Nghiên cứu ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và phân bón nhả chậm đến khả năng cải tạo đất trồng chè tại xã phú hộ, thị xã phú thọ, tỉnh phú thọ

Polyme siêu hấp thụ nước hay còn gọi là polyme giữẩm là loại polyme có khả năng giữ một lượng nước lớn gấp hàng trăm lần khốilượng của nó và là chất đa điện ly tổng hợp có tác dụng làm b

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLYME GIỮ ẨM VÀ PHÂN BÓN NHẢ CHẬM ĐẾN KHẢ NĂNG CẢI TẠO ĐẤT TRỒNG CHÈ TẠI XÃ PHÚ HỘ, THỊ XÃ PHÚ THỌ,

TỈNH PHÚ THỌ

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

ĐOÀN THỊ BÍCH HÒA

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA POLYME GIỮ ẨM VÀ PHÂN BÓN NHẢ CHẬM ĐẾN KHẢ NĂNG CẢI TẠO ĐẤT TRỒNG CHÈ TẠI XÃ PHÚ HỘ, THỊ XÃ PHÚ THỌ,

TỈNH PHÚ THỌ ĐOÀN THỊ BÍCH HÒA

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

MÃ SỐ: 60440301 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TRỊNH ĐỨC CÔNG

HÀ NỘI, NĂM 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàntoàn trung thực, khách quan và chưa từng được sử dụng hoặc công bố trong bất kỳcông trình nào khác Các thông tin, số liệu trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõnguồn gốc và đã được công bố theo đúng quy định

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Đoàn Thị Bích Hòa

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong khoa Môi Trường Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tận tình dạy bảo, truyền đạt chotôi kiến thức nền tảng trong suốt thời gian học tập và tạo mọi điều kiện thuậnlợi cho tôi trong quá trình hoàn thành luận văn

-Tôi đặc biệt xin trân trọng cảm ơn TS.Trịnh Đức Công - Viện Hóa Họcngười trực tiếp hướng dẫn khoa học đã đóng góp ý kiến và tạo mọi điều kiệnthuận lợi cho tôi trong quá trình nghiên cứu khoa học, thực hiện và hoàn thànhluận văn

Chúng tôi xin cảm ơn chân thành tới Ban Lãnh đạo Viện hóa học - Viện Hànlâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Phòng vật liệu polyme, các phòng chứcnăng đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất, trang thiết bị nghiên cứu trong quátrình thực hiện luận văn

Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn đến đề tài “Nghiên cứu ứng dụng một số vật liệutiên tiến, thân thiện môi trường trong canh tác nông, lâm nghiệp vùng Tây Bắc”- Đềtài KHCN thuộc Chương trình Tây Bắc mã số KNCN-TB.08C/13-18 đã cung cấp chotôi nhiều tài liệu và tài trợ kinh phí để tôi hoàn thành luận văn

Tôi cũng xin cảm ơn các đồng nghiệp, bạn bè và người thân đã giúp đỡ,động viên và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khoá học và thực hiện thành côngluận văn này

Luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong nhậnđược những ý kiến đóng góp quý báu từ phía hội đồng báo cáo, giáo viên phảnbiện và các thầy cô trong khoa để luận văn được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 8 năm 2017

Học viên

Đoàn Thị Bích Hòa

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Điều kiện tự nhiên, khí hậu đất đai khu vực nghiên cứu 4

1.1.1 Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên 4

1.1.2 Khí hậu thủy văn 4

1.2 Đặc điểm của cây chè

5 1.2.1 Đặc điểm sinh vật học của cây chè

6 1.2.2 Những yếu tố tác động đến sự sinh trưởng và phát triển của cây chè

7 1.2.3 Nhu cầu dinh dưỡng của chè

8 1.3 Đặc điểm đất trồng chè Phú Thọ 8

1.3.1 Tổng quan về đất

8 1.3.2 Đất trồng chè Phú Thọ

10 1.4 Giới thiệu chung về polyme giữ ẩm (polyme siêu hấp thụ nước) và phân bón NPK nhả chậm 10

1.4.1 Giới thiệu chung về polyme giữ ẩm (polyme siêu hấp thụ nước)

10 1.4.2 Giới thiệu chung về phân bón NPK nhả chậm 15

1.5 Tình hình nghiên cứu polyme giữ ẩm và phân bón NPK nhả chậm ở Việt Nam và trên thế giới 21

1.5.1 Các đề tài, dự án nghiên cứu và ứng dụng chất giữ ẩm (polyme ưa nước)

4trong nông nghiệp ở Việt Nam và trên thế giới .21

1.5.2 Các đề tài, dự án nghiên cứu và ứng dụng phân bón NPK nhả chậm trongnông nghiệp ở Việt Nam và trên thế giới .26

CHƯƠNG II: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33

2.1 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 33

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 33

2.1.2 Phạm vi và thời gian nghiên cứu 332.2 Hóa chất, dụng cụ và vật liệu nghiên cứu 33

2.2.1 Hóa chất, dụng cụ 332.2.2 Vật liệu 332.3 Xây dựng mô hình thí nghiệm 34

2.4 Nghiên cứu khả năng cải tạo đất sau khi sử dụng polyme giữ ẩm và phân NPKnhả chậm 372.4.1 Phương pháp lấy mẫu và chuẩn bị mẫu 38

2.4.2 Phương pháp phân tích xác định các chỉ tiêu trong đất 39

2.5 Xác định các chỉ tiêu về năng suất cây chè 39

2.6 Thang đánh giá hàm lượng các chỉ tiêu trong đất 40

2.7 Phương pháp xử lý số liệu 41

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42

3.1 Kết quả phân tích tính chất hóa lý và độ phì nhiêu của đất trồng chè trước khi sửdụng polyme giữ ẩm và phân bón nhả

3.2.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến độxốp của đất 463.2.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến chất hữu cơ trong đất 48

3.2.4 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến tính hóa lý của đất 50

3.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến năng suất cây chè kinh

doanh 58

3.3.1 Mật độ búp và khối lượng búp chè 58

53.3.2 Hiệu quả kinh tế khi sử dụng polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm 61KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Error! Bookmark not defined.TÀI LIỆU THAM KHẢO 66PHỤ LỤC

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

AMS-1 : Polyme giữ ẩm (polyme siêu hấp thụ nước)

PG : Phụ gia

CHC : Chất hữu cơ

CEC : Dung lượng hấp thu

OM : Hàm lượng chất hữu cơ trong đất

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Công thức và tỷ lệ sử dụng Polyme giữ ẩm và Phân nhả chậm NPK

36Bảng 3.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa lý của đất trước khi sử dụng vật liệu tại

các công thức 42Bảng 3.2 Độ ẩm đất tại các công thức sử dụng vật liệu được theo dõi trong PTN

44Bảng 3.3 Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến độ ẩm đất trên đất

trồng chè 45Bảng 3.4 Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến độ xốp của

đất 47Bảng 3.5 Ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến chất hữu cơ của

đất 48Bảng 3.6 Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong đất tháng 12/2016

50Bảng 3.7 Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong đất tháng 01/2017

51Bảng 3.8 Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong đất tháng 02/2017

52Bảng 3.9 Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong đất tháng 03/2017

53Bảng 3.10 Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong đất tháng 04/2017

53Bảng 3.11 Kết quả phân tích các chỉ tiêu trong đất tháng 05/2017

54Bảng 3.12 Tổng hợp kết quả xử lý số liệu thống kê đối với chi tiêu khối lượng búp và

mật

độ búp chè

58Bảng 3.13 Ảnh hưởng của AMS-1 và phân nhả chậm đến năng suất của cây

chè 61Bảng 3.14 Hiệu quả kinh tế thu được của các công thức thí nghiệm

62

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Diễn biến thời tiết khí hậu năm 2016 và 6 tháng đầu năm

