả năng
khoáng hoá cả 2 loại polyme sau quá trình hoà tan bởi Phanerochaete
chrysosporium phát triển trong điều kiện tạo ra peoxidaza nấm hay cellobiose
dehydrogenaza hay sau quá trình hoà tan bởi tác nhân Fenton phát quang hoá.Kết quả chứng tỏ rằng quá trình phân huỷ sinh học của các polyme này trong
đất tốt nhất trong điều kiện tăng tối đa quá trình hoà tan Khi Phanerochaete
chrysosporium được nuôi cấy trong điều kiện thúc đẩy sự giải phóng Cellobiose dehydrogenaza (CDH) mà không phải là các peoxydaza phân huỷ
lignin thì nấm hoà tan và khoáng hoá hiệu quả cả 2 loại polyme siêu hấp thụnước Thêm sắt vào mẻ cấy vi khuẩn cũng làm tăng hoạt tính CDH cũng nhưtốc độ và mức độ hoà tan và khoáng hoá cả 2 loại polyme Cả 2 loại polymeđều bị hoà tan khi được nuôi CDH tinh chế, ion sắt (II) và hydropeoxit [23]
Trang 19Quá trình hấp thụ, phân bố, tỷ lệ và con đường bài tiết một loại polymesiêu hấp thụ nước polyacrylat sau khi cung cấp một liều duy nhất qua miệng
đã được đánh giá Các con chuột đực được cung cấp một liều duy nhất từ 26đến 39mg/kg Khoảng 98,8% tổng liều cung cấp được bài tiết trong nước tiểutrong 5 ngày và hầu hết (khoảng 88%) được bài tiết trong 24 giờ đầu Bài tiếtqua nước thải chiếm khoảng 0,69% tổng liều cung cấp Việc thu hồi hoạt tínhphóng xạ trong các cơ quan, mô và thân thường nhỏ hơn 0,5% liều được cungcấp Mức hoạt tính phóng xạ tổng cộng trong máu nằm trong khoảng 0,75 đến1,2 ́g đương lượng/g Việc loại bỏ hoạt tính phóng xạ tổng cộng qua mậtchiếm không tới 0,1% liều được cung cấp Kết quả cho thấy polyme siêu hấpthụ nước bị hấp thụ rất ít và bị loại bỏ nhanh trong nước tiểu sau khi cung cấpqua miệng [24]
1.2.1.4 Nghiên cứu ứng dụng của polyme siêu hấp thụ nước tại Việt Nam
Hiện nay polyme siêu hấp thụ nước đã được một số Viện Nghiên cứu ởnước ta như: Viện Hoá học- Viện Hàn lân KH&CN Việt Nam, Trung tâmnghiên cứu và triển khai công nghệ bức xạ (VINAGAMMA), Viện Côngnghệ Hóa học TP Hồ Chí Minh đã nghiên cứu chế tạo loại vật liệu này theonhiều con đường khác nhau Trong đó Viện Hoá học đã chế tạo polyme siêuhấp thụ nước trên cơ sở quá trình trùng hợp ghép gốc tự do axit acrylic vàmuối acrylat lên tinh bột sắn có mặt chất tạo lưới divinyl Sản phẩm có độ hấpthụ nước 350g/g Thời gian phân huỷ hoàn toàn trong đất từ 12-15 tháng và
có thể phát huy tác dụng từ 2-3 vụ
Trang 20Hình 1.3 Hình ảnh mô tả polyme siêu hấp thụ nước trước khi hấp thụ
nước (a); sau khi hấp thụ nước (b) và mô tả quá trình giữ nước cho của
AMS-1 cho cây trồng (c)
Trên đất bạc màu Sóc Sơn, sử dụng polyme siêu hấp thụ nước đã làmtăng độ ẩm đất, tăng sức chứa ẩm và tăng khả năng tạo đoàn lạp đất, tạo chođất có kết cấu, có chế độ ẩm thuận lợi cho cây trồng sinh trưởng, phát triển.Trên đất bạc màu, bón AMS-1 với mức 50kg/ha làm tăng năng suất phụ phẩm7-28%, làm tăng năng suất nông sản (hạt, củ) 11-23% [25]
Ảnh hưởng của các biện pháp chống hạn như phủ bổi, phủ màng và sửdụng polyme siêu hấp thụ nước tới năng suất bông vụ đông xuân ở Đồng Nai
đã được nghiên cứu Kết quả cho thấy các biện pháp trên đều làm tăng khảnăng giữ ẩm cho bông từ 4-7 ngày trong điều kiện hạn cuối vụ, cao nhất làcông thức bón AMS-1 Trong các biện pháp giữ ẩm, dùng AMS-1 với liềulượng 25kg/ha cho kết quả tốt nhất, khả năng chịu hạn 7 ngày [25]
Trên đất cát ven biển tại Thừa Thiên Huế, sử dụng chất giữ ẩm AMS-1
có thể duy trì độ ẩm, tăng khả năng sinh trưởng và phát triển cây trồng Vớiliều lượng chất giữ ẩm 35kg/ha, năng suất dưa hấu vụ hè thu có thể tăng tới71,6% so với đối chứng Đối với cây lạc vụ đông xuân trên đất cát nội đồng,
sử dụng chất giữ ẩm với liều lượng 35kg/ha làm tăng năng suất lạc lên 45,5%.Mặc dù không phải bổ sung thêm trong vụ hè thu, chất giữ ẩm vẫn duy trìhiệu lực tồn dư và tăng năng suất 56,6% so với đối chứng [83] Polyme siêuhấp thụ nước AMS-1 làm tăng khả năng sinh trưởng, phát triển, tăng năngsuất cây trồng trên đất gò đồi Với liều lượng chất giữ ẩm 35kg/ha cho 2 vụ,năng suất lạc vụ đông xuân có thể tăng 41,3%, vụ hè thu tăng 55,2% so vớiđối chứng [26]
Polyme siêu hấp thụ nước cũng có tác động tích cực đến sự sinh trưởng
và phát triển của cây chè trồng mới cũng như chè kinh doanh ở Hải Hà,
Trang 21khi sử dụng AMS-1 đều cao hơn so với đối chứng, trong đó công thức35kg/ha cho kết quả tốt nhất Cụ thể tỷ lệ cây chết giảm rõ rệt, khả năng phâncành tăng 27,6%, khối lượng rễ khô và chiều cao cây tăng đáng kể so với đốichứng Nhờ đó, có thể giảm công chăm sóc, tưới tiêu, tăng năng suất chè vàđem lại hiệu quả kinh tế cao hơn Đối với chè kinh doanh, các chỉ tiêu sinhtrưởng và phát triển của mô hình khảo nghiệm cơ bản và khảo nghiệm sảnxuất có sử dụng AMS-1 đều tăng lên rõ rệt, đặc biệt năng suất thu hoạch búptươi tăng khoảng 22,5% so với đối chứng [27].
