khóa luận đưa ra phương pháp sử dụng polyme siêu hâp sthuj nước và phân bón nhả chậm trong canh tác cây chè. khi sử dụng phân bón nhả chậm va fpolyme siêu hấp thụ nước các chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển của cây chè kinh doanh đề tăng.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ
Khoa Công nghệ Hóa học
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Đề tài: “Nghiên cứu,khảo sát sử dụng polyme siêu hấp thụ nước và phân
bón nhả chậm để canh tác cây chè Phú Thọ”
Giáo viên hướng dẫn: TS Trịnh Đức Công
TS Phan Minh Tân Sinh viên thực tập: Vũ Thị Giang Lớp: Hữu cơ – Hóa dầu
Hà Nội, 2017
Trang 3M c l c ục lục ục lục
LỜI CÁM ƠN 6
MỞ ĐẦU 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 8
1.1 Tình hình phát triển cây chè phú thọ 8
1.2 Polyme siêu hấp thụ nước (AMS-1) và ứng dụng trong nông nghiệp 10
1.2.1 Khái niệm về chất siêu hấp thụ nước 10
1.2.2 Ảnh hưởng của AMS-1 tới khả năng giữ ẩm cho đất 12
1.2.3 Ảnh hưởng của AMS-1 tới sinh trưởng và phát triển của cây trồng 14
1.3 Phân bón nhả chậm và ứng dụng npk trong canh tác nông nghiệp 16
1.3.1 Khái niệm về phân bón nhả chậm 16
1.3.2 Ưu điểm của phân bón nhả chậm 17
1.3.3 Ứng dụng của phân bón nhả chậm trong nông nghiệp 19
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 21
2.1 Hóa chất, dụng cụ và vật liệu nghiên cứu 21
2.1.1 Hóa chất, dụng cụ 21
2.1.2 Vật liệu nghiên cứu 21
2.2 Phương pháp tiến hành 21
2.2.1 Nghiên cứu quá trình nhả chất dinh dưỡng của phân bón trong nước 21
2.2.2 Nghiên cứu quá trình nhả chất dinh dưỡng của phân bón trong đất 22
2.2.3 Nghiên cứu ảnh hưởng AMS-1 đến độ thấm đất 23
2.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của AMS-1 đến độ ẩm của đất 23
2.2.5 Ảnh hưởng của AMS-1 đến độ xốp đất 24
2.3 Phương pháp phân tích đánh giá 24
2.3.1 Xác định hàm lượng nitơ tổng số 24
Trang 42.3.2 Xác định hàm lượng photpho tổng số 25
2.3.3 Xác định hàm lượng kali tổng số 25
2.3.4 Ảnh hưởng của NPK nhả chậm và AMS-1 đến tính chất hóa lí của đất 26
- Gọi a là số ml muối Fe 2+ (hoặc Mhor) chuẩn độ mẫu trắng, b là số ml muối Fe 2+ chuẩn độ mẫu thực Error! Bookmark not defined. 2.4 Ứng dụng thử nghiệm phân bón nhả chậm và polime siêu hấp thụ nước AMS-1 cho cây chè kinh doanh 29
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31
3.1 Nghiên cứu đặc tính nhả của phân NPK nhả chậm trong nước 31
3.1.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nhả của phân NPK nhả chậm 31
3.2 Khảo sát đặc tính nhả theo thời gian trong đất của NPK nhả chậm 33
3.3 Ảnh hưởng của AMS-1 đến độ ẩm đất 34
3.3 Ảnh hưởng của AMS-1 đến độ xốp đất 34
3.4 Tác động của NPK nhả chậm và AMS-1 đến độ thấm đất 35
3.5 Tác động của NPK nhả chậm và AMS-1 đến đặc tính lý hóa của đất 36
TÀI LIỆU THAM KHẢO 39
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cơ chế trương và hấp thụ nước của polyme siêu hấp thụ nước 10
Hình 1.2 So sánh giữa bón phân thông thường (3 lần bón) với bón phân nhả chậm (chỉ 1 lần bón) ……… 17
Hình 2.1.Ống PVC chứa đất, nước và phân nhả chậm ……….22
Hình 3.5: Đặc tính nhả trong đất của các công thức NPK nhả chậm …….37
Trang 5LỜI CÁM ƠN
Khóa luận này được thực hiện tại Viện Hóa học – Viện Hàn lâmKhoa học và công nghệ Việt Nam