2017 5Hình 1.2 Cơ chế trương và hấp thụ nước của polyme siêu hấp thụ nước

12Hình 1.3 Quá trình khuếch tán chất dinh dưỡng từ phân bón nhả chậm

17Hình 1.4 Hình ảnh mô tả polyme siêu hấp thụ nước trước khi hấp thụ nước (a); saukhi hấp thụ nước (b) và mô tả quá trình giữ nước cho của AMS-1 cho cây trồng

(c) 25Hình 1.5 Hình ảnh polyme giữ ẩm và phân bón NPK nhả chậm thành phẩm, ứngdụng trong nông nghiệp được chế tạo tại Viện Hóa học- Viện hàn lâm KH và CN Việt

Nam 32Hình 2.1 Ảnh mô hình thí nghiệm cho cây chè tại Phú Hộ-Phú Thọ

37Hình 2.2 Hình ảnh sử dụng polyme giữ ẩm-phân bón nhả chậm cho đất trồng

chè 37Hình 3.1 Biểu đồ ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến độ ẩm đất

45Hình 3.2 Biểu đồ ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến độ xốp đất

47Hình 3.3 Biểu đồ ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và NPK nhả chậm đến chất hữu cơ

củađất

49Hình 3.4 Biểu đồ kết quả hàm lượng Nitơ tổng so với công thức CT0-ĐC1

56Hình 3.5 Biểu đồ kết quả hàm lượng P2O5 dễ tiêu so với công thức CT0-ĐC1

56Hình 3.6 Biểu đồ kết quả hàm lượng K2O dễ tiêu so với công thức CT0-ĐC1

57Hình 3.7 Ảnh hưởng của AMS-1 và phân NPK nhả chậm đến mật độ búp

60Hình 3.8 Ảnh hưởng của AMS-1 và phân NPK nhả chậm đến khối lượng búp

60

Hiện nay hiệu quả sử dụng phân bón hóa học là rất thấp, lượng phân đạm,lân, kali khi bón vào đất sẽ không được cây trồng sử dụng hết mà thất thoát rangoài môi trường còn nhiều Điều này làm tăng chi phí, giảm hiệu quả kinh tế vàgây hiệu ứng nhà kính, ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí.

Để nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón và khả năng cải tạo đất; nâng caohiệu quả kinh tế và hạn chế ô nhiễm môi trường góp phần phát triển nềnnông nghiệp xanh, gần đây trên thế giới có xu hướng nghiên cứu và ứng dụng phânbón nhả chậm Phân bón nhả chậm là dạng phân có khả năng lưu giữ và cung cấpdinh dưỡng cho cây trong thời gian dài, làm giảm thiểu khả năng thất thoát dinhdưỡng do rửa trôi hoặc bốc hơi, góp phần tiết kiệm lượng phân sử dụng vàhạn chế ô nhiễm môi trường Polyme siêu hấp thụ nước (hay còn gọi là polyme giữẩm) là loại polyme có khả năng giữ một lượng nước lớn gấp hàng trăm lần khốilượng của nó và là chất đa điện ly tổng hợp có tác dụng làm bền và gia cố cấu trúcđất, tạo nguồn nước giữ trự trong đất để cây trồng hấp thụ Việc sử dụng loạipolyme này cho nông nghiệp sẽ làm tăng lượng ẩm sẵn có ở vùng rễ, nhờ đókéo dài khoảng thời gian giữa các lần tưới

Sự phát triển của cây chè phụ thuộc vào nhiều yếu tố như khí hậu, đất đai,điều kiện chăm sóc đặc biệt là lượng nước và phân bón Cây chè là loại cây có xuất

xứ yêu cầu về lượng mưa hàng năm thích hợp cho cây là 1.500 – 2.000 mm, hàng

tháng trên 100mm Tuy nhiên, khí hậu đặc thù ở miền Bắc nước ta nói chung vàPhú Thọ nói riêng có đặc điểm nóng ẩm vào vụ Hè Thu và hanh khô vào vụ ĐôngXuân, điều này làm cho việc canh tác cây chè chủ yếu chỉ diễn ra vào các tháng HèThu là chủ yếu Đất trồng chè ở Phú Hộ chủ yếu là đất đồi thấp, chua và nghèo dinhdưỡng Đồng thời xói mòn, rửa trôi do gặp những trận mưa lớn là mối đedọa thường xuyên đối với đất đồi dốc và vùng nhiệt đới ẩm gây nên sự mất dinhdưỡng và độ phì nhiêu của lớp đất mặt, dẫn đến sự axít hóa trong đất làm cho đấtbạc màu, khô cằn, thời gian canh tác và sử dụng đất cũng bị rút ngắn Để giảmnhững tác động đó cải tạo và phục hồi đất sau quá trình canh tác là vô cùng cầnthiết

Xuất phát từ những yêu cầu thực tiễn đó, em đã chọn đề tài “Nghiêncứu ảnh hưởng của polyme giữ ẩm và phân bón nhả chậm đến khả năng cải tạođất trồng chè tại xã Phú Hộ, thị xã Phú Thọ, tỉnh Phú Thọ” Việc sử dụng hai loại vậtliệu này có tác dụng giữ ẩm, giữ chất dinh dưỡng cho cây trồng, tăng độ phì nhiêucho đất, đặc biệt khi nguồn nước sẵn có bị hạn chế thì sử dụng nước và phân bónhiệu quả ngày càng trở nên quan trọng, góp phần cải tạo đất, nâng cao năng suất

và chất lượng của cây chè

2 Mục tiêu nghiên cứu

+ Lựa chọn được tỷ lệ sử dụng kết hợp polyme giữ ẩm và phân bón nhảchậm tối ưu

+ Đánh giá được khả năng cải tạo đất trồng chè sau khi sử dụng kết hợp vậtliệu polyme giữ ẩm và phân bón nhả chậm

3 Nội dung nghiên cứu

- Mô hình khảo nghiệm sử dụng kết hợp polyme giữ ẩm và phân bón NPKnhả chậm được thiết kế với các công thức sử dụng tỷ lệ vật liệu khác

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Các kết quả thu được góp phần hoàn thiện qui trình kỹ thuật sửdụng polyme giữ ẩm và phân bón NPK nhả chậm hợp lý cho cây chè từ đó khắcphục khó khăn về giữ ẩm và rửa trôi dinh dưỡng của đất trồng chè

- Kết quả nghiên cứu của luận văn là một giải pháp kỹ thuật mới trong canhtác nông nghiệp, góp phần cải tạo đất trồng chè ở Phú Hộ nói riêng và các khu vựcđất trồng chè, trồng cây lương thực của tỉnh Phú Thọ nói chung

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Điều kiện tự nhiên, khí hậu đất đai khu vực nghiên cứu

1.1.1 Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên

Trung tâm nghiên cứu Chè thuộc Viện

Khoa học Kỹ thuật Nông lâm nghiệp miền

núi phía Bắc, xã Phú Hộ, thị xã Phú thọ, tỉnh

Phú Thọ có vị trí 21o27 vĩ độ Bắc và

105o14 kinh độ Đông Nằm trong vùng

nhiệt đới ẩm mang đặc trưng khí hậu

Khu vực nghiên cứu có địa hình kiểu đồi bát úp trung du miền núi, có độ dốctrung bình từ 8-10o xen kẽ các ruộng bậc thang

Đặc điểm đất nghiên cứu có hai loại đất chính: (1) Đất feralit đỏ vàng pháttriển trên phiến thạch mica, tầng đất mịn khá sâu 1-3m Thành phần cơ giới thịnặng, xuống sâu là đất sét; (2) Đất feralit phát triển trên đá Granit, phiến thạchfecmantit có tầng dày, lớp mặt bị gột rửa, sét bị rửa trôi nhiều nên lớp đất mặt

có tỷ lệ sét nhiều hơn, tầng đất mịn dày, thành phần cơ giới sét trung bình đến sétnặng