Các kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của polyme siêu hấp thụ nước đến
sự sinh trưởng và phát triển của một số cây phân xanh họ đậu (cốt khí, cúcThái Lan, đậu mèo, kudzu) trồng trên bãi thải khai thác than của mỏ than NúiHồng - Thái Nguyên cho thấy loại polyme này có ảnh hưởng tích cực đến quátrình sinh trưởng và phát triển của cây, tỷ lệ cây sống, tỷ lệ che phủ đất, năngsuất sinh khối và năng suất chất xanh vượt trội so với đối chứng Tỷ lệ AMS-
1 phù hợp là từ 75-80kg/ha [28]
Qua triển khai ứng dụng ở quy mô sản xuất tại nhiều địa phương, đãchứng minh được khả năng của polyme siêu hấp thụ nước AMS-1 trong việcgiữ ẩm, chống hạn, cải tạo đất và tăng cường quá trình sinh trưởng, phát triểncủa nhiều loại cây trồng, bảo vệ môi trường đem lại các kết quả có ý nghĩakinh tế và xã hội cao
Trung tâm nghiên cứu và triển khai công nghệ bức xạ(VINAGAMMA) đã nghiên cứu chế tạo chế phẩm có tên gọi “Gam-sorb”.Đây là gel polyme từ tinh bột sắn biến tính, có khả năng hấp thụ nước caokhoảng vài trăm lần so với khối lượng khô của chúng ở dạng bột, hạt, vảy đểđiều hoà độ ẩm Thời gian phân hủy của loại Gam-sorb này khá dài Sau 9tháng chôn trong đất, sản phẩm tự phân hủy 85,5% Theo nhóm tác giả thì sảnphẩm này thích hợp với một số loại cây trồng như: cây dâu tây, cây thông đỏ,cây cải ngọt, cây rau muống… là những cây trồng ngắn ngày, có nhu cầu tăng
Trang 22vụ vào những thời điểm khô hạn ở các vùng như Tây Nguyên và Trung TrungBộ.
Viện Công nghệ Hóa học TP Hồ Chí Minh cũng đã chế tạo sản phẩmVHHC từ các phế thải nông nghiệp như mùn cưa hay bã mía Các tác giả chobiết vật liệu này được chế tạo với độ bền vừa phải là 3 tháng, vừa đủ cho một
vụ mùa
Bên cạnh những cố gắng nghiên cứu và triển khai công nghệ, một sốđơn vị còn tìm cách nhập khẩu công nghệ và thiết bị để chế tạo polyme siêuhấp thụ nước Viện Khoa học Nông nghiệp đã tìm cách nhập khẩu dây truyềnsản xuất polyme siêu hấp thụ nước từ Trung Quốc nhưng những nỗ lực nàyđến nay vẫn chưa thành công
1.2.2 Màng polyetylen có khả năng tự hủy
Vật liệu polyme phân hủy sinh học là một trong những giải pháp quantrọng trong việc làm giảm lượng chất thải rắn polyme vốn rất khó phân hủytrong môi trường Tuy đã ứng dụng thành công trong thực tế nhưng hiện cácsản phẩm polyme phân hủy sinh học chưa được phổ biến rộng rãi
Sử dụng bầu trồng cây là tiến bộ kỹ thuật hiện được áp dụng rộng răi đốivới các loại cây trồng cạn ngắn ngày như ngô, các loại cây rau, hoa quý hiếmhay trong kỹ thuật ươm cây Nhờ sử dụng bầu, các hộ nông dân có thể chuẩn
bị cây con, cây giống đúng thời vụ, giải quyết các khó khăn thời tiết khôngthể khắc phục khi gieo trồng các loại cây trồng cạn Hiện nay sản xuất bầuđược làm theo các cách: sử dụng túi nilong hoặc gieo trực tiếp trên khay có
lỗ Cả hai cách làm bầu trên trên có các nhược điểm như: i) bầu bằng túinilong chỉ sử dụng 1 lần gây lăng phí, tăng chi phí, gây ô nhiễm môi trường;ii) làm bầu gieo trên khay có thể tích nhỏ, khi ra bầu dễ bị vỡ, thời gian sốngtrong bầu ngắn, chất lượng cây giống kém làm năng suất bị giảm