Trang 6Em xin trân trọng cảm ơn TS Trịnh Đức Công đã hướng dẫn tậntình và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình làm nghiêncứu và hoàn thành bài đồ án này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới thầy Phan Minh Tân cùng toàn thểcác thầy cô trong Khoa Công nghệ hóa học- Trường Đại học Công nghiệpViệt Trì đã truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích và tạo mọi điều kiện để
em hoàn thành khóa nghiên cứu đồ án
Em xin cảm ơn các thầy, các cô, bạn bè, người thân và các anh chịthuộc phòng Vật liệu Polyme – 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 bài báo cáo đồ án này
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày tháng năm 2017
Trang 7đã được thực tập tại phòng vật liệu Polyme - Viện Hóa học Đây là một trongnhững cơ sở đầu ngành về nghiên cứu khoa học vật liệu Được nghiên cứu tạiđây chính là cơ hội giúp em có thể làm quen được với môi trường làm việcnghiên cứu khoa học, tiếp cận với các trang thiết bị mới nâng cao tay nghề và
sự hiểu biết, ngoài ra thì em còn có thể tự mình lên kế hoạch và tìm hiểu sâu
về lĩnh vực polyme dưới sự giúp đỡ của các anh/chị ở phòng
Trong hoạt động sản xuất nông nghiệp, việc cung cấp nước cho câytrồng là một trong các công đoạn quan trọng đóng góp một phần lớn để đảmbảo năng suất cây trồng, vì vậy lượng nước tiêu thụ hằng năm là rất lớn Tuynhiên, với những vùng đồi núi, cao nguyên đất đá…v.v thì việc tưới tiêu vàcực kì khó khăn và tốn kém rất nhiều, hiệu quả thường lại không cao Đó làchưa kể đến việc bón phân, phun thuốc trừ sâu v.v Việc hạn chế các côngđoạn trong sản xuất mà vẫn đảm bảo lợi ích kinh tế là một việc làm cần thiết
Do đó, đòi hỏi một giải pháp công nghệ làm tăng hiệu quả của việc tưới tiêu,làm giảm lượng nước tiêu thụ là một yêu cầu bức thiết đặt ra và việc sử dụngcác dạng phân bón siêu hấp thụ nước là một giải pháp hữu ích
Việc nghiên cứu chế tạo và ứng dụng các loại phân bón siêu hấp thụnước trong sản xuất nông nghiệp Việt Nam là rất cần thiết, nhằm làm giảmchi phí đầu tư cho sản xuất nông nghiệp, nâng cao năng suất và hiệu quả kinhtế
Xuất phát từ mục đích đó, em đã tìm hiểu về đề tài “Nghiên cứu,khảo sát ứng dụng polyme siêu hấp thụ nước và phân bón nhả chậm để canh tác cây chè Phú Thọ”
Trang 8CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tình hình phát triển cây chè phú thọ
Trại thí nghiệm chè Phú Hộ khi thực hiện thí nghiệm tủ cỏ tế đồi chètăng sản (1957 – 1958) rút ra 4 điểm tốt về tác dụng tủ đất chè: giữ đất ẩm lâusau mỗi trận mưa; giảm được rất nhiều cỏ dại mọc trên nương chè; bảo vệlớp đất mầu trên bề mặt, tăng được chất mùn, tăng độ tơi xốp của đất; cảnđược giọt mưa xói thẳng xuống đất, không làm trôi đất Theo Lê Sỹ Nhượng(Trại thí nghiệm chè thí nghiệm Phú Hộ, 1958) nghiên cứu tác dụng và kỹthuật phủ cỏ tế chè già trồng thời Pháp thuộc theo kinh nghiệm vùng chèNghệ An nhận thấy giảm được cỏ dại, tăng được độ ẩm đất chè, bảo vệ đấtchống trôi màu, tăng nhanh sản lượng chè già [1] Trường Trung học Sông Lôthí nghiệm tủ đất chè bằng các vật liệu hữu cơ có sẵn mà chưa qua xử lýthành phân bón hữu cơ ở Nông trường Tân Trào và Nông trường Tháng Mười(1960) cho kết quả: Hàm lượng nước trong đất ổn định, trữ lượng nước ở mùahạn cao, biên độ nhiệt trong đất ở tầng rễ hoạt động nhỏ hơn, hàm lượng mùntăng rõ rệt Chè mọc khỏe, nhiều lá, tán to, bộ rễ phát triển, diệp lục tăng.Nông trường Mộc Châu tủ đấtchè bằng cỏ tranh (Imperata cylindrica) năngsuất chè tăng 46% so với không tủ [2] Nguyễn Hữu Phiệt (1966 – 1967)(Trường Trung cấp, Bộ Nông trường) sử dụng tế, guột, rơm rạ, cành lá chèkhông qua xử lý tủ cho chè kinh doanh trên đất phiến thạch và phù sa cổ tạiNông trường Quốc doanh Tân Trào và trại thí nghiệm của Trường Trung cấpNông lâm Tuyên Quang cho thấy độ ẩm đất chè tầng 0 – 30cm có tủ cỏ tănghơn so với đối chứng là 4,57 – 5,56 % ở đất diệp thạch và 6,50% ở đất phù sacổ; nhiệt độ đất chè cỏ tủ tầng đất mặt 10cm và tầng đất 30cm thấp và ổn địnhnên lợi cho hoạt động vi sinh vật thể hiện bằng lượng CO2 đo được; hàmlượng mùn và đạm dễ tiêu đất chè có tủ sau 5 tháng đều tăng hơn so đốichứng; chè con có tủ tốc độ sinh trưởng gấp 2 lần so đối chứng; Nông trườngQuốc doanh Tân Trào tủ chè góp phần tăng năng suất chè Trung Du lên trên
Trang 925 tấn búp/ha [3]
Trong giai đoạn 1974 – 1977, Trại thí nghiệm chè Phú Hộ kết hợp với
Bộ môn Vật lý đất, Viện Thổ nhưỡng Nông hóa tiến hành thí nghiệm ở GòTrại cũ, Phú Hộ với nương chè hạt Trung Du trồng năm 1960 cho thấy khi để
cỏ mọc tự nhiên độ ẩm cũng cao hơn đối chứng 1 – 3%, đạt 60–70% sức chứa
ẩm đồng ruộng Cũng trong những năm 1970, các Nông trường Quốc doanhMộc Châu, Sông Cầu và Chí Linh phát động phong trào tủ cỏ tế cho chè kinhdoanh Kết quả tác dụng rất tốt, chống được xói mòn, cỏ dại, tăng được chấtmùn cho đất, và tăng được sản lượng búp ở Mộc Châu đạt 146,6% so đốichứng không tủ Nguyễn Thị Dần – Viện Nông hóa Thổ nhưỡng, Võ Thị TốNga – Trại thí nghiệm chè Phú Hộ - (1974 – 1977) sử dụng biện pháp chốnghạn cho chè đông xuân (tháng 11- tháng 4) bằng cách để cỏ mọc tự nhiênhoặc trồng cỏ Stilô giữa hàng sông, với giống chè Trung du gieo hạt 14 tuổi,trên đất feralit phiến thạch vàng đỏ Gò Trại cũ Kết quả cho thấy độ ẩm đấtchè vụ đông xuân và sản lượng chè có tủ đều tăng [4] Bên cạnh việc sử dụng
tế guột, rơm rạ, bồm cẫng chè thì phần sinh khối chè đốn hàng năm cũng làmột nguồn cung cấp hữu cơ quan trọng trong quá trình canh tác chè Kết quảnghiên cứu ở Phú Hộ năm 1981 – 1984 cho thấy tổng sinh khối phần đốnhàng năm ở nương chè kinh doanh phụ thuộc vào loại hình năng suất Để sửdụng có hiệu quả lượng cành lá đốn hàng năm (1981 – 1987) ở Phú Hộ đãtriển khai nghiên cứu nội dung này trên chè kinh doanh tuổi 7- 12, kết quảcho thấy làm tăng đáng kể hàm lượng mùn trong đất [5].Viện Nghiên cứu chè(nay là Trung tâm nghiên cứu chè, Viện Khoa học kỹ thuật Nông lâm nghiệpMiền núi phía Bắc) năm 1996 -1997 đã sử dụng toàn bộ cành lá chè đốn hàngnăm, cây cỏ dại quanh đồi và trên nương chè kinh doanh ủ với vôi, supe lâncải thiện tốt chế độ mùn và năng suất chè tăng 8 – 10% [5].Năm 2006-2008:Nhóm tác giả Nguyễn Văn Biên thực hiện đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật sảnxuất chè shan vùng cao theo hướng hữu cơ” đã kết luận một số biện pháp kỹthuật trồng xen cây họ đậu như lạc và đậu tương đã có tác dụng tăng hàm
Trang 10lượngmùn và đạm cho đất và làm tăng năng suất búp chè từ 23-24%; Kỹ thuậtđốn tạo tán bằng và đốn phớt tạo tán tự nhiên có năng suất cao hơn so đốn háitruyền thống 30%; Tổng kết kinh nghiệm khi nghiên cứu, áp dụng các biệnpháp che phủ đất phục vụ phát triển nông nghiệp bền vững vùng cao, HàĐình Tuấn, Lê Quốc Doanh và cộng sự (2006) nhận thấy chúng có tác dụngtăng năng suất cây trồng, bảo vệ đất khỏi xói mòn, giữ ẩm cho đất, khốngchế cỏ dại, cải thiện độ phì nhiêu của đất, tăng cường hoạt tính sinh học củađất [6].