1.1.2 Khí hậu thủy văn

Yếu tố thời tiết, khí hậu có tác động lớn đến nhiệt, ẩm độ cũng như cấu trúc

lý, hóa tính của đất Do vậy sẽ ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển và năng suấtcủa cây trồng, đặc biệt là những loại cây trồng trên đất dốc

Phú Hộ - Phú Thọ nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có một mùađông lạnh Nhiệt độ trung bình năm khoảng 230C, lượng mưa trung bình trongnăm khoảng 1.600 đến 1.800 mm Độ ẩm trung bình trong năm tương đối lớn,khoảng

85% – 87% Nhìn chung khí hậu thuận lợi cho việc phát triển cây trồng, vật nuôi đadạng

Tình hình thời tiết năm 2016 và 6 tháng đầu năm 2017 tại trạm khí tượng ViệtTrì tại khu vực lập mô hình cũng như các vùng lân cận được thống kê Biểu đồ diễnbiến lượng mưa, nhiệt độ, độ ẩm và lượng bốc hơi được trình bày ở hình 1.1 dướiđây:

Hình 1.1 Diễn biến thời tiết khí hậu năm 2016 và 6 tháng đầu năm 2017Chú thích: Mưa (mm), số giờ nắng (kW/h/m2), độ bốc hơi (mm), nhiệt độ (To)

1.2 Đặc điểm của cây chè

Cây chè hay cây trà có tên khoa học là Camellia sinensis là loài cây mà lá vàchồi của chúng được sử dụng để sản xuất chè Các danh pháp khoa học cũ còn

có tên là Thea bohea và Thea viridis [1]

Chè là 1 thức uống lý tưởng có nhiều giá trị về dược liệu Ngày nay, chèđược phổ biến rộng rãi hơn cả cà phê, rượu vang và cao cao.Ngoài ra, chè là 1 cây

công nghiệp lâu năm cho giá trị kinh tế lâu dài, mau cho sản phẩm Do đó, chè là 1trong những cây trồng được quan tâm và phát triển mạnh đặc biệt là ở vùngtrung du và miền núi trong đó có Phú Thọ

1.2.1 Đặc điểm sinh vật học của cây chè [1]

Thân và cành:

- Chè chỉ có một thân chính và sau đó mới phân ra các cấp cành

- Do hình dạng phân cành khác nhau nên người ta chia thân chè ra làm

3 loại:Thân gỗ, thân bán gỗ và thân bụi

- Cành chè do mầm dinh dưỡng phát triển thành Trên cành chia làm nhiều

- Từ thân chính cành chè được chia ra làm nhiều cấp: I, II,III

- Thân và cành chè đã tạo nên khung tán của cây chè Số lượng cành thích hợp

và cân đối trên khung tán, chè sẽ cho sản lượng cao

Mầm chè:

- Mầm sinh dưỡng: phát triển thành cành lá

- Mầm sinh thực: nằm ở nách lá Bình thường ở mỗi nách lá có 2 mầm sinhthực hoặc nhiều hơn và khi đó ở nách lá sẽ có một chùm hoa

Búp chè

Là một đoạn non của 1 cành chè Búp được hình thành từ các mầmdinh dưỡng gồm có tôm và hai hoặc ba lá non Kích thước của búp thay đổi tùythuộc vào giống, loại và liều lượng phân bón,các khâu kỹ thuật canh tác như đốn,hái và điều kiện địa lý nơi trồng trọt

- Búp chè là sản phẩm cuối cùng của trồng trọt, đồng thời là nguyên liệukhởi đầu cho quá trình chế biến, do vậy số lượng búp, năng xuất búp là mối quantâm của người thu hái , còn chất lượng nguyên liệu, phẩm cấp búp và tiêu chuẩnbúp lại liên quan đến chè thành phẩm sau chế biến

- Năng suất búp chè có quan hệ chặt với số lá trên cây Với đặc điểm của câychè mỗi một búp sinh ra từ 1 nách lá, do vậy nhiều lá mới có nhiều búp, năngxuất

cao Cho nên hái búp và chừa lá có tương quan chặt đến năng suất chè.

- Búp chè có hai loại: Búp bình thường và búp mù

1.2.2 Những yếu tố tác động đến sự sinh trưởng và phát triển của cây chè [2]

Hàm lượng nước trong chè biến động theo từng bộ phận, giống chè, biệnpháp kỹ thuật và khí hậu thời tiết trong năm Nói chung, các tổ chức non có nhiềunước hơn các bộ phận già Mưa nhiều sản lượng chè cao nhưng chất lượng thấp.Lượng mưa trung bình năm thích hợp cho sinh trưởng cây chè trên thếgiới là 1.500-2.000mm Độ ẩm tương đối không khí từ 80-85% có lợi cho sinhtrưởng của chè

1.2.3 Nhu cầu dinh dưỡng của chè [2], [3]

a Đạm

Đạm tập trung ở các bộ phận còn non như: búp chè và lá non Đạm tham giavào sự hình thành các axitamin và protein Bón đủ đạm lá chè có màu xanh, quanghợp tốt, cây chè sinh trưởng khoẻ, nhiều búp, búp to Thiếu đạm chồi lá ít, lá vàng,búp nhỏ, năng suất thấp Bởi vậy bón đạm làm tăng năng suất từ 2-2,5 lần so vớikhông bón Bón đạm quá nhiều hay đơn độc làm chè có vị đắng, giảm phẩm chất

b Lân

Lân tham gia vào thành phần cấu tạo của tế bào, trong axit nucleic Lân có vaitrò quan trọng trong việc tích luỹ năng lượng cho cây, có tác dụng thúc đẩy sự pháttriển của cây chè, nâng cao chất lượng chè, làm tăng khả năng chống rét, chống hạncho chè Thiếu lân lá chè xanh thẫm, có vết nâu 2 bên gân chính, búp nhỏ, năngsuất thấp

c Kali

Kali có trong tất cả các bộ phận của cây chè nhất là thân, cành và các bộ phậnđang sinh trưởng Kali tham gia vào quá trình trao đổi chất trong cây làm tăng khảnăng hoạt động của các men, làm tăng sự tích luỹ gluxit và axitamin, tăng khả nănggiữ nước của tế bào, nâng cao năng suất, chất lượng búp, làm tăng khả năng chống bệnh, chịu rét cho chè Thiếu Kali lá chè có vết nâu, rụng lá nhiều, búp nhỏ,

lá nhỏ d Trung và vi lượng

Theo một số nhà nghiên cứu, tác dụng của các yếu tố trung và vi lượng chỉ thểhiện rõ nét ở các đồi chè nhiều tuổi chuyên bón các loại đa lượng lâu năm Phân vilượng gồm có: Bo, Mn, Zn, Cu…; phân trung lượng gồm có: Ca, Mg, S, Al…

1.3 Đặc điểm đất trồng chè Phú Thọ

1.3.1 Tổng quan về đất [4], [5]

- Đất được hình thành và tiến hóa chậm hàng thế kỉ do sự phong hóa đá và

sự phân hủy xác thực vật dưới ảnh hưởng của các yếu tố môi trường Một số đấtđược hình thành do sự bồi lắng phù sa sông, biển và gió[4] Đất có bản chất cơbản khác với đá là có độ phì nhiêu và tạo sản phẩm cây trồng

Quá trình hình thành đất rất phức tạp, bao gồm nhiều hoạt động: sinhhọc, hóa học, lý học, lý - hóa học tác động tương hỗ lẫn nhau:

Sự tổng hợp chất hữu cơ và phân giải chúng

Sự tích lũy chất hữu cơ, vô cơ và sự rửa trôi chúng

Sự phân hủy các khoáng chất và sự tổng hợp các chất hóa học mới

Sự xâm nhập của nước vào đất và sự mất nước từ đất

Sự hấp thu năng lượng mặt trời của đất làm đất nóng lên và sự mất nănglượng từ đất làm đất lạnh đi

Từ khi xuất hiện sự sống trên trái đất thì quá trình phong hóa xảy ra gắn liềnvới quá trình hình thành đất

Đất được hình thành qua 2 quá trình: đại tuần hoàn địa chất và tiểu tuầnhoàn sinh học Thực chất của vòng đại tuần hoàn địa chất là quá trình phong hóa

để tạo mẫu chất Trong vòng đại tuần hoàn địa chất, nước bốc hơi từ đại dương,hình thành mưa xuống lục địa bị phong hóa, bị bào mòn cuốn ra biển và đạidương hình thành trầm tích Trải qua thời kỳ địa chất, do các chấn động, đá trầmtích được trồi lên rồi lại chịu phong hóa Thực chất của vòng tiểu tuần hoànsinh học chính là quá trình hình thành đất, thực hiện do hoạt động sống củađộng vật, thực vật và vi sinh vật Trong vòng tuần hoàn này sinh vật đã hấp thunăng lượng, chất dinh dưỡng và các khí từ khí quyển để tổng hợp nên chất hữu

cơ (quá trình quang hợp) Các chất hữu cơ này được phân hủy bởi vi sinh vật, sảnphẩm của quá trình phân hủy là nguồn thức ăn cho sinh vật ở thế hệ sau Hai quátrình này không thể tách rời nhau: vì nếu không có đại tuần hoàn địa chất thìkhông có muối khoáng và môi trường tơi xốp cho tiểu tuần hoàn sinh học pháttriển và ngược lại Nếu không có vòng tiểu tuần hoàn sinh học thì không tích lũychất hữu cơ, không hình thành mùn mà mùn là yếu tố quyết định độ phì nhiêucủa đất [5]

Phân loại đất ở Việt Nam (Hội Khoa học đất Việt Nam, 2000): đất cát, đấtmặn, đất phèn, đất phù sa, đất than bùn, đất xám, đất nâu, đất mùn alit núi cao,đất tích vôi, đất feralit, macgalit,…

1.3.2 Đất trồng chè Phú Thọ

Yêu cầu chung của đất trồng chè [1]:

- Đất có tầng canh tác > 80cm, kết cấu tơi xốp

- Mạch nước ngầm ở sâu dưới mặt đất > 100cm

1.4 Giới thiệu chung về polyme giữ ẩm (polyme siêu hấp thụ nước) và phân bón NPK nhả chậm

1.4.1 Giới thiệu chung về polyme giữ ẩm (polyme siêu hấp thụ nước)

Polyme siêu hấp thụ nước là một loại polyme ưa nước được tạo lưới với cấutrúc 3 chiều, có khả năng trương, hấp thụ và giữ một lượng nước lớn gấp hàngtrăm lần khối lượng của chính nó, ngoài ra còn có tác dụng làm bền và gia cố cấutrúc

đất Polyme này được đưa vào sử dụng trong nông nghiệp từ đầu những năm

1980 Có 3 loại hydrogel chính là: copolyme ghép tinh bột, polyacrylat tạolưới và polyacrylamit tạo lưới [7] Việc sử dụng hydrogel làm tăng lượng ẩm sẵn có

ở vùng rễ, nhờ đó kéo dài khoảng thời gian giữa các lần tưới Khả năng giữ nướcphụ thuộc vào cấu trúc đất, loại hydrogel và kích thước hạt (bột hoặc hạt), độmuối của dung dịch đất và sự có mặt các ion Nhiều nghiên cứu chứng tỏ rằngpolyme siêu hấp thụ nước làm tăng khả năng nảy mầm và phát triển, tăng khảnăng sống sót của cây cũng như kéo dài thời hạn sử dụng của cây cảnh trongchậu, bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào đất nghèo giúp cải thiện khả nănghấp thu dinh dưỡng của cây trồng và giảm thiểu thất thoát dinh dưỡng do rửatrôi [7] Đặc biệt việc sử dụng nước hiệu quả ngày càng trở nên quan trọng khinguồn nước sẵn có bị hạn chế

 Ảnh hưởng của polyme siêu hấp thụ nước tới khả năng giữ ẩm và tính chấtđất

Độ ẩm của đất có vai trò rất quan trọng đối với đời sống cây trồng, nhất làđối với cây chè là loại cây ăn lá nên nhu cầu nước là rất lớn Ở những vùng khíhậu nóng vào mùa khô có sự bốc hơi và thoát hơi nước cao, nhu cầu nước cho câychè ngày càng cao Độ ẩm ảnh hưởng đến chuyển hoá dinh dưỡng khoáng và phânhuỷ chất hữu cơ trong đất và là điều kiện để sinh vật đất sinh trưởng, pháttriển.Việc giữ ẩm và duy trì độ ẩm cho cây trồng rất quan trọng, đặc biệt trong thời

kỳ khô hạn

Polyme siêu hấp thụ nước có khả năng cải tạo tính chất đất nhờ hấp thụ mộtlượng lớn nước Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng polyme siêu hấp thụ nước cóthể giúp cây trồng sinh trưởng và phát triển trong đất có nguy cơ bị hạn hán.Polyme này cũng làm tăng khả năng giữ nước của đất cát và làm chậm thời điểmcây héo khi bay hơi mạnh Bổ sung polyme siêu hấp thụ nước cũng làm giảm tốc

độ bay hơi của đất [8]

Cơ chế trương và hấp thụ nước của polyme siêu hấp thụ nước

polyacrylate

được minh hoạ trên hình 1.2 [7]

Hình 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 Khi đưavào môi trường nước, có sự tương tác giữa polyme và dung môi, đó là sự hydrathoá do các nhóm -COO- và ion Na+ hút các phân tử nước phân cực và liên kếthydro giữa các phân tử nước (tương tác tĩnh điện) Các hiệu ứng này làm giảmnăng lượng và làm tăng entropy của hệ Do bản chất ưa nước, các mạch polyme

có xu hướng phân tán không hạn chế trong nước (xu hướng tan trong nước), quátrình này cũng làm tăng entropy Nhờ sự có mặt của chất tạo lưới tạo thành mạnglưới 3 chiều, lực co đàn hồi của mạng lưới ngăn polyme trương không hạn chế(hoà tan), kèm theo sự giảm entropy của mạch, khi chúng trở nên cứng hơn sovới trạng thái cuộn rối ban đầu Có một cân bằng giữa lực co đàn hồi mạng lưới và

xu hướng trương không xác định của mạch Đối với các polyme có tính ion, cácmạch được trung hoà chứa các điện tích cùng dấu đẩy lẫn nhau Tính trung hoàđiện tích được duy trì khi các nhóm -COO- tích điện âm được cân bằng với các ionNa+ tích điện dương Khi tiếp xúc với nước, các ion Na+ bị hydrat hoá làm giảm lựchút của chúng đối với các nhóm -COO- (do hằng số điện môi của nước cao) Quátrình này cho phép các ion Na+ chuyển động tự do bên trong mạng lưới tạo thành

áp suất thẩm thấu bên trong gel Tuy nhiên, các ion Na+ linh động không thể dờikhỏi gel do chúng vẫn bị hút

yếu với các nhóm -COO- dọc theo mạch chính polyme và giống như là bị giữ lạibởi một màng bán thấm Do đó, động lực của quá trình trương là chênh lệch ápsuất thẩm thấu bên trong và bên ngoài gel Qúa trình hút giữ nước của polymegiống như một miếng xốp trắng hút nước Khi polyme được bón vào đất ngay khigặp nước trở thành một khối gel trong suốt, nó sẽ hút nước và trương nở gấp 400lần, sau đó nhả dần để cung cấp độ ẩm cho cây trong thời gian không có mưa hoặcthiếu nước tưới Sau 30-45 ngày khi lượng nước lưu giữ tiêu hao hết, hạt giữ