1.2 Polyme siêu hấp thụ nước (AMS-1) và ứng dụng trong nông nghiệp
1.2.1 Khái niệm về chất siêu hấp thụ nước
Polyme siêu hấp thụ nước là loại polyme dạng hydrogel không tannhưng có khả năng hấp thụ nước tới 1000 lần Polyme này được đưa vào sửdụng trong nông nghiệp từ đầu những năm 1980 Có 3 loại hydrogel chính là:copolyme ghép tinh bột, polyacrylat tạo lưới và polyacrylamit tạo lưới Việc
sử dụng hydrogel làm tăng lượng ẩm sẵn có ở vùng rễ, nhờ đó kéo dài khoảngthời gian giữa các lần tưới Khả năng giữ nước phụ thuộc vào cấu trúc đất,loại hydrogel và kích thước hạt (bột hoặc hạt), độ muối của dung dịch đất và
sự có mặt các ion
Polyme siêu hấp thụ nước được tổng hợp bằng quá trình trùng hợp ghéplên tinh bột sẽ thu được sản phẩm dạng răng lược Tốc độ trương của sảnphẩm sẽ nhanh hơn so với polyme siêu hấp thụ nước được tổng hợp từ quátrình trùng hợp nhờ chuyển động tự do của các nhánh ghép Ngoài ra, để tạocấu trúc xốp cho polyme, trong quá trình chế tạo có thể bổ sung các chất hoạtđộng bề mặt, sử dụng quá trình loại nước và khô đông, đưa tác nhân tạo maoquản trong hệ trùng hợp sau đó chiết bằng dung môi phù hợp hay sử dụng kỹthuật tạo bọt (các hợp chất cacbonat và dung môi hữu cơ) [7]
Một loại polyme siêu hấp thụ nước cấu trúc mao quản đã được chế tạotrên cơ sở trùng hợp ghép axit acrylic lên tinh bột ngô sử dụng natri dodecylsunfat và p-octyl polyetylenglycol) phenyl ete làm tác nhân tạo mao quản
Trang 11Polyme siêu hấp thụ nước được làm khô qua quá trình loại nước không dungmôi với các tác nhân loại nước là etanol và axeton tránh được hiện tượng vỡmao quản và có khả năng hấp thụ nước cân bằng cao hơn so với sản phẩmđược làm khô theo phương pháp sấy truyền thống Cấu trúc mạng lưới maoquản và quá trình loại nước không dung môi tạo cho polyme ghép tốc độtrương cao hơn, khả năng trương lại và tính chất chịu muối [8].
Polyme siêu hấp thụ nước cũng được tổng hợp từ yquá trình trùng hợpghép acrylamit (AM)/axit itaconic (IA) lên tinh bột sắn sử dụng hệ khơi màooxy hoá khử amoni pesunfat và N,N,N’,N’- tetrametylendiamin (TEMED)với tác nhân tạo bọt natri bicacbonat và chất làm bền bọt là copolyme tamkhối polyoxyetylen/polyoxypropylen/polyoxyetylen Copolyme ghép có thể
bị phân huỷ bởi enzyme á- amylaza, quá trình được ghi lại bằng cách đolượng đường khử bằng phương pháp dinitrosalicylic axit Ngoài ra, thửnghiệm Benedict và thử nghiệm iot được áp dụng sau khi thuỷ phân enzymekhẳng định sản phẩm phân huỷ là glucozơ, chứng tỏ quá trình phân huỷ sinhhọc của tinh bột và còn lại phần acrylamit- axit itaconic không bị phân huỷ[9]
Trang 12Bức xạ vi sóng cũng được sử dụng để tổng hợp polyme siêu hấp thụnước trên cơ sở trùng hợp ghép natri acrylat lên tinh bột ngô Thứ tự các yếu
tố hiệu quả đối với tỷ lệ trương là năng lượng vi sóng> thời gian chiếu xạ>hàm lượng chất tạo lưới> hàm lượng chất khơi mào và thứ tự các yếu tố hiệuquả đối với độ tan là năng lượng vi sóng> hàm lượng chất khơi mào> thờigian chiếu xạ> hàm lượng chất tạo lưới Để tạo ra polyme siêu hấp thụ nước
có tỷ lệ trương cao hơn và độ tan thấp hơn, năng lượng vi sóng phù hợp nhất
là trong khoảng 85-90W với thời gian chiếu xạ 10 phút So với phương phápgia nhiệt truyền thống, chiếu xạ vi sóng có thể tạo ra sản phẩm có tỷ lệ trươngcao hơn và độ tan thấp hơn Nó cũng cải thiện tốc độ phản ứng mà không cầnphải sục khí nitơ và loại bỏ chất ức chế Tất cả những ưu điểm này làm đơngiản hoá quá trình chế tạo polyme siêu hấp thụ nước, giảm tiêu hao nănglượng và nước, ít chất thải lỏng Chiếu xạ vi sóng cũng được sử dụng như mộtcông nghệ sản xuất sạch và được sử dụng trong công nghiệp [10]
Một trong những công nghệ mới để chế tạo polyme siêu hấp thụ nước
từ quá trình trùng hợp ghép axit acrylic và acrylamit lên tinh bột là sử dụng
kỹ thuật chiếu xạ tia ă với chất tạo lưới poly(etylen glycol) (PEG) Điều kiệntối ưu của quá trình là: nồng độ monome 15,5% theo khối lượng, tỷ lệAA/AM là 4:1 (theo khối lượng), nồng độ PEG 0,65%, tỷ lệ monome/tinh bột
là 4 (theo khối lượng) với liều chiếu xạ 3,0kGy và tỷ lệ liều chiếu xạ 24,5Gy/phút ở nhiệt độ phòng Polyme siêu hấp thụ nước sẽ bão hoà nước trongkhoảng 30 phút [11]
Trang 13Để tăng khả năng chịu biến dạng và tránh hiện tượng nhả trương dưới
áp suất ngoài, đặc biệt trong những ứng dụng như tã lót trẻ em, trong nôngnghiệp và trồng rừng, polyme siêu hấp thụ nước trên cơ sở tinh bột ghépacrylamit và kali acrylat đã được tổng hợp bằng phương pháp trùng hợphuyền phù ngược Ảnh hưởng của điều kiện phản ứng như nồng độ monome,
tỷ lệ nước- dầu, nhiệt độ và việc thu nhận sản phẩm dạng hình cầu đã đượcnghiên cứu Kết quả cho thấy polyme siêu hấp thụ nước có độ bền nén tốt vàgiữ được hình dạng hạt sau khi hấp thụ nước Sau khi đưa vào trong đất nókhông bị dính và cấu trúc lỏng lẻo có thể giữ không khí tốt hơn [12]
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[13] Sản phẩm thường được bán trên thị trường có khả năng hấp thụ 400gnước/1g polyme khô và tạo ra một nguồn nước dự trữ trong đất để cây trồnghấp thu [14] 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
1.2.2 Ảnh hưởng của AMS-1 tới khả năng giữ ẩm cho 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 [15]
Cơ chế trương và hấp thụ nước của polyme siêu hấp thụ nước polyacrylat
được minh hoạ trên hình 1.1
Trang 14Hình 1.1 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 151.2.3 Ảnh hưởng của AMS-1 tới sinh trưởng và phát triển của 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 khôcủa xà lách, củ cải và lúa mì trong môi trường cát [16] hay tăng khối lượng
trung bình của thân, rễ và chiều cao măng Pinus patula tới hơn 800 % [17].