ẩm lại trở về kích thước ban đầu và tiếp tục hút nước khi gặp mưa hoặc đượctưới [8]

Việc 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 sẽhút và làm cạn kiệt hầu hết nước ở khu vực gần vùng rễ làm cho cây bị héo Nhờlàm tăng lượng ẩm hữu hiệu, hydrogel giúp làm giảm áp lực nước của thực vật,nhờ đó thúc đẩy quá trình phát triển và tăng năng suất cây trồng Hydrogel cũnglàm giảm sự rửa trôi phân bón và là chất mang thuốc trừ sâu, diệt nấm và diệt cỏ[9]

Nghiên cứu bổ sung hydrogel vào đất nghèo giúp cải thiện khả năng hấp thudinh dưỡng của cây trồng và giảm thiểu thất thoát dinh dưỡng do rửa trôi.Hydrogel cũng hoạt động như một loại phân bón nhả chậm chất dinh dưỡng [10].Điều này chứng tỏ hydrogel không chỉ có khả năng giữ ẩm, tăng năng suất câytrồng mà còn giảm thiểu rửa trôi chất dinh dưỡng, nhờ đó ngăn ngừa ô nhiễmnguồn nước ngầm

 Ảnh hưởng của polyme siêu hấp thụ nước tới sự phát triển của cây

trồng

Nhiều nghiên cứu chứng tỏ rằng polyme siêu hấp thụ nước làm tăng khảnăng nảy mầm và phát triển, tăng khả năng sống sót của cây cũng như kéo dài thờihạn 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 hay tăng khối lượng trung bình của thân, rễ và chiều caomăng Pinus patula tới hơn 800 % [11] Hydrogel cũng làm tăng số hoa và khốilượng khô của cây dã yên thảo (thuốc lá cảnh) trong điều kiện khô hạn Đối với

cây đậu tương, việc áp dụng polyme siêu hấp thụ nước với tỷ lệ 225kg/ha làmtăng cả quá trình

phát triển và năng suất Năng suất hạt, chất khô tổng số, chỉ số diện tích lá, tốc độphát triển của cây và chỉ số thu hoạch đều đạt cao nhất ở tỷ lệ này [12].

Độ ẩm thấp, đặc biệt ở những vùng khô hạn và mưa ít thường hạn chế sựsinh 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 phân cách hạt- đất.Hơn nữa, bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào đất cũng làm giảm áp lực trước

và sau khi nảy mầm như tạo váng đất và làm cho đất khô nhanh

Polyme siêu hấp thụ nước không những tác động đến quá trình sinh trưởng

và phát 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 đã đượctiến hành với việc bổ sung hydrogel cho cây yến mạch với tỷ lệ 60kg/ha sử dụng 3mức nước tưới (đầy đủ, trung bình và thiếu) nhằm hiểu rõ hơn cơ chế chịu hạn vảcải thiện chiến lược quản lý nước trong đất Kết quả cho thấy hàm lượng nướctương đối trong lá ở cây yến mạch có sử dụng polyme siêu hấp thụ nước thì caohơn nhiều Mặc dù polyme ít có ảnh hưởng tới sự tích luỹ sinh khối trong điều kiệntưới đủ và trung bình nhưng nó vẫn làm tăng sinh khối 52,7% trong điều kiện tướithiếu [11]

 Khả năng phân huỷ sinh học và độc tính của polyme siêu hấp thụ nước

Do polyme siêu hấp thụ nước được sử dụng khá phổ biến nên việc tiếpxúc của chúng với môi trường là không thể tránh khỏi Thử nghiệm độc tính sinhthái cho thấy không có bằng chứng về ảnh hưởng có hại của các polyme này đốivới các sinh vật di truyền trong nước hay thực vật và chim do tính trơ hoá học.Ngược lại, tạo lưới các polyme acrylic và độ bền của bộ khung cacbon polyme cũngchứng tỏ rằng các polyme này rất khó phân huỷ

Gần đây, người ta đã phát hiện ra rằng nấm que trắng có khả năng phânhuỷ các polyme siêu hấp thụ nước Nấm que trắng là một sinh vật tồn tại khắpnơi có khả năng phân huỷ nhiều loại dị sinh vật khó phân huỷ nhất Trọng lượngphân tử cao và được tạo lưới là các tính chất khiến cho các polyme siêu hấp thụnước nhân tạo bền đối với quá trình phân huỷ sinh học

Quá trình phân huỷ sinh học trong đất của 2 loại polyme siêu hấp thụ nước,polyacrylat không tan và copolyme polyacrylat/polyacrylamit không tan đềuđược tạo lưới, bởi nấm que trắng Phanerochaete chrysosporium đã được nghiêncứu Cả

2 loại polyme đều bị hoà tan và khoáng hoá bởi nấm nhưng quá trình hoà tan vàkhoáng hoá của copolyme nhanh hơn là polyacrylat Vi khuẩn đất hoà tan polymekém hơn và không có khả năng khoáng hoá polyme nguyên vẹn Tuy nhiên, vikhuẩn đất kết hợp với nấm trong quá trình phân huỷ polyme trong đất, nấm hoàtan polyme và vi khuẩn đất thúc đẩy quá trình khoáng hoá Hơn nữa, các vi khuẩnđất 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 nấmhay cellobiose dehydrogenaza hay sau quá trình hoà tan bởi tác nhân Fenton phátquang hoá Kết quả chứng tỏ rằng quá trình phân huỷ sinh học của các polymenày trong đất tốt nhất trong điều kiện tăng tối đa quá trình hoà tan [8],[13]

Polyme siêu hấp thụ nước trên cơ sở tinh bột ghép polyacrylonitrin và các hợpphần khử trùng hợp bằng axit không chứa tinh bột của nó cũng có khả năng phânhuỷ bởi một chủng vi khuẩn hình que trực khuẩn cầu dương tính Gram thường gặptrong tự nhiên được phân lập tại chỗ có nội bào tử ở vị trí trung tâm Điều nàyđược chứng minh bởi khả năng phát triển của chủng trong môi trường chứapolyme siêu hấp thụ nước và các hợp phần của nó như một nguồn cacbon haynitơ duy nhất Mạch nhánh polyacrylonitrin thu được sau khi khử trùng hợppolyme siêu hấp thụ nước bằng axit được sử dụng bởi chủng phân lập được nhưmột nguồn nitơ duy nhất Các phép đo trọng lượng đối với polyme siêu hấp thụnước trên cơ sở polyacrylonitrin và polyacrylonitrin cho thấy polyme siêu hấp thụnước bị phân huỷ khoảng 94% trong khi polyacrylonitrin bị phân huỷ khoảng 53%sau 21 ngày nuôi cấy liên tục [13]

1.4.2 Giới thiệu chung về phân bón NPK nhả chậm

 Khái niệm và cơ chế hoạt động của phân bón NPK nhả chậm

Ngành công nghiệp phân bón luôn phải đối mặt với những tồn tại khó tháo

gỡ, đó là vấn đề cải thiện hiệu quả sử dụng phân bón Bởi vậy, việc rất cần thiết làphát 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 được những yêu cầu đặt ra, đóchính là phân bón nhả chậm (Slow Release Fertilizer -SRFs) và phân bón nhả cókiểm soát (Controlled Release Fertilizer-CRFs) [14]

Phân bón nhả chậm và nhả có kiểm soát là các loại phân bón có chứa dinhdưỡng cho cây ở một dạng hoặc là a) làm chậm tính có sẵn cho cây hấp thu và sửdụng sau khi đưa vào, hoặc là b) dạng có sẵn cho cây trong thời gian dài hơn rấtnhiều so với “phân bón có sẵn dinh dưỡng” như amoni nitrat hay ure, amoniphotphat, kali clorua Không có sự khác biệt chính thức nào giữa phân bón nhảchậm và nhả có kiểm soát nên thường được gọi chung là phân nhả chậm Tuy nhiên,các sản phẩm N bị phân hủy bởi vi khuẩn như UF (Ure-Formaldehit), trong thươngmại thường được gọi là phân nhả chậm và các sản phẩm dạng viên hoặc bọc đượcgọi là phân bón nhả có kiểm soát