Hydrogel cũng làm tăng số hoa và khối lượng khô của cây dã yên thảo (thuốc
lá cảnh) trong điều kiện khô hạn Đối với cây đậu tương, việc áp dụng polymesiêu hấp thụ nước với tỷ lệ 225kg/ha làm tăng cả quá trình phát triển và năngsuất Năng suất hạt, chất khô tổng số, chỉ số diện tích lá, tốc độ phát triển củacây và chỉ số thu hoạch đều đạt cao nhất ở tỷ lệ này
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
Woodhouse và Johnson [18] 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 thụnước vẫn có thể làm giảm tỷ lệ nảy mầm ở một số loại cây do cung cấp quánhiều nước, dẫn đến hạt bị trẩm
Trang 16Polyme siêu hấp thụ nước không những tác động đến quá trình sinh trưởng vàphát triển, năng suất của cây trồng mà còn ảnh hưởng có lợi đến một số đặcđiểm trao đổi chất, hoạt tính các enzyme trong thực vật Thực nghiệm đãđược 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 cơchế chịu hạn vả cải thiện chiến lược quản lý nước trong đất Kết quả cho thấyhàm lượng nước tương đối trong lá ở cây yến mạch có sử dụng polyme siêuhấp thụ nước thì cao hơn nhiều Mặc dù polyme ít có ảnh hưởng tới sự tíchluỹ sinh khối trong điều kiện tưới đủ và trung bình nhưng nó vẫn làm tăngsinh khối 52,7% trong điều kiện tưới thiếu Trong điều kiện tưới không đủ,cây trồng đều bị giảm hoạt tính các enzyme catalaza, peroxidaza, ascorbateperoxidaza và glutathion reductaza trong lá so với đối chứng [19]
Nhiều 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[20], 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 [21] 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
Trang 17Nghiên 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
1.3 Phân bón nhả chậm và ứng dụng trong canh tác nông nghiệp
1.3.1 Khái niệm về phân bón nhả chậm
Ngành công nghiệp phân bón luôn phải đối mặt với những tồn tại khótháo gỡ, đó là vấn đề cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón Bởi vậy, việc rấtcần thiết là phát triển một loại phân bón mới Bằng sự nỗ lực không ngừng,các nhà khoa học đã chế tạo thành công loại phân bón mới, đáp ứng đượcnhững yêu cầu đặt ra, đó chính là phân bón nhả chậmvà phân bón nhả cókiểm soát [23]
Phân bón nhả chậm và nhả có kiểm soát là các loại phân bón có chứa dinh dưỡngcho cây ở một dạng hoặc là a) làm chậm tính có sẵn cho cây hấp thu và sử dụngsau khi đưa vào, hoặc là b) dạng có sẵn cho cây trong thời gian dài hơn rất nhiều
so với “phân bón có sẵn dinh dưỡng” như amoni nitrat hay ure, amoni photphat,kali clorua Không có sự khác biệt chính thức nào giữa phân bón nhả chậm và nhả
Trang 18phẩm N bị phân hủy bởi vi khuẩn như UF (Ure-Formaldehit), trong thương mạithường được gọi là phân nhả chậm và các sản phẩm dạng viên hoặc bọc được gọi
là phân bón nhả có kiểm soát
Ủy ban Chuẩn hóa Châu Âu đã đưa ra một số đề xuất về phân bón nhảchậm trong đất như sau:một loại phân được mô tả là phân nhả chậm nếu chấtdinh dưỡng hoặc các chất dinh dưỡng được xem là nhả chậm, dưới nhữngđiều kiện nhất định như ở nhiệt độ 250C, phải đáp ứng một trong ba tiêuchuẩn sau:
+ Nhả không quá 15% trong 24h
+ Nhả không quá 75% trong 28 ngày
+ Nhả ít nhất 75% trong khoảng thời gian đã định [23]
1.3.2 Ưu điểm của phân bón nhả chậm
- Giảm tối thiểu sự mất mát phân bón do xói mòn đất, sự bay hơi hay do kếtdính chặt vào đất và nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón Việc sử dụng phânbón nhả chậm có thể giảm từ 20-30% (hoặc lớn hơn) lượng phân bón so vớiphân bón thông thường mà vẫn cho năng suất như nhau Các chất dinh dưỡngđược cung cấp suốt vòng đời phát triển của cây, theo từng giai đoạn phát triểncủa cây, nhu cầu dinh dưỡng ở từng thời điểm được cung cấp đúng lúc, đúngliều và đúng cách Đồng thời giúp rễ cây phát triển tốt và sâu, góp phần tăngsức đề kháng của cây[23]
- Phân bón nhả chậm giúp cải thiện sự hấp thu các chất dinh dưỡng của thựcvật thông qua việc nhả chất dinh dưỡng đầy đủ theo thời gian, làm giảm đáng
kể lượng hao hụt chất dinh dưỡng, đặc biệt là mất nitơ, nitrat qua việc rửatrôi NO3- và bay hơi của NH3 Góp phần làm giảm thiểu các loại khí gây hiệuứng nhà kính như N2O và nguy cơ ô nhiễm mạch nước ngầm, không khí [23]
- Phân bón nhả chậm làm giảm độc tính đối với cây trồng (đặc biệt là câytrồng từ hạt) và hàm lượng muối của chất nền, bắt nguồn từ nồng độ ion caotrong đất, do quá trình hòa tan nhanh của phân bón truyền thống, vì thế gópphần cải thiện tính an toàn trong nông nghiệp Không gây chết cây do sốc
Trang 19dinh dưỡng khi mới bón, không gây thoái hoá và làm chết các vi sinh vật đất,giảm thiểu rủi ro mà phân bón gây ra đối với cây trồng và môi trường nhưcháy lá, ô nhiễm nguồn nước và hiện tượng phú dưỡng Ngoài ra phân bónnhả chậm còn cải thiện chất lượng đất, tăng tỉ lệ nảy mầm cây [24].