Ủy ban Chuẩn hóa Châu Âu đã đưa ra một số đề xuất về phân bón nhả chậmtrong đất như sau:một loại phân được mô tả là phân nhả chậm nếu chất dinhdưỡng hoặc các chất dinh dưỡng được xem là nhả chậm, dưới những điều kiệnnhất định như ở nhiệt độ 250C, phải đáp ứng một trong ba tiêu chuẩn sau [16]:+ Nhả không quá 15% trong 24h

+ Nhả không quá 75% trong 28 ngày

+ Nhả ít nhất 75% trong khoảng thời gian đã định

Cơ chế nhả dinh dưỡng của phân bón nhả chậm là một quá trình phức tạp

và rất khó để đưa ra một cơ chế rõ ràng do nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:loại phân bón nhả chậm, tính chất của vật liệu phủ, các điều kiện nông học vànhiều yếu tố khác Trên thực tế, hầu hết các nỗ lực nhằm đưa ra cơ chế của quátrình nhả chất dinh dưỡng từ phân bón nhả chậm đều dựa trên việc thừa nhậnrằng sự nhả dinh dưỡng được kiểm soát bởi tốc độ thấm nước và hơi vào phầnlõi viên phân thông

qua lớp vỏ Một trong số các cơ chế được đề cập nhiều trong các tài liệu nghiên cứu là mô hình khuếch tán chất dinh dưỡng của Liu và Shaviv, áp dụng cho các loại

phân bọc nhả chậm

Lớp phủ polyme

Lõi viên phân

Màng phủ

Chất dinh dưỡng

Nước khuếch tán vào phần lõi viên phân qua màng phủ Nước hòa tan chất

dinh dưỡng trong

lõi viên phân

Chất dinh dưỡng hòa tan khuếch tán ra khỏi lớp màng phủ

Hình 1.3 Quá trình khuếch tán chất dinh dưỡng từ phân bón nhả chậm [16]

Theo mô hình này, quá trình nhả chất dinh dưỡng của phân bón nhả chậm gồm

3 giai đoạn chính:

+ Giai đoạn 1: Vật liệu phủ trương lên do hấp thụ nước từ đất và chuyểnthành dạng hydrogels, làm tăng kích thước các lỗ trống của màng phủ, hình thànhmột lớp nước giữa lớp phủ trương và phần lõi, tạo điều kiện cho quá trình khuếchtán chất dinh dưỡng từ phần lõi

+ Giai đoạn 2: Nước khuếch tán chậm vào phần lõi viên phân và hòa tan mộtphần chất dinh dưỡng Phần dinh dưỡng hòa tan này nhả chậm vào đất thôngqua quá trình trao đổi nước giữa lớp màng hydrogel và đất

+ Giai đoạn 3: Các vi sinh vật trong đất sẽ bám lên lớp vỏ trương và phân hủyphần còn lại của viên phân.

Cơ chế khuếch tán này giải thích một cách hiệu quả bản chất quá trìnhnhả chất dinh dưỡng từ phân bọc nhả chậm Để dự đoán quá trình nhả chậm bằngcác thông số hóa lý, các số liệu định lượng các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều

mô hình toán học dựa trên các cách tiếp cận thực nghiệm và bán thực nghiệm.Bằng cách nghiên cứu ảnh hưởng của bản chất màng phủ, độ dày màng phủ, nhiệtđộ có thể chế tạo được loại phân bón nhả chậm có tốc độ nhả dinh dưỡng phùhợp với chu kì sinh trưởng và phát triển của các loại cây trồng

Tuy nhiên, hầu hết các cơ chế liên quan đến quá trình nhả đều phụ thuộcchính vào cơ chế khuếch tán, với việc chấp nhận bỏ qua yếu tố nhiệt độ, chiều dàylớp phủ, loại chất dinh dưỡng, sự có mặt hoặc không của các vi khuẩn trong đất

 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 [17] Việc sử dụng phânbón nhả chậm có thể giảm từ 20-30% (hoặc lớn hơn) lượng phân bón so với phânbón thông thường mà vẫn cho năng suất như nhau Các chất dinh dưỡng đượccung cấp suốt vòng đời phát triển của cây, theo từng giai đoạn phát triển của cây,nhu cầu dinh dưỡng ở từng thời điểm được cung cấp đúng lúc, đúng liều vàđúng cách Đồng thời giúp rễ cây phát triển tốt và sâu, góp phần tăng sức đề khángcủa cây

- Phân bón nhả chậm giúp cải thiện sự hấp thu các chất dinh dưỡng củathực vật 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 rửa trôi

NO3- và bay hơi của NH3; làm giảm thiểu các loại khí gây hiệu ứng nhà kính như

N2O và nguy cơ ô nhiễm mạch nước ngầm, không khí

- Phân bón nhả chậm làm giảm độc tính đối với cây trồng (đặc biệt là câytrồng từ hạt) Không gây chết cây do sốc dinh dưỡng khi mới bón, không gây thoáihoá và làm chết các vi sinh vật đất, giảm thiểu rủi ro mà phân bón gây ra đối với

cây trồng và môi trường như cháy lá, ô nhiễm nguồn nước và hiện tượng phúdưỡng Ngoài ra phân bón nhả chậm còn cải thiện chất lượng đất, tăng tỉ lệ nảymầm của cây [18].

- 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 sản xuất

- Việc sử dụng phân bón nhả chậm đóng góp vào chương trình quản lí phânbón tiên tiến và sáng tạo, hệ thống canh tác công nghệ cao Trong sản xuất rauchuyên canh, phân bón nhả chậm 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, antoàn của rau quả và nông sản [19]

- 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 có tính kiềm bị giảm) [20] Tuy nhiên, quá trình axit hóa có thể có lợi cho sựhấp thu phốt pho và sắt (Fe) Ngoài ra, lưu huỳnh là chất dinh dưỡng cần thiết chotất cả các loại cây trồng

 Ảnh hưởng của phân bón tới môi trường, sinh thái và sức

khoẻ

Dân số thế giới và nhu cầu về lương thực, thực phẩm của con người ngàycàng tăng dẫn đến việc sử dụng phân bón hóa học ngày càng lớn Tuy nhiên, hiệuquả sử dụng phân bón của cây trồng hiện nay là rất thấp Trung bình có khoảng50-60% phân đạm, lân, kali khi bón vào đất sẽ không được cây trồng sử dụng màthải ra ngoài môi trường Điều này làm tăng chi phí, giảm hiệu quả kinh tế và gâyhiệu ứng nhà kính, ô nhiễm môi trường đất, nước và không khí

Sự ảnh hưởng của việc thất thoát phân bón đối với môi trường đã đượcnhiều nhà khoa học chỉ ra từ lâu Trong số phân bón chưa được cây trồng sử dụng,một phần còn lại ở trong đất, một phần bị rửa trôi theo nước mặt do mưa, theocác công trình thuỷ lợi ra các ao, hồ, sông suối gây ô nhiễm nguồn nước mặt Mộtphần bị rửa trôi theo chiều dọc xuống tầng nước ngầm và một phần bị bay hơi dotác động của nhiệt độ hay quá trình phản nitrat hoá gây ô nhiễm không khí Sựthất thoát nitơ ra

ngoài không khí là nguyên nhân chính làm giàu lượng nitơ trong bầu khí quyển Tạinhiều khu vực trên thế giới, nitơ và cả photpho xảy ra tình trạng tích tụ thành mộtlượng quá lớn cho phép gây ảnh hưởng lớn tới môi trường, sức khỏe và hệ sinhthái.

Khi lượng phân bón dư thừa đi vào nguồn nước mặt đã làm tăng nồng độchất dinh dưỡng trong nước và gây ra hiện tượng phú dưỡng và tảo nở hoa gâyhại Mặt khác, khi tảo và thực vật bậc thấp bị chết, xác của chúng bị phân hủy yếmkhí, tạo nên các chất độc hại, có mùi hôi, gây ô nhiễm nguồn nước [21]

Ở hầu hết các vùng canh tác, nitơ bị oxy hóa tạo thành nitrat dưới tác dụngcủa vi khuẩn hoạt động có thể bị thấm hoặc bị tách khỏi rễ đi vào nước ngầm,nước mặt Nồng độ nitrat trong nước cao (do phân đạm chứa nitrat) làm ảnhhưởng đến sức khỏe con người, động vật Trong đường ruột, các nitrat bị khửthành nitrit, các nitrit được tạo ra được hấp thụ vào máu kết hợp vớihemoglobin làm khả năng chuyên chở oxy của máu bị giảm Nitrit còn là nguyênnhân gây ung thư dạ dày và nhiều căn bệnh khác như bướu cổ, dị tật bẩm sinh,bệnh tim mạch [21]

Trong quá trình sử dụng phân bón nitơ, sự bay hơi của amoniac là tương đốilớn, đặc biệt là khi sử dụng chúng trong môi trường đất có tính kiềm Sự giải phóngamoniac khi sử dụng phân bón có thể dẫn tới quá trình tích tụ chúng trong hệ sinhthái, là nguyên nhân gây ra sự phá hủy hệ thực vật Một lượng NH3 có thể bị oxihóa và được chuyển hóa thành axit, kết hợp với axit sunfuric (từ nguồn khíthải công nghiệp) tạo thành mưa axit Mưa axit là nguyên nhân phá hủy mùa mànghoặc axit hóa các hồ chứa nước, gây ra tình trạng ngộ độc nhôm trong cá và thựcvật

Hiện nay, sự biến đổi khí hậu, thời tiết khắc nhiệt cũng là nguyên nhân chủyếu gây thất thoát phân bón Ngoài việc phân bón bị mất mát do nước mưa dưchảy tràn thì hiện tượng lũ lụt, làm xói mòn đất, phá vỡ cấu trúc của đất làm tăngnhanh lượng phân bón bị rửa trôi Sự nóng dần lên của trái đất đã làm tăng tốc độhoà tan của phân bón trong nước, tăng sự bay hơi amoniac

Trong sản xuất nông nghiệp, ở các nước đang phát triển nông dân thường lạm dụng phân bón, có nơi người nông dân bón phân gấp 2-3 lần so với nhu cầu đã

làm thất thoát lượng lớn phân bón, gây mất cân bằng sinh thái, ô nhiễm môitrường, đặc biệt là nguồn nước ngầm, gây mưa axit, góp phần làm tăng hiệu ứngnhà kính, làm giảm độ phì nhiêu đất, tích luỹ dư lượng trong nông sản.

Việc thất thoát phân bón vào môi trường đất đã ảnh hưởng đến các tính chất

lí hoá học và sinh học của đất, phá vỡ cấu trúc của đất, giảm tỉ lệ thông khí trongđất Ví dụ khi thất thoát (NH4)2SO4 sẽ làm dư thừa ion SO42- làm đất bị chua, pH củađất giảm, một số vi sinh vật bị chết, tăng hàm lượng các ion kim loại hoà tan của

Al, Mn, Fe gây ô nhiễm đất và độc hại với cây trồng Khi phân bón vi lượng thấtthoát sẽ làm tăng hàm lượng kim loại nặng như Cu, Zn, Mn trong đất làm chothực vật sinh trưởng trên đất bị ô nhiễm kim loại nặng sẽ tích lũy kim loại nặngtrong cơ thể và theo chuỗi thức ăn đi vào cơ thể con người và động vật Ngoài ra,khi sử dụng phân bón không đúng sẽ làm tăng dịch bệnh, dẫn tới phải sử dụngnhiều thuốc bảo vệ thực vật gây ô nhiễm môi trường [21]

Theo FAV, nhu cầu phân bón hóa học cho sản xuất nông nghiệp ở Việt Namnăm 2014 khoảng 11 triệu tấn phân bón các loại, nếu hiệu suất sử dụng cácloại phân bón trung bình khoảng 45-50%, thì mỗi năm ngành nông nghiệp đã lãngphí khoảng 40-44 nghìn tỷ đồng Việc thất thoát phân bón là nguyên nhân chínhlàm tăng chi phí đầu vào cho sản xuất nông nghiệp Ở Việt nam, ước tính chi phícho phân bón và thuốc bảo vệ thực vật chiếm khoảng 50% giá thành sản xuất lúahiện nay [14]

1.5 Tình hình nghiên cứu polyme giữ ẩm và phân bón NPK nhả chậm ở ViệtNam và trên thế giới

1.5.1 Các đề tài, dự án nghiên cứu và ứng dụng chất giữ ẩm (polyme ưa nước)trong nông nghiệp ở Việt Nam và trên thế giới

 Ở Việt Nam:

Trong những năm gần đây, nước ta có nhiều nghiên cứu chế tạo chất giữ

ẩm và được ứng dụng hiệu quả trong sản xuất nông nghiệp Một số kết quả điểnhình như sau:

- Bốn loại vật liệu có khả năng giữ ẩm cao gồm PA tổng hợp từ nguyên liệu bãmía có khả năng hút nước cao gấp 490 lần, cấu trúc bền từ 120 - 140 ngày; vật liệuCopolymer PVA-PA có thể hút nước cao gấp 506 lần; vật liệu polyacrylat AA cóthể hút nước gấp 750 lần; vật liệu tinh bột PA có thể hút nước cao gấp 501 lần đãđược nghiên cứu và chế tạo tại thành phố Hồ Chí Minh, đề tài do sở Khoa học vàCông nghệ Hồ Chí Minh quản lý [7].

Vật liệu siêu hấp thụ nước Gam-sort, một loại polyme hay gel siêu hấp thụnước (SAP) được chế tạo từ tinh bột sắn và một số phương pháp khác bằngphương pháp chiếu xạ do Trung tâm Vinagamma TP.Hồ Chí Minh nghiên cứu vàchế tạo Gam-soft có thể hấp thu lượng nước từ 200-500 lần trọng lượng của nó,

có thể phân hủy sinh học đến 75-80% trở lên trong các thí nghiệm như thủy phânbằng enzym hay chôn trong đất cho thấy khả năng ứng dụng an toàn trongnông nghiệp, giá thành rẻ hơn so với sản phẩm nhập ngoại cùng loại khoảng 30lần GAM-sort tiết kiệm nước tưới, phân bón và có thể ứng phó với biến đổi khíhậu

- Vật liệu giữ nước được tổng hợp từ nguyên liệu bã mía và mùn cưa nghiền

cơ học thành dạng bột có khả năng hút nước cao, có thể giữ được từ 120-140 ngàymới phân hủy cấu trúc Bã vật liệu sau khi phân hủy không độc hại, không ảnhhưởng xấu đến chất lượng của đất, do Viện Công nghệ hóa học nghiên cứu và ứngdụng thành công [10]

- Chất giữ ẩm CH do Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng, thành phố Hồ Chí Minhtổng hợp bước đầu trên cơ sở các chất nền gồm acid acrylic, tinh bột, chất tạo liênkết ngang DEG-DAA và chất khơi mào tạo thành sản phẩm hút nước với khốilượng từ 200 - 600 lần vật liệu nề để cung cấp nước từ từ cho cây trồng Tuynhiên sản phẩm nhanh phân hủy nên chỉ ứng dụng chống hạn cho cây trồng ngắnngày[8]