- Giảm số lần bón phân trong một vụ, chỉ cần bón 1 lần duy nhất cho cả vụnên tiết kiệm thời gian, công lao động và kinh tế cũng như chi phí trong sảnxuất, giảm bớt sự tác động cơ học đến đất do sử dụng nhân công hoặc máymóc mỗi lần bón phân gây nén chặt đất [25],[23]
Hình 1.2 So sánh giữa bón phân thông thường (3 lần bón) với bón phân nhả
chậm (chỉ 1 lần bón)
- Việc sử dụng phân bón nhả chậm đóng góp vào chương trình quản líphân bón tiên tiến và sáng tạo, hệ thống canh tác công nghệ cao Việc dựđoán tốt việc nhả chất dinh dưỡng lâu dài của một số loại phân nhả chậm chophép phát triển các phần mềm bón phân sử dụng trên các loại cây trồng khácnhau, vùng đất khác nhau Trong sản xuất rau chuyên canh, phân bón nhảchậm được sử dụng một lần cho nhiều loại cây trồng, ví dụ rau diếp, cải thảo,đậu tằm, bông cải xanh giúp nâng cao chất lượng và an toàn của rau quả vànông sản [23]
- Giảm độ pH trong đất có môi trường kiềm Sử dụng phân bón ure bọc lưuhuỳnh làm tăng độ axit vì cả lưu huỳnh và ure đều góp phần làm đất chua (pHđất giảm) Tuy nhiên, quá trình axit hóa có thể có lợi cho sự hấp thu phốt pho
Trang 20và sắt (Fe) Ngoài ra, lưu huỳnh là chất dinh dưỡng cần thiết cho tất cả cácloại cây trồng [25].
1.3.3 Ứng dụng của phân bón nhả chậm trong nông nghiệp
Với những ưu điểm vượt trội so với phân bón tan nhanh mà hiện nay trên thếgiới phân bón nhả chậm ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, trồngvườn đặc biệt đối với vùng đất trung du, đồi núi, cao nguyên, đất trống, đồinúi trọc, đất bạc màu, hải đảo nơi có lượng mưa khả năng xói mòn lớn.Phân bón nhả chậm không chỉ giúp tăng năng xuất các loại cây công nghiệpdài ngày như chuối, chè, cao su, ca cao, cà phê, hồ tiêu, bông mà còn gópphần xây dựng một ngành nông nghiệp xanh, sạch và an toàn (rau sạch, lươngthực và thực phẩm sạch ) Kết quả thực nghiệm cho thấy phân chậm tan giúptăng hiệu suất sử dụng phân đạm lên 75-80%, làm tăng năng suất lúa mỳ20%, giảm được 40% lượng phân bón cho cây bông, cây cà phê Trên thếgiới Mỹ, Canada là nước đi đầu về sử dụng phân bón nhả chậm (chiếm 70%tổng khối lượng được sử dụng của thế giới), tiếp theo là Tây Âu và Nhật Bản.Tại Nhật Bản , hầu hết SRF được sử dụng trong nông nghiệp chủ yếu trồnglúa, rau, cây ăn quả và chỉ có một phần nhỏ sử dụng cho làm vườn, câycảnh Tại Mỹ, Canada, Tây Âu, 90% SRF sử dụng cho mục đích phi nôngnghiệp (sân golf, làm vườn, thảm cỏ chuyên nghiệp, cây cảnh), chỉ có khoảng10% được sử dụng cho nông nghiệp, chủ yếu là rau, dưa hấu, dâu tây, cây cómúi và các loại trái cây khác [27-28]
Bên cạnh các nước như Mỹ và Canada là thị trường truyền thống tiêu thụ mộtlượng lớn phân bón nhả chậm, những năm gần đây phân bón nhả chậm đã trởthành một trong các loại phân bón tăng trưởng nhanh nhất ở Trung Quốcbởi
sự tăng trưởng nhanh chóng của nền kinh tế Trung Quốc và sự cần thiết phảinâng cao hiệu quả phân bón, tăng năng suất cây trồng và giảm tác động củaphân bón đến môi trường Phân bón nhả chậm là một sự thay thế hiệu quả chocác loại phân bón thông thường vì thân thiện môi trường và đặc điểm tiếtkiệm lao động Tuy nhiên, phân bón nhả chậm có giá thành cao hơn so với