- Từ năm 1997 nhóm nghiên cứu tại Phòng vật liệu polyme -Viện Hoá họcthuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tập trung nghiên cứu vàtriển khai ứng dụng nhiều loại vật liệu polyme phục vụ các tác nông nghiệp Nhómthực hiện đề tài đã triển khai nhiều nhiệm vụ nghiên cứu chế tạo và ứng dụngchúng

trong nông nghiệp như: Đề tài: KC.02.10: “Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệupolyme siêu hấp thụ nước” thuộc Chương trình Khoa học Công nghệ trọng điểmcấp Nhà nước, mã số KC02.10 (nghiệm thu 2003) và dự án Cấp nhà nước,mã sốKC02.DA01/06-10 “Hoàn thiện công nghệ sản xuất vật liệu polyme siêu hấp thụnước và ứng dụng chúng để giữ ẩm và cải tạo đất” (nghiệm thu 2008) Kết thúc hainhiệm vụ này, nhóm nghiên cứu đã làm chủ hoàn toàn dây chuyền công nghệ sảnxuất polyme siêu hấp thụ nước (viết tắt AMS-1) để giữ ẩm, cải tạo đất Sản phẩm

có khả năng hấp thụ khoảng 400 lần trong nước cất và 65 lần trong nước muốisinh lý với tên thương mại là AMS-1 Thời gian phân huỷ hoàn toàn trong đất

từ 9-12 tháng và có thể phát huy tác dụng từ 2-3 vụ AMS-1 là sản phẩm gel giữnước từ quá trình đồng trùng hợp ghép acide acrylic với tinh bột đã được biếntính AMS-1 là một polymer siêu thấm, có khả năng trương nở và giữ nước cho câytrồng Ước tính sau một trận mưa, đất bổ sung AMS-1 có thể giữ nước lâu hơn 10– 15 ngày so với đất không chứa AMS-1 AMS-1 có khả năng hút 400 – 420 g nước/

1 g chất khô và có khả năng trương nở gấp 400 lần khối lượng ban đầu nên còn cótác dụng cải tạo đất thịt, đất sét, giúp cho việc thoát, lưu thông và giữ nước hợp

lý AMS-1 phát huy hiệu quả tốt nhất trên những vùng canh tác phải dùng nhiềunước tưới như đất trồng cà phê, bông, đất cát, đồi núi nhiều thảm phủ thực vật,

nó có khả năng giữ nước trong 2 năm và tự phân hủy sinh học sau 3 – 4 năm nênkhông gây hại môi trường Hiện nay, sản phẩm AMS-1 đang được ứng dụng vàtriển khai trên diện rộng tại nhiều địa phương trong cả nước: Vùng núi ở Hoàng

Su Phì, tỉnh Hà Giang, Lâm Đồng, Nghệ An, Phú Thọ, Quảng Ninh, Vĩnh Phúc, NinhThuận, Quảng Trị Kết quả cho thấy đã làm tăng khả năng giữ ẩm cho đất trồng càphê độ ẩm dao động từ 30-45%, AMS-1 tăng khả năng sử dụng nước và phân bón,cải tạo đất, tăng năng suất cây trồng từ 12-20% [8], [10]

- Vật liệu hút nước giữ ẩm “CH” do Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng, Tp.HCM

đã tổng hợp và sản xuất các chất giữ ẩm trên từ năm 2004 trên cơ sở các chất nềngồm acid acrylic, tinh bột, chất tạo liên kết ngang DEG-DAA, bã mía và

mùn cưa nghiền cơ học thành dạng bột và chất khơi mào Vật liệu có khả năng hútnước cao 300-600 lần, có thể giữ được 3 tháng-2 năm mới phân hủy cấu trúc Bãvật liệu sau khi phân hủy không độc hại, không ảnh hưởng xấu đến chất lượng củađất.

Lợi ích kinh tế mà Polyme giữ ẩm đã, đang và sẽ mang lại cho nông nghiệpViệt nam là rất lớn Nó giúp cho người sản xuất tiết kiệm cả thời gian và công sứcchăm sóc cây trồng mà hiệu quả kinh tế vẫn cao Như vậy chất giữ ẩm mở ra mộtgiải pháp làm ổn định việc cung cấp nước cho cây Mục tiêu đầu tiên và quan trọngnhất của Polyme giữ ẩm hiện nay đối với ngành trồng trọt ở Việt Nam là chống hạnhán, cải tạo và ổn định dinh dưỡng cho đất nuôi cây Do vậy chế tạo thànhcông chất siêu hấp thụ nước (Polyme giữ ẩm) là một giải pháp chiến lược củangành nông nghiệp Việt Nam hiện nay

 Trên thế giới:

Nhiều tác giả thừa nhận rằng khi bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào đất

có thể có các tác dụng sau: chống xói mòn đất và dòng chảy mặt, tăng khả năngthấm, tăng kích thước đoàn lạp đất, giảm dung trọng đất, tăng khả năng giữnước, cải thiện khả năng sống sót của cây trồng chịu hạn, cải thiện khả năng thuhồi dinh dưỡng và tăng sinh khối cho cây trồng

- Iran là vùng đất khô, các hệ thống sản xuất mùa màng đều phải thích nghivới 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 và polyme siêuhấp thụ nước Phân bò làm tăng sự hấp thụ K và photphat Polyme siêu hấp thụnước làm tăng sự hấp thụ N, P, K Ảnh hưởng kết hợp của phân bò và polyme siêuhấp thụ nước làm tăng sự hấp thu dinh dưỡng, dung tích trao đổi cation (CEC) vàcung cấp ẩm cho đất Sự hấp thụ tối đa làm tăng năng suất 16,2% và hấp thu đalượng 9,6% ở cây ngô Năng suất hạt đạt cực đại khi sử dụng 65% phân động vật

và 35% polyme siêu hấp thụ nước [10]

- Woodhouse và Johnson “Effect of superabsorbent polymers on survival andgrowth of crop seedlings”, Agricultural Water Management, Vol 20, p 63-70,

1991: đã bổ sung polyme siêu hấp thụ nước vào cát silic làm khô trong không khígiúp tăng tỷ lệ nảy mầm nhờ tăng lượng nước sẵn có Sản phẩm polyme siêuhấp thụ nước với sức căng liên kết với nước trong khoảng hiệu lực cho cây trồng cókhả năng tăng độ ẩm xung quanh hạt nảy mầm Đưa polyme vào đất cát giúp cảithiện cấu trúc đất, tăng khả năng nảy mầm của lúa mì, cỏ ba lá trắng và xà lách Khảnăng nảy mầm của mẫu đối chứng chỉ đạt 10% trong khi các mẫu có bổ sungpolyme siêu hấp thụ nước, tỷ lệ nảy mầm tăng từ 3 đến 6 lần [22].

- Yazdani F., Allahdadi I., Akbadu G A., “Impact of superabsorbent polymer

on yield and growth analysis of soybean (Glycine max L)under drought stresscondition”, Pak J Biol Sci., 10(23), p 4190-4196, 2007: Để tiết kiệm ẩm trong đất,nhiều loại vật liệu đã được sử dụng như tàn dư thực vật, chất thải, rác, rơm, rạ vàpolyme siêu hấp thụ nước Polyme siêu hấp thụ nước làm tăng sự hấp thụ N, P, K.Ảnh hưởng kết hợp của phân bón hữu cơ và polyme siêu hấp thụ nước làm tăng sựhấp thu dinh dưỡng, dung tích trao đổi cation (CEC) và cung cấp ẩm cho đất Sựhấp thụ tối đa làm tăng năng suất 16,2 % và hấp thu đa lượng 9,6 % ở cây ngô.Năng suất hạt đạt cực đại khi sử dụng 65 % phân động vật và 35 % polyme siêu hấpthụ nước [23]

Một ví dụ minh họa cho quá trình hút nước và giữ nước của polyme giữ ẩm

để duy trì độ ẩm của đất được mô tả trên hình 1.4 dưới đây:

Hình 1.4 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 câytrồng (c)