Trang 21các loại phân bón thông thường nên việc sử dụng vẫn còn hạn chế, chủ yếuứng dụng trong các thảm cỏ, cây cảnh Khi quy mô sản xuất lớn, giá thànhphân bón nhả chậm hạ sẽ tạo điều kiện cho chúng được ứng dụng rộng rãitrong nông nghiệp, làm vườn, các cây trồng hàng hóa như ngô, lúa mì vàkhoai tây
Phân bón nhả chậm đã được các nước trên thế giới nghiên cứu và ápdụng từ lâu, nhiều sản phẩm đã được thương mại hoá và chứng minh đượckhả năng cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón, tăng năng suất cây trồng, giảmthiểu ô nhiễm môi trường Nhưng ở Việt Nam hiện nay, việc sử dụng phânbón nhả chậm trong sản xuất nông nghiệp còn rất mới, chủ yếu là trong lĩnhvực chăm sóc cây cảnh Gần đây, một số địa phương đã bắt đầu sử dụng phânbón nhả chậm và đã cho thấy hiệu quả ưu việt hơn so với phân bón thường.Đây chủ yếu là các sản phẩm nhập ngoại hay phân phân nén nhả chậm (phân bóndúi), chưa được sử dụng đại trà mà mới thử nghiệm trong phạm vi hẹp Trong cảnước, một số tỉnh đã thí điểm ứng dụng phân bón nhả chậm trong sản xuất nôngnghiệp, bước bầu cho kết quả tốt Tại các tỉnh Cần Thơ, Sóc Trăng, Tiền Giang,
sử dụng phân chậm tan đã tiết kiệm được 25% lượng ure mà vẫn cho năng suấtlúa cao Tại tỉnh Bắc Kạn, dự án 3PAD áp dụng phân nén NK bón dúi cho lúa tiếtkiệm được 30-35% lượng đạm so với cách bón vãi thông thường Chỉ bón dúi 1lần cho cả vụ, hạn chế tối đa cỏ dại và sâu bệnh, tiết kiệm được công lao động, chiphí cũng như giảm được tác hại đối với môi trường, giúp tăng năng suất lúa từ 10-20% Dự án cho thấy, thâm canh lúa bằng phân nhả chậm rất phù hợp với tỉnhmiền núi, đồng bào dân tộc phải canh tác trên địa hình độ dốc lớn, ruộng bậcthang liên tục có nước chảy qua, mưa lũ nhiều như ở Bắc Kạn
Trang 22CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, dụng cụ và vật liệu nghiên cứu
2.1.2 Vật liệu nghiên cứu
Polime siêu hấp thụ nước AMS-1, được sản xuất tại Viện Hóa học –Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Sản phẩm có khả năng hấp thụkhoảng 400 lần trong nước cất và 65 lần trong nước muối sinh lý Sử dụngAMS-1 trong nông nghiệp làm tăng khả năng giữ ẩm, chống hạn, tăng khảnăng sử dụng nước và phân bón, tăng năng suất cây trồng và đem lại hiệu quảkinh tế Thời gian phân huỷ hoàn toàn trong đất từ 12-15 tháng và có thể pháthuy tác dụng từ 2-3 vụ
Phân bón nhả chậm NPK: Dạng viên tròn đường kính 7-8mm, vỏ bọcngoài bằng polyme, chiều dày vỏ bọc 70µm, thời gian nhả 9 tháng, hàmlượng N 32%, độ ẩm 17% Sản phẩm được sản xuất tại Viện Hóa học thuộcViện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
2.2 Phương pháp tiến hành
2.2.1 Nghiên cứu quá trình nhả chất dinh dưỡng của phân bón trong nước
Đối với mỗi mẫu, 10g phân bón nhả chậm được đưa vào trong chainhựa đậy kín chứa 200ml nước cất sau đó được đặt trong tủ ổn nhiệt ở 25oC.Sau những khoảng thời gian nhất định (1, 3, 5, 7, 10, 14, 28 ngày), dung dịchđược gạn để xác định hàm lượng dinh dưỡng (N, P, K) và 200ml nước cất